溶解氧对单级颗粒污泥自养脱氮系统影响的模拟

为了研究溶解氧对SBR单级颗粒污泥自养脱氮系统的影响,基于活性污泥ASM3模型和短程硝化-硝化-反硝化模型,将颗粒污泥传质过程与氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AAOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNF）的生长过程、好氧内源呼吸及缺氧内源呼吸过程等耦合,建立了单级自养脱氮颗粒污泥动力学模型,并对颗粒内部基质浓度分布进行预测.结果显示,当DO为0.4mg/L时,好氧区和缺氧区（厌氧区）的比例为0.4：1;当DO为0.6mg/L时,颗粒污泥好氧区与缺氧区（厌氧区）的比例为3：1.同时,根据基质反应速率方程,建立了颗粒污泥的单级自养脱氮系统动力学模型,对SBR系统运行效果进行预测,结果显示,DO为0.6mg/L时,氨氮反应完全,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在5mg/L以下,总氮去除率模拟值为89%左右,略低于实际测量脱氮率95%.     

一体式厌氧氨氧化工艺处理高氨氮污泥消化液的启动

利用新型固定生物膜一活性污泥反应器处理实际污泥消化液,通过接种短程硝化污泥和厌氧氨氧化生物膜填料,逐渐提高进水氨氮浓度并控制溶解氧浓度在0.11~0.42mg/L,系统在65d内实现了短程硝化-厌氧氨氧化反应的启动.反应器系统稳定运行阶段具有良好的污染物去除效果,进水COD和氨氮浓度为921和1120.8mg/L,COD、氨氮和总氮去除率分别为66.8%,99.0%和94.4%,总氮去除负荷为0.27kgN/(m3·d).试验表明采取逐步提高进水中消化液比例的策略,有利于一体式厌氧氨氧化工艺的快速启动.进一步分析发现系统同时存在厌氧氨氧化和反硝化的脱氮途径,对总氮去除的贡献率分别为67.4%~91.1%和8.9%~32.6%.     

启动炭管膜曝气生物膜反应器实现全程自养脱氮

启动包裹无纺布的多微孔炭管为膜组件的膜曝气生物膜反应器(MABR),实现基于短程硝化和厌氧氨氧化的完全自养脱氮.首先接种普通硝化污泥启动反应器,在温度35℃, pH为7.9条件下,通过对膜内腔压力的适当控制逐步降低反应器溶解氧浓度,实现亚硝酸盐的积累.然后再次接种厌氧氨氧化污泥,使无纺布上形成好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌稳定共存的膜曝气生物膜,从而实现全程自养脱氮结果表明,经过120 d连续运行,在膜内压力为0.015MPa,水力停留时间6 h,进水NH 4-N为200 mg/L±10 mg/L条件下, NH 4-N转化率达到88.7%,出水总氮平均为48.65mg/L,总氮去除率达到83.77%.荧光原位杂交(fluorescent in situ hybridization, FISH)分析表明,好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌作为主要功能菌群分别控制着靠近炭管膜/生物膜界面区域和靠近生物膜/液体界面区域.     

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.     

全程自养脱氮工艺的研究

以悬浮填料床作为全程自养脱氮反应器，用不含有机碳的合成氨氮废水进行反应器的启动。系统的氨氮和总氮去除率分别达80％和60％左右。通过批式实验对全程自脱氮做进一步的研究。结果表明，通过控制反应器中DO的浓度，可以控制氨氧化和反硝化的比率；当DO为0.8mg/L时，氨氮几乎完全转化为氮气，氨氧化和反硝化在此时达到了动态平衡；在低DO情况下，氨氮和亚硝氮同时存在，氨氮和总氮的转化率都大幅度的提高，说明氨氮可以亚硝氮为电子受体，在无外加有机碳源的情况下进行反硝化。     

启动三级PN/A颗粒污泥反应器处理高浓度氨氮废水

为将部分亚硝化-厌氧氨氧化技术(PN/A)应用于高浓度氨氮废水的处理,本研究以经破碎后的全自养脱氮颗粒污泥为种污泥,通过协同控制进水氨氮负荷(NLR)、各格室溶解氧(DO)水平和游离氨(FA)浓度等参数,在106 d内成功启动了三级连续流反应器.结果表明,颗粒污泥在启动初期呈现明显的亚硝化功能.反应器采用高NLR和限制曝气的控制策略,能够有效控制亚硝酸氧化菌增殖,并避免DO对厌氧氨氧化菌的抑制作用,有利于颗粒密实度和脱氮活性的提升.当进水氨氮浓度升至350 mg·L-1时,通过调节进水p H和碱度投加量,可以消除前端格室内高FA浓度对功能菌活性的不利影响.反应器最终实现了7. 2 kg·(m~3·d)-1的总氮去除负荷,较传统活性污泥法高出50～100倍.模拟不同曝气强度的序批次实验也证明,各格室污泥的脱氮活性持续增强,且格室1中颗粒污泥的成熟度最高.期间,胞外聚合物含量与比总氮去除速率呈现良好的线性相关(R2 0. 97),这意味着颗粒密实度的改善对提升反应器性能具有积极意义.     

全程自养脱氮污泥颗粒化及其脱氮性能的研究

利用厌氧颗粒污泥作为种泥,启动SBR反应器,旨在培养全程自养脱氮颗粒污泥以及研究全程自养脱氮过程中污泥理化性质的变化.结果表明,先在厌氧条件下富集厌氧氨氧化微生物,然后在曝入的氮气中添加一定量空气,控制反应器的DO在0.3～0.5 mg/L,实现全程自养脱氮颗粒污泥培养是可行的,总氮去除率最高达到75.3%.实验用水中过高的钙盐和磷盐会形成钙盐沉积物,并在污泥中积累,导致污泥中有机组分减少,污泥脱氮性能变差.降低试验用水中Ca盐的投加量,经过驯化,污泥中的有机组分会逐渐增加,污泥脱氮性能逐渐恢复.     

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.     

低浓度氨氮废水单级自养脱氮EGSB反应器的快速启动

将单级自养脱氮生物膜污泥作为种泥接种于膨胀颗粒污泥床反应器中,并对该反应器进行启动.在温度为(30±2)℃,p H值为7.8~8.2,DO为0.2~1.1 mg·L~(-1),上升流速为2.0~4.0 m·h~(-1)的条件下,进行了低浓度氨氮(60~100 mg·L~(-1))废水的单级自养脱氮工艺快速启动研究.结果表明,经过83 d的运行,反应器历经适应期、提高期和稳定期后,稳定运行阶段NH_4~+-N、TN去除率分别达到99.4%和80.7%.通过控制回流比和提高进水氨氮负荷维持了稳定的低DO状态,有效抑制了硝化细菌的生长,而部分亚硝化反应和厌氧氨氧化反应为主导反应并能保持高效、稳定的脱氮效果,成功实现了在膨胀颗粒污泥床反应器中单级自养脱氮过程的启动.颗粒污泥平均粒径从174μm增大到296μm.扫描电镜显示颗粒污泥表面光滑,微生物以球菌、短杆菌为主.FISH结果显示亚硝化细菌分布在颗粒污泥表面,厌氧氨氧化菌分布在颗粒污泥内部.反应器中构建了稳定的自养脱氮颗粒污泥系统.     

部分半硝化AGS-SBR工艺的启动及其种群结构分析

采用序批式污泥反应器(SBR),接种好氧颗粒污泥(AGS),以人工模拟低COD/N废水为进水水质,在pH 7.5~8.5,温度为30℃,DO浓度约为0.8 mg·L-1的条件下,通过逐步提高进水氨氮浓度的策略启动部分半硝化工艺.结果表明,通过逐步提高进水氨氮浓度方法,可在60 d内初步形成部分半硝化工艺.部分半硝化工艺运行期间,系统对NO_2~--N的积累率基本维系在80%以上,对TN的去除率平均为64.54%,出水亚硝态氮和氨氮(NO_2~--N/NH_4~+-N)比值平均达到1.16,符合厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应进水要求.同时,基于高通量测序技术分析了部分半硝化工艺启动后微生物种群结构组成,其主要优势菌属有:Candidate-division-TM7-norank(相对丰度68.63%)、Saprospiraceae-uncultured(8.26%)、Thauera(4.63%)、Denitratisoma(3.16%)、Anaerolineaceae-uncultured(1.63%)和Anaerovorax(1.39%).部分半硝化AGS-SBR系统中与脱氮功能相关的主要菌属为:Nitrosomonas、Thauera、Denitratisoma和Bacillus,该系统中存在自养脱氮、反硝化和厌氧氨氧化的多种脱氮途径.     

溶解氧对膜生物反应器处理高氨氮废水的影响

采用膜生物反应器(MBR)处理高氨氮有机废水,探讨了溶解氧(DO)对有机物、氨氮、总氮等去除效果的影响。当进水COD1500mg/L,NH4+-N150mg/L,TP为15mg/L,pH7.5～8.0,MLSS控制在6000～7000mg/L,DO在0.5～4mg/L时对COD的去除效果没有明显影响,都可高达95%;在DO为4.0和2.0mg/L时对NH4+-N的去除率都很高,最高可达99.17%,在DO为0.5mg/L时明显降低,最低降至48.30%。在DO2.0mg/L时,取得了较好的同步硝化反硝化效果,COD、NH4+-N、TN去除率分别高达97%、97%、68%。MBR中硝化反应的比氨氮消耗速率与氨氮浓度成零级反应动力学,比氨氮硝化速率为0.0979/d,比常规处理系统中的污泥硝化活性高。     

微生物超量吸收实现生物脱氮

研究了SBR在不同pH值条件下处理模拟城市生活污水中的脱氮效果.结果表明,在曝气时间为4 h,沉淀静置时间为4h,进水COD浓度为250~300 mg.L-1,进水NH4+-N浓度30~40 mg.L-1时,R2(pH为8.0±0.2)出水氨氮浓度降到0~1 mg.L-1同时有大量的硝态氮生成,出水中硝态氮(NO3--N+NO2--N)的浓度基本在8~10 mg.L-1之间,TIN(TIN=NH4+-N+NO3--N+NO2--N)的去除率在70%左右.R1(pH为7.0±0.2)出水氨氮浓度降到0~5 mg.L-1,而硝态氮浓度在整个过程中基本保持不变且含量极低(1~2 mg.L-1),污泥中总氮含量较高且4 h好氧阶段呈先下降后上升的趋势,典型周期好氧开始时污泥中总氮含量为214 mg.g-1,好氧1 h时含量为210 mg.g-1,好氧结束时含量为215 mg.g-1,水相中TIN的去除率达到85%以上.说明在本研究特殊的工艺条件下,SBR能实现较高的生物脱氮效果,但氮的去除并不是通过传统的硝化反硝化途径实现,而是通过排除微生物超量吸收的富氮污泥来实现.     

单级SBR生物膜中全程自养脱氮的研究

研究了具有全程自养脱氮作用的生物膜中无机碳源浓度、pH值、溶解氧(DO)对全程自养脱氮的影响.结果表明,当NaHCO3浓度从1.75g/L上升到2.50g/L时,反应体系中的pH值从7.6～8.0上升到8.8左右,氨氮转化率和总无机氮去除率分别急剧下降到53%和48.8%.在进水氨氮负荷为60g/(m³·d)时,最佳DO应控制在0.5～0.7mg/L,此时氨氮转化率达到90%以上.     

EGSB反应器中耦合厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的研究

将好氧活性污泥接种于膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中,经过120 d的启动运行,形成颗粒污泥.在启动好的EGSB反应器进水中添加亚硝酸盐和氨盐,反应器内温度控制在32～35 ℃,pH为7.5～8.3,氧化还原电位为-150～-40 mV;水力停留时间4.2 h,上升流速4.86 m/h,经过270 d运行,逐步富集和耦合产甲烷菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在进水ρ(COD_Cr)为500 mg/L,有机容积负荷速率为4.800 kg/(m3·d)(以COD_Cr计)和1.152 kg/(m3·d)(以N计)的条件下,出水ρ(COD_Cr)维持在80 mg/L以下;COD_Cr,氨氮,亚硝态氮和总氮去除率分别为85%, 35%, 99.9%和67%;其去除速率分别稳定在6.12,0.202,0.575和0.777 kg/(m3·d);其中氨氮和总氮的去除速率分别是传统活性污泥法硝化/反硝化(0.05 kg/(m3·d))的4和15.5倍. pH,温度,溶解氧,氧化还原电位,亚硝酸盐和COD_Cr对EGSB反应器中厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的耦合和颗粒污泥的特性均有影响.      

一体化全程自养脱氮(CANON)工艺的效能及污泥特性

在氨氮浓度梯度升高的条件下,通过控制DO等方式在一体化CSTR反应器中实现了一体化全程自养脱氮(CANON—completely autotrophic nitrogen removal over nitrite).结果表明随进水氨氮浓度(76.05~583.93mg/L)的升高,系统的氨氮和总氮去除负荷逐渐提高,试验期间无亚硝态氮的积累,反应器后期在高氨氮进水下最高氨氮去除率84.4%,最高去除负荷0.42kg/(m3·d);最高总氮去除率72.0%,最高去除负荷0.35kg/(m3·d).污泥氧消耗速率实验得出好氧氨氧化菌的耗氧速率为169.46 mgO2/(gVSS·h)、硝酸化细菌的好氧速率为39.63 mgO2/(gVSS·h).采用总氮去除量和硝态氮产生量的比值(△TN /△NO3-)表征硝酸化反应对出水氨氮浓度的影响.试验进一步研究了反应器内污泥形态的变化,得出第102d的污泥粒径(86.36μm)比第30d(54.09μm)增加60%,污泥的SEM分析得出实验后期相对于前期污泥表面丝状菌减少,胞外聚合物增多.以上结果表明该反应器具备良好的造粒功能,有利于自养脱氮工艺的启动与稳定.     

氧化沟工艺低氧同步脱氮启动研究

在常温条件下,采用小试Pasveer氧化沟处理低C/N实际污水,通过控制好氧区平均ρ(DO)为0.2～0.4 mg/L,保持好氧区与缺氧区体积比为1∶1,成功实现低氧脱氮过程。其中,模式1先接种好氧污泥并逐渐降低好氧区DO,然后接种缺氧污泥;模式2初始阶段保持低氧环境,并直接接种好氧和缺氧混合污泥。结果显示:两种方式均能成功启动低氧脱氮并保持较高的脱氮率;同时,当C/N值为1.94时,氨氮去除率较高;当C/N值为3.00时,总氮去除率较高,低氧低碳条件下脱氮效果较好。     

控制低溶解氧实现亚硝化的稳定性

以A/O除磷工艺的二级出水为进水,通过低溶解氧控制,实现了亚硝酸盐的稳定积累.为研究系统的稳定性,从3个方面分别研究了总氮损失、水力停留时间(HRT)和回流比(R)对稳定亚硝化的影响.结果表明,系统的表观亚硝化率受COD浓度影响,COD≤50mg/L时,表观亚硝化率降低,COD50mg/L时,表观亚硝化率会增加;延长和缩短HRT都对稳定亚硝化存在正反两方面影响,应根据实际情况进行动态控制;提高回流比会增加破坏稳定亚硝化的风险,以较低回流比0.5为宜.另外,低溶解氧浓度不会降低系统的亚硝化效率,在HRT=6h,R=0.5,t为22～24℃条件下,平均氨氮去除率达83%,氨氮去除负荷为0.28kg/(kg·d),亚硝酸盐积累率接近100%.     

MBR工艺处理高盐度废水试验

采用MBR工艺对高盐度废水处理的影响因素进行研究。试验条件如下:污水中海水比例为50%,COD为700~800 mg/L,氨氮为80~100 mg/L,HRT为12 h,污泥浓度为7~8 g/L。试验结果表明:在高盐度条件下,采用低溶解氧(DO为1~2 mg/L),COD和氨氮的平均去除率可分别达到91.91%和91.44%;但氨氮负荷提高到0.4 kg/(m3.d)左右时,其平均去除率仅为62.47%。通过降低DO浓度和提高进水氨氮浓度可以使亚硝化率达到50%以上,但不能保持稳定的亚硝酸盐积累。     

溶解氧对序批式全程自养脱氮工艺运行的影响

在常温22~26℃下,接种成熟的全程自养脱氮(CANON)污泥至2个相同的SBR反应器,通过设置不同的初期DO及不同的DO梯度,考察了DO控制策略及DO值对CANON工艺脱氮性能,稳定性及污泥形态的影响.结果表明,初期DO为0.05~0.10mg/L的反应器可以稳定运行,氨氮和总氮的平均去除率分别为99%和85.4%,而初期DO为(0.40±0.5)mg/L的反应器的氨氮和总氮平均去除率分别为99%和0;在反应器运行稳定之后,逐渐增加DO浓度, DO为0,0.2,0.4,0.5mg/L时的厌氧氨氧化反应速率分别为35.95,23.89,31.50,19.25mgN/(L·h),延时曝气2h后反应器仍可正常运行.在一定DO范围内,CANON反应器的活性随着DO的升高而升高,较高DO对接种初期的CANON反应器冲击较大且不可逆,对稳定运行的CANON反应器的影响较小;但是当CANON工艺稳定运行之后,短时高DO对CANON工艺的影响是可逆的.显微镜照片显示稳定运行的CANON反应器内出现了颗粒化的趋势.