CAST工艺高温短程硝化的实现及其除磷性能

以模拟废水为研究对象,考察了22、25、28℃这3个温度下CAST反应器内短程硝化的实现及其除磷性能.结果表明,不同温度下系统的TN去除均稳定在80%以上,且NH_4~+-N去除良好.当温度为22℃和25℃时系统内未观察到亚硝积累,除磷率为94. 3%和86. 9%,升高温度至28℃,反应器内亚硝积累率为87. 2%,实现稳定的短程硝化.此外,高温短程硝化阶段(28℃),系统释、吸磷能力较22℃和25℃均有所下降,且厌氧段释磷量/COD消耗量(P/C)比明显低于前两个阶段.然而,该温度条件下反应器除磷性能并未恶化,除磷率为68. 9%,说明进水碳源充足不仅能保证CAST工艺对TN的去除,同时可用于解毒NO_2~-以减弱其对聚磷菌的抑制.不同温度条件下的污泥吸磷小试发现,O_2、NO_3~-、NO_2~-均可作为电子受体进行吸磷,其中好氧吸磷速率高于以NO_3~-和NO_2~-为电子受体的反硝化吸磷速率,且以O_2和NO_3~-为电子受体的吸磷速率与温度呈负相关.     

MUCT工艺全程硝化和短程硝化模式下反硝化除磷研究

采用MUCT工艺处理低C/N比实际生活污水,研究在全程硝化及短程硝化模式下系统的反硝化除磷性能.MUCT反应器在常温下运行180 d,结果表明,采用低DO和短水力停留时间(HRT)实现了短程硝化,亚硝酸盐积累率达到70%以上.系统表现出较好的反硝化除磷性能,短程硝化期间磷的去除率和反硝化除磷率分别为90%和91%,全程硝化期间磷的去除率和反硝化除磷率分别为60%和88%.虽然短程硝化模式下磷的去除效果明显优于全程硝化模式,但荧光原位杂交(FISH)试验结果表明,2种模式下污泥中PAOs占总菌群的比例基本相同,平均为37%.COD去除效果稳定,试验期间出水COD均低于50 mg.L-1.不同硝化模式下污泥的批次试验表明:短程硝化期间,以NO2--N作为电子受体为主的反硝化除磷菌占总聚磷菌的比例和全程硝化期间以NO3--N作为电子受体为主的反硝化除磷菌的比例相比没有明显变化,平均为38%;与全程硝化时期相比,短程硝化阶段对有限碳源的利用率更高,磷的去除效果更好.短程硝化模式下的反硝化除磷更有利于低碳源污水的处理.     

好氧颗粒污泥同时脱氮除磷实时控制的研究

为实现以厌氧/好氧方式处理生活污水常低温同时脱氮除磷好氧颗粒污泥(AGS)工艺的实时控制,研究了冬季低温条件下磷负荷变化对系统同时脱氮除磷的影响及DO、pH值和ORP的变化规律;并通过静态实验研究了同时脱氮除磷AGS中聚磷菌(PAO)的组成.结果表明,DO、pH值和ORP的特征点对应反硝化结束、厌氧放磷结束、吸磷结束以及硝化结束等阶段,可以作为AGS同时脱氮除磷的实时控制参数.同时脱氮除磷AGS中,以氧作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的14.19%;以氧和NO3--N作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的74.32%;以氧、NO3--N和NO2--N作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的11.47%.在好氧条件下AGS可以实现同时硝化、反硝化、好氧吸磷和反硝化吸磷.     

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.     

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.     

反硝化除磷污泥的厌氧释磷与缺氧吸磷特性研究

为研究厌氧释磷过程中的影响因素,以连续流A 2N双污泥中试污泥为样品,考察了碳源种类、碳源浓度、pH值以及温度对反硝化除磷污泥厌氧释磷的影响。结果表明:乙酸为碳源时释磷效果最佳,其次是葡萄糖,甲醇为碳源时释磷效果较差。MLSS为1 200 mg/L左右时,投加200 mg/L的COD即可保证充分释磷。pH值为6.3~8.8,对厌氧释磷效果影响不大,适当提高pH值有利于提高释磷速率。温度为20~30℃,释磷效果较好。另外,实验同时研究了反硝化除磷污泥分别利用不同电子受体(硝氮、氧气)的吸磷特性。以硝氮为电子受体的反硝化吸磷过程中,前15min的反硝化吸磷脱氮速率最高,吸磷速率与反硝化速率分别为11.5、10.4 mgN/gVSS·h;以氧气为电子受体的好氧吸磷过程中,前15 min的好氧吸磷速率最高,达到20.4 mgP/gVSS·h,大约为反硝化吸磷的2倍。     

反硝化除磷机理及电子受体研究进展

介绍了生物除磷的Comeau-Wentzel模式,这种模式在某种程度上能够解释生物除磷的机理,因此PAOs释磷和吸磷的Comeau-Wentzel模式被借鉴用以分析反硝化除磷的机理。在此基础上,总结近年来反硝化除磷的研究成果,阐述电子受体NOx-对反硝化除磷的影响:在厌氧区,只有当NO3-浓度较高时,厌氧释磷的效果才会受到影响;在缺氧区,硝酸盐能够做为反硝化除磷的电子受体,但硝酸盐浓度过高会明显降低磷去除速率;亚硝酸盐同样能够作为反硝化除磷的电子受体,前提是亚硝酸盐不超过临界抑制浓度。     

ABR-MBR反硝化除磷工艺的启动及稳定运行

以低C/N值生活污水为处理对象,重点考察了以厌氧/缺氧(A/A)运行的ABR耦合好氧MBR系统启动过程中脱氮除磷特性及系统长期运行的稳定性。结果表明,控制ABR容积负荷(VLR)为0.8 kg·(m3·d)-1,污泥回流比为80%,硝化液回流比从150%逐步提升稳定至300%,反硝化除磷功能区污泥停留时间(sludge retention time,SRT)为25 d,MBR溶解氧(DO)为1~2 mg·L-1,温度为30℃±2℃,于46d成功富集了反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus bacteria,DPBs),净释磷量为20.56 mg·L-1,净吸磷量达到27.74 mg·L-1,批次实验表明约84.8%的聚磷菌(PAOs)能够利用NO3--N作为电子受体进行反硝化除磷。启动成功后稳定运行50d,对COD、NH4+-N、TN和PO43--P的平均去除率分别为91.8%、99.0%、71.5%和94.2%,系统缺氧反硝化除磷去除1 mg·L-1的PO43--P,同步消耗约0.83 mg·L-1的NO3--N,满足同步脱氮除磷的要求。     

温度和污泥浓度对短程内源反硝化脱氮的影响

采用SBR反应器,以亚硝酸盐(NO2-)作电子受体,对温度和污泥浓度对短程内源反硝化脱氮的影响进行了研究。结果表明,在15～30℃范围内,随着温度的升高,短程内源反硝化速率逐渐增高,温度每升高10℃,反硝化速率增加3倍。温度一定时,污泥浓度增加,短程内源反硝化速率也相应增加,当MLSS从4000mg/L变化到12000mg/L时,反硝化速率从开始的0.0259gN/(gVSS·d)增加到了0.0378gN/(gVSS·d),即增大了近1.5倍,即采用较高污泥浓度可以大大节省反应时间。     

电子受体类型对反硝化除磷的影响

利用静态试验研究了电子受体类型对反硝化吸磷的影响,并且对以硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷工艺提出了建议。试验结果表明：电子受体初始浓度为10．58mg／L-22．33mg／L时,以硝酸盐作为电子受体时的反硝化速率要大于以亚硝酸盐作为电子受体的反硝化速率;以硝酸盐作为电子受体时的缺氧吸磷速率也大于以亚硝酸盐作为电子受体时的缺氧吸磷速率。以硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷系统中,亚硝酸盐冲击负荷会对系统脱氮除磷效果产生严重的影响。     

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。     

后置缺氧SBR短程反硝化除磷

在将缺氧后置的序批式反应器(SBR)中,以生活污水为处理对象,研究了短程硝化与亚硝酸盐途径的反硝化除磷的实现及处理效果.结果表明,通过限氧条件下的排泥策略,可以实现常温低氨氮下的短程硝化与反硝化除磷,出水COD、TP、NH_4~+-N、TN分别为17.47,0.462,0,8.35mg/L.批次实验显示,以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷菌在总聚磷菌中的比例可达70%.研究发现,140min的缺氧反应时间会对磷的去除有负面影响,宜控制在亚硝酸盐反应完毕为止;曝气方式仅影响氮的去除,总曝气量不变,采取强度前高后低(1.2~0.2L/min)的曝气策略,控制适宜的曝气强度,可提高氮的去除效果.     

全程自养脱氮耦合反硝化除磷的启动及稳定运行

采用改进型ABR-MBR反应器,接种普通活性污泥,以氨氮为200 mg·L~(-1)、C/N=1的人工配水为处理对象,研究全程自养脱氮耦合反硝化除磷一体式工艺的启动及其脱氮除磷效能.控制反应器运行条件:温度为(25±1)℃,pH=7. 5±0. 2,回流比由50%逐步提升至200%.结果表明,ABR厌氧阶段消耗70%COD,使得在低DO、高氨氮下能够21 d内快速启动部分亚硝化;随后以间歇曝气(曝停比:2 h∶2 h,DO为0. 3～0. 4 mg·L~(-1))的运行方式在132 d内成功启动耦合工艺内的CANON部分,使得ABR缺氧段的电子受体中硝酸盐氮浓度稳步上升,最终于160 d成功启动耦合工艺.稳定运行后,MBR内TN去除负荷达到0. 22 kg·(m~3·d)~(-1),出水各项指标COD、TN和PO_4~(3-)-P去除率分别为87. 0%、90. 4%和81. 8%.批次试验估算ABR内以硝酸氮盐为电子受体的PAOs约占PAOs的68%,系统内已培育出相互适应协作的DPAOs、AOB和An AOB菌种,具有良好同步脱氮除磷效果.     

双污泥BCR反硝化同步脱氮除磷的试验研究

利用连续流双污泥生物澄清反应器(BCR)反硝化除磷系统,以模拟城市生活污水为处理对象,研究双污泥系统对COD、NH4+-N、TN的去除效果及不同NO3--N浓度对反硝化除磷的影响。试验结果表明:双污泥BCR反硝化除磷系统对COD、NH4+-N和TN具有良好的去除效果,平均去除率分别为83.22%、97.2%、75.47%。控制生物膜好氧硝化反应池中DO浓度为3、4、5 mg/L,池内NO3--N浓度分别达到22、30、38 mg/L,TP的平均出水浓度分别为2.11、0.96、2.69 mg/L。当硝化池中NO3--N浓度为30 mg/L时,系统的运行情况较好,出水TP的浓度相对较理想。     

厌氧/好氧SPNDPR系统实现低C/N城市污水同步脱氮除磷的优化运行

为了解同步短程硝化内源反硝化除磷(SPNDPR)系统的脱氮除磷特性,以低C/N城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180 min)/好氧运行的SBR反应器,通过联合调控曝气量和好氧时间,考察了该系统启动与优化运行特性.结果表明,当系统好氧段曝气量为0. 8 L·min~(-1),好氧时间为150 min时,出水PO_4~(3-)-P浓度约为1. 5 mg·L~(-1)左右,出水NH_4~+-N和NO_3~--N浓度由10. 28 mg·L~(-1)和8. 14 mg·L~(-1)逐渐降低至0 mg·L~(-1)和2. 27 mg·L~(-1),出水NO_2~--N浓度逐渐升高至1. 81 mg·L~(-1);当曝气量提高至1. 0 L·min~(-1)且好氧时间缩短至120min后,系统除磷、短程硝化性能逐渐增强,但总氮(TN)去除性能先降低后逐渐升高,最终出水PO_4~(3-)-P、NH_4~+-N分别稳定低于0. 5 mg·L~(-1)和1. 0 mg·L~(-1),好氧段亚硝积累率和SND率分别达98. 65%和44. 20%,TN去除率达79. 78%. SPNDPR系统内好氧段好氧吸磷、反硝化除磷、短程硝化、内源反硝化同时进行保证了低C/N污水的同步脱氮除磷.     

ABR-MBR反硝化除磷工艺的启动及稳定运行

以低C/N值生活污水为处理对象,重点考察了以厌氧/缺氧(A/A)运行的ABR耦合好氧MBR系统启动过程中脱氮除磷特性及系统长期运行的稳定性.结果表明,控制ABR容积负荷(VLR)为0. 8 kg·(m3·d)-1,污泥回流比为80%,硝化液回流比从150%逐步提升稳定至300%,反硝化除磷功能区污泥停留时间(sludge retention time,SRT)为25 d,MBR溶解氧(DO)为1～2 mg·L~(-1),温度为30℃±2℃,于46 d成功富集了反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus bacteria,DPBs),净释磷量为20. 56 mg·L~(-1),净吸磷量达到27. 74 mg·L~(-1),批次实验表明约84. 8%的聚磷菌(PAOs)能够利用NO-3-N作为电子受体进行反硝化除磷.启动成功后稳定运行50 d,对COD、NH+4-N、TN和PO_4~(3-)-P的平均去除率分别为91. 8%、99. 0%、71. 5%和94. 2%,系统缺氧反硝化除磷去除1 mg·L~(-1)的PO_4~(3-)-P,同步消耗约0. 83 mg·L~(-1)的NO-3-N,满足同步脱氮除磷的要求.     

生物膜短程硝化系统的恢复及其转化为CANON工艺的过程

在温度为30℃±1℃条件下,以改性聚乙烯为填料,人工配置无机NH+4-N废水为进水,研究生物膜短程硝化系统的恢复过程.短程硝化首先通过过量曝气破坏,使NOB适应高浓度游离氨后,在连续曝气条件下,DO控制在0.5 mg·L~(-1)以下,FA控制在1.5 mg·L~(-1)以上,维持反应器运行83 d未实现短程硝化,84 d改连续曝气为间歇曝气,出现NO-2-N积累现象,142 d再次验证这一规律.随着反应器的运行,生物膜系统中为ANAMMOX菌提供了生存环境,厌氧氨氧化作用产生,短程硝化系统逐步转化为CANON工艺,并逐渐增加进水NH+4-N浓度和进水流量,反应器的TN去除率与TN去除负荷逐渐提高.当反应器运行至450 d,TN去除率达到64.03%,去除负荷为2.52 kg·(m~3·d)~(-1).因此,一旦NOB适应了高浓度的游离氨,生物膜系统的短程硝化恢复不易实现,但间歇曝气是一个有效的方法,随着反应器的连续运行,短程硝化工艺最终转化为CANON工艺,而且,这一转变进一步强化了短程硝化的稳定性.     

反硝化耐冷菌Acinetobacter johnonii DBP-3的低温除磷特性

通过批实验技术研究了不同条件下一株反硝化耐冷菌Acinetobacter johnonii DBP-3(Genbank登录号JN314436,保藏号CGMCC4753)的低温除磷特性.结果表明,菌株可分别利用氧气(O2)、硝酸根(NO3-)和亚硝酸根(NO2-)为电子受体吸收溶液中的磷酸盐,不同电子受体条件下吸磷效能的大小顺序为:氧气>硝酸根>亚硝酸根.NO3-的浓度为0～150mg·L-1时,菌株对磷酸盐的吸收能力随着NO3-浓度的增加而增加.亚硝酸盐浓度为0～20mg·L-1时菌株对磷酸盐的吸收能力随NO2-浓度的增加而明显增加;浓度为20～60mg·L-1时,菌株对磷酸盐的吸收能力受NO2-浓度的影响较小;浓度达80mg·L-1时,菌株的除磷能力明显下降.不同碳源条件下厌氧培养的菌体细胞在缺氧条件下培养时对磷酸盐的去除能力大小顺序为:乙酸钠>柠檬酸钠>葡萄糖.菌株除磷的适宜pH值范围为7～9.温度为5℃时,菌株仍保持一定的除磷能力,随着温度的升高除磷能力逐渐增加,当温度达35℃时,除磷能力开始下降.菌株对盐度的耐受性在好氧培养时大于缺氧培养.缺氧培养48h,菌体细胞中磷的平均含量可达5.7%,而厌氧培养的菌体细胞中磷的最低含量为2.6%,表现出了明显的聚磷和释磷特性.研究结果可为低温富营养化水体或富氮磷污水的生物处理提供理论依据.     

温度对生物强化除磷工艺反硝化除磷效果的影响

以处理城市污水的中试规模生物强化除磷A2/O活性污泥工艺系统为研究对象,考察了温度对系统COD去除和脱氮除磷效果的影响,特别是温度对活性污泥反硝化除磷性能的影响.结果表明,当温度从(30.9±0.8)℃降低到(9.1±0.6)℃时,A2/O系统的脱氮除磷效果显著下降,系统对TN和TP的污泥去除负荷明显下降.通过污泥反硝化除磷活性实验发现,随着温度的降低,系统中活性污泥的最大厌氧释磷速率、最大好氧吸磷速率和最大缺氧吸磷速率都降低.活性污泥中反硝化除磷菌(DPB)占聚磷菌(PAOs)总量的比例随温度降低稍有下降,但平均值仍维持在47.5％左右.用阿伦尼乌斯公式对实验结果进行拟合,得到系统中活性污泥聚磷菌厌氧释磷反应活化能Ea1为148.0 kJ· mol-1,聚磷菌好氧吸磷反应活化能Ea2为228.8 kJ·mol-1,发生在缺氧条件下反硝化除磷菌的吸磷反应活化能Ea3为315.8 kJ·mol-1.对不同温度下污泥絮体粒径分析结果表明,随温度降低,粒径分布更加集中,系统中活性污泥絮体颗粒平均粒径减小,不利于污泥絮体内部反硝化除磷缺氧微环境的形成.     

容积负荷对ABR-MBR工艺反硝化除磷性能的影响

采用连续流ABR-MBR组合工艺处理生活污水,研究不同容积负荷(volume loading rate,VLR)对该工艺反硝化除磷性能的影响,获得最佳工艺参数.试验考察ABR进水容积负荷(以COD计,下同)分别为0.76、1.01、1.51和2.27 kg·(m~3·d)~(-1)时系统去碳脱氮除磷的性能,并在各ABR容积负荷条件下考察MBR容积负荷对MBR反应器硝化性能的影响.结果表明,在ABR进水容积负荷为1.51 kg·(m~3·d)~(-1)的条件下,系统A2隔室COD去除量最大,并在MBR容积负荷为0.462 kg·(m~3·d)~(-1)时,MBR反应器中实现了短程硝化,系统NH_4~+-N和TN去除率分别达到90%和72%以上,厌氧释磷量为7.41 mg·L~(-1),缺氧吸磷量达到15.42 mg·L~(-1),出水PO_4~(3-)-P浓度低于0.5 mg·L~(-1),这表明短程硝化更有利于强化ABR-MBR系统的反硝化除磷性能.