矿化垃圾中的甲烷氧化-反硝化耦合特性研究

设计全因素实验研究了填埋龄10～12年的矿化垃圾中的甲烷氧化反硝化耦合特性.结果表明,每g矿化垃圾中甲烷氧化菌、反硝化细菌可达109个数量级,适合作为甲烷氧化-反硝化耦合反应介质.CH4、O2和NO3--N浓度对CH4去除有明显影响(p＜0.01),其大小顺序为CH4＞O2＞ NO3-N,且3种因素具有显著的交互作用(P＜0.01).NO3--N对甲烷氧化的抑制或者促进作用主要与环境中的O2浓度和C/O比有关.相对较低的CH4初始浓度和较低的C/O、C/N比有利于甲烷氧化和反硝化作用耦合,而且反应产物中N2O含量较低.当CH4、O2浓度分别为10％,20％时,甲烷去除率能达到97.7％,产生的N2含量为11.5％以上,且N2O的产生量低于0.2％.     

硝酸盐和甲烷对覆土中苯系物厌氧氧化的影响

苯系物是填埋场填埋气中恶臭有机气体的重要成分之一,填埋气中的CH4则是重要的温室气体.填埋覆土层中的微生物可以氧化CH4和苯系物,因此,强化微生物的氧化效能有助于削减和控制填埋气的污染.电子受体还原可耦合甲烷和某些有机物的厌氧氧化,从而去除甲烷和有机物.鉴此,本研究通过静态培养试验,分析了电子受体SO2-4共存条件下,NO-3和CH4共存对覆土中苯系物厌氧降解的影响.结果表明不外加NO-3时,苯系物抑制CH4的降解,加入NO-3后,苯系物共存反而有利于CH4的去除;单独添加NO-3或CH4都能促进填埋覆土中苯系物的去除;而同时添加NO-3和CH4能更好地促进苯系物的去除,甲苯、二甲苯和异丙苯的去除率最高可达65%、88%和82%,远高于不添加NO-3和CH4对照处理的53%、76%和31%;NO-3还原与CH4厌氧氧化耦合过程能同步促进苯系物的厌氧氧化.     

矿化垃圾中Fe(Ⅲ)还原耦合CH4厌氧去除特性

填埋场内Fe的含量极其丰富,被誉为"世界第三大铁库",同时又是重要的甲烷释放源.本研究利用Fe的变价特性,结合矿化垃圾可用作生物覆盖材料的特点,设计反应器模拟填埋场覆土层,通过添加FeCl_3研究了Fe(Ⅲ)对CH_4厌氧去除的影响及与共存电子受体NO_3~-、SO_4~(2-)之间的相互作用.结果表明,矿化垃圾中添加Fe(Ⅲ)可明显促进CH_4厌氧去除,CH_4含量随时间变化符合零级动力学,去除速率(以CH_4/干垃圾计)达1.28 mmol·(kg·d)~(-1).厌氧条件下CH_4共存时,外加Fe(Ⅲ)有利于矿化垃圾中形成活性Fe(Ⅱ),与共存电子受体NO_3~-、SO_4~(2-)还原形成耦合效应,从而加速NO_3~-、SO_4~(2-)的消耗.     

一体式厌氧-好氧流化床反应器同步脱氮除硫实验

采用一体式厌氧-好氧流化床反应器处理含氮和含硫化物的废水,分别考察了硫氮比(硝氮和亚硝氮)、碳氮比(氨氮)等因素对同步脱氮除硫效果的影响,并对厌氧区固体产物进行了分析.实验结果表明:混养条件下获得了较好的脱氮、脱硫、去除COD的效果;s2-浓度增加对厌氧COD去除、反硝化过程无显著影响;当S2-浓度小于4.6mmol·L-1时,对厌氧氨氮去除有一定的促进作用.S/N(NO-3-N和NO-2-N)在0.2～1.7范围内.可以获得20%～75%单质硫转化率.C/NH4 4-N的降低对厌氧脱氮效果无明显影响,但可促进硫化物的去除.X射线衍射分析表明,厌氧区固体产物为单质硫.好氧进水中硫化物浓度增加对好氧区COD去除影响不明显,但S2-浓度大于15mg·L-1时会对硝化过程产生明显抑制.     

FeSO_4对厌氧氨氧化微生物活性影响

研究FeSO4对厌氧氨氧化微生物活性的影响,考察不同总氮负荷下加入FeSO4的反应器与对照反应器出水NH+4-N、NO-2-N、NO-3-N出水浓度及反应器ΔTN,结果表明,当FeSO4浓度为0.1 mmol/L时,反应器NO-2-N出水浓度明显低于对照,反应器基质去除能力强于对照,而反应器NO-3-N出水浓度则高于对照,反应器厌氧氨氧化微生物活性及生物量高于对照。FeSO4可促进厌氧氨氧化微生物富集生长及活性提高,增强反应器基质去除能力及抗负荷冲击能力。     

矿化垃圾床反应器厌氧甲烷氧化协同生物脱氮的研究

垃圾卫生填埋过程中逸散的甲烷与渗滤液处理过程中反硝化段不够彻底产生的硝酸盐对周围环境具有严重的威胁,反硝化厌氧甲烷氧化技术可实现甲烷与硝酸盐的同步去除,极具应用前景.本研究通过模拟垃圾填埋过程,以矿化垃圾作为垃圾填埋的覆土层与反硝化厌氧甲烷氧化微生物的接种源,建立了矿化垃圾床系统.结果表明,反应系统在140 d的运行期间内,硝态氮平均去除速率为34.81 mg·L^-1·d^-1,并且表现出较强的抗冲击能力.反应系统中硝酸盐的去除与甲烷的添加具有直接关系,化学计量学结果表明系统中主要发生的是反硝化厌氧甲烷氧化反应.矿化垃圾上、中、下3层微生物具有明显的空间分异特性,反硝化厌氧甲烷氧化活性呈现上层低、中下层高的趋势,中层与下层的最大反应速率分别是上层的2.33与1.84倍.qPCR结果显示,矿化垃圾床系统中反硝化厌氧甲烷氧化功能基因pmo A和mcr A在中层的拷贝数分别为（7.65×10⁵±2.62×10⁵）和（9.10×10⁴±1.72×10⁴）copies...     

n(NO3--N)/n(NO2--N)对混培养菌与纯培养菌同步脱氮除硫的影响

在温度30℃、pH为7、硫氮比为5/3、厌氧条件下,对比研究了不同n(NO-3-N)/n(NO-2-N)对荧光假单胞菌和铜绿假单胞菌混培养菌同步脱氮除硫影响.随着n(NO-3-N)/n(NO-2-N)减小,荧光假单胞菌、铜绿假单胞菌对NOx-N去除率逐渐增高,而S2-去除率却依次减少,混培养菌对NOx-N去除效率先增加后趋于平稳.n(NO-3-N)/n(NO-2-N)对混培养菌去除S2-几乎没有影响.荧光假单胞菌能迅速将NO-3-N转化为NO-2-N,但NO-2-N转为N2却相对缓慢,培养液中出现NO-2-N累积;而铜绿假单胞菌将NO-2-N还原N2的能力明显比荧光假单胞菌强,培养液未反应的NOx-N以NO-3-N为主,未出现NO-2-N累积.混培养菌对NOx-N转化的情况介于荧光假单胞菌与铜绿假单胞菌之间.荧光假单胞菌同时获得较高NOx-N、S2-去除的n(NO-3-N)/n(NO-2-N)为5/5,铜绿假单胞菌为10/0,混培养菌为5.0/5.0.混培养菌对NOx-N、S2-的同步去除效果优于单菌株荧光假单胞菌和铜绿假单胞菌.     

堆肥预处理对园林废弃物厌氧消化的影响

对经不同时间好氧堆肥预处理(0,3,5,7,9d)的园林植物废弃物进行厌氧消化实验,研究预处理时间对厌氧消化过程中产气量、甲烷含量、pH值、NH+4-N和SCOD等特性的影响。结果表明:堆肥预处理能够降解破坏木质素和碳水化合物之间的化学键及晶格结构,增加可溶性物质含量,提高厌氧消化产气量及甲烷含量,促进NH+4-N和SCOD去除。从提高园林植物废弃物产气量的角度看,以堆肥预处理7d为原料的反应器启动快,气体产量和甲烷含量最高,厌氧消化效果最好。     

垃圾渗滤液与厨余垃圾混合厌氧消化研究

对垃圾渗滤液与厨余垃圾进行混合厌氧消化研究,采用中温批式厌氧消化工艺,考察3g/L和30g/L有机负荷(以VS计)条件下厌氧消化过程中pH值、产气量、VFA以及甲烷含量的变化,旨在探索有机负荷对厌氧消化产甲烷效果的影响.结果表明,在30g/L负荷下比3g/L负荷反应过程更为稳定,且累计生物气产量有大幅提高.2种负荷下系统均能进入产甲烷阶段,最高甲烷体积分数分别达到77.14%和74.47%,VFA质量浓度在反应结束时分别为300mg/L和336 mg/L.     

矿化垃圾处理垃圾渗滤液的试验研究

试验研究了矿化垃圾细料与土壤作为生物反应床填料处理渗滤液效果的差异,以及加管通风条件对矿化垃圾柱和土壤柱处理渗滤液效果的影响. 结果表明:矿化垃圾细料对渗滤液中COD_Cr和NH₄＋-N的去除效果明显好于土壤. 在水力负荷为40 L/(m3·d)和布水时间为2.0 h的条件下,矿化垃圾细料对渗滤液中的COD_Cr和NH₄＋-N有良好的去除效果,去除率分别达73%和66%;而土壤对COD_Cr和NH₄＋-N的去除率分别只有52%和42%;加管通风条件使矿化垃圾对渗滤液的处理效果明显提高,对COD_Cr和NH₄＋-N的去除率分别提高了9%和26%.      

厌氧膜生物反应器耦联部分亚硝化/厌氧氨氧化用于污水处理研究

本研究构建了厌氧膜生物反应器（AnMBR）-部分亚硝化/厌氧氨氧化（PN/Anammox）污水处理工艺,以探究AnMBR-PN/A工艺处理效果最佳的水力停留时间（HRT）.AnMBR将厌氧生物处理与膜分离技术相结合实现有机物去除,AnMBR出水NH₄⁺-N通过PN部分转化为NO₂^--N,最终通过NO₂^--N氧化剩余NH₄⁺-N去除.实验结果表明：在HRT=11.2 h时,AnMBR-PN/A工艺化学需氧量（COD）去除率稳定在97%以上,COD转化为CH₄效率超过77.5%,总氮（TN）去除率为78%,出水COD和TN浓度分别低于14和11 mg·L^-1.AnMBR段COD去除率达到95%,平均甲烷产率为0.39 L·L^-1·d^-1.PN段实现了NO₂^--N的高效积累,其出水中NO₂^-/NH₄⁺为0.91±0.11.Anammox段出水中的NO₂^--N、NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度分别低于1.0、4.9和5.1 mg·L^-1.高通量测序结果表明PN段氨氧化菌主要为Nitrosomonas,丰度为7.09%,Anammox段主要微生物为Candidatus Brocadia,丰度高达21.01%.本研究构建的AnMBR-PN/A工艺实现了污水处理过程的高效能源回收和深度自养脱氮,研究成果为工程应用提供了理论支撑.     

基质比对ABR厌氧氨氧化工艺脱氮性能的影响

为解决厌氧氨氧化底物去除不彻底导致总氮去除偏低的问题,通过控制不同的进水基质比,对厌氧折流板反应器(ABR)的厌氧氨氧化脱氮性能进行了研究.结果表明,ABR厌氧氨氧化系统最佳进水N_2~O--N/NH+4-N为1.34,此时NH+4-N和N_2~O--N的去除率同时达到99.99%左右,总氮去除率达到峰值为87%,当进水N_2~O--N/NH+4-N从1逐渐降低至0.49和从1.34逐渐提高至1.62时,反应器对NH+4-N和N_2~O--N的绝对去除量较为稳定,NH+4-N或N_2~O--N过量对ABR厌氧氨氧化系统没有产生明显抑制;此外,不同基质比条件下,NH+4-N和N_2~O--N的去除基本在第1隔室完成,基质比变化对ABR各隔室的脱氮效果没有产生显著影响,ABR厌氧氨氧化系统对基质浓度的变化具有较好的稳定性.     

城市污水生物脱氮系统出水经氯胺消毒形成NDMA的影响因素研究

为了考察城市污水回用时氯消毒过程中NDMA的形成,以2套生物脱氮实验装置厌氧/缺氧/好氧(A/A/O)和缺氧/好氧(A/O)的二沉池出水为对象,研究了氯胺消毒过程中氯胺剂量、pH、NO2--N和NO3--N浓度对N-亚硝基二甲胺(NDMA)形成的影响.结果表明,二沉池出水中仍然含有微量的NDMA前体物,导致了氯胺消毒过程中NDMA的形成,而且NDMA的浓度会随氯胺浓度的增加呈线性增加;在中性或稍偏碱性(pH 7～8)的条件下,NDMA生成量最大;二沉池出水中NO2--N和NO3--N的浓度对NDMA的含量皆不会产生明显影响.     

微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化实验研究

为探清微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化是甲烷好氧氧化偶联反硝化(AME-D),还是甲烷厌氧氧化偶联反硝化(ANME-D),本研究以污水处理厂厌氧污泥为接种物,在微氧条件下以甲烷为碳源进行硝酸盐和亚硝酸盐反硝化的富集培养,考察硝酸盐和亚硝酸盐的反硝化速率,并对富集培养物的微生物群落和甲烷单加氧酶功能基因进行分析.结果表明:微氧条件下硝氮/亚硝氮的还原主要以AME-D过程为主,稳定阶段硝氮和亚硝氮的平均去除速率分别为3.69 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计)和18.04 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计),富集培养物中的优势微生物为甲基球菌科(Methylococcaceae)中的甲基单胞菌属(Methylomonas),相对含量为21.86%.     

SBR双颗粒污泥系统脱氮除磷性能研究

以模拟废水为研究对象,对SBR双颗粒污泥系统的脱氮除磷性能进行了考察.试验结果表明,A₂N双颗粒污泥系统能使硝化菌和聚磷菌分别在各自最佳的环境中生长,有利于系统脱氮除磷的稳定和高效运行,可控制性也得到了提高.在COD为300 mg·L^-1条件下,系统对COD的平均去除率达到78.8%,大部分COD被聚磷菌用来合成PHA;当溶解氧控制在3.55~4.90 mg·L^-1和5.60~6.60 mg·L^-1之间时,硝化SBR对氨氮的去除率分别为87.0%和94.5%.除磷SBR仅设置缺氧段时,磷去除率为72%;增设后曝气段后,磷去除率增至85%.NO_x^--N(NO₂^--N+ NO₃^--N)的去除主要发生在缺氧段,在反硝化除磷时作为电子受体被去除,平均去除率为90.6%.     

利用第二缺氧段硝酸盐氮浓度作为MUCT工艺运行控制参数

以模拟生活污水为对象考察了第二缺氧段硝酸盐氮质量浓度(SNO-3)作为MUCT工艺运行控制参数的可行性.将进水COD质量浓度恒定为(290±10)mg.L-1,TN质量浓度恒定为(55±0.5)mg.L-1,TP质量浓度恒定为(7.0±0.5)mg.L-1,改变第二缺氧段硝酸盐氮质量浓度以比较各段出水TN和TP质量浓度.结果表明,SNO-3值显著影响着出水TN和TP质量浓度,控制内循环回流量维持SNO-3为2.5 mg.L-1,可实现MUCT工艺的最优控制.利用各段硝酸盐氮和TP平均质量浓度进行的物料平衡计算结果表明SNO-3是影响厌氧段释磷量、第一缺氧段和第二缺氧段硝酸盐氮反应量、第二缺氧段吸磷量的重要参数.     

同步反硝化聚磷的试验研究

采用SBR反应器和人工合成废水研究了同步反硝化聚磷的条件和影响因素.试验结果表明,厌氧/好氧方式下驯养的生物除磷污泥,在厌氧期之后供给硝酸盐,则污泥可以很快实现同步反硝化聚磷.聚磷前厌氧阶段的存在是实现反硝化聚磷必不可少的重要前提.在没有NO₃^-干扰而且乙酸钠为唯一碳源下,最佳厌氧时间为60min.先于缺氧期微生物接触硝酸盐,会使反硝化聚磷减弱甚至丧失.缺氧段NO₃^--浓度是影响反硝化聚磷效果的因素之一.在厌氧(2h)-缺氧(1h)-好氧(2h)的试验条件下,当NO₃^--N浓度由5mg/L上升至20mg/L时,其反硝化聚磷效率由11.9%上升至48.7%.但NO₃^--N浓度提高到了20mg/L以上时,其效率提高得不很明显.好氧段的存在不会使诱导形成的反硝化聚磷消失,但缩短好氧时间有助于提高DNPA在除磷中的比例.     

限量曝气进水时间对硝化颗粒污泥的影响特性研究

缺氧-好氧环境的交替循环对氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌具有重要影响.本研究通过逐渐增加限量曝气进水时间(从10 min至120 min)延长缺氧时段,考察柱形SBR中硝化颗粒污泥对不同缺氧-好氧环境交替循环的响应特性.整个研究过程中,硝化颗粒污泥保持着稳定的颗粒特征,粒径大于0.8 mm的颗粒污泥占总污泥量的质量分数始终在95%以上,颗粒平均沉降速率维持在125～130 m·h-1之间.尽管缺氧时段不断延长,但NH+4-N去除率和NO-2-N累积率分别稳定在(60±5)%、(85±5)%;此外,在每个周期的曝气反应时段,NH+4-N的去除速率以及NO-2-N和NO-3-N的累积速率分别保持在90mg·(L·h)-1、70 mg·(L·h)-1和15 mg·(L·h)-1左右.以上结果表明,限量进水时间的延长及其所造成的不同时间跨度的缺氧环境对硝化颗粒污泥没有较为显著的影响.     

不同碳氮比对海水养殖废水脱氮效果的影响

工厂化海水养殖废水C/N（碳氮比）较低,有效碳源不足,生物脱氮工艺往往由于缺乏碳源而受到抑制.为揭示脱氮工艺中不同过程对碳源匮乏的敏感程度,应用A/O-MBBR（缺氧/好氧-移动床生物膜反应器）处理模拟海水养殖废水,探讨进水C/N降低（从12降至1）对反应器运行效果的影响,并根据EPS（胞外聚合物）、AMO（氨单加氧酶）、NOR（亚硝酸盐氧化酶）、NIR（亚硝酸盐还原酶）、NR（硝酸盐还原酶）的活性,分析碳源不足对不同脱氮过程的抑制状况.结果表明:①C/N降低时,COD_Cr、NH₄+-N、NO₂--N的去除率均未下降,自养型的氨氧化、亚硝化过程不受影响,AMO和NOR活性提高.②缺氧区pH降低,ρ（DO）升高,NO₃--N的去除率显著降低,C/N为5时开始积累,NR活性明显下降.③异养反硝化反应电子供体出现由外碳源向内碳源和EPS的转换,缺氧区EPS含量逐渐减少,C/N为1时比C/N为6时减少了47%.研究显示,碳源不足是造成海水养殖废水生物反硝化不彻底的主要原因,为了实现高效脱氮,需要在海水养殖废水处理过程中严格控制ρ（DO）并且提供足够的碳源.