三维电极生物膜反应器全程自养脱氮的启动研究

采用人工配制氨氮废水,对三维电极生物膜反应器进行全程自养脱氮的启动研究.反应器中阳极采用钌涂层钛棒,在阳极区电解水产氧供硝化菌进行硝化反应;阴极采用活性炭纤维毡,并在阴极区填充活性炭颗粒构建三维电极,在阴极区电解水产氢供反硝化菌完成反硝化过程.在进水NH₄⁺-N浓度30 mg·L^-1、温度30 ℃、HRT为24 h的试验条件下,通过调节DO和 pH实现对硝化和反硝化反应的控制.结果表明,经过挂膜、驯化、稳定这3个较为典型的阶段后,反应器对NH₄⁺-N去除率达到了97.8%,TN的去除率为92.4%,成功实现了三维电极生物膜反应器全程自养脱氮的启动.扫描电镜结果显示,阴极活性炭纤维毡表面的细菌主要为短杆状假单胞菌,活性碳颗粒表面的细菌为微球反硝化细菌,同属氢自养反硝化细菌,反应器中稳定的自养脱氮系统逐步建立.     

单级自养脱氮工艺氨氮去除途径研究

以SBBR单级自养脱氮系统的污泥为对象,采用不同的人工模拟废水为反应器进水,通过批式试验的方式研究了单级自养脱氮系统内的中间产物及氮素平衡情况,并探讨了氨氮的去除途径.结果表明,以仅含氨氮的人工模拟废水为进水,在未投加有机碳源的条件下,系统内62％的氨氮被转化为NO^-₂、NO^-₃、NH₂ＯH、N₂Ｈ₄、NO、NO₂、N₂Ｏ和N₂等一系列氮化合物,其中N₂占90.07％.单级自养脱氮系统内的氨氮是由多种途径去除的.4.5％的氨氮是在吹脱等物化作用下去除的,不超过3.73％的氨氮是通过传统的硝化反硝化途径去除的,53.77％的氨氮是由自养脱氮途径去除的,自养脱氮反应起主要的脱氮作用,且自养脱氮反应可以通过2条代谢途径来实现.但在足够NO₂存在并且缺氧的条件下,单级自养脱氮系统内的出水氨氮浓度与空白反应器相当,NH⁺₄并没有被亚硝化单胞菌以NO₂为电子受体氧化为NO^-₂和N₂等化合物而得以去除,可能是因为系统内不存在该类型的亚硝化功能菌.     

低C/N高氨氮消化污泥脱水液部分亚硝化研究

采用缺氧滤床+好氧悬浮填料生物膜工艺,在常温(15～29℃)高溶解氧(6～9 mg/L)条件下,于好氧反应器中实现和维持了脱水液部分亚硝化.试验结果表明: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,可以调节出水NO₂^--N/NH₄⁺-N比率.当进水氨氮平均为315.80mg/L、平均进水ALR 为0.43kg/(m³·d)、进水碱度/氨氮为5.25时,出水NO₂^-N/NH₄⁺-N 为1.25左右,为后续ANAMMOX 工艺创造了进水基质条件。同时将好氧区游离氨（FA）控制在1.0～10.3mg/L,实现了亚硝酸盐氮累积率70%～80%的部分亚硝化。综合分析表明：通过动态调控维持反应器内适宜的FA浓度是实现部分亚硝化的主要影响因素。本研究开发了一种适合消化污泥脱水液水质特点的新型部分亚硝化技术。     

硫磺/硫铁矿自养反硝化系统脱氮性能

基于硫自养反硝化作用,寻求一种经济、快速、高效地污水脱氮工艺,采用硫磺/硫铁矿组合进行自养反硝化脱氮试验,以低C/N市政污水为处理对象,分别考察温度,硫磺与硫铁矿体积比和HRT等理化因素对反应器脱氮性能的影响.结果表明,在进水TN质量浓度约40 mg·L^-1条件下,1号反应器最佳HRT为2.5 h,TN去除率平均稳定在72.2%,出水TN约10.55 mg·L^-1;2号反应器最佳HRT为3.5 h,TN平均去除率约67.8%,出水TN平均稳定至12.90 mg·L^-1;3号反应器最佳HRT为3.5 h,TN平均去除率60.6%,出水TN稳定在15.00 mg·L^-1左右.硫磺/硫铁矿自养反硝化系统比硫铁矿自养反硝化系统启动快;该系统脱氮效率随着硫磺与硫铁矿体积比减小而降低;该系统脱氮性能对温度的变化并不敏感,脱氮性能优于单独以硫铁矿为硫源的自养反硝化系统;系统中硫自养反硝化过程的主要功能菌属是Sulfurimonas和Thiobacillus,在3个反应器所占比例为1号 > 2号 > 3号.     

人工湿地氮转化与氧关系研究

应用N转化迁移模型分析廊道式人工湿地氮转化与氧供应的关系,验证目前湿地全程硝化反硝化脱氮机制的有效性.对各个廊道进出水NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、B₅、DO进行了测定和分析.在水力负荷5cm/d条件下,各廊道湿地有机氮矿化率为0.01～0.28g·(m²·d)^-1、氨氮硝化率0.50～1.54 g·(m²·d)^-1,反硝化率0.41～1.13 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的3.4%～35.4%)、植物净吸收氮0.07～0.26 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的7%～33%).硝化反硝化与有机质降解同时进行,在进水端最明显,这与传统认识相悖.按照全程硝化化学计量学得到的硝化需氧量(NOD)高于实际的表面复氧和植物根系放氧.最后对在高浓度有机质存在条件下,能减少对氧需求的2种新型脱氮机制进行了讨论.     

有机碳源条件下厌氧氨氧化ASBR反应器中的主要反应

采用5个已稳定运行在厌氧氨氧化状态的ASBR反应器,通过COD、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、pH等指标的监测和好氧硝化菌、异养反硝化菌的测定,研究了不同有机碳源条件下反应器中发生的主要反应.结果表明,反应器中存在好氧硝化菌、异养反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在COD、氨氮、亚硝酸盐氮等存在条件下,可发生好氧硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化反应,先是好氧硝化反应、厌氧氨氧化反应和异养反硝化反应共存,其后依次是异养反硝化反应和厌氧氨氧化反应占主导地位.当C/NO₂^--N在1.7～1.9范围内时,C/NH₄⁺-N为1.7的1号反应器具有最佳的厌氧氨氧化效果,反应结束时其COD去除率、NH₄⁺-N去除率、NO₂^--N去除率分别为100%、81.7%和74.4%.     

全程自养脱氨氮悬浮填料床反应器性能的研究

以NH+4-N溶液为基质建立和启运了全程自养脱氨氮悬浮填料床反应器,反应器连续运行的实验结果表明在pH为8.0～8.5、溶解氧为0.7～1.0mg/L和温度为28℃的条件下.当氨氮表面负荷为2～2.5g/(m2@d)时,其表面去除速率为1.1～1.3/(m2@d),全程自养脱氮率基本稳定在55%左右;全程自养脱氮的最适pH范围为7.5～8,5,其中最佳pH为8.0左右;最适溶解氧范围为0.5～1.5mg/L,其中尤以0.8～1.0ms/L左右为最佳.     

两级UASB-SBR处理高氨氮垃圾渗滤液的快速启动及稳定运行

在严格控制试验条件的基础上,首次采用缺氧/厌氧UASB-SBR生化系统处理高氨氮垃圾渗滤液结果表明,经过5个阶 段(116 d)的连续运行,获得了稳定的工艺性能在进水COD为1 237.2～12 596.8 mg/L条件下,出水COD稳定在108.4～528.26 mg/L;在进水NH₄⁺-N为155.8～1 298.0mg/L的条件下,出水NH₄⁺-N稳定在0.12～4.1 mg/L,实现了有机物及氨氮的深度去除.SBR采用硝化出水回流的运行方式,对原水既有一定的稀释作用,又可使富含NO_x-N的硝化液借助原水中丰富的有机碳 源在缺氧UASB内进行反硝化,实现生物脱氮及降解有机物的双重目的缺氧UASB1、厌氧UASB2和SBR反应器的OLR_max(以COD计)分别为13、2.09、2.14 kg/(m³·d)UASB1、UASB2和SBR的OLR与相应的OLR_rem 均呈现较好的线性关系.SBR的NLR(以氮计)与NLR_rem也呈现较好线性相关此外,3个反应器的OLR与去除率(η)呈二次相关另外,SBR实现了氨氮的真正去除.整个试验过程中,SBR反应器在室温下运行,硝化阶段溶解氧低于1.0 mg/L,进水温度从20.7℃逐渐降低至10.3℃,SBR的硝化率和反硝化率始终维持在98.5％和97.7％以上,实现了深度脱氮     

炭膜曝气生物膜反应器硝化作用及其微生物群落结构分析

采用炭膜曝气生物膜反应器处理无机含氮废水,通过改变进水氨氮浓度和水力停留时间,研究了反应器硝化性能、氧利用情况以及氨氮去除负荷,并对生物膜表面特性和硝化菌优势菌种进行分析.结果表明, 在膜内气压0.017 MPa,进水NH⁺₄-N 50 mg/L,HRT为8 h条件下,NH⁺₄-N去除率达到96%,出水NO^-₂-N平均为17 mg/L,一定程度上实现了短程硝化,炭膜所供给氧气被生物膜全部消耗;系统比表面氨氮最大去除速率为9.7 g/(m²·d),炭膜表面有限的生物量制约了去除速率的进一步提高; 荧光原位杂交技术分析揭示生物膜内亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）和亚硝化螺菌（Nitrosospira）为亚硝化细菌优势菌种,分别占细菌总菌数的19%和21%,硝化螺菌（Nitrospira）为硝化细菌优势菌种,占总菌数的20%,未检测到硝化杆菌（Nitrobacter）的存在.     

高效异养硝化-好氧反硝化菌Glutamicibacter sp.WS1低温下对多种氮源的脱氮特性及氮代谢机制

针对污水处理厂冬季生物脱氮效率低、出水水质不达标的问题,从活性污泥中分离出1株耐低温异养硝化-好氧反硝化菌株Glutamicibacter sp.WS1.采用PCR技术扩增该菌株的脱氮功能基因,研究其对不同氮源的低温脱氮效能,通过单因素实验探究环境因子对其低温好氧反硝化性能的影响,并利用氮平衡解析其氮代谢路径.结果表明,菌株WS1含有氮代谢相关的功能基因amoA、napA、nirS和nirK;在15℃低温条件下,菌株WS1在以NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N+NO₃^--N和NH₄⁺-N+NO₃^--N为氮源时,对各无机氮的去除率分别为100%、98.10%、99.87%+100%和100%+94.92%;菌株WS1的最佳反硝化条件：柠檬酸钠为碳源、C/N为16、pH为8、ρ（DO）为4.5~6.8 mg ·L^-1和温度为30℃;在低温（15℃）和低C/N （10）条件下,菌株WS1对NO₃^--N的去除率达到92.50%;异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化和同化作用是菌株WS1去除不同氮源底物的主要途径,其中大部分的无机氮（47%~56%）通过异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化作用转化为了气态氮.菌株WS1在低温污水脱氮领域具有广阔的应用前景.     

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.      

复三维电极生物膜反应器脱除饮用水中的硝酸盐

研究了以无烟煤和以颗粒活性炭为介质的复三维电极电化学-生物膜反应器脱除饮用水中硝酸盐的工艺，该工艺将复三维电化学产氢与以氢气为电子供体的自养反硝化工艺结合起来.实验表明，两种介质的反应器在不加任何有机基质时都能有效地脱除水中的硝酸盐，并且两种反应器的最大电流效率分别达到204％和185％.在水力停留时间不小于2.1—2.5h时，反应器的脱硝率接近100％.在34℃、槽压4.97V时处理21.4mg(NO     

新型硫铁复合填料强化再生水深度脱氮除磷

为强化再生水深度脱氮除磷的能力,利用硫磺粉、海绵铁粉等制备出一种新型复合填料,并在不同HRT和C/N条件下将其与同种物质组成的颗粒混合填料进行对比实验.最后通过高通量测序技术对两填料表面的微生物种群结构进行了研究.结果表明,在不同条件下新型填料的脱氮除磷能力均优于颗粒混合填料;当HRT=4 h、C/N=1时,新型填料的总氮、总磷去除率均分别比颗粒填料高出30%以上.根据高通量测序结果,两反应器内的反硝化体系均由硫自养反硝化种群和异养反硝化种群构成,且新型填料系统内的硫自养反硝化菌群所占比例更大,两反应器内的优势种属分别为Sulfurimonas和Acinetobacter.     

生物膜SBR反应器中低氨氮浓度废水亚硝化启动试验研究

为建立生物膜SBR反应器处理中低氨氮浓度废水的自养脱氮系统,采用控制DO浓度、HRT和不同生物载体填料的4组小试生物膜SBR反应器,对中低氨氮浓度废水进行了单级自养脱氮工艺亚硝化阶段的启动试验研究.结果表明:接种普通好氧活性污泥和厌氧污泥,在水温30℃±2℃,氨氮浓度60～120mg/L,DO为0.8～1.0mg/L和HRT=24h条件下,运行130d可实现稳定的亚硝化,YJZH软性组合填料更适合于微生物附着.     

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.     

Enhancing anoxic denitrification of low C/N ratio wastewater with novel ZVI composite carriers

External organic carbon sources are needed to provide electron donors for the denitrification of wastewater with a low COD/NO₃^--N（C/N） ratio, increasing the treatment cost. The economic strategy is to enhance the bioactivity and/or biodiversity of denitrifiers to efficiently utilize organic substances in wastewater. In this study, novel zero-valent iron（ZVI） composite carriers were prepared and implemented in a suspended carrier biofilm reactor to enhance the bioactivity an...     

DO和曝停比对单级自养脱氮工艺影响试验研究

为提高SBBR单级自养脱氮系统脱氮性能并考察DO和曝/停比对SBBR单级自养脱氮系统的影响,采用4组对比试验进行研究.结果表明,连续和间歇2种曝气方式均可实现单级自养脱氮,在进水氨氮浓度为160 mg/L左右,温度30℃±2℃,pH值7.8～8.2,HRT为2 d,DO为0.8～1.0 mg/L的条件下,连续曝气系统的氨氮转化率和总氮去除率分别达到80%和70%.DO为(曝气)2.0～2.5　mg·L^-1/(停曝)0.2～0.4 mg·L^-1,曝/停比为2 h∶2 h的系统则达到90%和80%以上.SBBR单级自养脱氮系统的DO应随其曝/停比进行调节,同时还可能与反应器内生物量及微生物在活性污泥和生物膜中的分布情况有关.本研究还探讨了SBBR单级自养脱氮的机理.     

“异养-硫自养”组合工艺去除高浓度高氯酸盐特性

通过运行双室的异养-硫自养联合反应器(下部为异养区、上部为自养区),去除高浓度高氯酸盐(ClO_4~-)废水.考察不同进水碳氯比(C/Cl)和ClO_4~-浓度条件下,ClO_4~-的降解特性及出水硫酸盐(SO_4~(2-))浓度.结果表明,通过调节进水C/Cl比由2~1,反应器在36 d快速成功启动;进水ClO_4~-浓度由250 mg·L~(-1)提升至400 mg·L~(-1)时,微生物对高浓度ClO_4~-表现出良好的耐受性,ClO_4~-的去除率始终稳定在95%以上;通过调整C/Cl比至1.2,可减少自养区ClO_4~-负荷,使出水SO_4~(2-)浓度降至250 mg·L~(-1)以下.此外,本研究证实了细菌分泌的溶解性有机物中色氨酸和酪氨酸是造成自养区出水TOC升高的原因.由于采用异养-硫自养联合工艺,控制碳源的投加,从而减少了异养区污泥的产量;同时,异养区产生碱度可以平衡自养区产生的酸度,减少了自养过程中碱度的投加;异养区产生碳酸盐也可以作为自养区的碳源,实现了异养区和自养区功能上的"互补".     

硫代硫酸钠联合硫铁矿自养反硝化脱氮性能

为了实现低C/N实际废水的快速、经济、高效脱氮,采用硫代硫酸钠联合硫铁矿处理生产抗生素的生化尾水,探讨该系统的脱氮性能及处理实际废水的可行性和稳定性,并采用高通量测序揭示系统内微生物群落.本文利用了3个完全相同的反硝化滤柱反应器,分别按照硫代硫酸钠投加量为理论计算量的1倍、0.75倍、0.5倍,对应填充200、400、400mL的硫铁矿.结果表明：HRT为0.75h时,前2个反应器对NO₃^--N的去除率依然保持在72%以上,而第3个反应器脱氮性能较差;3个反应器出水pH值基本在6.8 ~ 8.0之间,适宜硫自养微生物生存,无需额外补充碱度;硫代硫酸钠相比于硫磺,既可随时补充,又避免浪费,同时能改善微生物与电子供体之间的传质并减缓系统堵塞现象;3个反应器的功能菌属是Sulfurimonas和Thiobacillus,两者之和在3个系统中所占比例分别为27.32%、25.37%、18.4%.     

3BER-S耦合脱氮系统运行特性研究

为了强化三维电极生物膜脱氮工艺(3BER)的脱氮效果,将3BER与硫自养反硝化技术耦合成3BER-S工艺,用于低碳氮比城市污水厂尾水的深度脱氮处理.与3BER对比研究结果表明,3BER-S工艺在TN去除率、系统pH平衡能力和NO2--N积累方面均优于3BER工艺;当进水C(NO3--N)= 35±2mg/L,TOC:N:P=10.7:10:1,pH=7.0~7.5时,3BER-S耦合工艺对TN和NO3--N的去除效率分别为85%和94%,分别比3BER高15%和10%;出水中NO2--N的浓度为3.04mg/L,比3BER低2mg/L.3BER-S中硫自养反硝化作用定量分析表明,硫自养脱氮作用在整个脱氮过程中所占比例为14.07%,单质硫的有效利用率达到79.5%,硫自养反硝化过程对稳定3BER-S系统出水pH值起重要作用.根据3BER-S中微生物基于反硝化细菌特异性基因nirS的克隆文库结果,系统中反硝化细菌都与β变形菌纲中的细菌有较高的同源性,其中61.41%的反硝化细菌属于陶厄氏菌属(Thauera);脱氮硫杆菌和嗜酸菌属(Acidovorax)分别占3.50%和19.30%.表明当碳源比较充足时,3BER-S工艺的脱氮作用主要以异养反硝化过程为主,以单质硫和氢为电子供体的自养反硝化脱氮作用也占有一定比例.