碳氮比及HRT_S对交替缺氧/好氧CAST去除营养物的影响

以实际生活污水为处理对象,分别研究了碳氮比(COD/TN)为2.6、3.5及4.4时,HRTS(选择器水力停留时间)对交替缺氧/好氧(A/O)CAST工艺去除营养物性能的影响.结果表明,采用交替A/O运行方式,进水COD/TN比及HRTS的变化对COD去除性能影响不明显;而对脱氮性能影响较大.当进水COD/TN比分别为2.6和3.5时,系统氨氮去除率均维持在98%以上,TN去除率则随HRTS的增大而升高;HRTS由1.8h增至5h时,2种碳氮比下的TN去除率分别由62.9%、72.1%升至76.2%、84.6%.当进水COD/TN比为4.4时,HRTS由1.8h增至5h导致系统硝化不完全,TN去除率由86.3%降至58.2%.研究还发现,提高COD/TN比和增大HRTS均能改善系统的除磷性能.本研究中交替A/O运行方式下,进水COD/TN比为4.4(远低于一般城市生活污水的8～10),HRTS为1.8h时,CAST工艺获得较好的脱氮除磷效果,TN及磷的去除率分别为86.3%和93.8%,出水达到我国城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A要求.     

分段进水两级A/O工艺对白酒废水的强化处理效果

为有效控制白酒废水中高质量浓度NH₄+-N对A/O系统冲击引起的出水水质超标问题,分析比较单级A/O工艺和分段进水两级A/O工艺[进水时间（以min计）分配比为7:3]对白酒废水的处理效果.结果表明:与单级A/O工艺相比,分段进水两级A/O工艺出水中ρ（NH₄+-N）、ρ（NO₂--N）、ρ（NO₃--N）和ρ（COD_Cr）均显著降低,其平均去除率分别提高了16.9%、43.2%、49.7%和8%.分段进水两级A/O工艺的二次进水能够为短程硝化反硝化的进行提供有效碳源和NH₄+-N等,为NO₂--N和NO₃--N等去除提供了有利条件;同时,它通过促进对系统内碳源的利用以及NO₂--N的去除,进一步降低了出水中ρ（COD_Cr）.此外,分段进水两级A/O工艺通过降低NH₄+-N和NO₂--N等污染物质量浓度,也能有效减弱其对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等微生物的抑制作用,为后续好氧阶段含氮污染物的去除奠定基础.但是,分段进水两级A/O工艺对白酒废水中PO₄3-的去除效果有限,这主要是因为第二阶段的NO₂--N存在使反应系统处于缺氧环境,同时在碳源不充足的情况下,导致聚磷微生物释磷不充分,降低了第二好氧段的吸磷动力.研究显示,分段进水两级A/O工艺能够有效强化白酒废水中三态氮和COD_Cr的降解去除.      

限氧自养亚硝化过程中N_2O的释放特征

实验采用SBR工艺,在限氧曝气条件下,研究自养亚硝化(进水中不含有机碳)过程中N_2O的释放特征。结果表明,在限氧自养亚硝化过程中,不同进水氨氮浓度条件下的溶解氧浓度均为(0.08±0.02)mg/L,氨氧化速率基本不受氨氮浓度变化的影响,即自养亚硝化反应呈零级反应。进水氨氮浓度为60,120,240 mg/L时的N_2O释放总量分别为3.24,8.75,24.59 mg/L,相应的N_2O释放因子依次为0.12、0.17和0.22。限氧曝气条件下,氨氧化菌(AOB)反硝化产生N_2O占主导作用。进水氨氮浓度越高时,亚硝化过程需时越长,后期NO-2-N累积量越大,导致AOB反硝化产生N_2O的速率越大,N_2O释放总量和释放因子(N_2O释放量/NH+4-N去除量)也越大。     

碳氮比对颗粒污泥CANON反应器脱氮性能和N2O释放的冲击影响

本文以无机氨氮废水为进水,乙酸钠为有机碳源,研究颗粒污泥CANON反应器中不同C/N水质条件下,反应器内的脱氮性能和N_2O释放情况,为探索合适的C/N比在高效脱氮的同时实现N_2O释放减量化提供理论依据.结果表明,C/N在0～2. 0范围内,随C/N的提高,TN去除率和去除负荷基本呈现逐渐升高的趋势,C/N=0时TN在7h内去除量为56. 50mg·L~(-1),去除率达到49. 00%,C/N=2. 0时,TN在7h内去除量最高为71. 42 mg·L~(-1),TN去除率最高为59. 52%,但是其中CANON对于脱氮的贡献逐渐下降,反硝化作用对于系统脱氮的贡献逐渐上升.当C/N=2. 0时,ΔNO_3~--N/ΔTN=0. 086,CANON对于系统脱氮的贡献仅为51. 48%,反硝化对系统脱氮的贡献为48. 52%. C/N在0～2. 0范围内,N_2O释放量和释放比例随进水C/N增加而降低,C/N=0时,N_2O释放量和释放比例最高,分别为3. 60 mg和2. 13%; C/N=2. 0时N_2O释放量和释放比例最低且分别为1. 61 mg和0. 75%.     

低氧条件下A2/O工艺对城市污水脱氮处理的中试研究

以巢湖市某污水处理厂实际污水为处理对象,基于节能降耗的需求开展A²O工艺中试研究.研究结果表明：当溶解氧从2mg/L降至0.5mg/L时,COD和氨氮的去除率分别为80%和90%,去除性能并未受到影响,没有出现亚硝酸积累,而TN的去除率有较大幅度的提升,从15%提升至44%.低溶解氧条件下,温度降低主要对TN去除率产生影响,从夏季的44%下降至冬季的29%,而氨氮的去除率仍维持在90%以上.由于进水碳源不足,出水主要以硝酸盐氮为主,低温脱氮率仅为29%.长期低氧条件下运行,AOB和NOB的优势种属为Nitrosomonadaceae和Nitrospira,相对丰度分别为2.33%和6.40%.系统NOB在数量和动力学性能上均优于AOB,同时发现存在Denitratisoma好氧反硝化菌,其相对丰度为1.59%.研究结果为低氧条件下实现城市污水脱氮提供了理论和实践依据.     

外加微量N2H4下SBR中硝化微生物特性

运行实验室规模单级硝化序批式反应器(SBR),研究长期外加微量N_2H_4(约3 mg·L~(-1))对硝化污泥中功能微生物好氧氨氧化菌(AOB)、亚硝酸盐氧化菌(NOB)的影响.结果表明,外加微量N_2H_4的硝化污泥中,AOB主要属于亚硝化球菌(Nitrosococcu)属和亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)属,另有少部分属于亚硝化螺旋菌(Nitrosospira)属,NOB属于硝化杆菌(Nitrobacter)属.外加微量N_2H_4前后,AOB amoA基因拷贝数(以干污泥计)由1.0×10~9copies·g~(-1)减少为2.09×10~4copies·g~(-1),NOB nxrB基因拷贝数由1.28×10~7copies·g~(-1)减少为2.56×10~5copies·g~(-1).AOB对环境因素较NOB相比更为敏感,N_2H_4对硝化微生物的抑制与毒性作用使外加微量N_2H_4的硝化污泥中AOB流失幅度大于NOB,但定量PCR方法无法准确比较N_2H_4对AOB与NOB活性抑制的强弱.长期外加微量N_2H_4破坏硝化微生物活性,使反应器崩溃.因此在没有厌氧氨氧化菌(AnAOB)消耗N_2H_4的亚硝化系统中,企图通过调控外加N_2H_4浓度水平抑制NOB活性,从而进一步洗脱NOB提高脱氮性能可能无法实现.     

基于同位素技术的短程硝化过程N2O产生途径

在常温条件下,采用批次试验结合同位素分析技术,研究不同溶解氧(DO)浓度下短程硝化过程N_2O的释放量及产生途径.结果表明,不同溶解氧条件下,N_2O的释放量与NO_2~--N浓度显著相关,当NO_2~--N浓度大于3 mg·L~(-1),短程硝化过程开始出现N_2O的释放,且随着NO_2~--N浓度的增加而增加.当溶解氧浓度分别为0. 5、1. 5和2. 5 mg·L~(-1)时,N_2O的释放量占进水总氮的比例分别为4. 35%、3. 27%和2. 63%,随着溶解氧的升高,N_2O的释放量占进水总氮的比例降低.短程硝化过程控制溶解氧在2. 5 mg·L~(-1),既可以提高比氨氧化速率,又可以减少N_2O的产生.同位素测定结果表明,当溶解氧为0. 5 mg·L~(-1)时,只有AOB反硝化过程生成N_2O.但当溶解氧升至1. 5 mg·L~(-1)时,有4. 52%的N_2O通过NH_2OH氧化过程生成,AOB反硝化过程生成的N_2O占95. 48%.继续升高溶解氧到2. 5 mg·L~(-1)时,NH_2OH氧化过程生成的N_2O比例增加至9. 11%,AOB反硝化过程生成的N_2O占90. 89%,溶解氧浓度的改变会影响短程硝化过程N_2O的产生途径,避免过高的NO_2~--N积累,可以减少N_2O的产生.     

新型单级A/O程序无回流复合膜生物反应器处理氨氮废水的试验

采用单级A/O程序复合膜生物反应器(HSMBR)处理高氨氮废水,研究在低DO浓度下系统对有机物、氨氮和总氮的去除效率。研究结果表明:在低DO浓度下,CODCr、氨氮的平均去除率分别为94.4%和92.8%。由于进水CODCr/TN值仅为2.01,则使得总氮平均去除率仅为69.4%,但是当系统亚硝化累积率从60.5%～67.1%提高到83.5%～86.4%时,系统总氮去除率提高了17.7%。另外,维持低DO浓度可以实现亚硝酸型同时硝化反硝化反应。     

多点交替进水阶式A2/O工艺强化脱氮除磷

为强化CMICAO(多点交替进水阶式A2/O)工艺的脱氮除磷性能,通过调整进水C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕、进水端厌氧池和缺氧池的进水流量比对CMICAO工艺参数进行优化,考察其对氮、磷去除的影响. 结果表明:试验条件下,C/N的提高可增强SND(同步硝化反硝化)作用,氮的去除效果也随之提高,C/N≥7时,前好氧池同步硝化反硝化率达到61%,出水ρ(TN)≤9.0 mg/L;在相同工况下,较低的C/N下反硝化除磷现象更明显. 综合考虑,C/N在5~7范围内,可取得较好的整体脱氮除磷效果. 优化工艺进水碳源分配可提高碳源利用效率,氮、磷的去除效果受进水流量比的影响较大,当厌氧池和缺氧池进水流量比为2.0时,可强化缺氧池的反硝化除磷作用,TN和TP去除率分别为75%和92%,出水ρ(COD_Cr)、ρ(NH+₄-N)、ρ(TN)和ρ(TP)分别为28.7、1.9、9.2和0.27 mg/L,通过优化实现了CMICAO工艺对氮、磷去除的强化.      

多段进水A/O生物膜工艺运行性能的研究

为提高多段进水A/O生物膜工艺的脱氮效率,按照进入各缺氧池的COD量与硝态氮量的比值相同,且等于一最优比值的原则进行流量分配,按照容积负荷相等的原则设计各反应单元,对多段进水A/O生物膜工艺的流量分配和反应单元容积分配同时进行优化,并采用三段进水A/O生物膜反应器试验了等流量分配模式下运行和优化模式下运行的出水水质的差异.试验结果表明,当多段进水A/O生物膜工艺在两种模式下采用相同参数运行时,优化模式下总氮(TN)去除率明显高于等流量模式,其分别为88.8%和80.3%.优化模式与等流量分配模式对COD和总凯氏氮的去除率差别不大(均可达到97%和98%以上).采用该优化设计方法可以显著提高该工艺的TN去除效率.     

高盐高碱环境下硝化反硝化过程及N2O产生特征

采用稳定运行在高盐高碱环境厌氧/好氧/缺氧(A_n/O/A)模式下的序批式生物膜反应器(SBBR),考察在不同碳氮比(C/N)条件下,硝化反硝化过程及N_2O产生特征.结果表明,在C/N为5、2和对照组(C/N=0)时,总氮去除率分别为(98. 17±0. 42)%、(65. 78±2. 47)%和(44. 08±0. 27)%; N_2O的产生量分别为(32. 07±2. 03)、(21. 81±0. 85)和(17. 32±0. 95) mg·L~(-1); N_2O转化率(N_2O产生量在去除总氮中的比例)分别为(29. 75±0. 93)%、(30. 04±2. 17)%和(41. 69±0. 80)%.高盐高碱条件下,亚硝酸盐氧化菌(NOB)受到很强的抑制作用,硝化过程基本停留在亚硝酸盐阶段.由于高盐高碱环境对N_2O还原酶活性的抑制,使得异养反硝化过程产生了大量N_2O,随着碳氮比的增大,有更多的碳源用于反硝化过程,因而总氮去除率和N_2O产生量均随之增加.随着碳氮比的增大,N_2O转化率随之降低,这可能是由于异养反硝化过程氮素还原酶对电子的竞争所形成的,碳氮比越高,电子竞争越弱.高通量测序表明:在SBBR中,氨氧化细菌(AOB)被富集,而几乎不存在NOB;优势异养反硝化菌属主要是Thauera、Azoarcus和Gemmobacter.     

A2/O短程硝化耦合厌氧氨氧化系统构建与脱氮特性

针对现有城市污水处理厂普遍面临进水碳源不足影响脱氮效率的问题,通过调控A²/O系统曝气分区比例、溶解氧（DO）浓度和污泥龄（SRT）构建短程硝化耦合厌氧氨氧化系统,以研究不同工况下该系统的脱氮性能、脱氮途径和微生物种群结构的变化情况.研究结果表明在低C/N进水（C/N=5）情况下,该系统具有稳定优良的脱氮性能.在140 d试验过程中,反应器经历了氨氧化细菌（AOB）、亚硝酸盐氧化细菌（NOB）共培养阶段（阶段Ⅰ）、AOB筛分阶段（阶段Ⅱ~Ⅲ）与厌氧氨氧化细菌（AnAOB）富集阶段（阶段Ⅳ）,系统的脱氮途径也由初始的全程硝化反硝化逐步转化为短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮;系统的脱氮效率在阶段Ⅳ达到最佳状态,此时该系统出水NH₄⁺-N和TN的平均浓度分别为1.20 mg·L^-1和7.03mg·L^-1,其对应的去除率分别为97.69%和87.83%;Illumina MiSeq测序结果表明,短程硝化耦合厌氧氨氧化的系统中Nitrosomonas和Nitrosospira这两类AOB的富集和Nitrospira、Nitrococcus 和Nitrobacter这3类NOB的淘洗是系统发生短程硝化的主要原因,Candidatus Kuenenia和Candidatus Jettenia这两类AnAOB的富集是系统发生厌氧氨氧化的关键所在,对实现深度脱氮具有重要作用.     

CEM-UF组合膜-硝化/反硝化系统处理低C/N废水及种群结构分析

本研究采用具有氨氮富集分离特性的阳离子交换膜-超滤(CEM-UF)组合膜与硝化/反硝化结合处理低C/N废水,考察该系统不同流量比下低C/N废水的硝化、反硝化脱氮特性,并通过对硝化、反硝化活性污泥进行16Sr DNA高通量测序,分析功能微生物群落结构特征.结果表明,系统进水TN为60 mg·L-1,COD/TN为2.65下,各流量比下硝化均有较好效果,平均氨氮去除率为98.7%,流量比值由1∶2上升到1∶6过程中,反硝化m(COD)/m(NO-3-N)随之升高,1∶6时平均硝氮去除率达到最高,为86.28%,系统总氮去除率由22.56%上升到46.8%.Illumina高通量测序结果表明,硝化污泥中可以固氮的Proteobacteria菌门占30.9%,重要的亚硝酸盐氧化菌Nitrospirae菌门占3.06%,属水平上检测到氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas和Nitrosospira,亚硝酸盐氧化菌(NOB)Nitrospira和Nitrobacter,AOB与NOB菌比例较高,与硝化反应器中较好的硝化效果相一致.反硝化污泥中Proteobacteria菌门占主导地位(53.13%),其次是Bacteroidetes菌门(10.93%),在属的水平上检测到Dechloromonas、Thauera、Castellaniella、Alicycliphilus、Azospira、Comamonas、Caldilinea和Saccharibacteria多种具有反硝化脱氮作用的相关菌属,反硝化菌所占比例为25.91%,反硝化污泥中具有反硝化功能的微生物丰富,反硝化效果良好.     

A/O生物膜法强化处理石化废水及生物膜种群结构研究

采用A/O生物膜反应器处理石化综合废水.反应器在O段添加装有改性聚氨酯泡沫的多孔塑料球载体,强化有机物的降解效率.反应器进水分别为水解酸化池出水(阶段I),石化工业废水与生活污水比例为3:1(阶段II)以及单纯的石化工业废水(阶段III). 结果表明,尽管进水COD和氨氮波动较大,但出水COD和氨氮的去除率保持稳定,说明生物膜反应器具有较好的抗冲击负荷能力.在HRT为30h, COD和氨氮的去除率为74%~77%和96%~93%,总氮和总磷的去除率为58%和79%.第II阶段进水为工业废水和生活污水混合的处理效果最好,出水COD和氨氮浓度分别为(63±12)mg/L和(0.75±0.28)mg/L.出水总氮主要为硝酸氮,亚硝酸氮的浓度很低(小于0.1mg/L),表明硝化作用进行得较为完全.进水中有机物的分子量主要分布在小于1kDa(70.9%)和大于100kDa(10.4%).出水中大于10kDa的有机物所占比例减小,分子量主要分布在小于1kDa(56.6%)和1~5kDa(26.2%),表明A/O生物膜反应器对大分子有机物的降解较好.454高通量测序结果表明: 生物膜中变形菌门菌群所占比例最大(60.0%),其次是浮霉菌门(16.9%)和拟杆菌门(9.8%).在属的水平检测到氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas和亚硝酸盐氧化菌(NOB) Nitrospiraceae Nitrospira以及反硝化菌Azospira和Thermomonas.NOB的比例较高,这与反应器较好的硝化作用相一致.     

生物炭和有机肥对菜地土壤N2O排放及硝化、反硝化微生物功能基因丰度的影响

通过室内培养试验和实时荧光定量PCR技术,研究了田间施用生物炭和有机肥对菜地土壤氧化亚氮(N_2O)排放、氨单加氧酶(amo A)和亚硝酸盐还原酶(nir S、nir K)、氧化亚氮还原酶(nos Z)基因丰度的影响,并探讨功能基因丰度对N_2O排放的影响.试验设置5个处理:CK(对照)、N(尿素)、N+BC(尿素和生物炭)、N+M(尿素和有机肥)和N+BC+M(尿素、生物炭和有机肥).结果表明,与CK处理相比,各施肥处理均降低了土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)丰度,增加了nir K、nir S和nos Z基因丰度,并提高了培养期间N_2O累积排放量.与N处理相比,N+BC处理的土壤p H值提高了11.1%,并增加了AOB、AOA、nir S、nir K和nos Z基因丰度,增幅分别为105.8%、57.3%、22.0%、176.2%和204.9%,同时显著降低了培养期间N_2O累积排放量,降幅为58.1%;N+M处理增加了nir K和nir S基因丰度,增幅分别为58.8%和7.1%,对N_2O排放的影响不显著;N+BC+M处理增加了AOB、nir K、nir S和nos Z基因丰度,增幅分别为30.7%、68.7%、6.5%和84.5%,降低了N_2O累积排放量,降幅为14.4%.生物炭通过增加amo A、nir S和nir K基因丰度间接增加N_2O排放,同时通过增加nos Z基因丰度促进N_2O还原,综合效应表现为降低了菜地土壤N_2O排放.因此,通过施用生物炭改善土壤性质,增加功能基因丰度,降低土壤N_2O排放,是一种较好的N_2O减排措施.施用有机肥可以增加反硝化作用功能基因丰度,但对N_2O减排效果不显著.     

污水处理过程N2O排放：过程机制与控制策略

污水处理生物脱氮过程中氧化亚氮(N₂O)作为直接碳排放源,其大气升温效应较CO₂高出265倍.因此,国际上对N₂O排放机制与控制策略的研究层出不穷.N₂O产生源于硝化与反硝化过程,主要涉及亚硝化(AOB)及其同步反硝化、常规异养反硝化(HDN)、同步异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)和全程氨氧化(COMAMMOX)等生物途径,以及硝化过程中间产物NH₂OH与NOH之非生物化学途径.常规硝化与反硝化(AOB+HDN)途径在正常运行工况下N₂O排放量并不是很大,约只占进水TN负荷的1.3%;即使是HN-AD与COMAMMOX代谢过程,两者N₂O产生量也不足TN负荷的0.5%.不可忽视的是AOB亚硝化及其同步反硝化,它们已被确认为是污水处理生物脱氮过程中N₂O排放的首要途径;AOB过程中间产物(NH₂OH与NOH)非生物化学过程以及AOB反硝化生物过程(主途径)共同导致的N₂...     

污水处理系统中硝化菌的菌群结构和动态变化

研究分析了4种不同工艺类型的城市污水处理厂中氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的丰度及菌群结构.实时定量PCR结果表明4种工艺中AOB菌群的丰度范围为8.56×106~4.46×107cells/gMLSS;NOB菌群的丰度为3.37×108~1.53×109cells/gMLSS.每个工艺中Nitrospira都是优势NOB,占NOB菌群的88% 以上. A2O工艺冬季AOB和Nitrospira丰度比夏季均有所降低,这是导致冬季生物脱氮效果变差的主要原因.基于 amoA基因的系统发育分析结果显示所有的序列属于Nitrosomonas,其中Nitrosomonas oligotropha cluster 占克隆文库的60.1%,是AOB 种群中的优势菌属,Nitrosomonas-like cluster和 Nitrosomonas europaea cluster次之,分别占克隆文库的29.6%和9.1%.N. europaea cluster只在A2O工艺中出现,且在A2O工艺夏季污泥样品克隆文库中达到44.7%.低DO运行使N. europaea cluster成为优势AOB是A2O工艺夏季出现较高亚硝酸盐积累率的主要原因.研究结果证实了城市污水处理厂中优势AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira,硝化菌群占总菌群的1%~7%,其丰度、相对含量和菌群结构是影响硝化效果的主要因素.