低C/N餐厨废水半短程硝化试验研究

餐厨废水具有高NH_4~+-N、低C/N的特性,采用传统生物脱氮工艺需要消耗大量碳源,而采用短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺可以较好地处理此类废水,通过控制DO浓度来实现废水半短程硝化可为组合工艺提供进水条件。采用自制SBR反应器,控制ρ(DO)在0.5~0.6 mg/L,温度为(30±1)℃,可实现废水的半短程硝化,NO_2~--N累积率可达90%以上,出水n(NO_2~--N)∶n(NH_4~+-N)约为1,系统COD去除率维持在65%左右。系统稳定后对1个周期内的系统进行观察,发现0~1 h内系统中COD得到迅速降解,1~8 h内COD降解速率放缓,出水NO_2~--N累积,较低的DO浓度可有效地限制NOB的活性,反应周期内NO_3~--N浓度基本处于较低水平。当DO浓度过低时,系统中AOB和NOB同时受到抑制,氧化一定量的NH_4~+-N所需时间更长;ρ(DO)浓度高于1.5 mg/L时,NOB活性逐步恢复,系统中NO_3~--N浓度增加。因此,通过控制DO浓度实现低C/N餐厨废水半短程硝化是可行的,可为后续试验创造条件。     

氨氮的浓度对短程硝化的影响及其动力学研究

通过模拟A/O污水处理工艺,文章研究了不同的进水氨氮(NH_4~+-N)浓度下,实现亚硝态氮(NO_2~--N)稳定累积的过程和机理,并对其进行反应动力学分析。结果表明,反应器进水NH_4~+-N浓度从40 mg/L开始,100、200、400、600、800 mg/L,最终浓度提高到1 000mg/L的梯度变化下,氨氧化速率的下降比率最高为36.4%、亚硝酸盐氧化速率的的下降比率最高为96.0%,对亚硝酸盐氧化菌活性抑制效果显著。1 000 mg/L进水NH_4~+-N浓度下NO_2~--N累积速率随溶解氧(DO)升高而提高,DO超过4.5 mg/L时NO_2~--N累积速率接近最大值,但结合实际经济效益与工程实践考虑DO取3.0～3.5 mg/L之间实现短程硝化效果最佳。使用莫诺模型拟合氨氧化菌(AOB)动力学行为,进水NH_4~+-N浓度从40 mg/L提高到1 000 mg/L,反应器最大NH_4~+-N比氧化速率由0.23 d~(-1)上升到0.74 d~(-1),AOB利用底物更快。     

15℃ SBBR短程硝化快速启动和稳定运行性能

本文通过控制C/N研究了15℃序批式生物膜反应器(SBBR)低氨氮污水短程硝化工艺的快速启动和稳定运行性能.结果表明,启动运行60个周期C/N为1. 5时成功快速启动短程硝化,C/N为0和3时快速启动失败;荧光原位杂交和激光共聚焦显微镜联用技术(FISH-CLSM)结果表明,生物膜载体在C/N为1. 5时成功富集氨氧化菌(AOB),C/N为0和3时,几乎没有AOB与亚硝酸盐氧化菌(NOB)的存在;启动成功的短程硝化在运行过程中可以不加入碳源,但投加适量的碳源可提升硝化性能,对短程硝化的稳定运行更有利.本实验在高溶解氧(DO)(约9 mg·L~(-1))下成功启动短程硝化,稳定运行过程中平均DO维持为6. 5 mg·L~(-1)左右,成功将实现短程硝化的DO值从低浓度解离出来.反应器内充足甚至过量的NH_4~+-N可以有效抑制NOB的生长,保证短程硝化的稳定运行. 15℃工况下,全量亚硝化工艺更适合处理高氨氮负荷的污水,而半量亚硝化更适合降解低氨氮污水.     

SBR反应器内短程硝化系统快速启动及影响因素研究

探讨了采用序批式反应器(SBR)快速启动自养短程硝化系统的方法,研究了溶解氧(DO)、pH、温度、外加有机碳源对自养短程消化系统的影响。以硝化污泥接种反应器(SBR),在纯自养条件下利用高浓度溶解氧1.0～1.6mg/L和中温(35±1)℃达到亚硝酸氮的快速积累。结果表明,在进水氨氮浓度为280～300mg/L,HRT为12h,控制pH值为7.5～8.5、温度在(28±1)℃、溶解氧浓度为0.8～1.2mg/L条件下,氨氮去除率达到90%以上,亚硝酸氮积累率高达95%。试验证明投加有机碳源(COD)50mg/L左右时,不会对短程硝化系统产生影响,且能实现较高氨氮去除率和稳定的亚硝酸氮积累率。     

碱度对低氨氮部分亚硝化的影响与机理分析

为了探讨进水碱度对低氨氮废水部分亚硝化过程的影响与机理,在控制碱度的条件下启动并运行SBR部分亚硝化反应器。结果表明,控制碱度/NH_4~+-N为3.67～4.05可成功实现低氨氮废水部分亚硝化反应器的启动和稳定运行,亚硝酸盐累积率90%。将稳定运行的SBR部分亚硝化反应器与厌氧氨氧化反应器串联运行,系统TN去除率为37.3%～84.3%。周期试验显示,当碱度值70 mg/L时,SBR部分亚硝化反应器NH_4~+-N转化速率介于2.81～5.67 mg/(L·h),当碱度减小至70 mg/L,NH_4~+-N转化速率明显下降,当碱度60 mg/L时,亚硝化反应停止。机理分析表明,以HCO_3~-盐为碱度物质时,碱度值70 mg/L可导致系统无机碳源匮乏,这是影响NH_4~+-N转化速率和控制亚硝化反应进程的主要原因。     

高氨氮废水短程硝化系统影响因素研究

在SBR短程硝化系统处理高氨氮污水过程中,探讨了温度、pH和DO对短程硝化的影响。实验发现,温度升高可以促进短程硝化实现,当温度在30℃时,短程硝化系统的稳定性能良好,NH4+-N的去除率和NO2--N的积累率均达到了最佳值。适宜的pH有益于NH4+-N的去除和NO2--N的积累,当pH为8.5时,系统的NO2--N积累率较好。DO浓度会影响系统中AOB和NOB的生长平衡,当DO处于0.7~0.9mg/L时,系统内AOB的生长形成优势,NO2--N积累率最高,短程硝化效果最佳。     

生物紊动床内短程硝化过程研究

采用生物紊动床反应器(BTBR),分别研究了氨氮浓度、溶解氧浓度和有机物浓度对硝化过程的影响,以及不同条件下短程硝化的实现方法及特点。试验结果表明,通过高浓度游离氨对硝化菌选择性抑制所获得的亚硝酸盐积累是不稳定的;在0.5￣1.0mg/L溶解氧下,DO成为增殖的限制基质,可实现亚硝酸盐稳定的积累;当进水NH+4-N为300mg/L时,出水硝态氮中亚硝酸盐氮比例稳定在80%以上。在DO浓度为2￣3mg/L的条件下,有机物浓度为200m gTOC/L时对硝化作用影响不大;DO浓度为0.5￣1.0mg/L、TOC为100mg/L时硝化系统即受到破坏。     

基于HPR在线监测控制SBR曝气历时实现短程脱氮

应用新型自动呼吸-滴定测量仪在线测量pH值、HPR等信号,进行了在SBR内实现短程脱氮的研究.采用SBR处理人工合成废水,COD和NH4+-N浓度分别为360,40mg/L,温度稳定在20℃,DO低于2mg/L,基于HPR在线监测控制SBR曝气历时.运行约60d后,亚硝酸盐积累率达到88%,COD和NH4+-N去除率均在90%以上,稳定实现了短程硝化反硝化.应用HPR估计硝化过程的NH4+-N浓度发现,NH4+-N实测值与基于HPR的计算值间存在良好的线性关系,相关系数为0.9722;计算值整体低于实测值,主要是由曝气初期的滴定启动滞后所致.     

供氧充足环境下SBBR实现短程硝化的控制研究

在供氧充足条件下对序批式生物膜反应器SBBR实现短程硝化的途径和机理进行研究.以垃圾渗滤液为处理对象,控制反应器主要环境参数为:溶解氧(DO)5mg/L, pH7.0,温度(t)25℃,采用全排水方式,进水周期为12h.通过数学推导和模型分析,确定以游离氨FA、C02和HN02浓度为直接控制因素,进水周期为间接控制因素,在SBBR反应器中实现了有效的短程硝化.结果表明,在氨氮NH ,4-N容积负荷0.52kg/(m3·d), NaHCO3浓度1.5mg/L的进水条件下, NH 4-N转化率达到89%, NO-2-N积累率达到83%,短程硝化作用显著.由此得出FA浓度是供氧充足情况下实现亚硝态氮NO-2-N积累的关键因素, CO2作为氨氧化细菌AOB的碳源,则具有进一步提升反应器性能的作用.     

基于HPR在线监测控制SBR曝气历时实现短程脱氮

应用新型自动呼吸-滴定测量仪在线测量pH值、HPR等信号,进行了在SBR内实现短程脱氮的研究.采用SBR处理人工合成废水,COD和NH4+-N浓度分别为360,40mg/L,温度稳定在20℃,DO低于2mg/L,基于HPR在线监测控制SBR曝气历时.运行约60d后,亚硝酸盐积累率达到88%,COD和NH4+-N去除率均在90%以上,稳定实现了短程硝化反硝化.应用HPR估计硝化过程的NH4+-N浓度发现,NH4+-N实测值与基于HPR的计算值间存在良好的线性关系,相关系数为0.9722;计算值整体低于实测值,主要是由曝气初期的滴定启动滞后所致.     

海水养殖废水生物膜反应器快速启动研究

针对微污染海水养殖废水生物膜氨氧化工艺处理中启动时间长、处理效果不佳等问题,开展了不同种类营养强化方式(NH_4~+-N/PO_4~(3-)-P/TOC)对生物膜工艺启动过程氨氧化性能影响研究。结果表明,微污染养殖废水水质下启动生物膜反应器需要30 d度过缓滞期并于42 d获得成熟生物膜,通过增加有机物水平进一步抑制生物膜氨氧化性能,而增加NH_4~+-N负荷(2.70~25.44 mg/L)和PO_4~(3-)-P负荷(0.01~0.41 mg/L)均能有效提高氨氮去除性能和缩短反应器启动时间。其中,尤以提高NH_4~+-N负荷效果最佳,当NH_4~+-N负荷分别增至11.53 mg/L(C/N=0.2)和25.44 mg/L(C/N=0.4)时,反应器进入稳定期时间分别仅需12 d(反应器N3)和10 d(反应器N4)。系统稳定后调节进水负荷至养殖废水水质,各组反应器中N3氨氮去除速率最高(0.38 mg/(L·h)),且出水氨氮≤0.02 mg/L;并采用Monod方程获得N3生物膜半饱和常数Ks值(0.08 mg/L)明显低于反应器N4(3.37 mg/L)。为此,增加进水NH_4~+-N负荷至11.53 mg/L(C/N=0.2)左右启动生物膜反应器,能更加有效同步缩短反应器启动时间和提升氨氮去除效率。     

ABR-MBR工艺处理生活污水实现短程硝化

采用ABR-MBR耦合工艺对MBR反应器中实现短程硝化的运行控制条件进行了研究,并为后续研究系统的反硝化除磷性能打下基础.ABR-MBR耦合工艺在不同条件下的运行研究结果表明,在ABR反应器的水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)6 h,污泥回流比100%,硝化液回流比300%,温度30℃±2℃的条件下,通过控制好氧区溶解氧浓度(DO从0.5~1.0 mg·L~(-1)降为0.3~0.7 mg·L~(-1))以及改变MBR反应器有效容积以控制其HRT,最终在MBR反应器HRT从3 h逐步延长至5 h时短程硝化遭到破坏,亚硝酸盐积累率(nitrite accumulation rate,NAR)从60%急剧下降至15%.短程硝化影响因素的分析表明:pH值、游离氨(free ammonia,FA)和游离亚硝酸(free nitrous acid,FNA)对本试验实现短程硝化无显著影响,维持低DO浓度(0.3~0.7 mg·L~(-1))并逐步缩短HRT是本试验实现短程硝化的关键控制因素,温度和污泥停留时间(sludge retention time,SRT)可作为辅助因素与之共同调控.短程硝化期间,系统获得了高效且稳定的COD和NH_4~+-N去除效果,平均出水浓度分别低于50 mg·L~(-1)和2 mg·L~(-1),去除率均在90%以上,TN平均去除率高达72%.     

城市生活污水SNAD生物膜脱氮特性

通过批试实验研究了同步亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化(SNAD)生物膜的脱氮性能.SNAD生物膜具有良好的厌氧氨氧化和反硝化活性.厌氧氨氧化NH_4~+-N、NCV-N和总无机氮(TIN)去除速率分别为0.121,0.180,0.267kgN/(kgVSS·d);反硝化和亚硝态氮氧化活性分别为0.211,0.053kg NO_2~--N/(kg VSS·d).SNAD生物膜厌氧氨氧化适宜的pH值范围为5~9,生物膜有助于缓解pH值对厌氧氨氧化菌的抑制作用.SNAD生物膜对NO_2~--N和FNA的抑制作用表现出良好的耐受能力.当NO_2~--N浓度分别为100,150mg/L时,对应的FNA浓度分别为70,100ng/L,厌氧氨氧化NH_4~+-N去除速率分别为0.087,0.029kg N/(kg VSS·d).扫描电镜显示,在SNAD生物膜表面主要是一些短杆菌.在SNAD生物膜内部主要为火山口状细菌,应为厌氧氨氧化菌.     

厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳研究Ⅰ:COD/NH_4~+-N对耦合反应的影响

采用ASBR反应器,通过改变进水COD/NH_4~+-N值,研究了COD/COD/NH_4~+-N对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的影响.结果表明:在COD为300mg/L,NO2--N为145mg/L时,COD/COD/NH_4~+-N是影响厌氧氨氧化对耦合反应脱氮贡献及COD/NH_4~+-N去除率的主要因素,但不会对NO2--N去除率产生影响.当COD/COD/NH_4~+-N值在1~3.25时,厌氧氨氧化对耦合反应的脱氮贡献率基本稳定在73.03%;当COD/COD/NH_4~+-N值在3.75时,厌氧氨氧化对耦合反应脱氮的贡献率开始由71.76%下降至约55%;当COD/COD/NH_4~+-N值在4.25~5.25时,厌氧氨氧化与反硝化的脱氮贡献率基本相等;当COD/COD/NH_4~+-N值在6.5~12.5时,反硝化的脱氮贡献率随着COD/COD/NH_4~+-N值的增大由51.69%增大到79.62%.耦合反应器中活性污泥的颗粒化程度不断增强,颗粒污泥的粒径主要分布在0.6~1.5mm范围内,污泥沉降性能良好.     

生物膜短程硝化系统的恢复及其转化为CANON工艺的过程

在温度为30℃±1℃条件下,以改性聚乙烯为填料,人工配置无机NH+4-N废水为进水,研究生物膜短程硝化系统的恢复过程.短程硝化首先通过过量曝气破坏,使NOB适应高浓度游离氨后,在连续曝气条件下,DO控制在0.5 mg·L~(-1)以下,FA控制在1.5 mg·L~(-1)以上,维持反应器运行83 d未实现短程硝化,84 d改连续曝气为间歇曝气,出现NO-2-N积累现象,142 d再次验证这一规律.随着反应器的运行,生物膜系统中为ANAMMOX菌提供了生存环境,厌氧氨氧化作用产生,短程硝化系统逐步转化为CANON工艺,并逐渐增加进水NH+4-N浓度和进水流量,反应器的TN去除率与TN去除负荷逐渐提高.当反应器运行至450 d,TN去除率达到64.03%,去除负荷为2.52 kg·(m~3·d)~(-1).因此,一旦NOB适应了高浓度的游离氨,生物膜系统的短程硝化恢复不易实现,但间歇曝气是一个有效的方法,随着反应器的连续运行,短程硝化工艺最终转化为CANON工艺,而且,这一转变进一步强化了短程硝化的稳定性.     

三相生物流化床处理低C/N污水的亚硝化过程控制研究

将短程硝化与生物流化床相结合,采用低碳氮比的人工合成污水进行启动,考察进水COD、氨氮、DO、p H对硝化和亚硝化过程的影响。研究表明,较短的水力停留时间(HRT)和较少的接种污泥量有利于生物膜的生长,能够成功实现生物流化床的快速启动。高进水氨氮浓度有助于反应器实现亚硝酸盐的积累,但是这种积累并不稳定。当反应器中p H为7.5~8.1,ρ(DO)为1.5~2.5 mg/L时,最大亚硝化率达到75%左右,氨氮去除率达85%以上。出水NO-2-N和NO-3-N浓度随进水COD浓度的增加而减少;当进水COD浓度为50 mg/L时,出水硝酸盐浓度急剧减少,亚硝酸盐浓度有所降低,反应器发生同步硝化反硝化脱氮现象。     

环流曝气塔中生物脱氮过程的研究

利用环流曝气塔进行同时硝化/反硝化(sND)脱氮实验.实验中,分别采用不同降解性能的碳源以及采用不同的碳源投加方式,研究反应器内的脱氮过程,监测处理过程中NO_x^--N浓度和溶解氧DO的变化.实验显示,在COD 800mg/L+800mg/L的分批加料方式下,NH₄⁺-N的降解得到加强,出水中NH₄⁺-N浓度低于3mg/L;利用较难降解物质作为碳源时,利于反应器内低溶解氧条件的出现,促进了反硝化的进行,实验在采用醇类碳源时脱氮效果好于葡萄糖的情况.     

高浓度氨氮消化污泥脱水液半短程硝化试验研究

采用A/O工艺考察了消化污泥脱水液半短程硝化及维持的影响因素和控制方法.结果表明,在温度9～20℃、平均DO浓度5.4 mg/L、SRT 30 d左右时,进水氨氮负荷（以N计,下同）0.64 kg/(m³·d)的条件下启动,经过29 d实现了短程硝化,此后的65 d内,动态控制反应器游离氨FA>4 mg/L时,70%亚硝氮累积率的短程硝化得以维持;在实现短程硝化的基础上,进而实现了半短程硝化,出水氨氮与亚硝氮浓度比维持在1∶1.32左右;当氨氮负荷降至0.19 kg/(m³·d)时(FA<1 mg/L),短程遭到破坏,在不同FA下取样做FISH分析,进一步证明了高FA是维持半短程硝化的主要因素;在进水中COD为282 mg/L, C/N仅为0.85的条件下,由于实现了短程硝化,系统TN去除量约为91 mg/L.结果分析表明,消化污泥脱水液在中低温、高DO浓度、长SRT下,通过动态控制氨氮负荷和pH值等运行参数,在系统中维持适宜的FA浓度(>4 mg/L),可以实现并维持半短程硝化,为后续的厌氧氨氧化提供进水或回流到污水厂主流区而节省反硝化碳源.     

复合生态浮岛处理微污染河水

构建融合具有缓释碳源特性的生态基质的复合生态浮岛(CFI),研究了DO对CFI净化效果的影响,探究了CFI的微生物群落结构及其多样性。结果发现:不同DO条件下CFI的TN去除效果均明显高于普通生态浮岛(FI),表明其具有强化脱氮作用。ρ(DO)为3~5 mg/L时CFI的NH_4~+-N和TN的平均去除率比ρ(DO)为1~3 mg/L时分别提高了28.15%和降低了19.98%,说明提高DO有利于NH_4~+-N的去除,但不利于TN的去除。CFI中的优势菌种较为集中,主要为假单胞菌属、紫色杆菌属和狭义梭菌属。CFI中的物种丰度高于FI,FI中的微生物群落多样性高于CFI。     

中试MBBR反应器启动CANON工艺及其短程硝化

采用150 L的移动床生物膜(MBBR)反应器,控制温度为28℃,以无机高氨氮(平均浓度350 mg·L~(-1))废水为原水,启动全程自养脱氮(CANON)工艺,同时,取其中絮状污泥至5L的SBR反应器中,维持进水NH~+_4-N浓度为90～200 mg·L~(-1),共同进行短程硝化恢复研究.结果表明,MBBR反应器中,HRT平均为12 h时,短程硝化与TN去除率互相制约,TN去除率平均为38.2%,δNO~-_3-N/TN值平均为0.274,当HRT降至6h后,δNO~-_3-N/TN值由0.347下降至0.146; SBR反应器通过间歇曝气,分别维持曝气与停曝时间为30 min与20 min,好氧过程中DO浓度为0.5～0.6 mg·L~(-1),且每周期末FNA浓度高于0.18 mg·L~(-1)时, 12 d后系统内NAR由0增长至99.2%,NUR从24.8 mg·(g·h)~(-1)降至0,TN去除率则由13%降至3%,成功由全程硝化转变为短程硝化;高通量测序结果显示:MBBR反应器中Candidatus Kuenenia在絮状污泥和生物膜中的相对丰度分别为7.91%及17.38%,Nitrosomonas在二者中分别占27.43%和2.55%,Nitrospira则在二者中占0.30%和0.28%; SBR反应器恢复短程硝化后,AOB与ANAMMOX丰度分别下降至1.18%和0.01%,Nitrospira的相对丰度则上升至1.39%.