不同C/N比和碳源种类条件下的SNAD生物膜脱氮性能

通过批试实验研究了C/N比和碳源种类对SNAD生物膜厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮性能的影响.SNAD生物膜反应器以生活污水为进水,以鲍尔环为生物膜载体,具有良好的SNAD脱氮性能.以乙酸钠为碳源,研究了COD/NO_2~--N比对SNAD生物膜厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮性能的影响.随着C0D/NO_2~--N比的增加,厌氧氨氧化亚硝态氮去除量占总亚硝态氮去除量的百分比逐渐减小.C0D/NO_2~--N比分别为1、2、3、4和5实验组对应的厌氧氨氧化亚硝态氮去除量占总亚硝态氮去除量的百分比分别为87.1%、52.2%、29.3%、23.7%和16.3%.当C0D/NO_2~--N比为0~2时,厌氧氨氧化亚硝态氮去除量占总亚硝态氮去除量的百分比大于50%,SNAD生物膜可以实现良好的耦合脱氮.控制C0D/N0_2~--N为5,研究了碳源种类对SNAD生物膜厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮性能的影响.以甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠和葡萄糖为碳源实验组对应的厌氧氨氧化亚硝态氮去除量占总亚硝态氮去除量的百分比分别为16.3%、37.1%、74.1%和76.8%.当以丙酸钠或葡萄糖为外加碳源并且C0D/NO_2~--N=5时,SNAD生物膜可以实现良好的耦合脱氮.     

碳源对反硝化过程中一氧化二氮释放的影响

碳源种类及其浓度影响污水处理反硝化过程中一氧化二氮(N2O)的释放。以往关于碳源对反硝化过程中N2O释放特性的研究多采用单一碳源驯化活性污泥,采用混合碳源条件驯化的研究尚少。利用序批式反应器,以蔗糖和乙酸钠为混合碳源驯化反硝化菌。采用批处理试验研究了不同碳源(乙酸钠、葡萄糖和两者混合)在不同碳氮比(COD/N)条件下,利用硝酸盐氮(NO3--N)或亚硝酸盐氮(NO2--N)进行反硝化时N2O的释放。以NO2--N为电子受体进行反硝化时,N2O释放量远大于以NO3--N为电子受体进行反硝化时的释放量。碳源种类影响N2O释放,其释放比从低到高依次为乙酸钠、混合碳源和葡萄糖。以乙酸钠为碳源且当COD/N较低时,由于NO2--N积累和内源反硝化,导致较多N2O的释放,而在碳源相对充足情况下释放量较少。以葡萄糖为碳源时,由于反硝化速率较低,N2O释放量大于利用乙酸钠时的释放量,同时释放量随COD/N比的增加而增加。在混合碳源条件下,反硝化菌优先利用乙酸钠进行反硝化,N2O释放量随COD/N比的增加而降低。     

强化内源反硝化脱氮及污泥减量化研究

为提高传统污水处理工艺内源反硝化脱氮效率,在系统内部实现污泥减量,设计了水解酸化/缺氧/好氧(H/A/O)生物脱氮及污泥减量化工艺.试验采用连续流处理装置,以实际生活污水为研究对象.结果表明,在进水COD(220～410 mg/L)、NH4 -N(36～58 mg/L)、总水力停留时间为11h、硝化液回流比为300%、无外加碳源和碱度条件下,COD、NH4 -N和TN的平均去除率分别超过90%、95%和75%.在缺氧段碳源充足的条件下,随着硝化液回流比的增加,系统TN平均去除率升高;当碳源不足时,随着硝化液回流比的增加,系统TN平均去除率降低.污水经水解酸化预处理后,反硝化速率大大升高.水解酸化段利用水解酸化作用对回流剩余污泥的减量达到56.2%,污水、污泥经过水解酸化处理,大大提高了系统脱氮效率.以水解酸化作为传统的城市污水及污泥处理工艺,既可有效地改善污水的可生化性,提高系统污染物平均去除率,增强污水处理系统运行的稳定性,又可实现污水、污泥一体化处理.     

水培植物生态槽对低C/N污水的脱氮研究

选用某污水处理厂的二沉池出水[(TN主要以硝态氮(NO3--N)形式存在)作为研究对象,采取水培植物生态槽进行脱氮试验,着重研究了NO3--N的反硝化过程.结果表明, NO3--N与COD均得到有效去除;生态槽厌氧区水力停留时间(HRT)为10~18h,系统水力负荷为1.33m3/(m3×d),不投外加碳源时,空槽运行NO3--N去除率为10.80%;种植能分泌溶解性有机碳(DOC)的凤眼莲使NO3--N去除率升至15.89%;而硫自养反硝化过程使NO3--N去除率提高至37.80%;投加葡萄糖时,TN与NO3--N的去除率分别达到87.20%和93.21%,出水浓度分别降到2.2,1.04mg/L.     

不同碳源加强A~2/O工艺脱氮除磷效果的研究

以人工配制的模拟城市污水为试验用水,采用76L的A~2/O反应器,以甲醇、乙酸钠和剩余污泥水解酸化液分别作为唯一碳源,研究了进水碳源类型对脱氮除磷和代谢过程的影响。结果表明:以甲醇为碳源时COD的去除率最高为97.04%;以乙酸钠为碳源时NH+4-N的去除率最高为99.5%,TP的去除率最高为95.91%;以酸化液为碳源时TN的去除率最高为70.18%。剩余污泥水解酸化液对脱氮除磷的影响效果不及甲醇和乙酸钠,但是以酸化液作为碳源不仅成本较低,还可实现废物资源化。综合考虑酸化液作为碳源最佳。     

水解反硝化+A/O工艺处理低碳氮比城镇废水试验研究

采用水解反硝化强化脱氮工艺,将水解酸化过程与反硝化脱氮过程相结合,研究此工艺对城镇低碳氮比废水的处理效果。实验表明,系统对COD、NH_4~+-N、TN的去除效果较为稳定,去除率分别为87.95%、99.42%、51.84%,出水COD及NH_4~+-N均优于国家一级A排放标准。当硝化液回流比为100%时,为最优工况,在进水C/N比为1时,系统对TN去除率为55.07%,去除量达45.43 mg/L;进水C/N比为0.82时,系统对TN去除率为50.45%,去除量达37.27mg/L。在C/N<1的条件下,系统仍然表现出较高的脱氮性能。对比水解池与后段A/O缺氧池的脱氮效果,水解池在反硝化脱氮能力及碳源利用率方面均优于缺氧段。     

乙酸钠作为碳源不同污泥源短程反硝化过程亚硝酸盐积累特性

为探究乙酸钠作为碳源时,不同污泥源外源短程反硝化过程中亚硝酸盐积累特性,采用1号和2号SBR分别接种某污水处理厂二沉池和同步硝化反硝化除磷系统剩余污泥,通过合理控制初始硝酸盐浓度和缺氧时间,实现了短程反硝化的启动,并考察了其在不同初始COD和NO3--N浓度条件下的碳、氮去除特性。试验结果表明:以乙酸钠为碳源,1号和2号SBR可分别在21d和20d实现短程反硝化的成功启动,且其NO2--N积累量和亚硝酸盐积累率(NAR)均维持在较高水平,分别为12.61mg·L-1、79.76%和13.85mg·L-1、87.60%。当2号SBR初始NO3--N浓度为20mg·L-1,且初始COD浓度由60mg·L-1升高至140mg·L-1时,系统实现最高NO2--N积累时间可由160min逐渐缩短至6min,同时NO3--N比反硝化速率(以VSS计)由3.84mg·(g·h)-1增加至7.35mg·(g·h)-1,初始COD浓度的提高有利于实现短程反硝化过程NO2--N积累。2号SBR初始COD浓度为100mg·L-1,当初始NO3--N浓度由20mg·L-1增加至30mg·L-1时,系统NAR均维持在90%以上,最高可达100%(NO3--N初始浓度为25mg·L-1);当初始NO3--N浓度≥35mg·L-1时,系统COD不足导致NO3--N不能被完全还原为NO2--N。此外,在不同初始COD浓度(80、100、120mg·L-1)和NO3--N浓度(20、25、30、40mg·L-1)条件下,2号SBR的脱氮除碳和短程反硝化性能均优于1号SBR。     

碳源对反硝化过程NO2-积累及出水pH值的影响

采用序批式反应器(SBR),考察了以甲醇、乙醇、乙酸钠为碳源的电子供体对反硝化过程中亚硝酸盐积累及出水pH值的影响.结果表明,碳源充足时,亚硝酸盐积累量与碳源类型及污泥负荷有关.进水NO3--N为20mg/L,即低负荷条件下,各碳源系统仅有少量亚硝酸盐积累,比反硝化速率及出水pH值对应碳源依次为乙酸钠>乙醇>甲醇;高负荷条件下,除甲醇系统因反硝化不完全仅有微量亚硝酸盐积累外,乙醇和乙酸钠系统均有大量亚硝酸盐积累,且积累量与出水pH值明显高于低负荷.对以乙酸钠为碳源的研究还发现,不同电子受体投配比的反硝化均出现不同程度的亚硝酸盐积累且反应速率随着NO3--N比例提高而降低,说明亚硝酸盐的还原受到硝酸盐的抑制.pH值监测显示,除了与碳源类型及污泥负荷有关,反硝化过程pH值增量还随COD/N比升高.因此,反硝化过程宜采用乙酸钠与其他碳源混合且适量投加以消除单一碳源造成出水pH值过高或反应速率慢的不利影响.     

城市污水处理厂缺氧池短程反硝化现象及影响因素研究

调研了北方某城市污水处理厂缺氧池亚硝态氮积累的现象.该污水处理厂采用传统厌氧/缺氧/好氧（A/A/O）工艺,在缺氧池中存在稳定的短程反硝化过程,且缺氧池中亚硝态氮积累率最高可达88.4%.16S rRNA高通量测序分析表明Saccharibacteria_genera_incertae_sedis和Thauera可能是导致该厂缺氧池亚硝态氮积累的主要菌种,而短程反硝化现象出现的主要原因可能为外加碳源乙酸钠和系统较高的pH值.取活性污泥在COD/NO₃^--N为2~5条件下进行反硝化批次试验,结果表明硝态氮的还原速率均高于亚硝态氮的还原速率,且最大硝态氮到亚硝态氮的转换率均在50%左右.但碳源充足时,积累的NO₂^-会在NO₃^-被还原完后继续发生还原反应,从而导致最终亚硝态氮积累效果变差.本研究,以乙酸钠为碳源,COD/NO₃^--N为3可使反硝化过程获得最高亚硝态氮积累.因此,控制合适COD/NO₃^--N或缺氧反应时间是短程反硝化工艺运行的关键控制参数.本研究可为实际污水处理厂构建短程反硝化并进一步耦合厌氧氨氧化技术提供参考.     

厌氧氨氧化耦合反硝化底物竞争抑制特性

通过连续流实验和批式实验研究了有机物和NO₂^--N对厌氧氨氧化菌和反硝化菌耦合脱氮特性的影响.在连续流实验中,保证底物NO₂^--N充足,研究了葡萄糖有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥反应器脱氮性能的影响.当进水葡萄糖有机物的COD浓度为100mg/L时,颗粒污泥具有良好的厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮活性,当COD浓度为200mg/L时,颗粒污泥的厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮活性较差.当进水COD浓度分别为100,200mg/L时,反应器中颗粒污泥的厌氧氨氧化NH₄⁺-N去除活性分别为0.096,0.071kg NH₄⁺-N/（kgVSS-d）,厌氧氨氧化NO₂^--N去除活性分别为0.153,0.092kg NO₂^--N/（kgVSS-d）,反硝化NO₂^--N去除活性分别为0.111,0.212kg NO₂^--N/（kgVSS-d）.在批式实验中,研究了碳源种类和COD/NO₂^--N比对厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥脱氮性能的影响.控制COD/NO₂^--N比为1~4,以葡萄糖为碳源时,厌氧氨氧化菌在亚硝态的竞争过程中占据优势;以乙酸钠为碳源时,控制COD/NO₂^--N比为1~4,厌氧氨氧化菌在亚硝态的竞争过程中处于劣势.     

COD/TP比及NO_2~--N/TP对短程反硝化聚磷的影响

污水中COD/TP比和NO2--N/TP比对A/A/OSBR反硝化聚磷工艺运行有重要的影响。实验结果表明:随着COD/TP比值的增加,厌氧释磷增加、厌氧释磷速率提高。但当COD/TP比值为28.5时,过剩的碳源进入缺氧段,反硝化菌利用外碳源消耗,抑制了缺氧吸磷过程;当COD/TP比值为21时,合成的PHB不足,缺氧吸磷效率下降,而且长期在较低COD/TP比条件下运行,激发了聚糖菌与聚磷菌的竞争,聚磷菌处于竞争的劣势,反硝化聚磷能力最终消失;当COD/PO43--P为25时,短程反硝化聚磷效果最佳。NO2--N/TP比与COD/TP的比值相关联,在COD/TP=25的条件下,合适的NO2--N/TP比为3。当NO2--N/PO43--P为5时,SBR上一周期剩余的NO2-会影响厌氧释磷过程。当NO2--N/TP为1.8时,NO2-不足,会使反硝化聚磷过程不完全。     

Denitrification potential enhancement by addition of external carbon sources in a pre-denitrification process

The aim of this study is to investigate the denitrification potential enhancement by addition of external carbon sources and to estimate the denitrification potential for the predenitrification system using nitrate utilization rate （NUR） batch tests. It is shown that the denitrification potential can be substantially increased with the addition of three external carbon sources, i.e. methanol, ethanol, and acetate, and the denitrification rates of ethanol, acetate, and methanol reached up to 9.6, 12, and 3.2 mgN/（g VSS.h）, respectively, while that of starch wastewater was only 0.74 mgN/（g VSS,h）. By comparison, ethanol was found to be the best external carbon source. NUR batch tests with starch wastewater and waste ethanol were carried out. The denitfification potential increased from 5.6 to 16.5 mg NO3-N/L owing to waste ethanol addition. By means of NUR tests, the wastewater characteristics and kinetic parameters can be estimated, which are used to determine the denitrification potential of wastewater, to calculate the denitrification potential of the plant and to predict the nitrate effluent quality, as well as provide information for developing carbon dosage control strategy.     

3BER-S耦合脱氮系统运行特性研究

为了强化三维电极生物膜脱氮工艺(3BER)的脱氮效果,将3BER与硫自养反硝化技术耦合成3BER-S工艺,用于低碳氮比城市污水厂尾水的深度脱氮处理.与3BER对比研究结果表明,3BER-S工艺在TN去除率、系统pH平衡能力和NO2--N积累方面均优于3BER工艺;当进水C(NO3--N)= 35±2mg/L,TOC:N:P=10.7:10:1,pH=7.0~7.5时,3BER-S耦合工艺对TN和NO3--N的去除效率分别为85%和94%,分别比3BER高15%和10%;出水中NO2--N的浓度为3.04mg/L,比3BER低2mg/L.3BER-S中硫自养反硝化作用定量分析表明,硫自养脱氮作用在整个脱氮过程中所占比例为14.07%,单质硫的有效利用率达到79.5%,硫自养反硝化过程对稳定3BER-S系统出水pH值起重要作用.根据3BER-S中微生物基于反硝化细菌特异性基因nirS的克隆文库结果,系统中反硝化细菌都与β变形菌纲中的细菌有较高的同源性,其中61.41%的反硝化细菌属于陶厄氏菌属(Thauera);脱氮硫杆菌和嗜酸菌属(Acidovorax)分别占3.50%和19.30%.表明当碳源比较充足时,3BER-S工艺的脱氮作用主要以异养反硝化过程为主,以单质硫和氢为电子供体的自养反硝化脱氮作用也占有一定比例.     

碳氮比对废水好氧脱氮中含氮气态产物的影响

针对目前人们对好氧脱氮中气态产物认识不清的问题,采用SBR反应器,以人工配制的NO3--N废水为处理对象,对影响好氧脱氮的COD/N进行了深入研究,测定了三种主要含氮气态产物(NO、NO2、N2O),揭示了好氧状态下生物脱氮的途径和机理。通过对COD/N分别为9、12、15、18的系统氮元素的全程跟踪测定,得到系统内各含氮化合物的变化规律。结果表明,三种气体的产生同COD/N有着密切的关系,低C/N会导致NO、NO2和N2O的积累,最多达总脱氮量的9%。研究结果还表明当进水COD/N为15时,既保证了良好的脱氮效果且抑制了NO、NO2、N2O三种有害气体的大量产生。     

兼氧条件下厨余垃圾发酵液作碳源的反硝化性能

在兼氧条件下,利用厨余垃圾厌氧发酵液调节反硝化系统的碳氮比（COD/TN,C/N）,并考察了其脱氮性能.结果表明,不同C/N条件下,反应系统均未出现有机物的积累,但高C/N条件下的亚硝酸盐最大积累浓度和积累速率高于低C/N;随着进水C/N的增大,反应整体脱氮率和反硝化速率不断增大,当C/N为13时,反硝化速率达到了最大值,为9.79mg/（gVSS·h）,其脱氮率超过95%;相同C/N条件下,反硝化速率和最大亚硝酸盐积累浓度均与进水硝酸盐浓度成正比.此外,实验结果表明,兼氧条件下的反硝化过程虽不易出现COD残留,但去除单位氮所需的有机物更多,且整体反硝化速率以及亚硝酸盐还原速率均低于厌氧条件.     

碳氧调控下人工湿地净化效果的协同与拮抗研究

从人工湿地脱氮效果的重要限制因子——溶解氧和碳源着手,构建了一种人工湿地碳氧联合调控脱氮系统,研究了曝气、碳源投加、碳氧联合调控下人工湿地的净化效果.结果表明,曝气促进了TSS、COD、TN、NH4+-N、TP的去除,但夏季时会导致NO3--N的积累;碳源投加提高了TN、NO3--N的去除,但冬季时会导致COD去除率的下降.碳氧联合调控下人工湿地对TN、NO3--N的去除表现出协同作用,对NH4+-N、COD的去除表现出独立作用,而对TP、TSS的去除表现出一定的拮抗作用.另外,对于以氨氮为主的“低碳高氮”污水,人工湿地碳氧联合调控系统脱氮效率达87.3%,可见该强化系统适用于“低碳高氮”污水的处理.     

以PHAs为固体碳源的城镇二级出水深度脱氮研究

利用从连续运行的缓释碳源滤料滤池中取出的聚羟基脂肪酸酯(PHAs)颗粒,研究了微生物和硝酸盐对其的总有机碳(TOC)释放速率的影响,并研究了温度、pH值、硝态氮浓度对其反硝化速率的影响.结果表明:原有的和附着有微生物的PHAs颗粒在去离子水中TOC释放速率分别为0.030,0.053mg/(g·d),远低于水中有硝酸盐时的TOC释放速率[进水NO3--N为30mg/L时,TOC释放速率为0.533mg/(g·d)].温度和pH值对反硝化速率影响较大, pH值为7.5时,在15~35℃范围内, 30℃下的反硝化速率最大,为0.067mg/(g·h);温度为30℃时,pH值在6.0~9.0范围内,pH值为7.8时的反硝化速率最大,达到0.061mg/(g·h).反硝化速率与NO3--N浓度之间的关系符合Monod方程,最大反应速率和半饱和常数分别为4.74mgNO3--N/(gSS·h)和56.6mg/L.     

Optimization and evaluation of a bottom substrate denitrification tank for nitrate removal from a recirculating aquaculture system

A bottom substrate denitrification tank for a recirculating aquaculture system was developed. The laboratory scale denitrification tank was an 8 L tank (0.04 m2 tank surface area), packed to a depth of 5 cm with a bottom substrate for natural denitrifying bacteria. An aquarium pump was used for gentle water mixing in the tank; the dissolved oxygen in the water was maintained in aerobic conditions (e.g. > 2 mg/L) while anoxic conditions predominated only at the bottom substrate layer. The results showed that, among the four substrates tested (soil, sand, pumice stone and vermiculite), pumice was the most preferable material. Comparing carbon supplementation using methanol and molasses, methanol was chosen as the carbon source because it provided a higher denitrification rate than molasses. When methanol was applied at the optimal COD:N ratio of 5:1, a nitrate removal rate of 4591 ± 133 mg-N/m2 tank bottom area/day was achieved. Finally, nitrate removal using an 80 L denitrification tank was evaluated with a 610 L recirculating tilapia culture system. Nitrate treatment was performed by batch transferring high nitrate water from the nitrification tank into the denitrification tank and mixing with methanol at a COD:N ratio of 5:1. The results from five batches of nitrate treatment revealed that nitrate was successfully removed from water without the accumulation of nitrite and ammonia. The average nitrate removal efficiency was 85.17% and the average denitrification rate of the denitrification tank was 6311 ± 945 mg-N/m2 tank bottom area/day or 126 ± 18 mg-N/L of pumice packing volume/day.