一体化工艺中反硝化聚磷菌比例测定研究

反硝化聚磷菌可以在缺氧条件下利用硝酸盐氮和亚硝酸盐氮作为电子受体完成吸磷过程,确定反硝化聚磷菌比例对于强化反硝化除磷作用具有重要意义。从一体化活性污泥工艺中取污泥混合液,加入蔗糖合200mg/LCOD后进行厌氧搅拌,2h后将厌氧污泥分成三等份,其中两份分别加入10mg/LNO3--N、10mg/LNO2--N后缺氧搅拌2h,另一份用充氧仪曝气2h。根据厌氧、缺氧/好氧交替过程中不同电子受体下的除磷量,可以简便的确定反硝化聚磷菌在全部聚磷菌中的比例,结果表明该一体化工艺中反硝化聚磷菌在全部聚磷菌中的比例达到98.92%。     

亚硝酸盐对A2O系统脱氮除磷的影响

在A2O系统中,通过分别向缺氧区和好氧区投加亚硝酸盐的方式,考察和分析了亚硝酸盐的存在对系统脱氮除磷性能的影响.结果表明,系统的硝化、反硝化及除磷性能均对亚硝酸盐的存在比较敏感.亚硝酸盐存在于好氧段时对硝化性能的影响较大,当好氧段亚硝酸盐浓度达到25mg/L时,系统硝化速率仅有5.26mg/(L·h).亚硝酸盐存在于缺氧段时对反硝化性能的抑制作用较大,且当亚硝酸盐长期存在于缺氧段时,系统的反硝化速率降低至11.83mg/(L·h),与正常情况相比下降了60%;亚硝酸盐存在于好氧段时会严重抑制聚磷菌的吸磷能力,系统磷去除率仅有22%.当亚硝酸盐存在于缺氧段时,会引发系统的污泥膨胀问题,导致聚磷菌流失,聚磷菌数量减少到2.02%左右,继而引发系统除磷效果严重恶化.     

COD/TP比及NO_2~--N/TP对短程反硝化聚磷的影响

污水中COD/TP比和NO2--N/TP比对A/A/OSBR反硝化聚磷工艺运行有重要的影响。实验结果表明:随着COD/TP比值的增加,厌氧释磷增加、厌氧释磷速率提高。但当COD/TP比值为28.5时,过剩的碳源进入缺氧段,反硝化菌利用外碳源消耗,抑制了缺氧吸磷过程;当COD/TP比值为21时,合成的PHB不足,缺氧吸磷效率下降,而且长期在较低COD/TP比条件下运行,激发了聚糖菌与聚磷菌的竞争,聚磷菌处于竞争的劣势,反硝化聚磷能力最终消失;当COD/PO43--P为25时,短程反硝化聚磷效果最佳。NO2--N/TP比与COD/TP的比值相关联,在COD/TP=25的条件下,合适的NO2--N/TP比为3。当NO2--N/PO43--P为5时,SBR上一周期剩余的NO2-会影响厌氧释磷过程。当NO2--N/TP为1.8时,NO2-不足,会使反硝化聚磷过程不完全。     

反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的参数优化

为促进反硝化除磷与厌氧氨氧化工艺的耦合,实现污水氮、磷的同步高效去除,构建序批式反应器(Sequencing batch reactor,SBR),优化了反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的工艺参数.SBR在厌氧-缺氧-微好氧运行条件下,缺氧段投加模拟硝酸盐工业废水逐步实现了反硝化除磷过程的亚硝酸盐积累.结果表明,经过142d的培养驯化,在进水C/P比为55时,缺氧段引入NO₃^--N浓度为23mg/L时,亚硝酸盐积累率为51.01%,NO₃^--N→NO₂^--N转化率为40.22%,硝酸盐去除率为72.14%,PO₄^3--P去除率最高达88.17%.出水COD浓度低于25mg/L,COD去除率维持在90%以上.微生物群落结构分析表明,拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)为系统内优势菌门.通过参数优化实现了聚磷菌的驯化,Candidatus Accumulibacter为代表的反硝化聚磷菌丰度增加(累积丰度由1.49%增加到5.08%),以Candidatus Competibacter为代表的反硝化聚糖菌丰度增加更为明显(累积丰度由1.02%增加到15.49%),聚磷菌与聚糖菌的共同作用有利于实现除磷过程的亚硝酸盐累积.     

PD-DPR系统处理城市污水与高硝酸盐废水实现稳定亚硝酸盐积累和磷去除的特性

本研究以模拟城市污水和高硝酸盐废水为处理对象,在一个厌氧-缺氧-微曝气运行的SBR反应器内,将短程反硝化工艺(PD,NO_3~-→NO_2~--N)与反硝化除磷工艺(DPR)耦合,并通过联合调控进水C/N比、厌氧排水率和缺氧时间,考察了PD-DPR系统的亚硝酸盐积累特性和除磷性能.结果表明,经过140d,NO_3~-→NO_2~--N转化率(NTR)为80.1%,PO~(3-)_4-P去除率高达97.64%.在厌氧段(180 min),聚糖菌(GAOs)和聚磷菌(PAOs)对污水有机碳源进行充分利用,将其转化为内碳源;缺氧段(150 min),反硝化聚糖菌(DGAOs)和异养反硝化菌(DOHOs)分别进行内源和外源短程反硝化实现NO~-_2-N稳定积累,同时反硝化聚磷菌(DPAOs)进行高效反硝化吸磷;微曝气段(10 min),在不发生硝化反应的前提下,PAOs超量吸磷,提高了系统的除磷性能.系统出水NO~-_2-N/NH~+_4-N为1.31∶1(接近厌氧氨氧化工艺理论值1.32∶1),PO~(3-)_4-P浓度为0.30 mg·L~(-1),COD浓度为12.94 mg·L~(-1).其出水水质可满足与厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺耦合进行深度脱氮的需求.     

反硝化聚磷菌的富集及富集污泥活性研究

依据DPB原理,利用SBR动态反应器和静态释/聚磷装置。以A2/O厌氧段污泥为种泥,进行以硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌的富集,并对富集有反硝化聚磷菌的污泥进行了反硝化聚磷活性性能考察。结果表明,利用硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌存在于A2/O厌氧段污泥中,反硝化聚磷菌占总聚磷菌的比例为23%,该种污泥可作为反硝化聚磷工艺的种泥;由于常规的聚磷菌被淘汰聚磷菌的数量由6.8×107个/mL减少到1.1×103个/mL,但通过选择和富集聚磷菌总数由1.1×103个/mL增加到8.2×104个/mL,且反硝化聚磷菌占聚磷菌总数的比例也由23%提高到94%,磷酸盐去除率由最初的9.86%上升到95.2%,出水磷酸盐的浓度为0.79mg/L;通过改变进水中不同磷酸盐浓度验证体系处于稳定状态。     

序批式膜生物反应器中反硝化聚磷菌的富集

采用序批式膜生物反应器（SBMBR）对以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌的富集进行了研究.结果表明,经过厌氧-好氧和厌氧-缺氧-好氧2个阶段的富集,反硝化聚磷菌占全部聚磷菌的比例从19.4%上升到69.6%,每周期缺氧段投加硝酸盐氮120 mg时,SBMBR系统运行最为稳定.稳定运行的SBMBR反硝化强化除磷体系具有良好的强化除磷和反硝化脱氮性能,缺氧段脱氮和除磷效率分别达到100%和84%,膜出水总磷浓度平均低于0.5mg/L,系统除磷率达到96.1%.此外,氨氮去除率保持在92.2%,氨氮被去除的同时并没有发现亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的明显积累.     

强化生物除磷体系中的反硝化除磷

 采用SBR反应器,研究了以硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷过程.结果表明,反硝化聚磷菌存在于传统的强化生物除磷体系中.厌氧段磷的释放和COD的消耗成线性关系.通过厌氧/好氧交替运行方式,反硝化聚磷菌在聚磷菌中的比例从13.3%上升到69.4%.稳定运行的厌氧/缺氧SBR反应器具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能,缺氧结束时体系中磷浓度小于1mg/L,除磷效率大于89%.     

一株非发酵反硝化聚磷菌的筛选及其代谢模式研究

利用活性污泥与生物膜复合系统富集反硝化聚磷菌(DPB)并进行了功能菌的筛选及反硝化聚磷实验,考察了乙酸、PO43--P和NO3--N、PHB和糖原的变化,分析了厌氧和缺氧代谢模式以及PHB在此过程中所起的作用.结果表明,分离到的YB菌株与脱氮副球菌属最相似,是一类非发酵的反硝化聚磷菌.厌氧阶段,YB菌株合成1mg的PHB释放0.11mg的P,作为非发酵菌,合成PHB所需要的能量ATP大部分来自聚磷酸盐的释放.缺氧阶段,YB菌株分解1mg的PHB聚集0.15mg的P,PHB分解产生的ATP多用于聚磷过程;与以前报道的聚磷菌在厌氧和缺氧条件下的代谢模式不同.厌氧阶段聚磷酸盐的释放将影响PHB的合成,进一步影响反硝化聚磷效果,因此认为应重点跟踪△P/△PHB和△NO3--N /△PHB,而不是△P/△COD、△NO3--N /△COD或者△P/△NO3--N.     

SBR的反硝化吸磷脱氮现象研究

通过改变生物除磷脱氮工艺SBR(A／O／A／O)的运行参数，对其缺氧段进行研究，发现：进入缺氧段的聚磷菌体内的PHB是否充足，是缺氧吸磷现象是否明显的关键。在SBR的缺氧段也存在反硝化吸磷现象，此反应装置的活性污泥中含有大量的可利用NO3^-作为电子受体，进行缺氧反硝化吸磷的反硝化聚磷菌(DPB)。     

反硝化除磷污泥的缺氧吸磷性能研究

为探讨反硝化除磷过程中污泥的缺氧吸磷性能,利用厌氧/缺氧强化驯化得到的反硝化除磷污泥,通过间歇性试验考察不同电子受体类型、不同污泥浓度(MLSS)对吸磷过程的影响。试验结果表明,缺氧条件下反硝化除磷菌(DPB)利用硝酸盐作为电子受体能够彻底吸磷,其吸磷速率约为好氧吸磷的59%;若以亚硝酸盐为电子受体,浓度较低时(10.6 mg/L)的吸磷速率与硝酸盐为电子受体时相当,但较高的亚硝酸盐浓度(22.6 mg/L)会抑制反硝化除磷过程;适当提高污泥浓度能加快缺氧吸磷速度,而过高的污泥浓度会降低污泥对氮、磷的比去除速率,故应将MLSS控制在合理的范围内。     

Effect of carbon source and nitrate concentration on denitrifying phosphorus removal by DPB sludge

Effect of added carbon source and nitrate concentration on the denitrifying phosphorus removal by DPB sludge was systematically studied using batch experiments, at the same time the variation of ORP was investigated.Results showed that the denitrifying and phosphorus uptake rate in anoxic phase increased with the high initial anaerobic carbon source addition. However once the initial COD concentration reached a certain level, which was in excess to the PHB saturation of poly-P bacteria, residual COD carried over to anoxic phase inhibited the subsequent denitrifying phosphorus uptake. Simultaneously, phosphate uptake continued until all nitrate was removed, following a slow endogenous release of phosphate. High nitrate concentration in anoxic phase increased the initial denitrffying phosphorus rate. Once the nitrate was exhausted, phosphate uptake changed to release. Moreover, the time of this turning point occurred later with the higher nitrate addition. On the other hand, through on-line monitoring the variation of the ORP with different initial COD concentration, it was found ORP could be used as a control parameter for phosphorus release, but it is impossible to utilize ORP for controlling the denitrificaion and anoxic phosphorus uptake operations.     

Characteristics of anoxic phosphors removal in sequence batch reactor

The characteristics of anaerobic phosphorus release and anoxic phosphorus uptake were investigated in sequencing batch reactors using denitrifying phosphorus removing bacteria （DPB） sludge. The lab-scale experiments were accomplished under conditions of various nitrite concentrations （5.5, 9.5, and 15 mg/L） and mixed liquor suspended solids （MLSS） （1844, 3231, and 6730 mg/L）. The results obtained confirmed that nitrite, MLSS, and pH were key factors, which had a significant impact on anaerobic phosphorus release and anoxic phosphorus uptake in the biological phosphorous removal process. The nitrites were able to successfully act as electron acceptors for phosphorous uptake at a limited concentration between 5.5 and 9.5 mg/L. The denitrification and dephosphorous were inhibited when the nitrite concentration reached 15 mg/L. This observation indicated that the nitrite would not inhibit phosphorus uptake before it exceeded a threshold concentration. It was assumed that an increase of MLSS concentration from 1844 mg/L to 6730 mg/L led to the increase of denitrification and anoxic P-uptake rate. On the contrary, the average P-uptake/N denitrifying reduced from 2.10 to 1.57 mg PO4^3--P/mg NO3^--N. Therefore, it could be concluded that increasing MLSS of the DEPHANOX system might shorten the reaction time of phosphorus release and anoxic phosphorus uptake. However, excessive MLSS might reduce the specific denitrifying rate. Meanwhile, a rapid pH increase occurred at the beginning of the anoxic conditions as a result of denitrification and anoxic phosphate uptake. Anaerobic P release rate increased with an increase in pH. Moreover, when pH exceeded a relatively high value of 8.0, the dissolved P concentration decreased in the liquid phase, because of chemical precipitation. This observation suggested that pH should be strictly controlled below 8.0 to avoid chemical precipitation if the biological denitrifying phosphorus removal capability is to be studied accurately.     

DPB污泥浓度对反硝化除磷的影响

为了进一步了解反硝化聚磷菌（DPB）污泥质量浓度（MLSS）对反硝化除磷过程的影响,进行一系列厌氧、缺氧模拟试验．研究考察DPB污泥的MLSS对厌氧释磷、缺氧反硝化吸磷的影响。结果表明：MLSS越高,释、吸磷速率及反硝化速率越高;MLSS对释、吸磷比速率和反硝化比速率的影响较小;厌氧总释磷量由污水中可利用COD的多少决定,DPB污泥的MLSS只影响到达释磷平衡的时间：污水中含氮量偏低引起反硝化吸磷段NO3^-不足时,DPB污泥厌氧释磷量高于反硝化吸磷量．MLSS越高经缺氧反硝化吸磷处理后水中含磷量越高。     

不同电子受体对反硝化除磷菌缺氧吸磷的影响

利用厌氧/缺氧/好氧交替运行模式培养和富集反硝化除磷污泥,通过在缺氧段分别投加不同浓度的硝酸盐和亚硝酸盐,进行了反硝化除磷菌（DPB）在不同电子受体条件下的缺氧吸磷试验.结果表明,在保证有足够的硝酸盐电子受体的情况下,DPB的缺氧吸磷速率几乎不受硝酸盐浓度的影响,在试验条件下,缺氧阶段每消耗1 mg NO^-₃-N吸收约1 mg PO^３－_４-P;在一定浓度条件下,亚硝酸盐能够作为电子受体参与DPB反硝化吸磷,DPB在较低亚硝酸盐浓度（NO^-₂-N在5～20 mg/L范围）下的缺氧吸磷速率高于以硝酸盐为电子受体时的缺氧吸磷速率,并且缺氧吸磷速率在这个范围内随NO^-₂-N浓度的升高而降低;亚硝酸盐对DPB缺氧吸磷的抑制程度随其浓度的增加而增强,当NO^-₂-N≥35 mg/L时,DPB的缺氧吸磷反应几乎完全停止.     

厌氧-缺氧下反硝化除磷对低碳污水的处理性能研究

采用厌氧-缺氧条件运行的序批式移动床生物膜反应器,考察了NO3--N进水浓度及其投加方式对低碳废水(COD=200mg/L)反硝化除磷的影响.经驯化后,反硝化聚磷菌(DPB)在总聚磷菌的份额从15.7%增长到71.3%,富集了DPB.NO3--N的浓度对处理有较大影响.在NO3--N为30mg/L(即C/N=6.7:1)时,COD、PO43--P和NO3--N的去除率分别为97.8%、82.0%和81.2%,实现低碳污水的高效处理.NO3--N较低或较高浓度(20mg/L和40mg/L)时,缺氧段吸磷不充分,PHB由厌氧开始时的2.2mg/g左右分别积累至5.1mg/g和3.5mg/g,影响下一周期磷的释放.1次投加、2次投加和连续流加NO3--N,除对缺氧初期的反硝化吸磷速率有影响外,对反硝化除磷的效率影响不明显.     

控制ORP实现连续流反应器部分亚硝化稳定运行

利用ORP在线监控设备,研究了控制ORP值实现连续流部分亚硝化反应器稳定运行的可行性,并使出水水质满足厌氧氨氧化需求.结果表明,在亚硝氮与氨氮比值、温度和pH值恒定的条件下,反应器内ORP值波动主要由于DO浓度波动引起.在稳定的亚硝化系统中,当ORP值大于250mV左右时,反应器出水亚硝氮与氨氮比值大于2.1;当ORP值控制在150mV左右时,反应器出水亚硝氮与氨氮比值稳定在1.2~1.3之间.ORP值控制在120mV时,反应器出水亚硝氮与氨氮浓度比值为0.9~1.06.将ORP值控制在150mV时,随着进水氨氮浓度由300mg/L提高至813mg/L,反应器出水亚硝氮与氨氮比值基本维持在1.1~1.3之间.但随之增加的游离氨浓度易导致亚硝化菌活性抑制.因此,在低氧环境下ORP作为连续流部分亚硝化反应器亚硝化程度的控制指标,其灵敏度和精度明显优于DO监测设备.     

碳源和硝态氮浓度对反硝化聚磷的影响及ORP的变化规律

利用间歇试验研究了反硝化除磷过程中有机碳源和硝态氮浓度对厌氧放磷和缺氧吸磷的影响,同时对反硝化除磷过程ORP的变化规律及以其作为控制参数的可行性作了探讨.试验结果表明:厌氧段碳源COD浓度越高(100～300mg/L),放磷越充分,则缺氧段反硝化和吸磷速率越大;但当碳源COD浓度高达300mg/L时,未反应完全的有机物残留于后续缺氧段对缺氧吸磷产生抑制作用.随着缺氧段硝态氮浓度升高(5、15、40 mg/L),反应初期反硝化和吸磷速率也随之升高;当硝态氮耗尽后,系统由缺氧吸磷转变为内源放磷,且随着初始硝态氮浓度的增高,这个转折点的出现时间向后延迟.ORP可作为厌氧放磷的控制参数,在缺氧吸磷过程可预示反硝化的反应程度,但是无法作为吸磷过程的控制参数.     

脉冲SBR工艺短程脱氮的实现及对除磷的强化

采用脉冲进水缺好氧交替工艺(SAOSBR)处理低C/N实际生活污水,考察了短程脱氮对于低碳源生活污水同步脱氮除磷效果的强化作用,并分析了短程脱氮强化生物除磷的机理.结果表明,通过短时的饥饿处理配合缺好氧交替的运行方式实现了系统的短程硝化,亚硝酸盐积累率稳定在95%以上.短程的实现还强化了系统的同步脱氮除磷效果,总氮和磷的平均去除率相比于全程脱氮过程分别提高了约6%和36%.分析表明短程强化生物除磷的原因主要是由于残留的NO2-对聚磷菌厌氧释磷的影响较小.静态试验也证实,在碳源不足的条件下,以NO2-为电子受体的反硝化作用相比于NO3-可以减弱反硝化菌与聚磷菌之间的碳源竞争,从而提高聚磷菌的厌氧释磷量和聚羟基烷酸(PHA)的合成量.因此,在处理低C/N生活污水时,短程脱氮的实现更有利于系统的生物除磷.