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。     

C/N对单级脱氮系统N_2O排放量及其途径的影响

采用4组0.5 L的批式反应器,调节进水初始NH_4~+-N为100 mg·L~(-1),控制温度为30℃,DO为(2.00±0.20)mg·L~(-1),以葡萄糖为有机碳源,采用化学抑制法研究进水C/N分别为0、0.5、1.0和1.5时,单级脱氮系统的氮转化情况、N_2O排放量及N_2O排放途径。结果表明,反应器进水C/N从0升高至1.5,在6 h时系统TN去除率由14.5%增至23.5%,而系统N_2O排放量由180μg减至10μg,N_2O转化率由2.5%降至0.1%。随着进水C/N的升高,氨氧化菌(AOB)反硝化产生的N_2O排放量在3.6~11.7μg之间波动,而同步硝化-反硝化产生的N_2O排放量降幅明显,由176.8μg降至5.3μg。当C/N为较低的0和0.5时,同步硝化-反硝化对N_2O排放贡献率均达到85%以上,系统N_2O排放途径主要为同步硝化-反硝化;当C/N为较高的1.0和1.5时,AOB反硝化对N_2O排放贡献率为45.9%和26.5%,系统N_2O排放途径主要为同步硝化-反硝化和AOB反硝化作用。     

印染废水处理厂二级出水的硫自养反硝化脱氮工艺

采用硫/白云石自养反硝化脱氮工艺处理印染废水处理厂二级出水,考察不同污泥接种方式、水力停留时间(HRT)、温度及进水负荷对系统脱氮效果的影响。结果表明:反应器在3 d内即可完成快速启动,工程应用中可不接种污泥;反应器最佳HRT为20 min,TN去除率为40.2%,但反冲洗频率加快;温度、进水负荷对系统脱氮效果影响较大,当温度在25~30℃之间,TN平均去除率为43.8%;当进水负荷为(1.37±0.15)kg·(m~3·d)~(-1),TN平均去除率为37.1%,反应器具有较强的抗冲击负荷能力。     

北方某污水厂MBBR工艺升级改造后的高效脱氮除磷效果

为研究北方某污水厂经过MBBR提标改造后,在秋冬季进水碳源较低的条件下生化段脱氮除磷率高于理论值的原因,采用沿程水质测定法及小试实验的方法验证其脱氮除磷效果,并通过基于16S rRNA的高通量测序对好氧段微生物菌群进行分析。结果表明,系统在好氧区存在显著的TN去除,去除率约占15%～20%,在缺氧区存在显著的TP去除,去除率高达63.04%,显示系统内发生了同步硝化反硝化(SND)和反硝化除磷现象。通过小试实验验证了好氧SND现象主要来自于悬浮载体,得益于悬浮载体生物膜功能菌分层分布;反硝化除磷现象则得益于系统较长的缺氧停留时间及较短的泥龄。系统中SND和反硝化除磷的存在是系统在低碳源消耗条件下取得高效脱氮除磷效果的主要原因;微生物菌群分析验证了SND现象主要来源于悬浮载体;悬浮载体上硝化菌群相对丰度为28.56%,是污泥的14倍,反硝化菌相对丰度约8.34%,为SND效果的发生提供了微观保证;污泥中存在Candidatus Accumulibacter、Acinetobacter和Tetrasphaera,为该污水厂存在反硝化除磷及高效除磷现象提供了微观证据。     

开孔陶粒的制备与同步硝化/反硝化生物反应器的构建

为了在常规淡水养殖条件下实现同步硝化/反硝化(SND)脱氮,研究了自制陶粒组建SND生物反应器的脱氮能力。结果表明,在陶土中添加1.5%(质量分数)纸纤维,900℃烧蚀6h,可制得内部具有丰富开孔孔隙结构的多孔陶粒;利用该陶粒构建SND生物反应器,在常规淡水养殖条件下,可顺利启动SND反应,亚硝态氮在第2天时开始显著积累,氨氮质量浓度在第6天起即可从15mg/L降至检测限以下;开孔陶粒借助内部孔隙形成好氧/厌氧微环境,抑制亚硝酸盐氧化细菌(NOB)生长并促使氨氧化细菌(AOB)成为优势菌,同时陶粒对溶液中氨氮具有选择吸附能力,促进了SND生物反应器的脱氮作用。     

压力式接触氧化法同步硝化反硝化脱氮性能研究

研究了压力式接触氧化法的脱氮性能,分析了容积负荷、溶解氧和停留时间等因素对反应器脱氮效果的影响.研究表明,压力式接触氧化法具有明显的同步硝化反硝化现象,当HRT=1.8 h时,DO高达5.4 mg/L,可获得90%以上的反硝化率.当HRT=1.8 h,溶解氧4～5 mg/L,容积负荷为10～12 kg COD/(m3·d)时,氨氮去除率80%左右,总氮去除率达70%～80%.     

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。     

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。     

高氨氮污泥脱水液短程硝化反硝化的启动及稳定

采用A/O-CSTR工艺处理高氨氮污泥脱水液。进水氨氮浓度浓度约为375 mg/L,C/N比小于1.0,反硝化碳源明显不足。A/O反应器完成短程硝化反应,CSTR定期投加初沉污泥作为碳源进行反硝化。两者联合达到总氮去除的目的。实验研究短程硝化反应的启动过程,以及CSTR出水回流对短程硝化和系统脱氮效果的影响。实验结果表明系统具有良好的硝化反硝化效果。A/O反应器亚硝酸盐积累率迅速提高并稳定在90%以上。CSTR有效利用初沉污泥实现了稳定的反硝化。出水回流有利于提高总氮去除率,在回流比为200%时,系统平均总氮去除率达到85%以上。     

碳源对反硝化除磷效能及N_2O产生的长期影响

基于碳源对反硝化除磷效能以及N2O产生机制尚未明确的现状,采用厌氧/缺氧/好氧序批式反应器(An/A/O-SBR),考察了碳源(乙酸、丙酸和两者的混合酸(摩尔比为1∶1))对反硝化除磷效能和污泥形态的长期影响。结果发现,混合酸系统脱氮除磷效果最稳定,氮和磷平均去除率分别为67.7%和87.0%;而乙酸和丙酸系统较不稳定,氮和磷平均去除率分别为97.6%、51.0%和41.9%、100.0%。混合酸系统检测到明显的N2O释放,而乙酸和丙酸系统的N2O产率较低。     

S/N质量比对硫化物自养反硝化过程N_2O还原与积累的影响

利用成熟硫化物自养反硝化活性污泥,采用微电极系统探讨初始S/N比率对N_2O还原与积累释放的影响。研究结果表明,在硫化物自养脱氮过程中,提高初始S/N有效缓解了不同氮还原酶之间的电子竞争,不仅明显提高了N_2O与NO_3~-的降解速度,而且能避免了NO_2~-、FNA以及N_2O的积累。其中,N_2O的积累量与FNA的积累量正相关且变化倍数接近,表明FNA的存在可能会明显抑制N_2O还原酶活性;而硫化物在一定范围内提高浓度,不仅不会对硫化物自养反硝化脱氮过程产生抑制,反而会促进自养反硝化过程的进行,降低N_2O的积累释放。     

不同温度对SBBR同步短程硝化反硝化处理炼油催化剂废水的影响

采用SBBR在溶解氧1.0 mg/L条件下考察了不同温度对实际炼油催化剂废水脱氮系统效能的影响.结果表明,SBBR容积负荷及同步硝化反硝化(SND)三氮去除率与进水氨氮浓度正相关.不同进水浓度下,反应器SND三氮去除率最高可达40％左右.33、30及28℃条件下,反应器亚硝积累率均可稳定保持在90％以上.不同温度下短程硝化反硝化pH值及ORP变化趋势基本一致,结合在线监控pH值及ORP变化规律调控反应时间,最大限度保证短程硝化的稳定性.     

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。     

同步硝化反硝化工艺中DO浓度对N2O产生量的影响

采用序批式生物膜反应器（SBBR）,在连续曝气全程好氧的运行条件下,考察不同溶解氧浓度对同步硝化反硝化脱氮性能及N2O产量的影响。控制溶解氧浓度恒定在1、2、2.5和3 mg/L。结果表明,DO为2 mg/L和2.5 mg/L时,氨氮去除率分别为97.9%和98.5%,同步硝化反硝化率均为99%。DO为2 mg/L时,系统中N2O产生量最低,为0.423 mg/L,占氨氮去除量的1.4%;DO为3 mg/L时N2O的产生量最高,为2.01 mg/L,是DO为2 mg/L时的4.75倍。系统中亚硝酸盐的存在可能是高溶解氧条件下N2O产量增加的主要原因,同步过程中没有NOx-的积累即稳定的SND系统有利于降低生物脱氮过程中N2O的产生量。     

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。     

城市生活污水短程硝化系统的恢复与启动

为了实现主流的短程硝化反硝化和厌氧氨氧化,设计了基于pH-DO和阀ON-OFF间歇曝气的在线控制系统,搭建了中试级别的短程硝化SBR,在高DO条件下基于城市生活污水恢复种泥活性后,加入反硝化稳定短程,最后接入厌氧氨氧化滤池实现全过程自养脱氮。将脱氮率、NO-2-N积累率等作为考察指标,研究了系统的启动过程和稳定性。结果表明:控制SBR(sequencing batch reactor)中DO=2~2.5 mg·L~(-1)、HRT=8~10 h、SRT=4~5 d、T=25℃,启动恢复3个月后,系统能保持90%以上的NO-2-N积累率、NO-2-N/NH+4-N=0.96±0.18;短程硝化反硝化能达到50%左右的NH+4-N去除率,60%左右的TIN去除率;短程硝化接厌氧氧氨氧化能保证90%左右的NH+4-N去除率和TIN去除率,出水达一级A标准。由实验结果分析,系统在高DO条件下能恢复短程硝化污泥的活性,基于pH-DO和阀ON-OFF间歇曝气的在线控制系统稳定性高,能保证短程硝化系统的稳定运行;恢复活性后,后接厌氧氨氧化滤池能实现中试级别的全过程自养脱氮。     

不同DO下亚硝态氮氧化菌硝化系统N 2O减量化研究

采用序批式活性污泥反应器(SBR),在富集亚硝态氮氧化菌(NOB)的基础上,考察了DO对连续进水模式下硝化过程中N_2O减量化的影响。结果表明,在污泥氨氧化菌(AOB)和NOB的比耗氧速率(SOUR)分别为(2.36±0.31)、(7.62±0.43)mg/(L·h)条件下,不外加碳源进行小试实验,氨氮均小于1.0mg/L,亚硝态氮均小于0.5mg/L。DO由0.2mg/L增至3.0mg/L过程中,随着DO增加,积累的硝态氮浓度逐渐上升,而累计产生的N_2O浓度先上升后下降。DO为0.2mg/L时,积累的硝态氮和累计产生的N_2O浓度最低,可以实现N_2O的最大减量化。在进水连续投加氨氮的方式下,氨氮氧化速率不是引起N_2O生成的关键步骤,碳源缺乏的情况下NOB硝化系统中低DO可以有效控制N_2O的释放。     

曝气强度对同时硝化反硝化（SND）脱氮过程中N2O排放的影响

为了控制污水脱氮中N2O排放,在不同曝气强度下研究了好氧硝化段同时硝化反硝化（SND）系统的N2O排放特性,并采用PCR—DGGE技术分析微生物群落特征。结果发现,随着曝气强度的增强,系统总氮去除率下降,但脱氮中N2O—N所占比例则上升,实验中从低到高3个曝气强度下,总氮去除率分别为80．01％、65．28％和58．62％,脱氮中N2O—N所占的比例为1．89％、7．84％和9．20％。PCR—DGGE分析显示,和低曝气强度下相比中、高曝气强度下系统微生物群落发生明显变化,但中曝气强度和高曝气强度下系统微生物群落表现出较高相似性。这表明,不同曝气强度下系统N2O排放受到氮素转化和微生物群落变化的影响。适宜曝气强度不仅提高总氮去除率,还可有效控制N2O排放。     

同步硝化反硝化好氧颗粒污泥微生物相和氮去除能力的研究

对颗粒污泥中的微生物菌群进行了分离和鉴定，并确定纯种微生物的脱氮能力。颗粒污泥中含假单胞菌属5株。亚硝化单胞菌属7株，硝化杆菌属4株，气单胞菌属3株，黄单胞菌属2株，孢杆菌属4株，黄色杆菌属2株和产碱菌属2株。这些菌属中包含了参与硝化反应的亚硝化单胞菌属和硝化杆菌属微生物，以及有好氧反硝化能力的Pseudomonas和Alcaligenes菌。29株微生物摇瓶混合培养的脱氮试验结果表明，30h内有机物去除率为75％，氮去除率近50％。     

反硝化生物滤池用于再生水脱氮效能及动力学研究

采用反硝化生物滤池处理城市污水厂二级出水,研究了反硝化生物滤池脱氮效能及其影响因素,构建了反硝化生物滤池脱氮动力学模型。结果表明,反硝化生物滤池启动7d后出水水质稳定,对NO-3-N的去除率达到90%以上,NO-2-N积累现象消失;当外加乙酸钠作碳源并使C/N≥4.7时,对NO-3-N的去除率达到90%以上,出水NO-3-N浓度在1.0mg/L以下;反硝化生物滤池具有较高的处理负荷,当HRT≥5 min时,对NO-3-N的去除率能达到90%以上;在实验水质条件下,滤池反硝化反应遵循一级反应动力学,且反应速率常数与流速成正比。