常温城市污水同步亚硝化-厌氧氨氧化研究

在常温14.7～24.7℃条件下,以城市生活污水为研究对象,采用SBR反应器,通过调整曝气量控制DO浓度为0.05～0.30 mg/Ｌ,进行了同步亚硝化-厌氧氨氧化试验.结果表明,SBR活性污泥反应器可以在常温条件下实现城市污水氨氮的同步亚硝化-厌氧氨氧化反应;DO可以作为其反应终点的指示参数,本试验确定为1 mg/Ｌ;在SBR探索试验中,NH⁺₄-N消耗速率为0.164～0.218　kg/（m³·d）,NO^-₃-N产生速率为0.026～0.036　kg/（m³·d）,TN脱除速率为0.124～0.194　kg/（m³·d）,去除效率为65%～75％;在SBR改进试验中,分别通过提高温度、增设非曝气运行时段和增加厌氧氨氧化菌生物量3个途径,避免了亚硝酸盐的积累,TN去除效率提高至77%～88%.考虑到脱氮速率和实际的工程应用条件,认为增加厌氧氨氧化菌的生物量是提高SBR反应器脱氮效能的优选途径.     

EGSB反应器中实现完全自营养脱氮与运行优化

同时接种好氧氨氧化污泥和厌氧氨氧化污泥启动EGSB反应器,培养完全自营养脱氮颗粒污泥,总氮去除速率达0.101 kg·(m³·d)^-1.基于边界层假设模拟颗粒污泥与液相主体间的传质过程,并将其与颗粒污泥内传质过程以及好氧氨氧化、厌氧氨氧化和亚硝酸盐氧化过程相耦合,建立了颗粒污泥完全自营养脱氮模型,应用实验结果对模型进行了验证.根据模拟结果对EGSB反应器运行条件进行优化,总氮平均去除效率由52%提高到61%,平均去除速率由0.103 kg·(m³·d)^-1提高到0.114 kg·(m³·d)^-1.     

厌氧氨氧化菌的培养与推流式反应器氨厌氧工艺

采用推流式固定化絮体生物反应器培养出高活性的厌氧氨氧化(ANAMMOX)红色颗粒污泥.在稳定运行后,反应器的NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率皆大于98%,TN平均去除率为86%,NO₃^--N的生成率约为14%,TN去除负荷达2.56kg/(m³·d).同时考察了进水基质比例对反应器性能的影响,并用扫描电镜观察了颗粒结构.     

颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO2的影响

采用批试验方法,研究了颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO₂的影响.用Haldane模型描述厌氧氨氧化反应动力学,得到最大氨氮反应速率6.65×10^-3 mg·(mg·h)^-1、氨氮半饱和常数87.1 mg·L^-1和抑制常数1 123 mg·L^-1,亚硝态氮半饱和常数15.39 mg·L^-1和抑制常数159.5 mg·L^-1.微量NO₂对厌氧氨氧化具有强化作用,基于Haldane模型建立了厌氧氨氧化的NO₂强化函数,估计了强化函数中的最大强化系数48.79、NO₂半饱和常数2 480 mg·m^-3、NO₂抑制常数4.22 mg·m^-3和基础速率系数0.018 2.试验中大部分的NO_x出现损失.     

进水氨氮浓度对好氧颗粒污泥的影响研究

在颗粒化SBR反应器中,研究了进水氨氮浓度对好氧颗粒污泥的影响.结果表明,进水氨氮浓度的提高将刺激丝状菌的生长;当氨氮负荷达到0.80 kg/(m³·d)时,颗粒开始明显解体,大量污泥流失;但氨氮负荷过低［0.0 kg/(m³·d)］,好氧颗粒污泥同样不能正常的形成.同时,氨氮负荷的提高,会出现颗粒污泥结构松散,粒径增大,沉降速度减小,颗粒化率下降以及生物量降低等现象.反应器对有机污染物和TP的平均去除效率分别为90%和70%,进水氨氮浓度的提高对其影响不大;但高氨氮负荷能抑制硝化菌和反硝化菌的活性,当进水氨氮负荷由0.48 kg/(m³·d)提高到0.80 kg/(m³·d)时,反应器对氨氮和总氮的去除率分别由90%和80%下降到70%和50%.     

好氧颗粒污泥膜生物反应器的运行特性

以人工合成模拟废水对好氧颗粒污泥膜生物反应器(MBR)的运行特性和膜污染进行了研究.结果表明:在HRT为6h,溶氧浓度为4～6mg.L^-1,COD的容积负荷为7.24kg·(m³·d)^-1的条件下,COD的去除率可达96%以上.当NH₃-N的容积负荷为0.17kg·(m³·d)^-1时,NH₃-N的去除率可达60%.COD/N比的变化,对好氧颗粒污泥MBR的COD及NH₃-N去除率基本没有影响.稳定运行过程时,MBR中好氧颗粒污泥浓度(MLSS)基本维持在14～16mg·L^-1.较高的污泥浓度和颗粒污泥内部缺氧和厌氧环境的存在,使MBR中硝化和反硝化过程能同时存在.同时,比较了2种不同形态的活性污泥(颗粒污泥和絮状污泥)在MBR运行过程中膜通量的变化趋势,结果表明,颗粒污泥MBR膜通量的下降速度明显比絮状污泥MBR的下降速度慢很多,且通过空气反冲或用水清洗即可使通量基本恢复.     

林可霉素生产废水的厌氧生物处理工艺

采用单相中温升流式厌氧污泥床(UASB)反应器厌氧生物工艺处理含有有毒难降解有机物的林可霉素生产废水.当进水COD 8000～14000 mg/L,HRT约10h时,COD容积负荷可达20～35kg/(m³·d),COD去除率为50%～55%.适时调整并维持较高的表面水力负荷[0.2～0.4 m³/(m²·h)]、较高的进水有机基质浓度(COD为2000～3000mg/L)和污泥COD负荷[0.2～0.5 kg/(kg·d)],并适当延长启动驯化时间可培养出沉降性好、污泥活性较高的颗粒污泥.废水厌氧生物降解动力学符合Monod方程,动力学常数V_max=1.3 d^-1,K_s=8133mg/L.废水中不可生物降解物质占总COD的比例约为30%,这是废水COD去除率偏低的重要因素.     

厌氧氨氧化工艺处理高氨氮养殖废水研究

以典型高浓度养殖废水经UASB-短程亚硝化工艺处理后的出水为对象,采用厌氧氨氧化工艺进行脱氮处理研究.以反硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器,在此基础上,通过试验确定最佳进水氨氮负荷应处于0.2 kg/(m³·d)左右,系统的HRT定为2 d;通过对系统运行条件研究发现,最佳运行条件为：pH为7.50左右,温度为30℃且系统不需投加有机碳源.在优化条件下,系统最终氨氮去除率能达到85％以上,亚硝态氮去除率达到95％以上,系统运行效果良好,且具有重现性.最后通过动力学理论分析得出氨氮的降解速率为0.012 6 d^－1,亚硝态氮的降解速率为0.013 1 d^-1.通过研究以期为后续工艺、神经网络模拟及“UASB-短程亚硝化-厌氧氨氧化-土地系统"组合新工艺的工程推广应用提供一定的理论依据.     

生活污水预沉淀-SNAD颗粒污泥工艺小试

采用人工配水,在SBR反应器中启动同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化（SNAD）颗粒污泥工艺,随后逐渐降低进水氨氮浓度,低氨氮稳定运行一段时间后通入预沉淀后生活污水,考察SNAD颗粒污泥工艺处理生活污水的脱氮性能及稳定性.结果表明,SNAD工艺启动成功后,氨氮去除率大于98%,总氮去除率在89%左右,随着进水氨氮浓度逐渐降低,亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性升高,总氮去除率逐渐下降至75%左右.通入预沉淀生活污水（NH₄⁺-N 52~63 mg·L^-1,COD 99~123 mg·L^-1）后,平均总氮去除率为73.2%,出水COD浓度在35 mg·L^-1以下,最大出水氨氮和总氮浓度为0.7 mg·L^-1和12.8 mg·L^-1,连续30d以上出水氨氮和总氮浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准,实现了生活污水碳氮同步高效去除的目的.     

无排泥运行MBR处理不同浓度氨氮废水及其生物特性

考察了水力停留时间(HRT)为10 h时无排泥运行下膜-生物反应器(MBR)处理不同浓度氨氮无机废水的运行性能及微生物特性.结果表明,在处理NH₄⁺-N≤500 mg/L的废水时,氨氮转化率可达99%且反应器内微生物增长缓慢,比硝化速率从0.2kg/(kg·d)升至0.52 kg/(kg·d);当NH₄⁺-N≥700 mg/L时,出水亚硝酸氮和氨氮相继出现明显累积,比硝化速率随之下降至0.4kg/(kg·d)以下,反应器内生物量从3 200 mg/L上升至6 700 mg/L.反应器中的氨氧化菌维持在10⁷CFU/mL,亚硝酸盐氧化菌从10⁶CFU/mL下降至10³CFU/mL.系统内的溶解性微生物产物(以TOC表示)升至65 mg/L后保持稳定,出水TOC一直维持在3～4mg/L;细胞外分泌物(EPS)在膜的截流作用下随运行时间的延长积累至600 mg/L.     

快速启动厌氧氨氧化工艺

为研究如何获得厌氧氨氧化的快速启动工艺,采用两种不同水力流态反应器:完全混合式膜生物反应器(MBR)和推流式厌氧折流板反应器(ABR),分别接种絮状硝化污泥,考察其厌氧氨氧化快速启动性能.结果表明:两种反应器均能成功启动厌氧氨氧化,MBR启动周期(90 d)比ABR(111 d)缩短20%;稳定运行期内,MBR总氮(NH_4~+-N+NO_2~--N)平均去除负荷[0.098 kg·(m3·d)-1]也明显高于ABR[0.089 kg·(m3·d)-1];此外,两个反应器中污泥形态差异明显,MBR中污泥呈絮状,而ABR第1隔室中以厌氧氨氧化颗粒污泥为主;NH_4~+-N、NO_2~--N和NO_3~--N之间的定量关系分析表明:相较于ABR,MBR能实现完全的生物截留,使得系统内含有更多种类的脱氮功能菌,有利于氮素的去除.MBR在厌氧氨氧化的快速启动方面表现出更明显的优势.     

蚀刻液废水厌氧氨氧化脱氮性能研究

采用上流式生物膜反应器接种厌氧氨氧化污泥,研究了印制电路板行业蚀刻液废水厌氧氨氧化脱氮可行性.结果表明,蚀刻液废水作为NH4+-N源时,其所携带的物质对厌氧氨氧化污泥活性具有毒性作用.当蚀刻液废水稀释到NH4+-N浓度150mg/L进入反应器14d后,厌氧氨氧化氮去除速率从3.2kg/(m3·d)下降到1.2kg/(m3·d).但是通过驯化培养可以很好地缓解蚀刻液对厌氧氨氧化污泥的毒性影响.经过110d的驯化,蚀刻液废水稀释到NH4+-N浓度300mg/L进入反应器后并未出现明显的抑制现象.厌氧氨氧化氮去除速率从1.6kg/(m3·d)上升到6.0kg/(m3·d).说明通过驯化培养后,厌氧氨氧化工艺能够很好的运用到PCB行业高NH4+-N废水的处理.     

一体式短程硝化-厌氧氨氧化工艺启动过程的亚硝酸盐调控

以两类中试反应器（SBR,116.6 m³,活性污泥法和SBBR,64.8 m³,泥膜法）为对象,接种猪场废水处理厂的活性污泥,通过控制DO、曝气方式为主和外加NaNO₂为辅的亚硝酸盐调控策略,考察不同反应器在启动一体式短程硝化-厌氧氨氧化（combined partial nitritation and ANAMMOX,CPNA）工艺过程中NO₂^--N浓度对ANAMMOX菌的影响.结果表明,在相同运行条件下,泥膜共生的SBBR更适于短程硝化的快速启动.尽管受到NO₂^--N抑制（100~129 mg ·L^-1,共计7 d）,但SBR在第39 d成功启动了ANAMMOX工艺,其TNRR和TNRE分别为0.069 kg ·（m³ ·d）^-1和23.3%,而长达17 d的NO₂^--N抑制（129~286 mg ·L^-1）则对SBBR中ANAMMOX菌活性造成了难以恢复的影响.外加NaNO₂后,SBR在第77 d成功启动了CPNA工艺,TNRR和TNRE分别从第51 d的0.070 kg ·（m³ ·d）^-1和16.0%迅速提高至第77 d的0.336 kg ·（m³ ·d）^-1和52.2%,ANAMMOX菌的活性也由最初的0.012 kg ·（kg ·d）^-1快速升高至第77 d的0.307 kg ·（kg ·d）^-1;SBR中AOB和ANAMMOX菌的基因拷贝数浓度由最初的8.06×10⁶ copies ·mL^-1和4.42×10⁴ copies ·mL^-1分别增长至第77 d的1.02×10⁹ copies ·mL^-1和1.77×10⁷ copies ·mL^-1,表明以调控DO和曝气方式为主,辅以外加NaNO₂的亚硝酸盐调控策略可有效实现反应器中AOB和ANAMMOX菌的快速增长.合理的NO₂^--N调控是CPNA工艺快速启动的关键因素.     

厌氧氨氧化污泥恢复过程中的颗粒特性

目前运行容易失稳已成为制约厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺应用的因素之一.在保证底物不抑制的条件下,通过对实验室前期运行失稳的连续流全混反应器(CSTR)中的厌氧氨氧化污泥进行活性恢复,研究了滞留的基质浓度对ANAMMOX污泥恢复过程中颗粒化及活性的影响.结果表明,经过126d运行,ANAMMOX污泥活性获得恢复且脱氮能力明显提升.控制高、低基质浓度水平的2个反应器均能实现污泥的颗粒化及氮素的高效去除,NRR最大分别达到16. 97 kg·(m~3·d)~(-1)和14. 43 kg·(m~3·d)~(-1).随着反应器脱氮能力的提高(污泥颗粒粒径增大),R1、R2两个反应器内污泥的胞外聚合物EPS含量(以VSS计)均增大,分别由接种时的34. 45 mg·g~(-1)增大至77. 52 mg·g~(-1)和94. 18 mg·g~(-1),PN/PS由1. 89分别增大到6. 25和6. 84.在一定范围内,PN/PS比值增大有利于ANAMMOX污泥颗粒化,但PN/PS过大会导致颗粒污泥结构失稳上浮,加剧污泥流失现象.     

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。     

海洋厌氧氨氧化菌的富集培养及其脱氮特性

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,通过接种胶州湾底泥,研究了海洋厌氧氨氧菌的富集培养及其脱氮特性.实验结果表明:海洋厌氧氨氧化菌的富集培养可分为4个阶段:菌体自溶期(1~15 d)、迟滞期(16~152 d)、活性提高期(153~183 d)与稳定运行期(184~192 d).与淡水厌氧氨氧化相比,其迟滞期(137 d)较长,活性提高期(30 d)较短,对基质浓度与HRT的变化更敏感,且由进出水导致的菌活性延迟时间为5 h,远长于淡水厌氧氨氧化菌,因此海洋厌氧氨氧化菌对新环境的适应能力更弱,更难富集培养.经过192 d运行,对NH_4~+-N与NO-2-N的去除率分别达到96.98%与95.66%,三氮转化比n(NH_4~+-N)∶n(NO-2-N)∶n(NO-3-N)为1∶(1.2±0.2)∶(0.22±0.06),接近理论比(1∶1.32∶0.26),NRRNH_4~+-N升至0.080 kg·(m~3·d)-1,海洋厌氧氨氧化菌活性显著提高,这标志着海洋厌氧氨氧化菌富集成功.反应器运行过程中,污泥逐渐由黑色泥状变为砖红色颗粒状,扫描电镜观察,该砖红色颗粒为表面光滑,排列紧密、有类似火山口形状的球状菌相互黏聚而成的菌团.     

An autotrophic nitrogen removal process：Short-cut nitrification combined with ANAMMOX for treating diluted effluent from an UASB reactor fed by landfill leachate

A combined process consisting of a short-cut nitrification (SN) reactor and an anaerobic ammonium oxidation upflow anaerobic sludge bed (ANAMMOX) reactor was developed to treat the diluted effluent from an upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactor treating high ammonium municipal landfill leachate.The SN process was performed in an aerated upflow sludge bed (AUSB) reactor (working volume 3.05 L),treating about 50% of the diluted raw wastewater.The ammonium removal efficiency and the ratio of NO 2 N to NOx-N in the effluent were both higher than 80%,at a maximum nitrogen loading rate of 1.47 kg/(m 3 ·day).The ANAMMOX process was performed in an UASB reactor (working volume 8.5 L),using the mix of SN reactor effluent and diluted raw wastewater at a ratio of 1:1.The ammonium and nitrite removal efficiency reached over 93% and 95%,respectively,after 70-day continuous operation,at a maximum total nitrogen loading rate of 0.91 kg/(m 3 ·day),suggesting a successful operation of the combined process.The average nitrogen loading rate of the combined system was 0.56 kg/(m 3 ·day),with an average total inorganic nitrogen removal efficiency 87%.The nitrogen in the effluent was mostly nitrate.The results provided important evidence for the possibility of applying SN-ANAMMOX after UASB reactor to treat municipal landfill leachate.     

PN/A双菌层系统的构建及其脱氮性能

分别采用SBR反应器和MBR反应器驯化培养亚硝化污泥和厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)污泥,并通过微生物包埋技术将两类污泥分别包埋,构建亚硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification-ANAMMOX,PN/A)双菌层系统.短期实验证明该系统中亚硝化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和ANAMMOX菌在不同阶段分别起主导作用,维持系统的酸碱平衡,并实现NH+4-N的高效去除(98.8%).长期实验表明,在溶解氧受限时,PN/A双菌层系统能够有效提高系统对溶解氧的利用效率,并增强系统的稳定性和脱氮效能.在溶解氧为1.0 mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度分别为200 mg·L~(-1)和400 mg·L~(-1)时,对照组脱氮效率仅为58.1%和61.4%,而PN/A双菌层系统脱氮效率均稳定在80%左右;溶解氧为3.0mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度为400 mg·L~(-1)时,PN/A双菌层系统总氮去除率达87.9%,总氮积累负荷(NLR)为0.4kg·(m3·d)-1,总氮去除负荷(NRR)为12.8 mg·(g·h)-1.     

高氮渗滤液短程深度脱氮及反硝化动力学

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际高氮晚期渗滤液,重点研究了系统的有机物和氮去除特性,同时考察了SBR短程生物脱氮系统内微生物的反硝化动力学特性.试验结果表明,该生化系统能够高效、深度去除渗滤液内高浓度有机物和氮.UASB反应器的平均COD负荷为6.5 kg/(m3.d),去除速率为5.3 kg/(m3.d).在进水COD平均为6 537 mg.L-1,NH+4-N为2 021mg.L-1的条件下,出水分别为354 mg.L-1和2.8 mg.L-1以下,去除率分别为94.6%和99.8%,尤其是该系统获得了99.2%的TN去除率,出水TN20 mg.L-1,实现了深度脱氮的目的.SBR反应器实现并维持了稳定的短程硝化,通过90%以上的亚硝化率实现高效的氨氮去除,同时SBR系统内微生物的反硝化特性符合Monod动力学方程.     

基质暴露水平对ANAMMOX微生物活性及生物量的影响

基质暴露水平对ANAMMOX微生物的生长代谢有着重要意义,目前关于基质暴露水平对ANAMMOX污泥长期富集过程中生长特性的研究少有报道.采用两个连续流搅拌反应器,在逐步提升进水负荷的过程中,研究了高基质暴露水平培养方式(R1:出水NH_4~+-N和NO_2--N浓度均为40～60 mg·L~(-1))与低基质暴露水平培养方式(R~2:出水NH_4~+-N和NO_2--N浓度均为0～20 mg·L~(-1))对ANAMMOX微生物生长量和生物活性,以及反应器脱氮效能的影响及机制.结果表明,高基质暴露水平培养方式更有利于ANAMMOX反应器脱氮性能的提升.相比之下,高基质暴露水平培养方式下获得的NLR [0. 69 kg·(m~3·d)~(-1)]和NRR [0. 41 kg·(m~3·d)~(-1)]分别是低基质暴露水平培养方式的2倍;高基质暴露水平培养方式下,ANAMMOX污泥浓度(以VSS计)和总基因拷贝数分别达到1805 mg·L~(-1)和4. 81×1012copies,更有利于ANAMMOX微生物的快速富集培养;低基质暴露水平培养方式下,ANAMMOX污泥的活性更强[以N/VSS计,0. 27 g·(g·d)~(-1)],有利于富集生物活性更高的ANAMMOX污泥.