不同运行模式下改良型CAST工艺处理生活污水的除磷性能

实验采用改良型CAST工艺,以生活污水为研究对象,考察了C/P、回流比及温度等不同运行模式对系统除磷性能的影响.结果表明,常温条件下进水C/P由50升至100,系统除磷率均值从15%迅速升至95.6%,除磷性能显著提高;继而降低C/P至75,除磷性能因进水碳源不足再度下降,除磷率均值为51.4%,且长期投加易降解碳源引发系统污泥膨胀并导致污泥大量流失.C/P较低情况下,回流比由25%降低至12.5%,除磷性能提高2.3倍,继续降低回流比至0,除磷性能反而下降;温度实验研究则表明,低温系统(14℃±1℃),除磷率稳定维持在90%以上,而高温短程硝化系统(27℃±1℃)除磷率仅为14.1%,可见低温更有利于系统磷的去除.吸磷小试发现,常温系统污泥以O_2、NO_3~-和NO_2~-为电子受体均能进行吸磷,而低温系统污泥能以O_2、NO_3~-为电子受体进行吸磷,高温系统污泥则仅能以O_2为电子受体进行少量吸磷.此外,实验还发现,系统短期闲置导致的污泥"饥饿"有利于系统除磷率的提高.     

短程硝化的生化机理及其动力学

短程硝化的生化反应机理和动力学是生物脱氮技术的理论基础,同时也是生物脱氮工艺设计、运行科学化和合理化的重要依据.基于短程硝化的生化机理、氨氧化菌的电子传递(能量产生)模式,从微生物学和化学计量学两个方面详细论述了短程硝化一系列复杂的生化反应过程.由此可知,短程硝化是一个涉及多种酶及多种中间产物,并伴随着电子(能量)传递的复杂生化反应过程,是基质(NH4 -N)利用(产能代谢)和微生物(氨氧化菌)增殖(合成代谢)两类反应的综合,因此,研究氨氮比利用速率和氨氧化菌比增殖速率动力学则是对短程硝化反应的深层次研讨.并建议采用积分法和微分法来确定动力学参数μnmax、KN、vnmax.     

pH值对亚硝酸盐氧化菌动力学及功能基因的影响

为探究pH值对亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性动力学影响,本试验采用序批式活性污泥（SBR）反应器,以富含NOB的活性污泥为对象,基于Monod模型考察不同pH值对NOB活性动力学的影响并进行统计学分析.结果表明,Monod方程可较好地反映不同pH值条件下基质底物浓度对NOB比亚硝态氮氧化速率（SNiOR）的影响,且pH=7.0时动力学参数Ks为（6.167mg/L）,r_max为[1.134g/（g·d）],此时NOB活性最好.利用钟形经验模型进行非线性回归拟合,最大比降解速率（r_max）随pH值的增大呈钟形变化,本试验NOB的最佳pH值为（6.9±0.1）,其中r_max维持在r_opt一半以上的pH值范围（ω）为（3.26±0.4）.以亚硝酸盐氧化还原酶类基因（nxrA、nxrB）为引物,基于荧光定量PCR技术分析结果显示,在不同pH值条件下nxrA基因和nxrB基因拷贝数的变化趋势均与动力学参数（Ks、r_max）的规律一致,且nxrA和nxrB基因在系统的降解过程中起协同作用.     

DO对高氨氮渗滤液短程生物脱氮反硝化过程动力学的影响

为考察实际高氨氮垃圾渗滤液短程生物脱氮过程DO对以NO2--N为电子受体反硝化动力学的影响,本研究采用缺氧/厌氧UASB-SBR生化系统处理实际高氨氮垃圾渗滤液,在SBR系统实现稳短程生物脱氮(120d运行)的基础上,取SBR反应器内的污泥进行pH8.0条件下不同DO浓度梯度反硝化批次试验,从而确定DO对以NO2--N为电子受体的溶解氧抑制系数(K′O)的影响.试验结果表明,DO对反硝菌的NO2--N还原活性具有明显影响,与缺氧状态相比,DO为0.4和0.6mg·L-1时,其还原活性分别降低了49.0%和16.3%左右.DO与NO2--N还原速率两者呈指数负相关.DO对NO2--N为电子受体K′O具有显著影响,存在明显的分段现象,每一DO范围内,K′O恒定.     

温度对SBR生物脱氮效能的长期影响

以人工模拟废水为研究对象,采用3组SBR反应器(R_(15℃)、R_(25℃)、R_(35℃)),考察了温度对生物脱氮效能的影响。结果表明:15,25,35℃条件下,NH+4-N平均去除率分别为96.9%,98.3%和96.6%,均获得了较理想的氨氮去除效果;15~35℃温度范围内,温度每升高10℃,系统硝化速率提高1.35~1.84倍,反硝化速率提高2.30~2.34倍,且硝化和反硝化过程的温度系数(θ)分别为1.04和1.08,说明升高温度对反硝化反应的影响要大于硝化反应;硝化反应和反硝化反应的活化能(E_a)分别为33.4,61.9 k J/mol;Ni AR(亚硝态氮积累率)随着温度升高而增大(2.0%→23.1%→97.6%),高温条件有利于建立亚硝酸型生物脱氮机制。     

高氮渗滤液缺氧/厌氧UASB-SBR工艺低温深度脱氮

在低温条件下,采用缺氧/厌氧UASB-SBR组合工艺处理实际垃圾填埋场渗滤液.结果表明,该工艺可实现有机物和氮的同步、深度去除.在进水COD平均为11950.2mg/L,NH4+-N为982.7mg/L的条件下,出水分别为390.1mg/L和2.9mg/L,去除率分别为96.7%和99.7%.同时,缺氧UASB1反应器的最大COD负荷达到13kg/(m3×d),最大COD去除速率为12.39 kg/(m3×d),具有高效缺氧反硝化和高效厌氧降解有机物反应的双重功效, 在SBR反应器的缺氧段和缺氧UASB,反应器内获得了99%以上的反硝化率.对于冬季水温分别为14.9,14.1,13.5,11.05℃的低温条件下,SBR反应器实现了完全硝化和反硝化,出水TN分别为4.1,5.7,14.1,16.5mg/L,达到了深度脱氮的目的.此外,在上述温度范围内,温度对反硝化速率(rN)的影响大于对硝化速率 (rDN)的影响, rN/rDN比值相对恒定.     

游离氨(FA)协同曝气时间对活性污泥沉降性能的影响

采用3个序批式反应器(SBR)(R0:硝化结束时停曝气;R_(0-30):硝化结束提前30 min停曝气;R_(0+30):硝化结束延迟30 min停曝气),控制3种游离氨(FA)浓度梯度(0.5,5.1,10.1 mg/L)协同3种曝气时间(t0:硝化结束时停曝气;t0-30:硝化结束提前30 min停曝气;t0+30:硝化结束延迟30 min停曝气)的条件下,研究了FA协同曝气时间对活性污泥沉降性能的影响。结果表明:整个试验过程,在初始FA浓度相同条件下,R0和R_(0+30)系统NH+4-N平均去除率分别为98.6%和99.3%,而R_(0-30)系统NH+4-N平均去除率仅为72.3%。在较低FA浓度(0.5,5.1 mg/L)条件下,随着曝气时间增加,活性污泥的污泥沉降比(SV30)值和污泥体积指数(SVI)值均逐渐降低,污泥沉降性能趋好。在较高FA浓度(10.1 mg/L)条件下,随着运行周期的增加,污泥沉降性能逐步变好,R_(0-30)系统的SVI平均值最大,R_(0+30)系统次之,R0系统最小,其值分别为165.1,152.5,134.5 m L/g,且污泥活性f平均值大小顺序fR_(0-30)>fR0>fR_(0+30),其值分别为0.77、0.70和0.65。这表明在较高FA浓度(10.1 mg/L)条件下,曝气时间延长,导致污泥活性降低。     

超低溶解氧条件下的EBPR系统除磷性能

实验采用两个交替厌氧/好氧(An/O)模式运行的SBR反应器,对不同溶解氧(DO)浓度梯度下EBPR系统除磷效果及工艺性能进行了为期127 d的研究.在未控制DO的对照组反应器R1中,好氧段DO≥6 mg·L~(-1),运行的前65 d内工艺除磷性能稳定,除磷率95.9%,出水总磷0.5 mg·L~(-1),但由于系统长期处于过曝气状态,65 d后除磷性能逐渐恶化,直至97 d后系统彻底失效,整个运行阶段(1~127 d)出水总磷一级A达标率为39.4%.对于实验组反应器R2,控制好氧段DO浓度分别为2、1、0.5、0.2、0.1 mg·L~(-1),各工况初期除磷性能均有小幅波动,但除磷率迅速回升,继而反应器达到稳定运行.统计发现,实验组反应器R2在整个运行阶段出水总磷一级A的达标率为94.6%,127 d内仅有6 d不达标,工艺性能远优于R1.DO=2 mg·L~(-1)系统的比吸磷速率接近最大值,而低DO条件对比吸磷速率影响较大.实验还发现,尽管由超低DO(0.1 mg·L~(-1))引起的有机物降解速率低导致系统发生污泥微膨胀,但出水总磷仍能100%达标排放,微好氧EBPR的节能除磷具有可行性.     

侧流磷回收对低溶解氧EBPR系统性能的影响

实验采用交替厌氧/好氧(An/O)模式运行SBR反应器,考察控制DO=1 mg·L~(-1)条件下提取侧流比为0、1/4、1/3、1/2的厌氧放磷上清液后EBPR系统的脱氮除磷效果及其对应的磷回收性能.整个实验阶段中NH_~+4-N去除率较为稳定,但系统后期COD出水的残余量达到81.3 mg·L~(-1).在未提取侧流比阶段中,平均除磷率为89.4%,提取1/4、1/3侧流比后除磷率不断上升,分别为98.5%、99.0%,但在1/2侧流比之后,除磷性能开始波动,除磷率最低为65.4%.提取侧流比各阶段中,1/3侧流比条件下仅实验初期第一天出水磷浓度未达到一级A标准,该阶段出水达标率93.3%远远大于1/2侧流比的45.5%,但侧流磷回收率随着侧流比的增大而不断升高.实验还发现,提取1/2侧流比后,TN去除率迅速下降至50.9%.因此,提取放磷上清液强化低好氧EBPR系统除磷性能的最优值为1/3侧流比,此时低好氧EBPR系统与侧流磷回收结合可以大大提高经济与环境效益.     

温度对硝化杆菌(Nitrobacter)活性动力学影响

为探究温度对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属(Nitrobacter)活性动力学影响,本试验采用序批式活性污泥(SBR)反应器,在通过改变系统进水亚硝态氮(NO_2~--N)浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象(宏基因组物种注释和丰度分析显示Nitrobacter占细菌总数40. 3%),考察不同NO_2~--N浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程比亚硝态氮氧化速率(SNi OR)变化规律,基于Monod模型考察系统温度对Nitrobacter活性动力学影响,并进行统计学分析.结果表明,30℃条件下SNi OR达到最大(以N/VSS计),为1. 31 g·(g·d)~(-1).统计学分析结果显示,Monod方程可较好地反映不同温度条件下基质底物浓度对Nitrobacter活性影响.基于菲尔普斯方程计算不同温度区间内温度系数(θ)可知,当系统温度低于25℃或高于30℃时,反应速率随温度变化越敏感.