甲醇为碳源短程反硝化亚硝酸盐积累特性

接种反硝化过程中亚硝态氮(NO_2~--N)积累效果稳定的短程反硝化污泥,以甲醇为碳源,通过批次试验研究了不同碳氮比(C/N)、硝态氮(NO_3~--N)浓度及p H条件下短程反硝化过程中NO_2~--N积累特性.实验结果表明:当C/N为2.5时,NO_2~--N积累率最高为89%,且NO_2~--N不会被还原;当C/N为3~5时,NO_2~--N积累到最大值后开始降低,但NO_2~--N最大积累量和比反硝化速率没有明显差异.当NO_3~--N浓度在14.91~82.58mg/L范围内,NO_3~--N浓度越高,达到NO_2~--N最大积累率理论所需C/N越低.且当NO_3~--N浓度小于58.71mg/L时,比NO_3~--N还原速率、比NO_2~--N积累速率随NO_3~--N浓度增加而上升.当p H=7时,NO_2~--N积累量、比NO_3~--N还原速率和比NO_2~--N积累速率最高,分别为24.49mg/L、18.96(mg/(g VSS·h))、18.91(mg/(g VSS·h)),然后依次是p H=6、8、9.p H=5和10时,短程反硝化基本不能进行.本研究可以为短程反硝化的实现及应用提供理论依据.     

不同初始pH值下反硝化包埋颗粒的动力学特性

采用批式实验研究了不同初始pH值下反硝化包埋颗粒在反应过程中NO_2~--N、NO_3~--N、TN和pH值的变化规律,并探究了反硝化包埋颗粒的动力学特性.结果表明,在进水NO_3~--N为30mg/L,反应温度控制在30℃,C/N比为6,反应周期为5h条件下,反硝化污泥经包埋后经过2周的适应性培养即表现出很好的反硝化性能,不同的初始pH值下,反硝化过程中NO_3~--N的去除主要在0~lh内,NO_2~--N的积累在1h时达到最大,同时pH值出现拐点,在1h达到最大后略有降低,这一拐点可以作为亚氮积累达到最大时的指示参数.动力学研究表明,反硝化最大比反硝化速率K_(den)出现在pH=7.5和8.0时,为2.9mgNO_x~--N/(gMLVSS·h),表明最适宜反硝化包埋颗粒的pH值为7.5~8.0,TN去除率在91.7%以上.通过硝酸盐氮的比反硝化速率和亚硝酸盐氮的比反硝化速率的比较,可知在反硝化过程中硝酸盐氮的还原速率都大于亚硝酸盐氮的还原速率,是造成亚氮积累的原因.     

乙酸钠作为碳源不同污泥源短程反硝化过程亚硝酸盐积累特性

为探究乙酸钠作为碳源时,不同污泥源外源短程反硝化过程中亚硝酸盐积累特性,采用1号和2号SBR分别接种某污水处理厂二沉池和同步硝化反硝化除磷系统剩余污泥,通过合理控制初始硝酸盐浓度和缺氧时间,实现了短程反硝化的启动,并考察了其在不同初始COD和NO_3~--N浓度条件下的碳、氮去除特性.试验结果表明:以乙酸钠为碳源,1号和2号SBR可分别在21 d和20 d实现短程反硝化的成功启动,且其NO_2~--N积累量和亚硝酸盐积累率(NAR)均维持在较高水平,分别为12. 61 mg·L-1、79. 76%和13. 85 mg·L-1、87. 60%.当2号SBR初始NO_3~--N浓度为20 mg·L-1,且初始COD浓度由60mg·L-1升高至140 mg·L-1时,系统实现最高NO_2~--N积累时间可由160 min逐渐缩短至6 min,同时NO_3~--N比反硝化速率(以VSS计)由3. 84 mg·(g·h)-1增加至7. 35 mg·(g·h)-1,初始COD浓度的提高有利于实现短程反硝化过程NO_2~--N积累. 2号SBR初始COD浓度为100 mg·L-1,当初始NO_3~--N浓度由20 mg·L-1增加至30 mg·L-1时,系统NAR均维持在90%以上,最高可达100%(NO_3~--N初始浓度为25 mg·L-1);当初始NO_3~--N浓度≥35 mg·L-1时,系统COD不足导致NO_3~--N不能被完全还原为NO_2~--N.此外,在不同初始COD浓度(80、100、120 mg·L-1)和NO_3~--N浓度(20、25、30、40 mg·L-1)条件下,2号SBR的脱氮除碳和短程反硝化性能均优于1号SBR.     

不同碳氮比下污水反硝化过程中亚硝氮积累的特性研究

以乙酸钠为碳源,在不同的碳氮比(COD/NO_3~--N)条件下,通过控制反应器中反硝化时间,将NO_3~--N仅还原至NO_2~--N,实现NO_2~--N的稳定积累.结果表明,反硝化时间从60 min缩短至20 min,NO_3~--N还原速率和NO_2~--N积累速率分别增大至0.417 g·g~(-1)·h~(-1)(以VSS计,下同)和0.402g·g~(-1)·h~(-1).经过108 d的培养,NO_2~--N的积累率为95%.反硝化活性随碳氮比的增大而增大,而较低碳氮比更有利于NO_2~--N的稳定积累.在反硝化亚硝氮积累过程中,当碳源充足时,由于电子受体NO_3~--N和NO_2~--N相互竞争碳源,NO_3~--N的存在会抑制NO_2~--N的还原,从而导致NO_2~--N积累;而当碳源不足时,基质限制使NO_3~--N优先还原,导致NO_2~--N的积累.微生物宏基因组测序结果表明,培养污泥中的优势菌群为Thauera(71.85%),该菌仅能将NO_3~--N还原为NO_2~--N,从而导致NO_2~--N的积累.     

污水生物脱氮反硝化过程N_2O的释放影响研究

针对污水反硝化处理过程中N_2O释放不明确的问题,在序批式反应器中探究了不同电子受体及初始碳源浓度对N_2O的释放影响并探究相应机理。结果表明以乙醇为电子供体时,NO_3~--N作为电子受体能够减少N_2O的释放,N_2O的最大释放量仅为0.061 mg/L,是NO_2~--N为电子受体的0.1倍。N_2O为电子受体能够抑制N_2O的还原酶活性。当乙醇的初始浓度由50 mg/L增加至150 mg/L时,反应过程中未出现NO_2~--N的积累,但反硝化过程得到强化,NO_3~--N的浓度由40 mg/L下降至15 mg/L,N_2O的释放量由0.61 mg/L下降至0.32 mg/L。机理研究表明乙醇浓度提高减少N_2O释放的主要原因在于强化反硝化过程。     

基于不同废污泥源的短程反硝化快速启动及稳定性

为探究不同废污泥源快速启动短程反硝化和实现稳定NO_2~--N积累的可行性,在3个完全相同的SBR反应器(S1、S2和S3)分别接种:实验室城市污水反硝化除磷系统排泥、城市污水厂剩余污泥及河涌底泥,比较其短程反硝化启动快慢和NO_2~--N积累特性,考察系统短程反硝化活性和NO_3~--N→NO_2~--N转化性能,并从微生物学角度分析反应器功能菌群特征.结果表明,在乙酸钠为唯一碳源、高碱度和适宜COD/NO_3~--N比进水条件下,3个SBR短程反硝化反应器在短时间内均能够成功启动,系统平均NO_3~--N→NO_2~--N转化率为S1 S2 S3(75. 92% 73. 36% 69. 90%).同时发现持续低温条件下S1和S2呈现不同程度的短程反硝化性能恶化趋势,但S3能够稳定维持良好NO_2~--N积累性能.微生物高通量测序表明,变形菌门和拟杆菌门居PD系统主导地位,3个短程反硝化反应器NO_2~--N积累关键功能菌属Thauera属丰度差异明显:S3 S1 S2(25. 09% 4. 71% 3. 60%),表明S3具备稳定高效的NO_2~--N积累性能,同时高丰度Thauera属可能是维持低温短程反硝化活性的重要原因.     

低C/N餐厨废水半短程硝化试验研究

餐厨废水具有高NH_4~+-N、低C/N的特性,采用传统生物脱氮工艺需要消耗大量碳源,而采用短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺可以较好地处理此类废水,通过控制DO浓度来实现废水半短程硝化可为组合工艺提供进水条件。采用自制SBR反应器,控制ρ(DO)在0.5~0.6 mg/L,温度为(30±1)℃,可实现废水的半短程硝化,NO_2~--N累积率可达90%以上,出水n(NO_2~--N)∶n(NH_4~+-N)约为1,系统COD去除率维持在65%左右。系统稳定后对1个周期内的系统进行观察,发现0~1 h内系统中COD得到迅速降解,1~8 h内COD降解速率放缓,出水NO_2~--N累积,较低的DO浓度可有效地限制NOB的活性,反应周期内NO_3~--N浓度基本处于较低水平。当DO浓度过低时,系统中AOB和NOB同时受到抑制,氧化一定量的NH_4~+-N所需时间更长;ρ(DO)浓度高于1.5 mg/L时,NOB活性逐步恢复,系统中NO_3~--N浓度增加。因此,通过控制DO浓度实现低C/N餐厨废水半短程硝化是可行的,可为后续试验创造条件。     

低温SBR反硝化过程亚硝态氮积累试验研究

采用SBR法处理经缺氧/厌氧UASB预处理的渗滤液,在SBR反硝化过程观察到明显的亚硝态氮积累现象.在此基础上,为深入了解反硝化过程亚硝态氮积累的机制,考察低温条件下5种类型碳源(甲醇、乙醇、乙酸钠、丙酸钠和葡萄糖)对SBR反硝化过程亚硝态氮积累的影响.结果表明,在温度为13.9℃情况下,甲醇、乙醇、乙酸钠、丙酸钠为反硝化碳源时,系统内均发生明显的亚硝态氮积累.此外,4种不同初始NO_3~--N浓度(64.9、 54.8、 49.3、 29.5 mg/L)还原过程中, NO_2~--N最大积累浓度分别为37.8、 21.5、 25.2、 18.8 mg/L,积累速率(N/VSS·t)分别为 0.117、 0.136、 0.235、 0.068 g/(g·d),并且ORP曲线先后出现"nitrate knee"和"nitrite knee"2个拐点,可分别指示NO_3~--N、NO_2~--N还原反应结束.     

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.     

异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL的脱氮过程及N2O产生特性

由于含氮废水的大量排放,水体富营养化日趋严重,如何高效去除废水中的氮素仍是亟待解决的问题.针对传统生物脱氮工艺流程复杂、能耗高、抗冲击能力弱以及释放温室气体N_2O等缺陷,本文基于高效异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL,通过探讨其生理生化特征、异养硝化-好氧反硝化脱氮过程和N_2O产生特性,进一步解析异养硝化脱氮理论.结果表明,菌株YL具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,24 h培养期100 mg·L~(-1)的NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N能够完全去除;异养硝化过程几乎无中间产物生成,但以NO_3~--N作为氮源时,NO_2--N累积量高达25. 55 mg·L~(-1).同时,反硝化功能基因nap A、nir K和nos Z基因的成功表达,进一步证实菌株YL具有好氧反硝化能力.菌株YL异养硝化-好氧反硝化过程气态氮产物约占去除TN的30%～40%,脱氮产物主要为N2,当NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N分别为唯一氮源时,N2生成量分别为3. 46、3. 49和3. 36 mg.相比较,菌株YL脱氮过程仅生成微量的中间产物N_2O,以NH_4~+-N为唯一氮源时的最终生成总量为6. 63μg,低于以NO_2--N和NO_3~--N为唯一氮源时N_2O的生成量.此外,高C/N、低pH、高温以及高NH_4~+-N和NO_2--N环境均会导致N_2O的大量生成,但大多数环境因素对菌株YL的N_2O生成量影响较小,且其最高生成量显著低于短程硝化系统和自养硝化系统.以上研究结果表明菌株YL具有优异的脱氮、N_2O控逸和环境耐受能力,可有效避免水处理过程对大气的二次污染.     

饮用水中N0_3~-去除

研究了粒状滤床生化反应柱对NO_3~-去除特性。结果表明,当容积负荷范围为每日1.92～3.84kg(NO_3~--N)/m~3时,反硝化率为95.7％～100％,相应CH_3OH消耗量为每日4.9～9.8kg/m~3;COD_(Cr)去除负荷为每日7.3～14.6kg/m~3。进水NO_3~-浓度越低,达到完全反硝化所需的C/N值越高;投加的C/N值越高,实际消耗的C/N值越高;当投加的C/N值低时,其消耗的C/N值也低,越接近于理论值(CH_3OH:NO_3~--N=2.47),相应的出水残留有机物也低(COD_(Cr)<10mL);投加的C/N值低于一定值时,NO_3~-将不能全部转化成氮气,此时水中的NO_2~-浓度<1mg/L;反硝化过程导致pH提高,当NO_3~-浓度<40mg/L时,pH<8.5。     

低C/N生活污水短程硝化及其机理探究:溶解氧的影响

生活污水低C/N特性导致传统全称硝化反硝化工艺脱氮效率低下,短程硝化-反硝化具有节约碳源,减少曝气量,脱氮效率高的特点。以实际生活污水为探究对象探究了溶解氧对低C/N生活污水短程硝化反硝化的影响。结果表明DO浓度为化学需氧量(COD)去除影响不显著,而高浓度DO有助于氨氮的去除。DO浓度为0.8~1.0 mg/L时,总氮去除效率最高为85%,该DO浓度下,NO_2~--N的最高浓度为6.8 mg/L,显著高于其他DO组别,NO_3~--N的最高浓度随DO含量升高而升高。     

PD-DPR系统处理城市污水与高硝酸盐废水实现稳定亚硝酸盐积累和磷去除的特性

本研究以模拟城市污水和高硝酸盐废水为处理对象,在一个厌氧-缺氧-微曝气运行的SBR反应器内,将短程反硝化工艺(PD,NO_3~-→NO_2~--N)与反硝化除磷工艺(DPR)耦合,并通过联合调控进水C/N比、厌氧排水率和缺氧时间,考察了PD-DPR系统的亚硝酸盐积累特性和除磷性能.结果表明,经过140d,NO_3~-→NO_2~--N转化率(NTR)为80.1%,PO~(3-)_4-P去除率高达97.64%.在厌氧段(180 min),聚糖菌(GAOs)和聚磷菌(PAOs)对污水有机碳源进行充分利用,将其转化为内碳源;缺氧段(150 min),反硝化聚糖菌(DGAOs)和异养反硝化菌(DOHOs)分别进行内源和外源短程反硝化实现NO~-_2-N稳定积累,同时反硝化聚磷菌(DPAOs)进行高效反硝化吸磷;微曝气段(10 min),在不发生硝化反应的前提下,PAOs超量吸磷,提高了系统的除磷性能.系统出水NO~-_2-N/NH~+_4-N为1.31∶1(接近厌氧氨氧化工艺理论值1.32∶1),PO~(3-)_4-P浓度为0.30 mg·L~(-1),COD浓度为12.94 mg·L~(-1).其出水水质可满足与厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺耦合进行深度脱氮的需求.     

新型短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺研究进展

短程反硝化-厌氧氨氧化工艺因无须曝气,节省碳源,理论上可实现100%氮去除,成为近年来最具应用前景的新型污水生物脱氮技术。短程反硝化(NO_3~--N→NO_2~--N)又可分为胞外碳源(即外源短程反硝化,或短程反硝化)和胞内碳源(即内源短程反硝化)2种电子供体驱动类型,但目前鲜有研究对2种新型短程反硝化及其耦合厌氧氨氧化的专题报道。文章首先对比了短程反硝化和内源短程反硝化工艺原理;其次从反应时间、COD/NO_3~--N比、碳源类型、温度和溶解氧等5个方面总结了2种工艺的影响因素;随后对国内外基于短程反硝化/内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化的研究进展进行综述;最后结合当前的研究现状提出目前急需解决的问题并展望了短程反硝化/内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术的发展方向。     

1株异养硝化-好氧反硝化细菌DK1的分离鉴定及其脱氮特性

从某反应器活性污泥中分离筛选出1株假单胞菌属(Pseudomonas sp.)细菌,命名为DK1,并对该菌进行脱氮特性研究.在以葡萄糖为碳源,C/N量比为5时,分别以NaNO_3和NaNO_2为氮源,二者的好氧反硝化速率为4.09 mg·(L·h)-1和4.43mg·(L·h)~(-1).以二者同时为氮源脱氮率为100%;此外,菌株DK1具有异养硝化性能,NH_4~+-N平均去除速率为2.32mg·(L·h)-1.缺氧时以NO_2~--N为氮源菌株DK1可将一系列梯度浓度NO_2~--N(约100~300 mg·L-1)在36 h内降为0.当NO_3~--N和NO_2~--N同时存在时,菌株DK1会优先利用NO_3~--N进行反硝化.同时该菌株还具有同步硝化反硝化(SND)性能,可同时去除NH_4~+-N、NO_2~--N或NH_4~+-N、NO_3~--N,30 h内脱氮率分别达95.06%和94.69%.相同时间内在NH_4~+-N、NO_2~--N和NO_3~--N三者均存在时,脱氮效果最佳,达100%.菌株DK1的高效SND及反硝化性能表明其在处理含氮废水方面有一定的潜力和应用价值.     

兼氧条件下厨余垃圾发酵液作碳源的反硝化性能

在兼氧条件下,利用厨余垃圾厌氧发酵液调节反硝化系统的碳氮比（COD/TN,C/N）,并考察了其脱氮性能.结果表明,不同C/N条件下,反应系统均未出现有机物的积累,但高C/N条件下的亚硝酸盐最大积累浓度和积累速率高于低C/N;随着进水C/N的增大,反应整体脱氮率和反硝化速率不断增大,当C/N为13时,反硝化速率达到了最大值,为9.79mg/（gVSS·h）,其脱氮率超过95%;相同C/N条件下,反硝化速率和最大亚硝酸盐积累浓度均与进水硝酸盐浓度成正比.此外,实验结果表明,兼氧条件下的反硝化过程虽不易出现COD残留,但去除单位氮所需的有机物更多,且整体反硝化速率以及亚硝酸盐还原速率均低于厌氧条件.     

不同盐度反硝化过程N2O积累及还原特性

利用体积为3 L的SBR反应器,以NO~-_3为电子受体,乙醇为电子供体,控制初始COD/N=5.0,考察不同盐度条件下反硝化过程NO~-_2和N_2O积累及还原过程,并对N_2O还原过程进行Monod方程拟合。结果表明:盐度增加导致系统还原速率降低。NaCl盐度由0增至20 g/L时,NO~-_3、NO~-_2和N_2O的还原速率分别由17.67,14.15,139.33 mg/(g·h)降至6.57,7.41,33.17 mg/(g·h)。N_2O还原半饱和常数随盐度的增加而增加,低盐度下氧化亚氮还原酶与底物的结合能力较强,表现出高的还原速率。反硝化初始阶段,N_2OR(N_2O还原酶)的合成速率小于NaR(NO~-_3还原酶)和NiR(NO~-_2还原酶)合成速率,导致N_2O积累。高盐度对N_2O还原的抑制远大于其对NO~-_3和NO~-_2还原活性的抑制,是导致高盐度下反硝化过程N_2O积累的主要原因。     

Zn/Ag-氨磺酸两步还原去除水中硝酸盐氮

为高效地将水中硝酸盐氮(NO_3~--N)无害化去除,采用液相还原法制备了Zn/Ag双金属,利用XRD和SEM分析材料特征,并将材料用于水中NO_3~--N的初步还原,使NO_3~--N选择性地还原为NO_2~--N;再使用氨磺酸为深度还原剂,将NO_2~--N进一步还原为N_2,探讨还原过程的最佳工艺条件,初步分析该技术的脱氮机理.结果表明,在银负载率为0.028%的Zn/Ag双金属初步还原阶段,用甲酸作pH调节剂控制pH为3.0、EDTA-2Na投加量为l.lg/L、双金属投加量为60g/L、反应时间为30min的条件下还原100mg/LNO_3~--N,可得到81.9mg/L的NO_2~--N和4.0mg/L的NH_4~+-N;在深度还原阶段,在氨磺酸投加量n(NH_2SO_3H):n(NO_2~--N)为2:1,pH值为6.0,反应时间为40min的条件下,NO_2~--N的还原率为100%.整个过程的NO_3~--N去除率为93.2%,NH_4~+-N的生成率为3.9%,N_2的选择性达到89.3%.分析认为,Zn/Ag双金属的表面性质及体系的pH对NO_3~--N的还原和NO_2~--N的积累起关键作用,为NO_3~--N大量还原为N_2提供基础.     

搅拌速率对异养反硝化过程N_2O产生过程的影响

为揭示搅拌速率对异养反硝化过程N_2O产生过程的影响,选用经全程和短程反硝化序批式反应器驯化的活性污泥,基于N_2O连续监测技术,研究了搅拌速率分别为200、300和400 r/min时不同进水C/N比条件下异养反硝化过程N_2O的产生特征。研究结果表明,搅拌速率变化对全程反硝化过程和短程反硝化过程N_2O产生的影响结果不尽相同。在全程反硝化过程中,N_2O的生成速率和降解速率随着搅拌速率的增加而增加;在短程反硝化过程中,N_2O的生成速率和降解速率不会随着搅拌速率的增加而增加;短程反硝化过程N_2O的产生量和排放量大于全程反硝化过程。在保证混合效果的前提下,异养反硝化过程应在尽可能低的搅拌速率下运行,可以使反硝化过程产生和排放的N_2O量达到最小。     

COD/N与pH值对短程硝化反硝化过程中N2O产生的影响

利用SBR反应器,通过投加乙醇控制COD/N为0、1.5、3、4.5,调节pH值分别在6、7、8,反硝化初始投加NO2--N为30mg/L,考察了缺氧条件下COD/N与pH值对短程硝化反硝化过程中N2O产量的影响.结果表明:低COD/N可以造成N2O持续较高的逸出,N2O最大产生量为2.35mg/L;低pH值条件下增加了N2O的积累,pH值在6时的N2O积累量是pH在7、8时的800倍;高COD/N和高pH值下的N2O产生速率最小,而当pH=6,COD/N=0时,N2O产生速率最大,为2.35×10-3mgN/(mgMLSS?L?h).其原因是:N2O还原酶争夺电子的能力较弱,充足的电子供体有利于N2O的还原;低pH值可影响微生物的代谢,且在H+存在时产生的游离亚硝酸(HNO2)对N2O还原酶具有抑制作用.充足的碳源和碱性条件,是降低短程硝化反硝化过程中N2O产量的关键因素.