晚期垃圾渗滤液厌氧氨氧化脱氮及其抑制动力学

采用晚期垃圾渗滤液对UASB反应器中无机环境培养条件下厌氧氨氧化菌进行驯化,探讨基质浓度和水力停留时间对系统运行性能的影响,通过批式试验分别对基质和垃圾渗滤液抑制厌氧氨氧化动力学进行测定并建立相应的动力学模型.结果表明,经过75d的运行,系统逐渐适应垃圾渗滤液并实现高效脱氮.基质的去除量随进水基质浓度的升高呈先升高后降低的变化趋势.随着HRT的延长,进水基质及渗滤液浓度逐渐升高,系统脱氮效果降低.厌氧氨氧化基质抑制的阈值是NH₄⁺-N浓度为489.03mg/L和NO₂^--N浓度为192.36mg/L.当以铵盐为抑制剂时,V_{max(NH4⁺-N)}为0.1893mg/(mg·d),半饱和常数为39.39mg/L,抑制动力学常数为3482.27mg/L.当以亚硝酸盐为抑制剂时,V_max(NO2^--N)为0.246mg/(mg·d),半饱和常数为43.19mg/L,抑制动力学常数为701.15mg/L.厌氧氨氧化受垃圾渗滤液影响尤为显著,垃圾渗滤液条件下厌氧氨氧化活性被完全抑制的浓度为1450.69mg/L (以COD计) .     

反硝化-短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮除碳性能

本研究在一体式分区反应器中接种成熟的厌氧氨氧化污泥和亚硝化污泥,通过与反硝化反应器串联,研究了前置反硝化与短程硝化-厌氧氨氧化串联工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮除碳性能.结果表明,未串联反硝化之前,短程硝化-厌氧氨氧化反应器在进水氨氮浓度为600 mg·L~(-1),COD浓度483 mg·L~(-1)时,总氮去除速率(NRR)可达1.88 kg·(m3·d)-1,总氮去除率(NRE)可达90.3%;而在进水COD浓度483 mg·L~(-1),即C/N0.8时,短程硝化-厌氧氨氧化反应器的NRR下降至1.50 kg·(m3·d)-1.通过前置反硝化反应器可以迅速缓解有机物对厌氧氨氧化的不利影响;反硝化与短程硝化-厌氧氨氧化串联反应器在进水NH+4-N浓度为1 100 mg·L~(-1),COD浓度1 150 mg·L~(-1)时,仍可稳定高效运行,整体NRR可达1.37kg·(m3·d)-1,厌氧区NRRana高达15.6 kg·(m3·d)-1,平均NRE可达98.6%,在仅利用原水中有机碳源的情况下实现了垃圾渗滤液的高效深度脱氮.此工艺晚期处理垃圾渗滤液可去除大部分易生物降解有机物.     

锌离子对厌氧氨氧化脱氮效能的影响

通过序批实验的方法,直接接种厌氧氨氧污泥,研究了Zn2＋对厌氧氨氧化（Anammox）脱氮效能的影响。研究结果表明,当进水Zn2＋质量浓度小于2 mg/L时,对厌氧氨氧化生物活性有促进作用,可增强微生物的脱氮效能;当进水Zn2＋质量浓度在2 mg/L和4 mg/L之间时,脱氮效能无明显变化,说明对厌氧氨氧化微生物活性无明显影响;当进水Zn2＋质量浓度大于4 mg/L,对厌氧氨氧化反应有抑制作用,Zn2＋浓度越高,抑制作用越明显。 Zn2＋对厌氧氨氧化的半抑制质量浓度（CI,50）为32.3 mg/L,NO2--N与NH4＋-N转化比的平均值为1.28。     

铜、锌离子对厌氧氨氧化污泥脱氮效能的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥,研究了Cu2+、Zn2+浓度变化对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期的影响.短期实验结果表明,铜、锌离子对厌氧氨氧化污泥的脱氮效能影响主要分为3个阶段.刺激阶段,Cu2+浓度0~1mg/L和Zn2+浓度0~4mg/L时,随着进水金属离子浓度的增加,微生物活性受到刺激,氮去除速率迅速增加;稳定阶段,Cu2+浓度1~8mg/L时,氮去除速率处于稳定状态.抑制阶段,Cu2+浓度大于8mg/L和Zn2+大于4mg/L时,随着进水金属离子浓度的增加,氮去除速率逐步下降.Cu2+、Zn2+对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长期影响表明,当进水Cu2+浓度达到4mg/L和Zn2+达到8mg/L时厌氧氨氧化污泥的活性将受到抑制.降低进水重金属浓度后,厌氧氨氧化污泥活性可以得到恢复.厌氧氨氧化菌对Cu2+的敏感性强于Zn2+.     

生物膜反应器厌氧氨氧化脱氮效能研究

利用厌氧氨氧化生物膜反应器,分别研究提高基质浓度和缩短水力停留时间(HRT)对提高反应器总氮容积去除负荷的影响。实验之前总氮容积去除负荷达到2.11kgN(/m·3d),总氮去除率为87.9%。以提高基质浓度的方式经过50d的培养,总氮容积去除负荷稳定在4.0kgN(/m·3d),进水总氮浓度从300mg/L逐渐提高到700mg/L,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到70mg/L和100mg/L;以缩短HRT的方式经过55d的培养,总氮容积去除负荷达到7.0kgN(/m·3d),HRT由3h缩短至0.67h,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到40mg/L和60mg/L。实验结果表明随着进水基质浓度的增加水中游离氨和亚硝酸的浓度随之增加,从而抑制厌氧氨氧化菌活性,不利于反应器脱氮效能的提高。在相同总氮容积负荷下缩短HRT有利于厌氧氨氧化细菌的富集,但过短的HRT容易导致微生物流失。     

基于碱度平衡与反硝化动力学的厌氧-加原水-间歇曝气工艺配水比例模型

采用批式反硝化试验,研究了BOD5和NOx-N(NO3--N与NO2--N之和)浓度对反硝化速率的影响.结果表明,在碳源充足的条件下,猪场废水厌氧消化液反硝化过程中NOx-N转化为零级反应,与NOx-N浓度无关;在碳源限制的条件下,猪场废水厌氧消化液反硝化过程中NOx-N转化速率与BOD5的关系遵从Monod方程.以Monod方程和碱度平衡为基础,推导出配水比例的数学模型.通过模型分析表明,进水碱度与进水氨氮浓度之比小于3.82时,仅靠配水措施不能平衡整个处理系统的碱度,还需要外加碱度;进水碱度与进水氨氮浓度之比大于6.90时,序批式反应器(SBR)可以直接处理厌氧消化液,不需要配水,厌氧-加原水-间歇曝气工艺不适用.猪场废水厌氧消化液的碱度与氨氮浓度之比大多为3.82～6.90,因此,猪场废水厌氧消化液好氧后处理适宜采用厌氧-加原水-间歇曝气工艺.通过数学模型作图显示,配水比例随着水力停留时间、SBR反应器数量、反应器中微生物浓度、滗水器工作能力以及亚硝化率的增加而减少,随着反应器运行周期的增加而增加.     

垃圾渗滤液在厌氧复合床反应器中反硝化-产甲烷的小试研究

本试验是在厌氧复合床反应器中进行垃圾渗滤液的反硝化-产甲烷的小试研究。试验结果显示,处理有机物浓度较高的垃圾渗滤液时,反硝化-产甲烷能够在厌氧复合床反应器中实现同步进行。厌氧复合床反应器对垃圾渗滤液的COD去除率可达85%,对人工模拟回流的NO3--N去除率可达到99%。在反硝化-产甲烷耦合的同一反应器中,反硝化对COD的消耗去除起主要作用.随着进水COD浓度的升高,产甲烷量增大。当进水ρ(COD)/ρ(NO3--N)>10时,下部的污泥床几乎承担了全部反硝化任务,NO3--N去除率接近反应器总去除率。     

耦合短程硝化反硝化的垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理系统构建及微生物群落分析

本研究从某垃圾填埋场计划将现有的垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮工艺改造为短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的实际需求入手,以短程硝化反硝化污泥作为接种污泥,在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中完成厌氧氨氧化启动.探究反应器运行中的脱氮效能、氮容积负荷和氮去除负荷情况,并利用16S rRNA基因序列分析技术对长期运行条件下系统中微生物群落结构演替进行分析.结果表明,反应器经历了149 d后成功启动厌氧氨氧化,稳定运行后的进水总氮容积负荷达到4 000. 00 mg·(L·d)-1,总氮容积平均去除速率达到3 885. 76 mg·(L·d)-1,系统氨氮和亚硝酸盐氮的平均去除率均超过了95%.运行第250 d时,系统的生物多样性减少,门水平上厌氧氨氧化主要菌群Planctomycetes的丰度达到了54. 94%;属水平上Candidatus Kuenenia为主要菌属,其相对丰度达到了49. 66%.结果证明,在短程硝化反硝化基础上耦合厌氧氨氧化实现垃圾渗滤液深度处理的升级改造工艺具有可行性.     

亚硝酸盐氧化菌(NOB)的富集培养与其污泥特性分析

为了解亚硝酸盐氧化菌(NOB)特性,以某中试SBR的剩余污泥为接种污泥,以NO2--N为底物,采用逐步提高进水NO2--N浓度的方式,通过控制高游离亚硝酸(FNA)浓度联合高DO浓度对NOB进行富集培养.65d后,荧光原位杂交(FISH)技术分析结果显示NOB占细菌总数的80%以上[Nitrobacter(NOB的一个种,菌体呈杆状或梨状):80%; Nitrospira(NOB的一个种,菌体呈螺旋状):5%],表明成功富集培养出NOB为优势菌种的活性污泥.并且自然形成颗粒污泥,MLSS约为700mg/L,MLVSS/MLSS为0.278,SVI约为6mL/g.富集后污泥SVI较低的原因可能是污泥无机化程度高,污泥以无机盐沉淀为晶核形成颗粒污泥.试验结果表明,该污泥能够处理NO2--N浓度为1000mg/L的污水,比硝化速率为131.03mg/(g MLVSS·h),比耗氧速率为169.5mg O2/(g MLVSS·h).     

有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响

接种稳定运行300余天的厌氧氨氧化污泥,通过批次试验,研究了不同浓度乙酸钠和不同种类有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响.结果表明:在初始NO2--N浓度为35mg/L左右,乙酸钠浓度为0~200mg/L时,乙酸钠的冲击不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,且一定程度上促进厌氧氨氧化反应的进行,最大比氨氧化速率与乙酸钠浓度呈正相关性;不同有机物对厌氧氨氧化系统的促进作用不同,氨氧化速率从高到低依次为乙酸钠、蛋白胨、葡萄糖和淀粉;反硝化作用伴随整个反应过程,但硝态氮还原速率[0.0155~0.0442mgN/(L?min)]小于氨氧化速率[0.1090~0.1498mgN/(L?min)],因此厌氧氨氧化菌在系统中一直占主导地位.在有机物的冲击下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的总氮,提高系统总氮的去除率,从而改善出水水质.     

间歇投加碳源模式下SND的脱氮效能

采用模拟碳源偏低的城市污水,于连续曝气的SBR内,在不同间歇投加碳源的模式下,考察氮转化和DO、ORP及pH的变化规律。结果表明,随间歇投加碳源次数的增加,同步硝化反硝化(SND)的脱氮效率得到提高,DO浓度和ORP值的波动降低。由此可知,间歇多次投加碳源的运行模式是碳源偏低城市污水实现稳定而高效脱氮SND的有效控制策略。     

O_3/木屑强化SBR法处理垃圾渗滤液的研究

木屑作为强化剂加入SBR反应器中,采用O3+SBR强化生化处理法组合工艺对垃圾渗滤液进行处理,结果表明:臭氧前处理垃圾渗滤液时,60 min内,空气流量为400 mL/min,臭氧浓度为10.4 mg/L时,垃圾渗滤液COD降低42%。加入木屑作为SBR强化剂,可在进水垃圾渗滤液COD为4 200 mg/L,有机负荷达到1.7 kg/(kg.d)时,COD的去除率稳定在80%,二级强化法串联使用,出水水质达到国家污水综合排放一级排放标准。     

Nitrogen removal from sludge dewatering effluent through anaerobic ammonia oxidation process

Anaerobic ammonia oxidation（Anammox） process is a novel and promising wastewater nitrogen removal process. The feasibility of transition of Anammox from denitrification and the performance of lab-scale Anammox biofilm reactor were investigated with sludge dewatering effluent. The results showed that Anammox process could be successfully started up after cultivation of denitrification biofilm and using it as inoculum. The transition of Anammox from denitrification was accomplished within 85 d. Anammox process was found suitable to remove ammonia from sludge dewatering effluent. The effluent ammonia concentration was detected to be 23.11 mgN/L at HRT of 28 h when influent ammonia concentration was fed 245 mgN/L, which was less than that for the national discharge standard Ⅱ （25 rngN/L） of China. Volumetric total nitrogen loading rate was up to 584.99 mg TN/（L. d） at HRT of 17 h, while influent concentrations were kept 243.25 mg NH4＊ -N/L and 288.31 mg NO2^- -N/L.     

浸没式厌氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液的连续运行性能

厌氧消化是垃圾渗滤液处理的重要技术,常规厌氧工艺在处理过程中存在微生物易流失和出水水质较差等问题。采用厌氧膜生物反应器在中温条件下处理垃圾渗滤液,考察了废水降解性能和膜过滤性能。连续100 d的反应器运行实验表明:在水力停留时间为10 d,COD容积负荷平均为5.63 kg/(m3·d)的条件下,系统运行稳定,平均COD去除率达到92%,膜出水总挥发性脂肪酸浓度低于200 mg/L,pH稳定在7.95左右。在膜通量为6 L/(m2·h)下,连续62 d内的膜压增长缓慢,未出现明显的膜污染。批次产甲烷试验结果表明:渗滤液产甲烷潜能达到305 mL/g TS,与连续运行实验296 mL/g TS的产气效果接近,沼气中甲烷浓度可高达70%~80%。产气达到90%和95%的潜能分别用时2.5,3.1 d,说明反应器有进一步缩短水力停留时间的可能性。反应器驯化的厌氧活性污泥对乙酸有较好的耐受性,在乙酸浓度为10000 mg/L时,产气迟滞期仅为1.4 d。综合来看,长期运行厌氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液具有较好的COD去除效果、运行稳定性和膜过滤性。     

厌氧-准好氧运行加速生物反应器填埋场垃圾稳定的研究

通过厌氧型、好氧型和准好氧型生物反应器填埋场的比较,提出了厌氧-准好氧联合运行加速生物反应器填埋场垃圾降解和稳定的填埋场运行方法,并通过模拟试验进行了研究.结果表明,按厌氧方式运行710 d的模拟垃圾柱改为按准好氧方式运行360 d后,每天回灌1次的D1柱和每周回灌2次的D4柱渗滤液COD浓度分别由705 mg/L和669 mg/L下降到135mg/L和178 mg/L,氨氮浓度由650 mg/L和877 mg/L降到不能检出水平;而继续按厌氧方式运行的垃圾柱D2和D3的渗滤液COD浓度仅分别由435mg/L和852 mg/L下降到295 mg/L和596 mg/L,氨氮浓度由654 mg/L和1 107 mg/L下降到469mg/L和783 mg/L.模拟厌氧型生物反应器填埋场垃圾柱稳定后期改为按准好氧方式运行,能加快渗滤液COD和氨氮浓度的衰减速率,而较高的渗滤液回灌频率更能强化这一优势.     

响应面法优化硫酸根自由基高级氧化深度处理渗滤液生化尾水

针对垃圾渗滤液生化尾水中仍含有较高浓度的难生物降解COD、NH4+-N和NO2--N,无法满足现行排放标准的问题,采用基于硫酸根自由基的高级氧化技术(SR-AOP)对生化尾水进行深度处理.考察了pH值、温度、FeSO4和过硫酸钠浓度对TOC和TN去除效果的单独作用及交互作用.结果表明,影响因子对于处理效果的贡献排序为:pH值>温度>过硫酸钠浓度,各因素对TOC的去除有显著性影响,而对TN的去除没有显著性影响.各因素的复合效应为:TN去除效果影响:温度+过硫酸钠浓度>pH+过硫酸钠浓度>温度+pH, TOC去除效果影响:温度+pH>pH+过硫酸钠浓度>温度+过硫酸钠浓度.实验最终确定SR-AOP的最佳条件为:pH=5,温度为30℃,过硫酸钠浓度为0.5g/L,催化剂FeSO4剂量为3.8g/L,该条件下TOC去除率为35.5%,TN去除率为16.9%,同时可以显著提高出水BOD5/COD.因此,通过SR-AOP深度处理可以去除生化处理尾水大部分COD和TN,并大幅提高B/C比,为后续与适当的生化处理工艺组合进行达标处理奠定了良好的基础.     

餐厨垃圾水解酸化液作碳源的脱氮效果研究

针对餐厨垃圾水解酸化液作外加碳源的反硝化脱氮效果进行研究,考察了人工配水条件下水解酸化液反硝化处理的适宜COD/NO3--N比范围,在适宜COD/NO3--N比条件下与甲醇、乙酸钠的反硝化效果进行对比,并验证了水解酸化液对于生活污水的反硝化效果.结果表明,人工配水条件下利用水解酸化液作碳源的适宜COD/NO3--N比为4.9~6.0,反硝化速率最高可达25.0mg NO3--N/(gVSS·h).反应过程存在2个不同的硝态氮去除速率阶段,并出现了亚硝氮积累.餐厨垃圾水解酸化液为含多种VFA成分的混合物,其反应过程中硝态氮的去除速率比甲醇、乙酸钠等纯物质做碳源时的硝态氮去除速率快.将餐厨垃圾水解酸化液用于生活污水脱氮处理,当COD/NO3--N比为6时,水中的硝态氮以及亚硝氮均能够得到较为彻底的去除.     

包气带砂层中生物作用对垃圾渗滤液中污染物的去除研究

通过2个砂柱的对比实验,研究了包气带砂层中生物作用对垃圾渗滤液污染物去除的影响.实验中首先确定了HgCl2为生物作用抑制剂,最佳抑制浓度为10 mg/L.然后砂柱1采用垃圾渗滤液进行淋滤,砂柱2采用加入了10 mg/L HgCl2的垃圾渗滤液进行淋滤.实验结果表明,随着淋滤时间的延长,砂柱1中的生物作用逐渐增强;到实验结束时,垃圾渗滤液COD和BOD5的浓度分别降低了2 724 mg/L和2 332.5 mg/L,NH 4的含量从1 282.82 mg/L上升到1 745.48 mg/L,TN的去除效果并不明显;砂柱2由于生物作用受到了抑制剂的抑制作用,当垃圾渗滤液污染物质穿透砂柱后,其浓度基本保持平稳.根据实验结果得到砂柱中生物降解COD的一级衰减动力学模型.