基于能源回收的城市污水厌氧氨氧化生物脱氮新工艺

采用"甲烷化+半亚硝化+厌氧氨氧化自养脱氮"新工艺,实现了生活污水能源质回收及氮素低碳化去除.结果表明,联合工艺出水NH4+-N≈0,NO2--N≤0.5 mg.L-1,NO3--N平均为3.6 mg.L-1,溶解性COD<10 mg.L-1,去除率高达98%.其中采用升流式厌氧污泥固定床(UAFB)实现甲烷化,能去除80%以上的进水溶解性COD,甲烷平均日产气量为3.3 L,产气量与COD去除量之间的关系为0.3 L.g-1,39.2%的进水溶解性COD转化为CODCH4,只有6.52%转化为CODVFAs.采用序批式反应器(SBR)实现半亚硝化,亚硝化累积率达到97%,出水基本达到厌氧氨氧化进水基质配比(NH4+-N∶NO2--N=1∶1.13),半亚硝化的主要作用是转化NH4+-N,转化率为36.59%.厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器氨氮去除量、亚硝态氮去除量和硝态氮生成量之比为1∶1.18∶1.25,总氮容积去除负荷为0.62 kg.(m3.d)-1,对氮素去除的贡献率为56.91%,为氮素脱除的主导工艺环节.新工艺通过厌氧产甲烷实现能源质回收,并通过亚硝化-厌氧氨氧化实现自养脱氮,为现有城市污水处理厂工艺改造提供了一种新的思路和技术.     

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。     

焦化废水厌氧氨氧化生物脱氮的研究

采用厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺处理焦化废水,在厌氧34℃、pH值7.5~8.5,HRT为33h的条件下,经过115d成功启动厌氧氨氧化反应器.当进水NH4+-N、NO2--N浓度分别为80、90mg/L左右时, TN负荷可达160mg/(L·d),系统NH4+-N和NO2--N的去除率最高分别达86%和98%,TN去除率可达75%. GC-MS分析结果表明,酚类是焦化废水中较易被生物利用的有机物,ANAMMOX过程对好氧短程硝化工艺出水残余低浓度酚类有机物有进一步去除作用.     

HRT及氮素负荷对厌氧氨氧化系统的影响

为了考察水力停留时间(HRT)、氮素负荷(NH4+-N和NO2--N)对厌氧氨氧化系统处理效果的影响,通过启动试验、HRT影响试验、NH4+-N负荷试验、NO2--N负荷试验,以好氧硝化污泥、厌氧污泥、花园土壤渗出液为接种污泥,历经114d培养厌氧氨氧化反应器成功启动.结果表明:①系统HRT过短会导致含氮污染物去除不完全,HRT过长则污泥可能已经解体,取HRT为10d是合理的;②厌氧氨氧化系统HRT、微生物总量确定的情况下,系统NH4+-N氧化能力也随之确定,以污泥负荷描述厌氧氨氧化系统NH4+-N氧化能力较为恰当,控制进水NH4+-N污泥负荷小于0.009g.g-1.d-1;③高NO2--N负荷对厌氧氨氧化系统中NH4+-N氧化步骤不产生明显抑制影响,但当NO2--N负荷大于14g.m-3.d-1后,会对厌氧氨氧化系统中NO2--N还原步骤产生抑制,所以控制进水NO2--N容积负荷小于14g.m-3.d-1或折合为污泥负荷0.018g.g-.1d-1是合适的.本研究对厌氧氨氧化系统的设计、运行、管理控制有重要参考意义.     

部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺处理污泥脱水液

在缺氧滤床+好氧悬浮填料生物膜工艺中实现部分亚硝化,然后进行厌氧氨氧化(ANAMMOX),考察其对高含氮、低C/N污泥脱水液的处理能力.结果表明,亚硝化反应器在15~29℃、DO 6~9mg/L条件下,通过综合调控进水氨氮负荷(ALR)、进水碱度/氨氮、水力停留时间(HRT)等运行参数,可以调节出水(NO2--N)/(NH4+-N)的比率,能够较好地实现部分亚硝化反应以完成厌氧氨氧化.当进水ALR为1.16kg/(m3·d),进水碱度/氨氮为5.1时,出水(NO2--N)/(NH4+-N)在1.2左右,(NO2--N)/(NOx--N)大于90%,进入ANAMMOX反应器的氮物质去除率达到83.8%.     

CuO NPs长期暴露对SBR废水处理效果的影响

研究了两种不同浓度CuO NPs(1 mg/L和10 mg/L)长期暴露对SBR反应器出水水质的影响。结果表明,在进水CuO NPs浓度为1 mg/L和10 mg/L,长期运行120 d后,SBR1(1 mg/L)和SBR2(10 mg/L)反应器出水的COD、氨氮(NH4+-N)和亚硝态氮(NO2--N)浓度与对照组(SBR0)相比没有明显变化,出水COD、NH4+-N基本被完全去除。然而,出水总磷(TP)和硝态氮(NO3--N)的浓度发生明显变化,SBR1和SBR2出水TP浓度相较于SBR0的0.20 mg/L分别升高到1.07 mg/L和1.65 mg/L,而出水NO3--N浓度相较于SBR0的5.86 mg/L分别降低为3.86 mg/L和3.01 mg/L。     

低基质浓度下厌氧氨氧化反应器的启动

采用有效容积88.7 L的上流式厌氧填料床反应器启动厌氧氨氧化工艺.结果表明,在反应器运行的第119天NH4+-N,NO2--N和TN的去除率分别达100％,97.40％和91.71％,3种氮素的比值ρ(NH;-N):ρ(NO2--N):ρ(NO3--N)为1∶1.35∶0.28.随后通过缩短水力停留时间(HRT)的方式提高客积负荷,HRT从开始启动时的35.5 h逐步下降至15.2 h,至反应器运行末期,TN的客积负荷达0.10 kg/(m3·d),获得的具有厌氧氨氧化活性的污泥镜检呈红棕色.     

以稻秆为固体碳源处理分散养猪冲洗水的试验研究

针对分散养猪废水经厌氧和人工湿地处理后存在C/N低的问题,以廉价的稻秆作为固体碳源和生物膜载体,研究反应器启动阶段运行性能、水力负荷的影响以及污染物沿程去除特性.结果表明NO3--N主要在反应器上部稻秆填充层被去除,去除率超过95%,且无明显NO2--N积累,反硝化速率为0.052mg/(g·h).稻秆本身会浸出释放有机物和氮(主要为NH4+-N),导致运行前期出水COD和NH4+-N高于进水,但仍远低于《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)的排放限值,40d后COD逐步降至40mg/L左右.COD和NO3--N可在反应器下部的砖渣填充层被进一步去除.     

S~(2-)/NO_3~--N对硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮除硫启动的影响

为寻求经济、有效的同步脱氮除硫工艺,采用HABR(复合式厌氧折流板反应器),接种厌氧氨氧化活性污泥,以人工模拟废水为研究对象,在进水p H为8.0、温度为(32±1)℃、HRT为6.5 h的条件下,调整进水S2-/NO3--N〔n(S2-)∶n(NO3--N)〕分别为2.0∶5、3.5∶5、5.0∶5、6.5∶5,研究其对硫自养反硝化和厌氧氨氧化耦合工艺启动的影响,试验连续进行了54 d.结果表明:当S2-/NO3--N1时,S2-的供应量相对不足,导致硫自养反硝化生成的NO2--N量不足,进而影响后续厌氧氨氧化效果,NH4+-N去除率较低,平均值为53.5%,同时剩余NO3--N继续氧化硫自养反硝化生成的S0,致使出水中ρ(SO42-)增大;当S2-/NO3--N=1时,S2-供应量充足,硫自养反硝化生成NO2--N量最大,厌氧氨氧化效果最好,NH4+-N去除率最高,平均值为65.1%;当S2-/NO3--N1时,S2-过量,S2-去除率下降.试验通过控制S2-/NO3--N,在HABR内成功实现了硫自养反硝化和厌氧氨氧化耦合工艺启动,NH4+-N、S2-、NO3--N最大去除率分别为74.3%、99.0%、99.5%,S2-/NO3--N=1为最佳比例.     

生物膜富集系统的同步短程硝化反硝化研究

在自制生物膜反应器中接种精养鱼塘底泥进行富集培养,以期启动同步短程硝化反硝化过程。富集过程中记录反应器进、出水DO、NH4+-N、NO2--N和NO3--N变化。经过179 d运行后,反应器NH4+-N去除率达80%以上,出水NO2--N浓度非常低,低至检测极限以下,且没有NO3-积累。实时荧光定量PCR技术定量富集培养前后研究氨氧化细菌、反硝化细菌密度和厌氧氨氧化细菌数量,发现反应器中氨氧化细菌和反硝化细菌浓度分别增加了53.4倍和8.3倍,未检出厌氧氨氧化菌。综合上述结果判断生物膜反应器内启动了同步短程硝化反硝化过程。     

厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮处理城市污水

利用ABR反应器在温度为27℃,p H为8,HRT为10 h,进水NO-2-N/NH+4-N为1.32条件下,在45 d内成功启动厌氧氨氧化反应,稳定阶段反应器出水TN平均去除率为83%,此阶段的三氮比ΔNH+4-N∶ΔNO-2-N∶ΔNO-3-N为1∶1.31∶0.27.在利用厌氧氨氧化反应器处理实际污水过程中,进水中不可避免地含有一定量的有机碳.在C/N比为0.5时,有机碳对厌氧氨氧化反应无明显影响;厌氧氨氧化菌与反硝化菌的最佳协同作用条件为C/N=1,此时TN平均去除率为93%;在C/N比为2时有机碳会对厌氧氨氧化菌产生抑制作用,导致TN去除率降低;降低进水COD浓度后,厌氧氨氧化菌能在短时间内恢复活性.考察了厌氧氨氧化与反硝化协同作用对城市污水的处理性能,证明ABR协同脱氮反应器适用于处理低氨氮浓度城市污水,出水TN浓度为7.5 mg·L-1左右,平均去除率达86%.     

饮用水生物处理小试工艺中NH＋４-N的非硝化去除途径分析

通过计算N和DO的质量平衡,研究饮用水生物处理小试工艺中是否存在NH4 -N的非硝化去除途径,并探讨其可能机制.结果表明,当生物流化床和生物滤池进水NH4 -N浓度大于2 mg/L时,前者进水的NH4 -N、NO2--N和NO3--N之和比出水高出0.91 mg/L,后者理论上消耗的DO比实际多约2.90 mg/L,说明这2种工艺中均有氮亏损现象发生,一部分NH4 -N通过与DO无关的非硝化作用被去除.对非硝化去除途径的分析表明,因为反应器对磷元素和有机物的利用不随氮亏损发生变化,可以排除掉同化作用和反硝化作用;因为反应器进水低碳高氮的特性NO2--N的积累与发生氮亏损的废水生物处理系统相似,据此提出在生物膜缺氧内部发生、通过短程硝化和厌氧氨氧化的偶联(或OLAND反应)将NH4 -N和NO2--N同时转变为N2脱除的自养脱氮是饮用水生物处理中氮亏损的可能途径.     

厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳研究Ⅰ:COD/NH_4~+-N对耦合反应的影响

采用ASBR反应器,通过改变进水COD/NH_4~+-N值,研究了COD/COD/NH_4~+-N对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的影响.结果表明:在COD为300mg/L,NO2--N为145mg/L时,COD/COD/NH_4~+-N是影响厌氧氨氧化对耦合反应脱氮贡献及COD/NH_4~+-N去除率的主要因素,但不会对NO2--N去除率产生影响.当COD/COD/NH_4~+-N值在1~3.25时,厌氧氨氧化对耦合反应的脱氮贡献率基本稳定在73.03%;当COD/COD/NH_4~+-N值在3.75时,厌氧氨氧化对耦合反应脱氮的贡献率开始由71.76%下降至约55%;当COD/COD/NH_4~+-N值在4.25~5.25时,厌氧氨氧化与反硝化的脱氮贡献率基本相等;当COD/COD/NH_4~+-N值在6.5~12.5时,反硝化的脱氮贡献率随着COD/COD/NH_4~+-N值的增大由51.69%增大到79.62%.耦合反应器中活性污泥的颗粒化程度不断增强,颗粒污泥的粒径主要分布在0.6~1.5mm范围内,污泥沉降性能良好.     

生物流化床短程硝化的快速启动及影响因素研究

采用内循环生物流化床反应器处理模拟高浓度氨氮废水,以确定其对处理高浓度氨氮废水的可行性,同时对试验条件进行了优化。结果研究表明:控制温度为(31±1)℃,利用反应器自身流化所携带溶解的空气,反应器内DO值可维持在1.5~2.5 mg/L,调节pH为8.0~8.5。经过42 d的污泥驯化适应时期,进水氨氮(NH4+-N)浓度由50 mg/L提高到300 mg/L。由于流化床采用填料载体微生物膜与活性污泥双重作用,同时载体呈流化状态,接触均匀,有巨大的比表面积,可以使床内保持高浓度的生物量,从而达到高效快速的传质效果。在HRT由开始的16 h缩短到8 h的条件下,氨氮(NH4+-N)的去除率达到90%以上,亚硝氮(NO2--N)的积累率达到75%。且在以后30 d的稳定运行阶段,氨氮(NH4+-N)去除率和亚硝氮(NO2--N)积累率均保持稳定。同时反应器最后出水水质澄清,无需二沉池及污泥处理。     

煤矿生活污水同步硝化反硝化试验研究

为提高煤矿生活污水脱氮效果并优化反应方式,采用限氧曝气生物膜反应器进行试验研究,分析了污染物去除效果和主要影响因素。结果表明:在第一反应室DO为1.5～2 mg/L、第二反应室DO为1～1.5 mg/L、HRT为3.13 h、ρ(COD)=69.8～85.2 mg/L、ρ(NH4+-N)=14. 6～17.9 mg/L、ρ(TN)=17.3～21.2 mg/L的进水条件下,反应器出水COD、NH4+-N、TN最大质量浓度分别为18.3 mg/L、0.23 mg/L和8.92 mg/L,平均去除率分别为80.8%、99.3%和59.3%,同步硝化反硝化效率(SND率)为45.4%～56.5%;在2.78 h≤HRT≤4.17 h范围内,反应器出水COD和NH4+-N浓度达到GB 3838—2002Ⅲ类标准要求,出水ρ(TN)10 mg/L且SND率达到52%。     

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.     

UASBB厌氧氨氧化反应器处理污泥脱水液的影响因素研究

研究基质质量浓度、温度、pH值、HRT和C/N比对厌氧氨氧化脱氮性能的影响.试验水样采用污泥脱水液,控制进水ρ(NH+4-N)/ρ(NO-2-N)为1∶1.32,分别考察了在不同基质质量浓度、HRT、温度、pH值和C/N比的情况下,UASBB厌氧氨氧化反应器的脱氮性能.结果表明,在进水NH+4-N和NO-2-N质量浓度分别为200 mg·L-1和264 mg·L-1、HRT=24 h、温度为30～35℃、pH值为7.5～8.5、C/N比在0.5左右的条件下,厌氧氨氧化反应器的脱氮效果最佳,NH+4-N、NO-2-N和TN平均去除率分别达到75.72%、76.36%和70.19%,TN平均容积负荷可达0.464 kg·(m3·d)-1,COD平均去除率在30%左右.通过合理控制进水基质质量浓度和HRT能够有效地提高厌氧氨氧化反应器的脱氮性能.只有在适宜的温度和pH值范围内,厌氧氨氧化菌才能表现出较高的活性.当进水添加有机物时,厌氧氨氧化反应器中存在反硝化现象,且随着有机物质量浓度的升高,异养反硝化菌的竞争优势逐渐增强,对厌氧氨氧化产生明显的抑制作用.     

Anammox启动过程中脱氮性能及污泥特性研究

采用NH_4~+-N和NO_2~--N进水浓度分别为200 mg/L和300 mg/L不变,不断缩短HRT以启动厌氧氨氧化反应器,研究了此过程中氮的去除情况、厌氧氨氧化反应化学计量关系及颗粒污泥的特性。结果表明:历时58 d成功启动了厌氧氨氧化反应器,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为96.62%、76.37%,总氮去除速率达到1.71 kg/(m3·d);NH_4~+-N的去除量、NO_2~--N的去除量及NO_3~--N的生成量三者之间的比值为1∶1.29∶0.26,表现出典型的厌氧氨氧化反应特征;运行后期,反应器内的颗粒污泥呈红棕色,结构紧密,表面可见明显的孔洞,其表面分布的球菌具有火山口状的凹陷结构,为典型的厌氧氨氧化菌。     

常温下厌氧氨氧化生物膜反应器的启动研究

以广东省某垃圾填埋场SBR池活性污泥为接种污泥,以含氮模拟废水为对象,研究了常温条件下UASB-Anammox生物膜反应器的启动情况。结果表明,UASB生物膜反应器运行97d后,NH4+-N和NO2--N的去除效率均可达90%以上,NH4+-N去除量、NO2--N去除量和NO3--N生成量之比为1:1.44:0.26,pH值稳定在8.5左右,污泥由黄褐色转为红褐色,成功启动了厌氧氨氧化反应器。启动成功后,将反应器温度从24℃降至18℃,总氮的去除率依然可以保持90%以上,表明常温下启动运行的厌氧氨氧化生物膜反应器具有良好的温度适应性。     

GFH用于提高再生水回用景观水水质研究

研究了再生水回用于景观水体过程中,GFH(granulated ferric hydroxide)对磷、DOM和氮等污染物的吸附去除机制.结果表明,GFH对磷的去除效果最显著,TP浓度为0.059～0.725mg/L、PO34--P浓度为0.004～0.684mg/L的进水,GFH出水能够实现TP0.05mg/L(去除率91.1%)、PO43--P0.023mg/L(去除率95.4%);GFH优先去除DOM中大分子的腐殖酸,实现对DOM28.5%的去除率,同时提高DOM的芳香性;由于GFH和臭氧的强氧化性,再生水中NH4+-N和NO2--N可发生硝化反应,NH4+-N平均去除率达37.3%,NO2--N平均去除率达59%.