生物脱氮好氧阶段不同反应过程N_2O产量

在成功实现生活污水短程生物脱氮的基础上,采用体积为3 L的小试反应器,利用在线DO监测手段控制DO=1.0 mg·L~(-1),通过投加Na NO2的方式控制系统初始NO~(-2)-N=40 mg·L~(-1),以丙烯基硫脲(ATU)抑制NH+4-N的氧化过程,考察了生物脱氮好氧阶段不同反应过程中N_2O的产生量。结果表明,除缺氧反硝化细菌的反硝化过程外,好氧条件下,氨氧化菌(AOB)能够以NH+4-N作为电子供体,NO~(-2)-N作为电子受体,进行反硝化脱氮过程,其反硝化产物为N_2O。生物脱氮好氧阶段AOB的好氧反硝化和异养菌的缺氧反硝化反应中,N_2O的产量分别占分别占进水总氮(NH+4-N+NO~(-2)-N)的7.23%和7.80%。好氧阶段NH+4-N和NO~(-2)的氧化过程中,几乎没有N_2O的产生。     

碳源和COD/N对短程反硝化处理垃圾焚烧渗沥液产N_2O的影响与调控

采用短程硝化反硝化工艺处理垃圾焚烧渗沥液厌氧出水,研究反硝化过程中碳源种类(乙酸钠、甲醇、葡萄糖)和碳氮比(1.5、2.5、3.5、5.0)对N_2O产生的影响,以实现N_2O的高效产生。结果表明,反硝化系统中N_2O的产生受外加碳源种类和碳氮比影响较大。在反硝化所需碳氮比(COD/N=5.0)条件下,高效产N_2O的碳源种类为乙酸钠,N_2O转化率为6.9%。以乙酸钠为碳源,在碳氮比为3.5时N_2O产量最大,N_2O转化率可达15%。通过最佳产N_2O条件下微生物群落分析发现,一些有助于N_2O产生的反硝化菌得到富集。因此,通过碳源和COD/N等参数的调控,能够实现垃圾焚烧渗沥液反硝化段N_2O的高效产生。     

亚硝化颗粒污泥处理低碳高氨氮废水的影响因素

稳定的部分硝化是新型脱氮工艺处理低C/N比高氨氮废水的关键环节。在SBR中,以放置超过30d的亚硝化颗粒污泥为接种污泥,考察反应器内快速启动亚硝化的可行性和污泥形态变化,探讨pH和C/N比对颗粒污泥性能和氮转化的影响。结果表明,通过提高进水负荷可快速启动亚硝化反应器,氨氮去除率和亚硝酸盐累积率均在90%以上,由同步反硝化引起的氮损失为20%左右。降低进水pH至7.0,SBR周期运行最高游离氨FA浓度为5.1mg·L~(-1),有利于NOB选择性抑制,提高氨氮去除率,出水NO_2~--N/NH_4~+-N比值从0.5提高到0.95左右。C/N比高于2,会引起异养微生物的快速增殖,COD去除负荷提高了1.45kg·(m~3·d)~(-1),AOB受显著抑制,出水NO_2~--N/NH_4~+-N由1.0降低至0.65左右,出现颗粒污泥破裂、解体。     

NO_2~--N和盐度对反硝化除磷及N_2O释放的影响

以驯化好的反硝化除磷污泥为研究对象,通过批式实验考察了NO_2~--N和NaCl浓度对反硝化除磷率及N_2O释放的影响。当进水亚硝酸盐的浓度由15 mg·L~(-1)升高至25和40 mg·L~(-1)时,除磷率由68.81%±0.5%降至66.25%±1%和62.88%±0.8%,TN的去除率由90.6%±0.7%降至74.55%±1.5%和51.65%±2%,N_2O释放量分别为4.82、13.83和17.06 mg。当NaCl质量分数为0%、0.5%、1%和2%时,TN的去除率由74.55%±1%降至68%±2%、64.2%±1%和54.3%±2.5%,除磷率由66.37%±1.5%降至61.29%±1%、50.47%±2%和36.7%±0.5%,N_2O-N转化率为41.1%±2%、41.4%±2.5%、48.94%±0.6%和51.03%±2%。因此,NO_2~--N和NaCl质量分数的升高均会降低脱氮除磷效率,但增加了N_2O释放量;兼顾脱氮除磷效率前提下,NO_2~--N为25 mg·L~(-1)、NaCl质量分数为1%是N_2O释放量增加的优化条件。     

A/OMBBR工艺处理垃圾焚烧渗沥液厌氧出水过程中N_2O释放的影响因素

采用A/O MBBR工艺对垃圾焚烧渗沥液经厌氧生物处理后的出水进行脱氮处理,考察进水COD/N、pH、温度和回流比对脱氮系统中N_2O释放量的影响。结果表明,A/O MBBR系统中N_2O的释放量受进水COD/N、pH和回流比的影响较大,受温度的影响较小。降低进水COD/N、pH从8.5升高到9.5或降低到7.5、回流比从300%升高到400%,系统中N_2O的释放量均会升高。当进水COD/N为4.2,进水pH为8.5,温度为32℃,回流比为300%时,A/O MBBR系统中总N_2O的释放量最低,为2.03 mg·L~(-1),NH+4-N转化率和TN去除率分别为99.3%和80.6%。     

SBBR工艺硝化过程中DO对N_2O产生量的影响

利用生物膜序批式反应器(SBBR),考察不同溶解氧(DO)条件下硝化过程中N_2O产生及释放过程。研究结果表明:DO浓度增大有利于控制系统中N_2O的产生;DO浓度分别为(1.92±0.14)mg/L、(2.34±0.11)mg/L和(2.70±0.11)mg/L时,硝化过程中N_2O释放因子(N_2O总产量与NH_4~+-N转化量的比值)分别为5.47%、5.36%和4.77%。分析其原因主要是DO浓度的减小使DO对生物膜的穿透力降低,氧传递能力减弱后生物膜系统内易发生以N_2O为产物的氨氧化细菌(AOB)反硝化反应。同时,在研究的3种不同的DO条件下,低DO运行条件更有利于SBBR实现亚硝酸盐型同步硝化反硝化。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

HRT对UASB厌氧反硝化脱氮的影响

在反硝化脱氮的影响因素方面,研究多集中在碳源种类和碳氮比(C/N)2个方面,而对水力停留时间(HRT)的影响很少有报道。采用UASB作为厌氧反硝化反应器,进水NO_3~--N为50 mg·L~(-1),C/N比固定为1.5,分别以葡萄糖和乙酸钠作碳源,研究HRT对反硝化效果的影响。结果表明:当外加碳源为葡萄糖时,最佳HRT为6 h,此时NO_3~--N和TN的去除效果最好,去除率分别为79.5%和63.8%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为4.69 mg·L~(-1)和2.22 mg·L~(-1);当外加碳源为乙酸钠时,最佳HRT为4 h,对应的NO_3~--N和TN去除率分别为99.0%和91.4%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为3.08 mg·L~(-1)和0.47 mg·L~(-1)。HRT对反硝化效果有显著影响,且跟碳源种类有关。HRT会影响反硝化菌、反硝化异化还原成铵(DNRA)细菌和其他异养菌之间的平衡。     

连续流同步硝化反硝化(SND)体系不同HRT对脱氮及N_2O释放特性的影响

采用连续流气升环流生物反应器,考察水力停留时间(HRT)对同步硝化反硝化(SND)体系下污泥聚集状态与脱氮及N_2O释放特性影响。对不同HRT下污泥的聚集状态及脱氮特性、N_2O释放速率和来源等进行了分析。结果表明,HRT的调控对污泥聚集体的形成及状态有重要影响。HRT为14、7和4 h下,反应体系内形成了以粒径区间0.2~0.45 mm、0.6~0.9 mm和0.2 mm占优的3种的污泥聚集体体系。HRT为7 h的条件下,污泥在保持良好脱氮效果(氨氮平均去除率、总氮平均去除率及SND平均效率分别为96.7%、56.0%和60.0%)基础上,可实现N_2O减量化释放11.1%(相较于HRT为14 h的条件)。3种条件下,N_2O释放的主要来源存在差异。HRT为14 h时,N_2O主要来源于AOB反硝化,其对N_2O的贡献为异养菌反硝化的1.1倍;HRT为7 h和4 h时,N_2O主要来源于异养菌反硝化,其对N_2O的贡献分别为AOB反硝化的1.1和1.3倍。     

侧沟式一体化OCO工艺中DO和C/N对同步硝化反硝化的影响

以自配模拟生活污水为处理对象,研究了不同DO和C/N对侧沟式一体化OCO反应器同步硝化反硝化和COD降解效果的影响。实验结果表明,维持进水COD均值约为300 mg/L,TN约为40 mg/L,MLSS约为2 600 mg/L,进水流量为20 L/h时,COD去除率随着DO的增大逐步提高,当好氧区DO均值约为2.0 mg/L时,同步硝化反硝化效果最好,TN去除率达到了80%以上;维持好氧区DO均值约为2.0 mg/L,MLSS约为2 600 mg/L,进水流量为20 L/h时,不同C/N对COD去除率影响不大,当进水C/N约为8时,同时硝化反硝化效果最好,TN去除率均值达到了82%。     

短程硝化在垃圾渗滤液处理工程中的应用

针对垃圾填埋场渗滤液生物脱氮高耗能的问题,通过对A/O/N工艺处理垃圾渗滤液进行短程硝化反硝化调试,对溶解氧(DO)、污泥浓度(MLSS)、污泥龄(SRT)、混合液回流比、pH、碱度进行定性定量分析,研究了不同条件下垃圾渗滤液生物处理阶段COD、氨氮及总氮去除效果,探讨了影响亚硝酸盐氮积累的因素。结果表明,好氧池低溶解氧能成功启动短程硝化,垃圾渗滤液稳定实现短程硝化反硝化脱氮。运行条件为:O反应器DO浓度0.5～0.8 mg·L~(-1),N反应器DO浓度1.5～2.2 mg·L~(-1),MLSS 3 500～4 500 mg·L~(-1),污泥龄9～13 d,混合液回流比1 100%,N反应器pH 7.6～8.2,N反应器碱度1.1 g·L~(-1)。短程硝化调试后,硝化阶段亚硝化率稳定在85%以上,COD、氨氮及总氮去除率分别达95%、98.6%、94.2%以上,节省30%碳源量和20%曝气量。     

C/N和pH值对高温好氧反硝化菌产N2O的影响研究

以50℃高温、好氧条件下能进行高效好氧反硝化的菌株TAD1为研究对象,在不同C/N和pH值培养条件下,对其24 h的反硝化效率和反硝化过程中N2O的逸出量进行了研究。结果显示,C/N和pH值对菌株TAD1的反硝化效率和N2O产生量有明显影响.菌株TAD1最适宜的C/N为9,pH值为7,此时反硝化效率达到99.12%,N2O产生量仅为3.35×10-2 mg/L,N2 O转化率为0.045%,反硝化产物以氮气为主。另外,菌株TAD1不适宜在酸性条件下生长,pH值为6时反硝化效率为83.18%,N2O产生量为13.88×10-2 mg/L,是pH值为7时的4.14倍,是pH值为8时的5.07倍。     

实时荧光定量PCR对A2/O短程硝化系统内氨氧化菌的定量分析

通过控制好氧区低DO浓度以及缩短好氧实际水力停留时间(actual hydraulic retention time,AHRT),在处理低C/N比实际生活污水的A2/O工艺中,成功启动并维持了短程硝化反硝化;系统亚硝酸盐积累率稳定维持在90%左右,氨氮去除率在95%以上。通过提取富集氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)的基因组DNA,经两次常规PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳,以纯化回收的DNA扩增片段作为实时荧光定量PCR检测AOB数量的DNA标准品,建立了检测AOB数量的实时荧光定量PCR标准曲线。利用实时荧光定量PCR技术比较了A2/O系统在不同运行条件及亚硝酸盐积累率情况下AOB菌群数量。结果表明,随着系统亚硝酸盐积累率的上升,系统内AOB菌群数量也大幅上升。全程硝化和短程硝化时,系统内的AOB菌群数量分别为5.28×109cells/g MLVSS和3.95×1010cells/g MLVSS。此外,亚硝酸盐积累率的下降相对于AOB菌群数量的下降有一定的滞后性。     

低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化与异养反硝化高效耦合脱氮

通过连续流实验研究了低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化颗粒污泥与异养反硝化菌的耦合脱氮性能,同时采用批试实验考察耦合系统中的氮素转化及去除途径。结果表明:采用低浓度乙酸盐对厌氧氨氧化颗粒污泥进行驯化,可以实现厌氧氨氧化与异养反硝化的高效耦合脱氮。系统在稳定时期,进水NH_4~+-N为30~40 mg·L~(-1)、NO_2~--N为45~55 mg·L~(-1)、CH_3COONa为60~80 mg·L~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N和TN的去除率分别为93.84%、94.62%和86.46%。耦合系统中的颗粒污泥同时存在厌氧氨氧化特性、硝化特性和反硝化特性。颗粒污泥表现出良好的厌氧氨氧化特性,总氮去除速率为12.46 mg·(g MLSS·h)~(-1)。系统中存在的硝化细菌可以消耗进水中的溶解氧从而缓解溶解氧对ANAMMOX菌的抑制,其中AOB活性高于NOB活性。系统中颗粒污泥对硝氮的反硝化作用强于对亚硝氮的反硝化作用,亚硝氮反硝化和硝氮反硝化的降解速率分别为1.89和3.59 mg·(g MLSS·h)~(-1)。当亚硝氮和硝氮同时存在时,反硝化菌优先将硝氮还原成亚硝氮。     

智能化曝气控制A/O工艺处理低C/N生活污水有效性及其脱氮机制

将新型智能化曝气控制系统(automatic oxygen supply device,AOSD)应用于A/O工艺中,研究AOSD系统曝气模式控制下的A/O工艺(I-A/O)与持续曝气模式的A/O工艺(C-A/O)对低C/N生活污水处理能力的有效性,并从系统活性污泥特性的角度探究I-A/O系统反硝化菌在脱氮过程中对碳素的摄取、利用途径。结果表明:低进水碳源负荷下,I-A/O与C-A/O系统对COD、NH_4~+-N的平均去除率稳定且均达80%以上;I-A/O系统对TN去除率高出C-A/O系统25.97%,其对TN具有明显的去除优势;2套系统对TP均无去除效果。I-A/O系统活性污泥好氧异养菌产率系数Y_H为0.142 mg·mg~(-1),活性污泥衰减系数K_d为0.018 d~(-1),均低于C-A/O系统;在进水低C/N水平下,I-A/O系统活性污泥可通过更强的吸附贮存碳源能力、较低的好氧异养菌竞争压力、溶胞作用为反硝化菌提供更多的碳源以便脱氮反应。C/N是I-A/O系统曝气总量节省率重要影响因素之一,相比于C-A/O系统,其处理低C/N生活污水可节约曝气系统约52%的曝气量。     

交替好氧/缺氧短程硝化反硝化工艺处理低C/N城市污水

采用好氧/缺氧交替运行模式处理低C/N城市污水,考察了低温环境下启动短程硝化反硝化的可行性,重点研究了好氧池区域Ⅰ、区域Ⅱ、区域Ⅲ溶解氧分布对短程硝化反硝化脱氮效果的影响。结果表明,采用好氧/缺氧交替运行模式,对好氧池溶解氧进行分区优化后,在低温环境下启动短程硝化反硝化具有可行性。在所采用的7种工况中,较为优化的工况是区域Ⅰ、区域Ⅱ、区域Ⅲ,溶解氧分别为0.8～1.2、0.5、1.2～1.8 mg·L~(-1),该工况下亚硝态氮累积率稳定在78%以上,出水总氮去除率在73%左右。相比短程硝化反硝化启动前,去除率提高了19.4%,氨氮浓度低于0.60 mg·L~(-1),出水氮素指标显著优于GB 18918-2002一级A排放标准,出水COD去除率为86.9%～94.9%,出水总磷浓度低于0.15 mg·L~(-1),可控性仍然较强。对于已启动短程硝化反硝化的A/O工艺处理低C/N城市污水,全年可节约碳源投加资金97×10~4元左右,节约电费42×10~4元左右,有效实现了成本与水质的双赢。以上结果可为短程硝化反硝化工艺的工程推广提供参考。     

A/O系统处理低C/N奶牛场废水中的抗生素

为处理奶牛场废水中常检出抗生素,考察了小试规模缺氧/好氧(A/O)系统对低C/N奶牛场废水中常规污染物和抗生素的处理效果。当进水COD、总氮、氨氮和总磷分别在1 242～4 350、830～1 367、818～1 291和6～12 mg·L~(-1), A池和O池水力停留时间(HRT)分别为3～4 d和2.05～5.4 d时,系统出水COD400 mg·L~(-1)、氨氮10 mg·L~(-1)、总氮去除率为40%～60%(无外加碳源)、总磷基本没有去除;通过调节硝化液回流比(1.0∶1～1.3∶1)可在进水COD/总氮≥3.1时实现碱度的自给自足;对11种磺胺类和8种β-内酰胺类抗生素研究发现,共检出9种磺胺类和1种β-内酰胺类抗生素(总浓度为5.89～17.31μg·L~(-1)),系统对抗生素的总去除率大于93%;先后2次向进水中人为添加8种磺胺类抗生素(每种浓度先后为50μg·L~(-1)和200μg·L~(-1))不会影响系统运行的稳定性,且抗生素的总去除率大于90%,A池和O池的抗生素去除率分别为15.0%～34.2%和69.1%～91.4%;在O池中的HRT降低50%时,系统对抗生素的总去除率基本不变。除甲氧苄啶外,其余7种磺胺类抗生素主要在O池中均得到去除,这与其分子结构中的S—N键有关。以上结果对奶牛场废水处理后还田具有重要的参考价值。     

短程硝化反硝化工艺处理低C/N餐厨废水

针对餐厨废水的水质特点,提出低C/N下的短程硝化反硝化餐厨废水处理组合工艺。通过控制微氧区、好氧区DO分别为0.5 mg/L和2.5 mg/L;硝化液,微氧区混合液和污泥回流比分别为200%、100%和100%,可以实现NO-2-N累积率达到90%以上,COD、氨氮平均去除率为73.42%和98.57%。较低的C/N使得反硝化效果不佳,对反应器进水补充适量的甲醇作为碳源,在COD/TN约为4的情况下,以NO-2-N为主的反硝化可以使反应器对TN的去除率达到94%,出水各项指标符合相关排放标准,实现了餐厨废水高效和经济的生物脱氮。     

污水中不同COD组分下A/O脱氮工艺的反硝化效率

为了研究了不同COD组分进水对A/O工艺中反硝化的影响以及COD组分中溶解性易生物降解COD(SS)、颗粒性慢速可生物降解COD(XS)比例改变后系统反硝化速率和反硝化潜力的变化。以连续流A/O反应器脱氮效率为研究对象,通过改变碳源物质投配量来配置3种SS比例分别为15%、30%和50%的城市污水,系统地考察了进水中SS比例对反硝化的影响。结果表明,进水中SS比例由15%增加到50%后,可以明显提高A/O系统TN的去除率,脱氮率由82%提高到89%。同时通过缺氧反硝化间歇实验,从反硝化动力学角度分析,进一步确定进水中SS比例对反硝化速率和反硝化潜力的影响,发现进水SS比例分别为50%、30%和15%,系统反硝化速率分别为0.027 g NO-3-N/(g VSS·min)、0.022 g NO-3-N/(g VSS·min)和0.020 g NO-3-N/(g VSS·min),反硝化潜力分别为16.49、13.99和13.74 mg/L。可见随着进水中SS比例的升高,系统中反硝化速率和反硝化潜力也相应增加。得出进水中COD组分不同,尤其是SS所占比例大小,是影响反硝化效果的一个关键因素。     

焦化废水特征有机污染物反硝化降解速率特征分析

以焦化废水特征有机污染物苯酚、喹啉、吡啶和吲哚为碳源,研究了不同C/N(COD/NO-3-N)比值进水条件下,反硝化过程中NO-2-N积累特征及反硝化动力学特征。结果表明,进水C/N比在2.5~17的条件下,均会出现NO-2-N积累的现象。当C/N比值为2.5时,NO-2-N出现稳定积累。基于完全反硝化且COD去除率最高的进水条件为,进水C/N比为6。随着C/N比值从2.5增至17,达到NO-2-N的最大积累量时间从140 min降至60 min,NO-2-N的最大积累率从51.7%降至23.1%。相同进水C/N比条件下,在NO-2-N积累阶段,NO-3-N比还原速率大于NO-2-N比还原速率,导致NO-2-N积累;在NO-2-N还原阶段,NO-3-N比还原速率小于NO-2-N比还原速率。不同进水C/N比条件下,在NO-2-N积累阶段,NO-2-N比积累速率基本不变,为0.072 g N/(g VSS·d)左右。不同进水C/N比值条件下,NO-2-N积累阶段的表观碳氮比均大于NO-2-N还原阶段的表观碳氮比。