异养-自养耦合深度脱氮系统的生物脱氮性能研究

为探究低C/N[ρ（COD_Cr）/ρ（NO₃--N）,下同]水体的脱氮技术,分别以火山岩、火山岩/铁碳颗粒、火山岩/硫磺颗粒、火山岩/铁碳颗粒/硫磺颗粒作为填料构建R1、R2、R3和R4反应器,考察反硝化系统在不同C/N下的脱氮效果.结果表明:①随着进水C/N的降低,R1、R2和R3反应器的NO₃--N去除率逐渐降低,R4反应器则是先升后降;在C/N为1.5~2.0、系统温度为30℃、进水pH为7.0±0.2、HRT（水力停留时间）为4.0 h、进水ρ（NO₃--N）为30 mg/L时,R4反应器中NO₃--N去除率最高,平均值为90.1%.②在R2反应器中,随着反应器的运行,铁碳颗粒自身氧化表面形成氧化膜,使得铁自养反硝化作用不断减弱,脱氮效率与R1反应器相近.③运行前期,R2和R4反应器保持着较高的ρ（NH₄+-N）,随着反应器的运行,4个反应器的ρ（NH₄+-N）相当.④与R3反应器相比,R4反应器中不存在NO₂--N的累积情况,同时铁自养过程产生的碱能被硫自养过程所消耗,系统pH更适合反硝化菌生存.研究显示,C/N为1.5~2.0时,异养-铁-硫自养反硝化系统可提供充足的电子供体,减少对有机碳源的依赖,保证了稳定高效的脱氮效果.      

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

硫磺和黄铁矿为填料的生物滤池自养反硝化强化处理二沉尾水

采用硫自养反硝化工艺处理模拟污水厂二沉尾水,分别以硫磺/白云石、黄铁矿/白云石为填料,考察不同填料下生物滤池的脱氮除磷效果.结果表明,在HRT(水力停留时间)为1 h的条件下,硫磺/白云石反应器在10 d内能迅速启动,出水ρ(NO₃--N)小于1.00 mg/L,去除率高达99%,反应器的最佳实际HRT为45 min.进水中的DO对硫磺/白云石反应器反硝化效果没有明显影响,但会对黄铁矿/白云石反应器的反硝化效果产生影响.去除进水中的DO后,在HRT为4 d下,黄铁矿/白云石反应器出水NO₃--N和TP的质量浓度分别为10.31和0.10 mg/L,其去除率分别为67.2%和90.7%.采用高速水流反冲洗后,两个反应器的脱氮效果均能在2 d内迅速恢复.在12 ℃的低温条件下,硫磺/白云石和黄铁矿/白云石反应器的处理效果均变化不大.去除一定量的NO₃--N时,硫磺/白云石反应器的SO₄2-生成量与理论值相符合,黄铁矿/白云石反应器的略高于理论值.研究显示,硫磺/白云石体系可有效去除二沉尾水中的NO₃--N,而黄铁矿/白云石体系具有同时脱氮除磷的功能.      

生物循环流化床工艺自养反硝化研究

对城市污水厂排水进行深度处理时,生物循环流化床提供的兼性环境有利于好氧硝化细菌和兼性厌氧自养反硝化细菌的生长,自养反硝化细菌可以在低有机碳源的情况下,以硫为电子供体进行自养反硝化从而去除NO₃--N. 试验以硫作为反硝化的电子供体引入自主研发的生物循环流化床中进行脱氮,试验进水各项指标参照北京市水污染物排放标准(DB11 307-2005)二级限值. 在6个不同的工况下运行,工况5出水水质可达到国家再生利用景观环境用水的水质,出水ρ(NO₃--N)为9.23 mg/L,去除率为70.61%;出水ρ(NH₄+-N)为2.36 mg/L,去除率为77.54%;出水ρ(TN)为13.53 mg/L,去除率为68.91%;出水ρ(SO₄2-)为245.15 mg/L,去除的NO₃－-N与生成的SO₄2－质量比为1∶7.7.      

硫源对反硝化脱氮性能及微生物群落结构的影响

为探究不同硫源驱动下硫自养反硝化系统的脱氮性能及各自优缺点，该文采用UASB反应器研究进水NO₃^--N浓度、水力停留时间对负载型单质硫(PFSF)自养反硝化系统和硫代硫酸钠(Na₂S₂O₃)自养反硝化系统脱氮性能的影响，并从微生物群落结构角度分析2个系统种间协同竞争作用。结果表明：(1)相同条件下，Na₂S₂O₃自养反硝化系统脱氮性能、抗负荷能力、稳定性优于PFSF自养反硝化系统。(2)Na₂S₂O₃系统和PFSF系统优势菌属均为Thiobacillus和Sulfurimonas，自养脱氮菌属丰度分别为49.92%和47.54%,Na₂S₂O₃系统微生物群落结构比PFSF系统更复杂。(3)两系统均具有稳定的微生态平衡，Na₂S₂O_...     

响应曲面法在反硝化生物滤池运行参数优化中的应用

为预测反硝化生物滤池深度处理城镇污水处理厂二沉池出水的脱氮效果,优化工艺运行参数,以黏土陶粒反硝化生物滤池作为反应器,以人工合成污水模拟污水处理厂二沉池出水,采用中心组合试验设计,利用响应曲面法研究反应器NO₃--N去除率与HRT(水力停留时间)、进水中ρ(COD_Cr)和ρ(NO₃--N)之间的关系. 统计结果显示,NO₃--N去除模型极显著(P<0.000 1),并且模型预测值与试验值能很好地吻合. 方差分析结果表明,HRT及其与进水中ρ(NO₃--N)和ρ(COD_Cr)的交互作用对反硝化滤池NO₃--N的去除率影响不显著(P>0.05),而进水中ρ(NO₃--N)和ρ(COD_Cr)及其交互作用对反硝化滤池NO₃--N的去除具有显著影响(P＜0.05). 3个因素对NO₃--N去除率影响强弱的顺序为进水ρ(COD_Cr)>进水ρ(NO₃--N)>HRT. 在HRT为2.50 h的条件下,当进水中ρ(NO₃--N)＜11.00 mg/L及ρ(COD_Cr)＞43.00 mg/L时,反硝化滤池NO₃--N的去除率可以达到71.0%以上.      

基于Fe0的地下水混养反硝化脱氮效能与机制

以含硝态氮(NO₃--N)的模拟地下水为研究对象,采用零价铁(Fe0)与生物耦合实现混养反硝化高效脱氮。结果表明:在C/N为2.78~3.08时,1号反应器(仅添加活性污泥)平均TN和NO₃--N去除率分别为39.6%和40.1%,而2号反应器(添加活性污泥+Fe0)中平均TN和NO₃--N去除率分别为80.7%和81.4%。2号反应器单批次物质转化结果表明,1个反应周期内包含2个阶段:0~12 h混养反硝化阶段及12~24 h自养反硝化阶段,且脱氮过程集中在前12 h;零级动力学结果表明,0~12 h的反硝化速率为2.38 mg/(L·h),是12~24 h反硝化速率的9.5倍;通过理论计算可知,4~12 h自养及异养脱氮贡献比例较稳定,两者比值约为4∶6,12~24 h自养反硝化作用贡献占比为100%。SEM和XRD分析结果表明,Fe0表面有明显的微生物腐蚀现象,FeOOH和含铁有机复合物是主要的腐蚀产物。微生物群落结构分析表明,Fe0可有效提高菌落多样性与丰富性,且动胶菌属(Zoogloea)作为优势菌属在反硝化过程中起主导作用。     

HABR系统实现固相异养与单质硫自养集成反硝化试验

采用连续流运行方式,将含NO₃--N的原水依次通过HABR(复合式厌氧折流板反应器)内添加木屑(第1系统)和硫磺颗粒(第2系统)的2个系统,在温度为(25±1)℃的条件下,将NO₃--N容积负荷由72g/(m3·d)逐渐提高至80和96g/(m3·d),在不需投加传统型外加碳源的条件下实现了固相异养与单质硫自养的集成反硝化. 结果表明:进水NO₃--N容积负荷为96g/(m3·d)时,系统NO₃--N总去除率达到99.0％,第1系统和第2系统对NO₃--N的去除率贡献各为50.0％;系统出水ρ(COD_Mn)为5.74～10.05mg/L,ρ(SO₄2-)为405～870mg/L,并且没有NH₄+-N和NO₂--N的积累. 第1系统产生的碱度能部分中和第2系统内产生的酸,进水、第1系统、第2系统出水pH分别为7.5、7.5～7.6、6.5～7.2,使硫自养反硝化系统呈现出较强的pH平衡能力,不需外加石灰石调节碱度即可为反硝化细菌提供较适宜的中性生存环境. 系统在pH平衡能力和NO₃--N去除效果2个方面均表现出良好的协同作用,并且通过集成反硝化作用弥补了2个系统单独运行时反硝化过程效率低的缺点,较传统异养型生物反硝化降低了运行成本.      

升流式污泥床对无机废水中氮硫转化及相互影响

采用无机含氨和硫酸盐(SO₄^2-)废水作为升流式污泥床(USB)反应器进水,研究了其对铵(NH₄⁺)和SO₄^2-的去除以及不同高度污泥层含氮、硫元素的转化途径.结果表明在反应器进水口处由于进水自含氧(外源性氧)和兼性厌氧菌受到氧化应激产生过氧化氢(内源性氧),两种“氧”共同存在下,反应器内生物脱氨量(以氮计)最高达40mg/L左右,且在USB反应器不同高度污泥层含氮化合物和含硫化合物的转化途径不同.在反应器底部污泥层,颗粒污泥表面氨氧化菌利用O₂将氨(NH₄⁺)氧化成亚硝酸盐(NO₂^-),在颗粒污泥内部厌氧氨氧化菌利用NH₄⁺和NO₂^-生成氮气(N₂)和硝酸盐(NO₃^-);同时,O₂的存在使得反应器底部污泥层部分厌氧颗粒污泥裂解,产生少量有机物,在颗粒污泥内部硫酸盐还原菌利用有机物将SO₄^2-还原生成硫离子(S^2-);硫自养反硝化菌利用NO₂^-/ NO₃^-将S^2-重新氧化为SO₄^2-.在反应器上部污泥层,由于只有少量内源性氧的存在,硫自养反硝化菌只能利用少量NO₂^-/ NO₃^-将S^2-氧化为硫单质(S₀);在USB反应器底部污泥层实现NH₄⁺的去除和SO₄^2-的循环,在上部污泥层实现了SO₄^2-的去除.     

HRT对城市污水厂尾水反硝化深度脱氮的影响

污水厂尾水回用作为水源时,其ρ(TN)较高是亟待解决的问题. 在调研污水厂尾水水质的基础上,利用MBBR(移动床生物膜反应器)对其进行深度脱氮,并考察HRT(水力停留时间)对不同填料(聚乙烯和陶粒)的MBBR运行效果的影响. 结果表明,NO₃--N是尾水中氮的主要形态,其质量浓度约占ρ(TN)的80.8%±8.4%. HRT分别为12、8和4 h时,对NO₃--N去除率影响不大,均能达到90%以上,但反硝化能力随着HRT的缩短而成倍增加;HRT为4 h时各反应器的反硝化能力最大,聚乙烯和陶粒MBBR中分别为(28.4±14.5)和(27.4±14.3)mg/(L·d)(以NO₃--N计). 随着HRT的减少,COD_Cr去除率呈降低趋势. 三维荧光分析表明,进、出水中均含有类富里酸和类蛋白质等DOM物质. HRT为8 h时MBBR对DOM的去除率最高,聚乙烯填料MBBR对有机污染物的去除效果略优于陶粒填料. 综合考虑氮和有机污染物去除效能,聚乙烯和陶粒填料MBBR优化HRT均为8 h.      

黄铁矿生物滤池氮磷同步深度处理特性及微生物群落结构

以黄铁矿为生物滤池的主要填料,对含低浓度NO₃--N和PO₄3--P废水进行同步脱氮除磷处理,探讨其启动过程中污染物转化特性及其功能微生物变化。结果表明:经过30 d的运行可实现生物滤池同步脱氮除磷,TN最大去除速率可达到70 g/(m3·d)。HRT控制在6 h以内,可避免NO₂--N的大量产生。出水ρ(TP)可降至0.2~0.4 mg/L,HRT对滤池中磷的去除几乎未产生影响。SEM-EDX和磷形态分析表明,废水中磷主要是以铁磷化合物的形式去除。功能微生物群落分析表明,硫自反硝化过程的主要功能微生物为Thiobacillus(27.6%)、Sulfurimonas(11.8%)、Thiohalobacter(10.9%)。在有机碳源缺少条件下,该系统是同时从废水去除NO₃--N和PO₄3--P的有效途径。     

3DBER-S反硝化脱氮性能及其菌群特征

针对污水处理厂尾水TN去除问题,采用16S rDNA克隆文库法,探究了3DBER-S(三维电极生物膜耦合硫自养脱氮工艺)的强化脱氮机制及其菌群特征. 结果表明,I(电流)和HRT(水力停留时间)对3DEBR-S中氢自养和硫自养反硝化作用所占比例的影响较大,但对脱氮效率影响不显著. 当进水C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕为1、ρ(NO₃--N)为35 mg/L、I为300 mA、HRT为4 h时,NO₃--N和TN去除率可分别稳定在80%和74%以上. 16S rDNA克隆文库结果显示,反应器中β变形菌纲为优势菌群,占47.89%〔以OUT(操作单元)计〕. 在β变形菌纲中,与具有反硝化功能的陶厄氏菌属(Thauera)相似的细菌所占比例最大,为52.94%;与可分别利用硫和氢为电子供体进行反硝化脱氮的硫杆菌属(Thiobacillus)和食酸菌属(Acidovorax)相似的细菌分别占17.65%和14.71%. 3DBER-S中存在异养联合氢自养和硫自养反硝化协同去除硝酸盐氮的作用,可为反硝化脱氮提供充足的电子供体,节约了有机碳源消耗,并保证了稳定高效的脱氮效果.      

微电解-电极生物膜法在污水深度处理中的应用

为考察微电解-电极生物膜法的污水深度处理效果,以受污染河水为处理对象,以碳素纤维作为微电解和电极生物膜的电极材料,研究微电解和电极生物膜的污水处理特点及运行条件. 结果表明:微电解可有效去除污水中PN(颗粒态总氮)、PP(颗粒态总磷)、DTP(溶解性总磷)和NH₃-N,去除率分别达到94%、95%、93%和98%;其中DTP的去除以与微电解产生的Fe2+的沉淀反应为主,NH₃-N的去除以硝化反应为主. 微电解提高了有机物的去除率,但对DTN(溶解性总氮)的去除率较低. 电极生物膜能有效去除污水中的NO₃--N,对不同进水水质的适应性较强,脱氮以自养反硝化为主,异养反硝化可有效去除剩余有机物,ρ(NO₃--N)低于45.0 mg/L的污水经过电极生物膜处理后,NO₃--N可被完全去除. 在HRT(水力停留时间)为8 h、电流密度为0.10 mA/cm2的条件下,微电解-电极生物膜法对各种污染物去除效果显著,工艺运行稳定,出水ρ(TN)和ρ(COD_Mn)平均值均低于0.5 mg/L,ρ(TP)低于0.05 mg/L,浊度小于1.0 NTU,可实现污水的深度处理.      

HRT对CO2-MBfR去除高SO42-废水中NO3--N的影响

针对含NO₃^--N与较高浓度SO₄^2-实际工业废水处理较难的问题,考察了不同水力停留时间（HRT）下连续运行的CO₂-氢基质膜生物膜反应器（CO₂-MBfR）处理模拟废水和实际工业废水的性能,结果表明,2种废水的出水NO₃^--N浓度均随着HRT的减小而增大,模拟废水中NO₃^--N的处理效果和电子通量分配比例均优于实际废水,但其电子通量分配的格局基本不变：NO₃^--N和SO₄^2-的电子通量分别在90.09%~97.49%和2.51%~9.91%左右.要实现实际废水总氮达到15mg/L的排放标准,需维持HRT不少于10.4h.     

温度对城市污水厂尾水反硝化MBBR深度脱氮的影响

为解决城市污水厂尾水再生利用时ρ(TN)高的问题,采用反硝化MBBR(移动床生物膜反应器)对城市污水厂尾水进行反硝化脱氮,并重点研究不同温度下分别以聚乙烯和聚丙烯为填料的反硝化MBBR的运行效果. 结果表明:在HRT(水力停留时间)为12 h、温度分别为13、19、25和30 ℃时,NO₃--N去除率和反硝化能力变化不大,聚乙烯和聚丙烯反硝化MBBR的NO₃--N去除率分别为80.1%～85.0%和78.2%～84.0%,二者的反硝化能力分别为6.7～7.1和6.5～7.0 mg/(L·h);较长的HRT弥补了低温时反硝化速率低的不足;随温度增加,生物量逐渐增加,但COD_Cr和DOM(溶解性有机物)的去除率变化不明显. 三维荧光图谱表明,出水中主要的DOM(溶解性有机质)为类色氨酸和类富里酸,聚乙烯和聚丙烯反硝化MBBR对DOM总荧光强度的去除率分别为47.6%～52.5%和24.1%～35.8%. 填料上的微生物以杆菌、丝状菌和球菌为主. 综合考虑脱氮效能和有机物污染物去除效能,聚乙烯和聚丙烯反硝化MBBR深度脱氮的最佳温度均为25 ℃.