温度对亚硝化颗粒污泥性能和生物脱氮影响及其机理探究北大核心

以实际废水为研究对象,在序批式反应器中探究了温度对亚硝化颗粒污泥的性能及生物脱氮的影响。实验结果表明温度由10℃升高至30℃,亚硝化颗粒物污泥的混合悬浮固体由2 769 mg/L增加至4 120 mg/L,污泥体积指数(SVI)由58 m L/g下降至45 m L/g。此外,温度升高导致亚硝化颗粒污泥胞外聚合物含量下降,但是,胞外聚合物中蛋白质和多糖的比值增加,进而影响颗粒污泥的亚硝化率。当温度由10℃升高至30℃时,好氧颗粒污泥的亚硝化率由35%升高至92%。机理研究表明高温有助于亚硝化颗粒污泥的形成和亚硝化率的提高。本结果可为最终实现稳定、持久、高效的短程硝化-反硝化生物脱氮提供可行性方案。     

不同运行策略对反硝化颗粒污泥培养的影响

反应器运行环境对反硝化颗粒污泥培养具有重要影响，在上流厌氧污泥床反应器内研究了不同运行策略培养颗粒污泥的脱氮效率、污泥性能和菌群结构，同时对比分析了快速和慢速提升氮负荷策略培养反硝化颗粒污泥的性能。结果表明：耦合提升策略培养反硝化颗粒污泥的脱氮效率达到93.29%以上，悬浮挥发性固体质量浓度为46.29 g/L,粒径主要分布在2.36～3.35 mm,胞外聚合物为119.03 mg/g VSS,反硝化优势菌Proteobacteria在颗粒污泥菌群中所占比例为61.92%;相较于慢速提升氮负荷策略，快速提升氮负荷策略促使污泥脱氮效率增加了5.48%,挥发性悬浮固体质量浓度增加了20.11 g/L,粒径为2.36～3.35 mm的污泥占比增加了10%左右，胞外聚合物增加了7.27 mg/g VSS,Proteobacteria所占比例增加了5.11%。研究表明，耦合提升策略能够培养出脱氮效率高且性能良好的反硝化颗粒污泥，快速提升氮负荷能够促进颗粒污泥脱氮效率增加、性能更好。     

好氧颗粒污泥生物脱氮除磷对盐度的响应

以实际污水为研究对象,在内循环序批汽提式反应器中培养好氧颗粒污泥并探究了好氧颗粒污泥生物脱氮除磷对盐度的响应。实验结果表明盐度对好氧颗粒污泥生物脱氮除磷有严重的抑制作用。当盐度由0增加至15 g/L时,好氧颗粒污泥生物除磷效率由82.6%下降至32.3%,氨氮去除效率由85%下降至56%。机理研究表明盐度的增加能够显著降低胞外聚合物(EPS)中多糖和蛋白质含量,以及胞内聚合物聚羟基脂肪酸酯(PHA)的含量,从而影响好氧颗粒污泥的吸附粘结性。盐度还对生物脱氮除磷关键酶具有严重的抑制作用。     

新型后置反硝化处理石油烃类废水的可行性研究

在新型后置反硝化工艺中验证了石油烃类废水治理的可行性并进一步探究p H的影响。结果表明新型后置反硝化工艺能够有效处理石油含烃类废水,稳定运行期COD,氨氮和烃类物质的去除率分别为85.2%,84.1%和86.3%。p H对COD和含烃类物质去除影响较大,而对氨氮去除影响小,并且p H=8是石油含烃类物质废水治理的最佳p H值。当p H值由6升高至8时,NO-3-N出水含量由1.9 mg/L下降至0.98mg/L,而胞内聚合物聚羟基烷酸酯(PHA)的含量却由4.85 mg/g升高至5.62 mg/g,PHA含量升高利用其在好氧和缺氧期分解产能用于反硝化。而过高p H不利于新型后置反硝化工艺烃类物质去除,脱氮和胞内聚合物的合成和积累。     

低强度超声对短程硝化污泥活性的影响

为提高短程硝化反硝化脱氮效率,采用低强度超声对短程硝化反应进行强化,通过对比氨氧化率和亚硝酸盐生产量,考察低强度超声对短程硝化污泥活性影响。首先,通过对超声能量的优化试验,发现低强度超声能够提升短程硝化污泥反应速率,且超声能量为43.20 kJ时氨氧化率和亚硝酸盐生成量最大;然后考察超声能量与污泥浓度的关系。结果表明:1)在相同超声能量(43.20 kJ)条件下,随着污泥质量浓度(0.34~1.03 g VSS/L)增加,能量密度降低,反应速率不断提高;2)保持污泥浓度恒定,增加超声能量,发现在43.20 kJ时短程硝化污泥活性最好,氨氧化速率比对照组提高25.42%,继续增加能量后去除速率开始下降,原因是适宜的能量会增加微生物细胞壁和细胞膜的通透性,加快基质传递和反应速率,提高微生物活性,但当所施加能量超出其所能承受范围,则会对微生物内部产生损害,降低其活性;3)考察超声能量对胞外聚合物浓度和酶活性影响,在43.20 kJ条件下,多糖、蛋白质和胞外聚合物(EPS)浓度分别提高了18.32%、26.54%和22.05%,氨单加氧酶活性增加19.82%。研究表明,由于低强度超声作用加快胞外聚合物分泌,增加生物酶活性,进而促进了短程硝化污泥反应速率。     

利用普通反硝化活性污泥快速启动厌氧氨氧化试验

采用有效容积为6.3 L的上流式流化床接种普通污泥,进行了厌氧氨氧化反应器的启动,研究了先富集反硝化污泥再启动厌氧氨氧化反应器的过程特征。首先投配硝氮质量浓度70 mg/L、以葡萄糖为碳源、COD为200 mg/L的模拟废水增强污泥的反硝化能力。运行6 d后,出水硝氮质量浓度在10 mg/L左右,反应器对硝氮的去除率稳定在80%以上,污泥具有较高的反硝化活性。随后投配氨氮质量浓度50~60 mg/L、亚硝氮质量浓度30~58 mg/L的废水进行厌氧氨氧化菌培养。培养一开始出水氨氮质量浓度就比进水低,第31 d氨氮的去除率达到50%以上。逐步提高进水氨氮和亚硝酸氮质量浓度,从100 mg/L、140 mg/L、200 mg/L到420 mg/L,氨氮和亚硝氮去除率亦不断提高。第40 d后,反应器氨氮去除量、亚硝氮去除量和硝氮增加量之比在1∶(1.3±0.2)∶(0.3±0.1)范围内小幅波动,表明厌氧氨氧化反应已经成为反应器内的主导脱氮反应。经过76 d的培养,在进水氨氮和亚硝氮质量浓度分别为405.23 mg/L和488.24 mg/L时,反应器对它们的去除率达到80%和95.22%,最大氮去除速率为0.93 kg/(m3·d)。研究表明,采用上流式流化反应器先富集反硝化菌再培养厌氧氨氧化菌和采用逐步提高进水负荷的启动策略,对于快速培养高活性Anammox污泥、启动反应器是有效的。     

高效厌氧反应器处理啤酒废水的试验研究

在(35±1)℃条件下,采用高效厌氧反应器对青岛啤酒股份有限公司的生产废水进行处理,研究了厌氧反应器的启动和运行情况,分析了回流比、温度和上升流速等因素对反应器的影响.结果表明,厌氧反应器的容积负荷可达21 kg COD/(m3·d),COD去除率稳定在80%以上,出水挥发酸质量浓度低于350 mg/L,平均每去除1 kgCOD产生0.26 m3沼气.启动结束后,颗粒污泥的平均沉降速度由40.3 m/h提高到73.4 m/h,污泥密度由0.78 g/cm3升高至1.02 g/cm3,0.5～1.5 mm粒径的颗粒污泥占66%.同时,在25℃的运行条件下反应器的容积负荷降至9 kg COD/( m3·d),温度升高后反应器的运行可以较快得到恢复.     

温度和COD对SBR反硝化同时除磷系统除磷能力的影响

以除磷脱氮SBR(Sequencing batch reactor)系统作为研究对象,考查了温度和COD对其反硝化,以及除磷能力的影响.结果表明,反硝化除磷适宜温度范围为18～37℃.在此温度范围内反硝化除磷速率随温度升高而提高,而且温度变化基本上不影响反硝化除磷系统PO34-去除量和NO3-转化量之间的定量关系.同时实验还发现,反硝化同时除磷系统比传统的厌氧/好氧除磷系统节省33%的碳耗.当进水PO34--P质量浓度8.0～9.2 mg/L而COD质量浓度低至220～240 mg/L时就可以保证出水PO43--P质量浓度小于0.5 mg/L.而传统的厌氧/好氧SBR除磷脱氮系统则需将进水COD质量浓度提高至350 mg/L时才能实现这一目标.     

黄水为碳源的颗粒污泥除磷机理研究

颗粒污泥作为近年来备受关注的一种生物处理技术,具有结构密实、沉降性好、生物相丰富且活性高等优点。为了了解好氧颗粒污泥除磷机理,以黄水为碳源的同步脱氮除磷颗粒污泥为研究对象,研究颗粒污泥的物理特性、除磷特性,重点研究颗粒污泥中磷的形态及含量,同时研究不同方法对颗粒污泥胞外聚合物(EPS)的提取效果及其对磷去除的影响,揭示该颗粒污泥的除磷机理,为城市污水利用同步脱氮除磷颗粒污泥实现高效低耗除磷提供理论与技术支持。     

溶氧对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的影响

好氧颗粒污泥外表和内在的不同溶氧(dissolved oxygen,DO)水平分别适合硝化和反硝化微生物的生长,形成具有同步硝化反硝化功能的脱氮体系.DO水平对颗粒污泥内部厌氧好氧区域的构成有影响,改变DO可以研究氧对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化过程的影响.结果显示,反应系统在一定DO参与下对有机物的去除效率较高,各种条件下均能达到90%左右;高DO(≥3.0 mg/L)提高硝化速率,但易造成反应过程中NO2-和NO3-的积累;低DO(≤2.0mg/L)下反应积累的硝化产物少;在颗粒污泥同步硝化反硝化反应过程中适当控制供氧,可减少运行过程中N2O的排放.实验条件下,控制DO在1～2 mg/L为佳;在低DO情况下,NO2-通过短程反硝化反应直接还原为气态的N2O和N2;高DO情况下,大部分NO2-以全程反硝化方式还原为气态氮.好氧颗粒污泥具有良好的硝化反硝化能力,而DO对硝化反硝化过程有很大的影响,且低DO更有利于氮的去除和N2O排放量的降低.     

部分亚硝化-厌氧氨氧化串联工艺处理餐厨垃圾厌氧消化液研究

针对餐厨垃圾厌氧消化液高氨氮(NH_4~+-N)浓度、低C/N比的特点,采用部分亚硝化(Partial Nitrification,PN)-厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium O_xidation,ANAMMOX)串联工艺,进行餐厨垃圾厌氧消化液处理可行性分析。利用启动成功的ANAMMOX反应器进行潜能试验,结果表明,该反应器所能承受的最大进水NH_4~+-N和NO_2~--N质量浓度及COD均为300 mg/L,由此确定亚硝化反应器进水NH_4~+-N质量浓度约为600 mg/L,COD为400 mg/L左右。在该进水条件下,调控亚硝化反应器温度为30℃,DO质量浓度为2~3 mg/L,进水pH=7.8~8.3,经过39 d成功启动亚硝化。进一步调控DO质量浓度在0.5~1.0 mg/L,成功实现部分亚硝化,出水NO_2~--N/NH_4~+-N质量浓度比在0.90~1.27,并于第15 d与ANAMMOX反应器联立。串联工艺整体TN去除率为82.5%,且主要由ANAMMOX工艺承担。研究表明,该串联工艺基本实现了餐厨垃圾厌氧消化液联合生物脱氮。     

温度对亚硝酸型硝化反应器处理"中老龄"垃圾渗滤液的影响研究

在NH3-N平均容积负荷为0.3 kg/(m3·d),DO为0.7～1.1 mg/L,污泥质量浓度为3.3～3.9 g/L,没有对pH进行调节的条件下,研究了温度对亚硝酸氮积累的影响.试验结果表明当温度达到一定条件时,亚硝酸氮的积累不再随温度升高而增加的主要原因是游离亚硝酸的抑制作用.针对"中老龄"垃圾渗滤液特定的水质特点,建议将温度设在25～30℃为宜.     

高氨氮废水短程硝化的影响因素研究

采用A/O工艺处理模拟高氨氮废水,在硝化过程中发现自养菌和异养菌在同一处理系统中不会同时达到最佳处理效果.在传统生物脱氮的基础上通过对pH值和DO的控制实现了短程硝化,并探讨了此过程的影响因素.实验结果表明,A/O工艺在27-30 ℃,pH值7.5-8.5,DO在1.0-1.5 mg/L即可以形成比较稳定的短程硝化.避光有利于亚硝氮的积累,但是其不会单独成为向短程硝化转变的主导因素.短程硝化过程的实现是几种因素共同作用的结果.     

以PBS为载体和碳源的SND系统的脱氮效果研究

水产养殖业高速发展所带来的氮素污染问题越来越严重,近年来同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification,SND)脱氮工艺因其良好的脱氮效果引起广泛关注。以人工模拟养殖污水作为原水,研究了以可生物降解材料聚丁二酸丁二醇酯(Polybutylene succinate,PBS)作为碳源和载体的同步硝化反硝化反应器(PBS-SND)的脱氮效果。结果表明,在水力停留时间(Hydraulic Retention Time,HRT)为4 h、进水氨氮(NH+4-N)质量浓度为10 mg/L、硝酸氮(NO-3-N)质量浓度为50 mg/L、溶氧(Dissolve Oxygen,DO)质量浓度为(6.242±1.262)mg/L的条件下,SND反应器可在11 d内成功启动并稳定运行。反应器稳定运行后具有良好的脱氮能力,NH+4-N、NO-3-N和总氮(TN)的去除率分别为66.50%、98.55%、99.10%;反应器内载体表面生物量随空间位置升高逐渐递减,上、中、下三层的PBS颗粒表面的生物量分别为(0.549 6±0.021 7)×109CFU/g PBS、(6.563 9±3.078 1)×109CFU/g PBS、(29.148 7±0.884 7)×109CFU/g PBS。快速硝化测试试验中NH+4-N的去除率为22.93%,快速反硝化测试中NO-3-N的去除率最高达88.90%,其平均去除速率可达到1.481 7 mg/(L·h)。PBS-SND系统可实现低C/N比养殖废水的高效脱氮。     

缺氧颗粒污泥特性研究

采用SBR反应器在缺氧条件下培养颗粒污泥,并对其理化性质、生物组成以及反硝化活性进行了研究.研究表明,缺氧颗粒污泥的湿密度为1.003-1.021 g/cm3;VSS/SS在54%-68%.低于一般的好氧和厌氧颗粒污泥;颗粒沉速在8.4-108 m/h,高于普通活性污泥;颗粒污泥表面主要为短杆菌,细菌排列紧密,颗粒表面不平整,内部细菌较少,主要为杆菌,并且分布不连续.颗粒表面和内部均存在孔隙和空穴.缺氧颗粒污泥反硝化活性很好.NOx-N的最大比消耗速率(N/VSS)达到了0.092 mg(mg.h).     

包埋异养硝化好氧反硝化菌株qy37脱氮效果的碳源选择

为解决有机碳不足抑制反硝化反应造成的脱氮效率低下的问题,在异养硝化好氧反硝化菌株qy37固定化过程中分别加入乳糖、柠檬酸钠、可溶性淀粉、蔗糖、葡萄糖作为碳源研究其脱氮效果.试验结果显示,脱氮效果从大到小为可溶性淀粉、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸钠、乳糖;其中可溶性淀粉作为碳源的脱氮效果最佳,脱氮率能达到85％.加入适量的可溶性淀粉可以很好的改善海藻酸钠、PVA小球的机械强度,减少PVA小球吸附成团,吸水溶胀现象.分别加入质量浓度为3 g/L、5 g/L、8 g/L、10 g/L的可溶性淀粉,确定菌株qy37菌最适碳源的质量浓度为8 g/L.对碳源的包埋方式即将碳源和异养硝化好氧反硝化菌分开包埋和一起包埋进行对比.试验结果显示,将碳源和异养硝化好氧反硝化菌株qy37一起包埋的小球脱氮效果较好,最终脱氮率达到92％以上.同时发现碳源材料固定化后具有缓释性能,随着反硝化过程中有机质的消耗,可以不断向水体释放有机质.     

Cd对新型后置反硝化系统脱氮除磷的影响

针对重金属Cd~(2+)对新型后置反硝化脱氮除磷性能影响不明确的现状,本研究建立序批式反应器并探究了不同剂量的Cd~(2+)对后置反硝化生物脱氮除磷的影响。结果表明,低质量浓度Cd~(2+)(0.1和0.5mg/L)对生物脱氮除磷影响不明显,然而当Cd~(2+)的质量浓度为2 mg/L,生物脱氮除磷效率分别为78.6%和79.5%,显著低于空白组。机理研究表明高质量浓度Cd~(2+)对NH+4-N的氧化影响不明显,然而反硝化过程却受到严重的抑制作用。此外Cd~(2+)的存在对厌氧释磷和好氧吸磷均有不同程度的抑制,当Cd~(2+)的质量浓度为2 mg/L时,厌氧最大释磷量为47 mg/L,聚羟基烷酸酯(PHA)的最大合成量为4.35 mmol/g,显著低于空白组。PHA的厌氧合成受阻从而导致好氧分解产能低,好氧吸磷不充分。     

亚硝酸盐对再生水脱色的影响研究

反硝化生物滤池因其脱氮效果好、出水稳定等特点在污水再生处理过程中得到广泛应用。实际运行中发现,反硝化生物滤池出水经后续工艺处理后色度常常难以达标。反硝化脱氮过程存在亚硝酸盐积累的现象,进水NO_3~--N质量浓度为25 mg/L、碳源投加量为90mg/L时,反硝化滤池出水NO_2~--N质量浓度为2.87 mg/L。以反硝化生物滤池与臭氧氧化组合工艺为研究对象,开展了反硝化过程中亚硝酸盐累积对臭氧及次氯酸钠脱色的影响研究。结果表明,亚硝酸盐累积不利于后续臭氧氧化脱色过程,当反硝化生物滤池出水NO_2~--N质量浓度为3.98 mg/L、臭氧投加剂量为3 mg/L和5 mg/L时,出水色度分别为20.6和17.3,无法满足GB/T 19772—2005《城市污水再生利用地下水回灌水质》的要求(色度15)。通过投加5 mg/L的NaClO预氧化、再投加5 mg/L的臭氧使出水色度达到14.1。     

不同类型反应器好氧颗粒污泥培养过程研究

在SBR、非理想PF及CSTR反应器中接种普通活性污泥,控制反应条件:溶解氧DO 2.0 mg/L左右,pH值8.0左右,温度(25±0.2)℃,经过80 d左右时间,3个反应器中均成功培养出好氧颗粒污泥,最大颗粒污泥粒径达到2.5 mm左右。成熟好氧颗粒污泥具有较好的COD去除及脱氮能力。SBR反应器COD去除率稳定在95%~97%,氨氮去除率超过92%;PF反应器COD去除率达到95%~98%,氨氮去除率最高为98%;CSTR反应器COD去除率稳定在88%~90%,氨氮去除率超过90%。SBR反应器TN去除率最高,达到70%~78%,PF反应器TN去除率为65%~70%,CSTR反应器TN去除率达到55%~62%。3个反应器均发生全程同步硝化反硝化。     

溶菌酶和硫酸铝联用优化污泥脱水性能的研究

以污泥沉降体积、污泥比阻和污泥泥饼含水率为指标,考察了溶菌酶和硫酸铝联用时加药方式和加药剂量对活性污泥沉降性能及脱水性能的影响。结果表明,先投加溶菌酶后投加硫酸铝时污泥的脱水性能更佳,硫酸铝和溶菌酶的最佳投加量均为0.10 g/g TS(总固体),此时,污泥泥饼含水率和污泥比阻分别可达71.84%和0.68×1012m/kg,相比于硫酸铝单独调理分别降低了约5%和0.23×1012m/kg。污泥胞外聚合物(EPS)含量分析表明,溶菌酶和硫酸铝联用时显著降低了污泥中LB-EPS(松散附着性EPS)含量,在最佳投量下可将原污泥的LB-EPS中的蛋白质和多糖依次从(13.44±2.11)mg/L和(23.97±3.44)mg/L降至(1.72±0.32)mg/L和(8.69±0.15)mg/L,表明联合处理使得EPS中的水分得到释放,提高了脱水性能。