以甲醇为碳源生物反硝化过程释放一氧化二氮的试验研究

污水生物反硝化脱氮过程是一氧化二氮(N2O)的重要释放源之一.试验采用序批式反应器以甲醇为碳源(电子供体),硝酸盐(NO3--N)为电子受体驯化反硝化菌,并采用批处理试验研究不同电子受体、不同碳氮(C/N)比和不同初始亚硝酸盐(NO2--N)质量浓度条件下N2O释放情况.在典型周期试验和批处理试验中均能检测到N2O的释放.以NO2--N为电子受体时会释放较多的N2O,而以NO3--N为电子受体时释放的N2O相对较少.不同C/N比通过影响反硝化菌的活性进而影响N2O的释放,反硝化菌的活性和N2O的释放量均随着C/N比的降低而降低.N2O的释放量随着初始NO2--N质量浓度的增加而增加,一定浓度范围内的NO2--N会增强反硝化菌的活性.初始NO2--N质量浓度与N2O的释放量具有较好的指数相关性.     

碳源对反硝化过程NO2-积累及出水pH值的影响

采用序批式反应器(SBR),考察了以甲醇、乙醇、乙酸钠为碳源的电子供体对反硝化过程中亚硝酸盐积累及出水pH值的影响.结果表明,碳源充足时,亚硝酸盐积累量与碳源类型及污泥负荷有关.进水NO3--N为20mg/L,即低负荷条件下,各碳源系统仅有少量亚硝酸盐积累,比反硝化速率及出水pH值对应碳源依次为乙酸钠>乙醇>甲醇;高负荷条件下,除甲醇系统因反硝化不完全仅有微量亚硝酸盐积累外,乙醇和乙酸钠系统均有大量亚硝酸盐积累,且积累量与出水pH值明显高于低负荷.对以乙酸钠为碳源的研究还发现,不同电子受体投配比的反硝化均出现不同程度的亚硝酸盐积累且反应速率随着NO3--N比例提高而降低,说明亚硝酸盐的还原受到硝酸盐的抑制.pH值监测显示,除了与碳源类型及污泥负荷有关,反硝化过程pH值增量还随COD/N比升高.因此,反硝化过程宜采用乙酸钠与其他碳源混合且适量投加以消除单一碳源造成出水pH值过高或反应速率慢的不利影响.     

亚硝酸盐对外碳源反硝化过程N2O还原的影响

本试验通过批次试验考察了亚硝酸盐对外碳源反硝化过程N2O还原的影响.结果表明NO2--N初始浓度为5.92~35.23mg/L时,随着NO2--N浓度的增加,反硝化过程中N2O的积累量逐渐增加;当NO2--N浓度为35.23mg/L时,NO2--N还原量的46.26%被转化为N2O.通过对比试验得出,N2O还原酶与亚硝酸盐还原酶对电子的竞争和游离亚硝酸(FNA)对N2O还原酶的抑制会导致N2O比还原速率下降,造成反硝化过程N2O积累.基于上述试验结果提出,污水处理厂可通过调控运行条件控制NO2--N浓度,降低反硝化过程的N2O的产生与释放;也可以通过短程硝化提高NO2--N浓度,促进反硝化过程N2O的积累,再通过N2O氧化甲烷减少N2O排放,同时提高产能37%.     

以喹啉或吲哚为单一碳源时反硝化过程中亚硝酸盐的积累

分别以喹啉或吲哚为单一碳源和电子供体,硝酸盐为电子受体,对反硝化过程中亚硝酸盐(NO2--N)的积累进行了试验研究.结果表明,以喹啉为碳源时,在不同碳氮比(C/N)条件下反硝化过程中均出现明显的NO2--N积累;而且其最高积累率随着C/N比增大而降低,当C/N比为2.5时,NO2--N最高积累率达93.97%,当C/N比为12.8时NO2--N最高积累率为42.31%.而以吲哚为碳源时,在不同C/N比条件下反硝化过程中NO2--N积累程度都很低,最高积累率只有4.71%.以喹啉为单一碳源时,亚硝酸盐的还原速率小于硝酸盐的还原速率;而以吲哚为单一碳源时,亚硝酸盐的还原速率大于硝酸盐的还原速率;上述硝酸盐与亚硝酸盐还原速率的不同导致了以喹啉或吲哚分别为碳源时反硝化过程中亚硝酸盐积累率的不同.基于碳源完全降解和完全反硝化的考虑,以喹啉或吲哚为单一碳源时的最佳碳氮比均为6.8.     

餐厨垃圾水解酸化液作碳源的脱氮效果研究

针对餐厨垃圾水解酸化液作外加碳源的反硝化脱氮效果进行研究,考察了人工配水条件下水解酸化液反硝化处理的适宜COD/NO3--N比范围,在适宜COD/NO3--N比条件下与甲醇、乙酸钠的反硝化效果进行对比,并验证了水解酸化液对于生活污水的反硝化效果.结果表明,人工配水条件下利用水解酸化液作碳源的适宜COD/NO3--N比为4.9~6.0,反硝化速率最高可达25.0mg NO3--N/(gVSS·h).反应过程存在2个不同的硝态氮去除速率阶段,并出现了亚硝氮积累.餐厨垃圾水解酸化液为含多种VFA成分的混合物,其反应过程中硝态氮的去除速率比甲醇、乙酸钠等纯物质做碳源时的硝态氮去除速率快.将餐厨垃圾水解酸化液用于生活污水脱氮处理,当COD/NO3--N比为6时,水中的硝态氮以及亚硝氮均能够得到较为彻底的去除.     

乙酸钠作为碳源不同污泥源短程反硝化过程亚硝酸盐积累特性

为探究乙酸钠作为碳源时,不同污泥源外源短程反硝化过程中亚硝酸盐积累特性,采用1号和2号SBR分别接种某污水处理厂二沉池和同步硝化反硝化除磷系统剩余污泥,通过合理控制初始硝酸盐浓度和缺氧时间,实现了短程反硝化的启动,并考察了其在不同初始COD和NO3--N浓度条件下的碳、氮去除特性。试验结果表明:以乙酸钠为碳源,1号和2号SBR可分别在21d和20d实现短程反硝化的成功启动,且其NO2--N积累量和亚硝酸盐积累率(NAR)均维持在较高水平,分别为12.61mg·L-1、79.76%和13.85mg·L-1、87.60%。当2号SBR初始NO3--N浓度为20mg·L-1,且初始COD浓度由60mg·L-1升高至140mg·L-1时,系统实现最高NO2--N积累时间可由160min逐渐缩短至6min,同时NO3--N比反硝化速率(以VSS计)由3.84mg·(g·h)-1增加至7.35mg·(g·h)-1,初始COD浓度的提高有利于实现短程反硝化过程NO2--N积累。2号SBR初始COD浓度为100mg·L-1,当初始NO3--N浓度由20mg·L-1增加至30mg·L-1时,系统NAR均维持在90%以上,最高可达100%(NO3--N初始浓度为25mg·L-1);当初始NO3--N浓度≥35mg·L-1时,系统COD不足导致NO3--N不能被完全还原为NO2--N。此外,在不同初始COD浓度(80、100、120mg·L-1)和NO3--N浓度(20、25、30、40mg·L-1)条件下,2号SBR的脱氮除碳和短程反硝化性能均优于1号SBR。     

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。     

温度对反硝化过程的影响以及pH 值变化规律

以乙酸钠为碳源,采用序批式反应器(SBR)考察了不同温度对全程和短程2 种类型反硝化的影响.结果表明,在温度为10~30℃时,2 种类型反硝化均可以进行完全.相同温度下,短程反硝化的平均比反硝化速率是全程的1.312 倍.降低温度,2 种电子受体的比反硝化速率均会下降,且20~10℃的温度转变较30~20℃转变的影响显著,其中以NO2--N 的还原过程受低温影响较大.低温(10~15 ) ℃ 条件对NO3--N 向NO2--N 的还原过程有一定抑制作用.在起始电子受体浓度与pH 值相同的条件下,温度越低,反硝化过程中2 种系统pH 值增量越大,反硝化结束时的pH 值越高;温度相同条件下,短程反硝化结束时pH 值曲线上峰点的值高于全程反硝化.     

碳磷比对SND过程污染物去除及N_2O释放的影响

以两个平行运行的SBR反应器为研究对象,研究了碳磷比对同步硝化反硝化过程中污染物去除及温室气体N2O释放的影响.结果表明:系统对COD和氨氮的去除率均能达到90%以上,总磷和总氮去除率随碳磷比的降低而提高,这是由于低碳磷比下聚磷菌得到富集,同时部分聚磷菌利用NO3-和NO2-为电子受体吸收磷,从而实现脱氮除磷的同步提高.系统的N2O释放量随碳磷比的降低而降低,低碳磷比下N2O释放量仅为高碳磷比的76%.低碳磷比下N2O释放量的减少主要是由于异养反硝化过程对N2O释放的贡献降低导致的.     

碳磷比对SND过程污染物去除及N2O释放的影响

以两个平行运行的SBR反应器为研究对象,研究了碳磷比对同步硝化反硝化过程中污染物去除及温室气体N2O释放的影响.结果表明:系统对COD和氨氮的去除率均能达到90%以上,总磷和总氮去除率随碳磷比的降低而提高,这是由于低碳磷比下聚磷菌得到富集,同时部分聚磷菌利用NO3-和NO2-为电子受体吸收磷,从而实现脱氮除磷的同步提高.系统的N2O释放量随碳磷比的降低而降低,低碳磷比下N2O释放量仅为高碳磷比的76%.低碳磷比下N2O释放量的减少主要是由于异养反硝化过程对N2O释放的贡献降低导致的.