DO对SBBR工艺同步硝化反硝化的影响研究

实验研究了序批式生物膜反应器(SBBR)同步硝化反硝化生物脱氮城市污水处理工艺。试验结果表明:DO是影响SBBR工艺实现同步硝化反硝化的一个重要因素,将DO控制在2.8～4.0mg/L的范围内,可以取得较好同步硝化反硝化效果,总氮去除率可达67%以上。通过好氧反应过程中溶解氧在生物膜内反应扩散模型以及扫描电镜对生物膜的形态结构观察,分析了SBBR工艺同步硝化反硝化机理。SBBR工艺同步硝化反硝化主要是由微环境引起的,生物膜在好氧条件下能创造缺氧微环境,DO浓度直接影响生物膜内部好氧区与缺氧区比例的大小,进而影响硝化和反硝化的效果。DO浓度升高,使氧传递能力增强,使生物膜内部原来的微环境由缺氧性转为好氧性;反之DO浓度降低,生物膜内部微环境倾向于向缺氧或厌氧发展。     

不同水力条件下排水管道生物膜中氮元素分布特性

在壁面剪切力为1.0,1.5,2.0Pa条件下培养排水管道生物膜,利用微电极测试技术对生物膜进行生长过程及成熟生物膜内部DO、NH4+、NO2-、NO3-分布规律进行研究.结果表明:1.0,1.5,2.0Pa条件下培养的生物膜厚度分别为(2.3±0.1),(1.9±0.1),(1.6±0.1)mm;1.0,1.5Pa条件下的生物膜内存在好氧、缺氧环境,在其中发生了硝化和反硝化反应,而2.0Pa条件下的生物膜内只存在好氧环境,只发生了硝化反应.生物膜厚度影响着溶解氧在膜内的分布,继而影响着N在膜内的迁移转化过程.     

富氧条件流离反应器内好氧反硝化特征

基于连续流A/O流离生物膜反应器内同步硝化反硝化的研究结果,以流离生物膜内菌群为整体研究对象,在富氧条件下,对依赖不同氮源生存的细菌的活性、以及具有的反硝化特征进行了研究.研究结果表明,温度25~30℃、溶解氧4.0~6.0 mg·L-1条件下,低碳氮比废水在硝化菌和好氧反硝化菌共同作用下,总氮和氨氮浓度稳步下降,亚硝酸盐和硝酸盐在试验持续时间内无明显积累现象.再分别以硝酸盐氮和亚硝酸盐氮为氮源,在高温(40℃)条件下18 h内即被完全去除,证明流离生物膜内的好氧反硝化菌脱氮效果好,且对高温水环境耐受力强.相对于单一菌群的反硝化研究,以多种细菌整体为研究对象的试验研究具备实际应用的可能性.     

反硝化生物滤池反冲洗前后的生物膜特征研究

依托实验室稳定运行的反硝化生物滤池反应器,研究其反冲洗前后生物膜活性和胞外聚合物的变化特征。反硝化生物滤池进水NO3--N平均浓度为32.35 mg/L,出水NO3--N浓度低于0.95 mg/L,对NO3--N去除率达99.2%;COD进、出水平均浓度分别为290.84和154.43 mg/L。反硝化生物滤池的反冲洗周期为14 d,生物膜活性由反冲洗前的11.92 mg TF/g SS提高到反冲洗后的40.06 mg TF/g SS;生物膜胞外聚合物由反冲洗前的50.28 mg/g SS降低到反冲洗后的38.20 mg/g SS,且蛋白质与多糖含量之比也由3.28降低为3.16。反冲洗后生物膜的活性明显提高,胞外聚合物含量减小。     

自然通风沸石生物滴滤池脱氮机理

研究了自然通风沸石生物滴滤池中无机含氮化合物及微生物活性的沿程变化规律.结果表明,在水力负荷为6 m3/(m2·d),进水ρ(氨氮)为(19.2±2.6) mg/L的条件下,滴滤池单位体积滤料对氨氮的去除效果自上而下逐渐降低.而硝化速率的测定结果表明,中层和下层单位体积滤料上的硝化细菌活性较上层有了显著增加.因此可以认为,影响氨氮去除效果的首要因素是液相与生物膜相之间的氨氮传质速率,而非单位体积滤料的硝化细菌活性.滴滤池进出水中无机含氮化合物组成的变化表明,滤层中出现了显著的同步硝化反硝化现象,原因是滤池内部的沸石颗粒通风不畅,造成了局部的缺氧环境,利于反硝化作用的进行;同时,由于进水端C/N相对较高,反硝化主要发生在滴滤池上层.对生物膜耗氧速率的分析表明,上层生物膜以异养菌为主,随着有机物的沿程降解,中层和下层自养菌所占比例增加.      

关键参数对MBBR工艺生物膜活性的影响研究

对MBBR工艺处理工业园区废水的参数进行优化比较,重点测试了不同曝气量和水力停留时间下MBBR载体生物膜降解速率,测试并分析了生物膜活性的变化规律。结果表明,当曝气强度为350L/h,水力停留时间为12h,系统出水较优,COD去除率约为70.8%,NH3-N去除率约为91.7%,TN去除率约为38.3%。MBBR工艺表现出优异的氨氮去除效率,具备较高的同时硝化反硝化能力。生物膜活性影响分析表明,曝气量增大有利于生物膜耗氧活性和硝化活性提高,但其对反硝化活性有抑制作用;水力停留时间过大或过小均不利于生物膜保持高活性;综合分析表明,气水比约为50∶1,水力停留时间为12h时,系统生物膜耗氧活性和硝化反硝化活性较高。     

曝气生物滤池好氧反硝化脱氮的研究

采用某钢铁厂含氮废水,利用生物滤池工艺,研究了曝气生物滤池的挂膜、溶解氧、碳氮比对好氧反硝化脱氮的影响.结果表明,利用富含好氧反硝化菌的富集菌液进行挂膜,16 d基本完成挂膜,脱氮率90%.当溶解氧较低时(DO为1.5～4.2mg/L),随着溶解氧的增大,反硝化效率提高,其中以DO为3.5 mg/L时的效果最好,脱氮率为95.4%.随着曝气量继续增加,脱氮率有所下降,当DO为8.0 mg/L时,脱氮率仍有44.8%.可推断系统中有好氧反硝化菌,存在以O2作为电子受体的好氧反硝化现象.随着碳氮比(COD/N)增大,反硝化效果提高.当COD/N为6～7时,基本能够满足反硝化所需碳源.此时脱氮率大于96%,亚硝态氮在整个反应过程中几乎没有积累,COD去除率在85%左右.     

高氨氮渗滤液处理的好氧反硝化工艺研究

连续动态试验研究表明,对于高浓度氨氮渗滤液,普通活性污泥法的好氧反硝化工艺的总氮去除率可达10%以上.硝化反应速率随着溶解氧浓度的降低而下降;反硝化反应速率随着溶解氧浓度的降低而上升.硝化及反硝化的动力学分析表明,在溶解氧浓度为0.14mg/L左右时会出现硝化速率和反硝化速率相等的同步硝化反硝化现象,其速率为4.7mg/(Lh),硝化反应Kn=0.37mg/L;反硝化反应k_D=0.48mg/L.     

缺氧反硝化-好氧间歇试验处理印染PVA退浆废水

系统研究了投加硝态氮NO3^--N的反硝化工艺在缺氧，好氧，生物碳间歇试验中处理印染PVA退浆废水的效果。结果表明．按照缺氧反硝化投加硝态氮NO3^--N比缺氧水解-生物膜法对CODcr的去除率：缺氧池，好氧池均提高了30％．缺氧反硝化工艺二沉池出水经过生物碳处理后CODcr的去除率达到90％。缺氧反硝化，好氧的降解速率常数分别由缺氧水解，好氧的0．0126h^-1，0．0345h^-1，提高到0．080h^-1,0．112h^-1,NO3^--N与CODcr之比为0．20是处理印染PVA退浆废水成功的关键。     

微气泡曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

同步硝化反硝化(SND)是废水处理中的新型生物脱氮工艺,和传统生物脱氮工艺相比具有显著的应用优势.本研究采用微气泡曝气固定床生物膜反应器,研究了SND过程中污染物去除效果并检测了生物膜功能菌群的变化情况.结果表明,在微气泡曝气固定床生物膜反应器内可以实现同步硝化反硝化,通过提高进水COD负荷和C∶N比,降低溶解氧(DO)浓度,同时增加填料床层孔隙率,可以改善SND效果.当进水COD负荷和总氮(TN)负荷为0.86 kg·(m3·d)-1和0.10 kg·(m3·d)-1,且填料床层孔隙率为81%时,COD和TN的去除率分别为97.6%和70.2%,实现了COD和TN的同步高效去除;同时,微气泡曝气对氧传质的强化作用使得氧利用率高达91.8%.此外,生物膜活性和硝化及反硝化功能菌群的变化,与反应器COD、氨氮和TN去除能力的变化基本一致.     

A/O工艺生物除磷和好氧反硝化效果及影响因素研究

采用A/O工艺处理低碳源城市污水,研究了生物除磷和好氧反硝化脱氮效果及其影响因素。试验结果表明:①磷的出水浓度低于0.8mg/L,去除率达到92%~98%;②影响好氧反硝化的主要因素为DO和HRT。当DO控制在2mg/L左右,HRT控制在6h时,好氧反硝化效果最好。增加了脱氮效率,减少了碳源和需氧量。NH4+-N去除率高达94%,总脱氮率可高达76%左右。     

生物膜层DO浓度对MABR中异养硝化-好氧反硝化的影响

高浓度氨氮（NH₄+-N）废水的好氧生物处理是一个高氧需求过程.膜曝气生物膜反应器（membrane aerobic biofilm reactor,MABR）因其高氧利用率、低能耗优势在高氨氮废水处理中具有重要应用潜力.通过启动贯通式MABR接种异养硝化-好氧反硝化（heterotrophic nitrification and aerobic denitrification,HN-AD）脱氮混合菌液处理高氨氮模拟废水,调节进气量实现生物膜层不同溶解氧（DO）浓度,考察生物膜层DO浓度对MABR脱氮性能、HN-AD菌多样性及其脱氮功能基因的影响.结果表明:①MABR中仅生物膜内层DO浓度随进气量的增加而提升,生物膜外层DO浓度始终保持为0 mg/L;高DO浓度下反应器NH₄+-N、总氮（TN）去除率相比低DO浓度分别增加了28.15%和24.18%,提高生物膜内层DO浓度强化MABR脱氮性能.②高通量测序分析表明,HN-AD菌是MABR中的脱氮功能微生物,研究获得假黄褐藻属（Pseudofulvimonas）、脱氮副球菌属（Paracoccus）、鞘氨醇杆菌属（Sphingobacterium）和不动杆菌属（Acinetobacter）等共13种HN-AD菌属,其总相对丰度在低、中和高DO浓度下分别为12.97%、19.05%和22.01%,说明提高生物膜内层DO浓度促进了HN-AD菌属的富集.③PICRUSt1功能基因预测发现,MABR中HN-AD菌的好氧反硝化功能基因（napA、napB）总相对丰度在低、中和高DO浓度下分别为0.000 13‰、0.019‰和0.060‰,说明提高MABR生物膜内层DO浓度加快了HN-AD菌的好氧反硝化进程,促进了MABR中HN-AD过程的实现.研究显示,通过调节进气量实现生物膜内层不同DO浓度,可以强化MABR脱氮性能,提高HN-AD菌属富集程度,促进MABR中HN-AD过程的实现.      

数学模拟好氧颗粒污泥的形成及水力剪切强度对颗粒粒径的影响

以生物膜数学模型和活性污泥数学模型为基础,建立好氧颗粒污泥一维数学模型,并模拟营养物质的去除、颗粒粒径变化、反应器周期表现以及好氧颗粒污泥内DO和菌群分布.模拟有机物SS浓度和出水NH4+-N浓度逐渐降低,在大约50 d左右达到稳定,50 d后模拟出水浓度分别<25 mg.L-1和<1.5 mg.L-1.模拟出水NO3--N浓度随着粒径的增加呈现降低趋势.当颗粒粒径由模拟30 d时的1.1 mm增加到100 d时的2.5 mm,颗粒污泥缺氧区面积相应增加,总氮(TN)的去除率由不到10%增加到91%左右,最终模拟出水NO3--N浓度降低到<3 mg.L-1.在好氧颗粒污泥系统内,由于氧气传质阻力,模拟颗粒污泥外层DO浓度高而内层浓度低,颗粒内可以发生同时硝化反硝化,且好氧颗粒污泥内DO特征随时间而发生变化.在好氧初期,好氧颗粒污泥代谢活性高,模拟DO传质深度大约为100～200μm;而在好氧末期,模拟DO传质深度为800μm.模拟自养菌主要分布在DO浓度高的颗粒外层,异养菌分布在整个颗粒.当水力剪切系数kde由0.25(m.d)-1逐渐增加到5(m.d)-1时,模拟颗粒平衡粒径依次由3.5 mm左右减小到大约1.8 mm.在不同水力剪切强度下模拟颗粒污泥生长特征相似,其平衡状态下粒径随曝气强度的增加而减小,可以通过控制曝气强度来控制好氧颗粒污泥的平衡粒径.     

溶解氧对分段进水生物脱氮工艺的影响

采用分段进水生物脱氮工艺处理生活污水.设置0.9,0.6,0.4,0.3m³/h4组曝气量,相应的好氧区溶解氧(DO)浓度约为2.8,1.7,0.8,0.5mg/L左右.结果表明,在好氧区DO为0.5mg/L左右的低氧条件下,通过对系统进行适当的控制,可以取得较好的硝化效果,氨氮去除率可达98%以上.同时,由于低曝气量下混合液从好氧区到缺氧区携带的DO量减少,并且在好氧区发生了同步硝化反硝化作用,使得TN去除效果明显优于高曝气量的情况.另外,由于工艺结构的特点,分段进水生物脱氮系统可长期在低氧条件下运行,且污泥沉降性能良好.     

温度和DO对MBBR系统硝化和反硝化的影响

在缺氧/好氧/好氧串联运行的移动床生物膜反应器（MBBR）系统中考察了温度和好氧反应器中溶解氧（DO）水平对生物膜硝化和反硝化过程氮素去除的影响,并通过高通量测序技术探究温度和DO的变化造成的MBBR系统中脱氮功能菌群结构的差异,从而在微观水平解释硝化和反硝化受温度和DO影响的生物学机理.结果表明,系统温度的升高可以同时强化生物膜硝化和反硝化过程,且好氧反应器中DO水平的提高对硝化过程有利,从而提高系统的脱氮效果.本研究中,在系统连续运行阶段,当系统温度和好氧O₁反应器的DO浓度为本研究范围内的最高水平时（即温度=20~22℃、DO=5~8mg O₂/L）,比硝化负荷可达1.60g NH₄⁺-N/（m²·d）以上,而相同温度范围内比反硝化负荷可高达2.84g NO₃^--N/（m²·d）,从而使MBBR系统在该工况条件下获得了最佳的NH₄⁺-N和TN去除率（分别达到了98.7%和85.7%）.温度和DO影响硝化和反硝化的根本原因是温度和DO变化引起了脱氮功能菌群数量和群落结构的改变：当好氧反应器的DO水平下降时,硝化功能细菌的OTUs比例显著降低,尤其是异养硝化细菌的生长受到了严重的抑制;而温度的变化对反硝化细菌的影响主要体现在群落结构的变化.     

反硝化生物滤池的挂膜与启动

研究了反硝化生物滤池的挂膜与启动过程,为反硝化生物滤池的挂膜过程提供理论依据。在滤速1．2ngh（HRT=20min）时,当反硝化生物滤池运行到第25天时,进水硝态氮质量浓度由50mg／L左右下降到25mg／L左右时,硝态氮去除负荷由1．18kg／（m^3·d）下降到1．10kg／（m^3·d）,负荷变化很小,说明挂膜成功。在反硝化生物滤池中,氨氮主要由反硝化细菌的合成作用去除,去除率不高。在碳源和硝态氮浓度都充足的情况下,反硝化反应遵循零级反应动力学规律,反硝化速率与污染物浓度无关,只与反硝化菌的数量有关。     

移动床膜生物反应器同步硝化反硝化特性

采用挂膜填料代替传统膜生物反应器(MBR)的活性污泥,构建一种新型的移动床膜生物反应器 (MBMBR),考察其处理模拟生活污水的效果及同步硝化反硝化(SND)特性.结果表明,移动床膜生物反应器运行67 d,对模拟生活污水表现出良好的去除有机物及同步硝化反硝化能力.进水COD浓度为573.5～997.7 mg/L时,膜出水COD去除率为88.3%～99.2%.进水氨氮浓度为45.5～99.2 mg/L时,膜出水氨氮去除率为72.1%～99.8%,总氮去除率为62.0%～96.3%.批式实验结果表明,生物膜去除总氮的最佳溶解氧浓度为1 mg/L,其中氨氮和总氮去除率分别为100%和60%.生物膜系统内可能存在好氧反硝化现象.DO为3 mg/L且有机碳源充足时,生物膜总氮去除率为99.0%,SND率达到99.8%.扫描电镜对生物膜的观察发现生物膜内部存在着明显的孔隙,有利于溶解氧和有机基质从外界向生物膜内部传递.     

生物膜系统同时硝化和反硝化的实验研究

实验采用人工配水,对生物膜系统中COD和氮的去除进行了研究。实验中pH控制在7.0～7.5左右,温度为20℃～28℃。本实验研究了不同溶解氧、水力停留时间和碳氮比对总氮去除率的影响。实验结果表明,生物膜系统中同时硝化和反硝化具有一定的可行性。在C/N比为8∶1,水力停留时间6h时,溶解氧为0.5～1.0mg/L时,总氮的去除率达53.6%。