低温对CANON型序批式生物膜反应器脱氮的影响

探究了4种低温水平下基于亚硝化的全程自养脱氮（CANON）型序批式生物膜反应器（SBBR）的运行效果及其氮素转化机制.结果表明,当CANON型SBBR在不同的低温水平下稳定运行后,其脱氮微生物优势菌群发生了不同程度的变化,随之改变了系统的氮素转化途径及其脱氮性能.当温度>15℃时,SBBR中AOB和anammox菌的丰度与活性未受到明显抑制,CANON作用始终是系统脱氮的主要途径,SBBR对TN的平均去除率亦较为理想;而当温度<15℃时,anammox菌的丰度与活性在10,5℃下分别出现不同程度的降低,进而改变了SBBR的氮素转化途径,使其脱氮性能出现不同程度的恶化.在10℃时,NOB的增殖及其活性的提高使硝化/反硝化作用取代CANON作用成为SBBR脱氮的主要途径,此时系统对TN的去除率骤降至（16.87±4.79）%;在5℃时,反硝化过程中第1步还原反应的停滞与反硝化菌对NO₂^--N利用率的提高使SBBR中氮素的去除依赖于CANON作用和短程硝化/反硝化作用的协同,系统对TN的去除率为（54.83±3.68）%.     

常温下SBBR反应器中亚硝酸型同步硝化反硝化的实现

采用自主设计的序批式生物膜反应器(SBBR)处理南方地区城市污水,在常温(25～27℃)条件下,pH值7.2～7.6,通过恒定低曝气量实现了稳定的亚硝酸型同步硝化反硝化(SND)。试验还考察了ρ(C)/ρ(N)对SBBR系统SND的影响。结果表明:在SBBR反应器中处理城市污水实现SND的较为适合的ρ(C)/ρ(N)在5～8,亚硝酸氮积累率在85%以上,TN去除率可以达到80%以上。     

温度对SBBR/BAF处理污水效能影响

研究不同温度条件下,间歇曝气/曝气生物滤池脱氮除磷效果,为该种形式的生物滤池高效运行提供依据。试验采用序批式曝气生物滤池SBBR和传统曝气生物滤池BAF串联运行的方式,SBBR/BAF在温度为9~12℃、13~18℃和19~22℃条件下运行。实验结果表明:温度在13~22℃的范围内,TP、COD、NH4+-N去除效果稳定,平均去除率为90.15%,89.49%,85.92%,平均出水浓度分别为0.8mg/L、34.67mg/L、4.46mg/L,温度变化时,TN去除效果不稳定,TN最大去除率为85.29%,平均出水浓度为5.13mg/L。温度变化对SBBR/BAF脱氮影响显著,对除磷和COD的去除影响不明显,系统运行稳定,出水均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准。     

SBBR同步硝化反硝化处理生活污水的影响因素

序批式生物膜反应器SBBR采用塑料鲍尔环填料,在有氧情况下用于处理实际生活污水.该反应器能很好地创造缺氧微环境,载体生物膜具有吸附储碳能力,出现了良好的同步硝化和反硝化现象.反应器中溶解氧浓度在较大的范围内(0.8～4.0 mg·L-1)能有效地实现同步硝化和反硝化.当溶解氧浓度大于4.0 mg·L-1后,TN容积去除率大幅下降,出水TN大幅上升.增加载体生物膜厚度有利于同步硝化和反硝化.进水浓度基本不影响脱氮的效率,但出水TN随进水浓度增加而升高,建议原水浓度高时可增加后续脱氮处理或减少进水量来满足出水要求.优化运行方法和参数后,SBBR连续运行的TN去除率可稳定在74%～82%.     

降温过程中生物膜CANON反应器的运行特征

本文以低温高氨氮废水为着眼点,通过不断地调节运行工况,探讨降温过程中全程自养脱氮(CANON)工艺的运行特征,以探索出低温环境下进水NH_4~+-N浓度较高时,CANON工艺获得稳定短程硝化和良好脱氮效果的方法.结果表明:①相较于直接将生物膜CANON反应器的温度条件由中温转变为低温(30℃±1℃→19℃),逐步降温驯化更有利于脱氮功能菌适应低温环境,且每次降温的幅度应尽量减小,同时还应配合运行工况的调节;②温度经25 d逐步降低至19℃左右,18 d后又继续降至15℃左右,NH_4~+-N和TN去除率均能分别长期稳定在90%、70%以上,甚至当温度下降至12℃时,TN去除率与去除负荷仍能分别达到72. 52%、0. 78 kg·(m~3·d)~(-1);③降温过程中驯化生物膜CANON污泥时,应优先考虑短程硝化控制.可通过维持一定的剩余NH_4~+-N浓度并严格控制DO浓度,以抑制NOB的活性,从而获得稳定的短程硝化效果.     

两种膜生物反应器处理养猪沼液的比较研究

养猪沼液有机物和氨氮浓度高,碳氮比低,生化处理难度大.本文对比研究了生物膜式膜生物反应器(biofilm membrane bioreactor,BF-MBR)和传统膜生物反应器(MBR)在进水化学需氧量(COD)和总氮(TN)比值分别为1.0±0.2和2.3±0.4条件下对养猪沼液的处理效果.结果表明,养猪沼液COD/TN为1.0±0.2时,两套反应器的出水水质都较差且波动较大.进水COD/TN比值提高到2.3±0.4后,两套系统的出水水质和运行稳定性均得到大幅度提高;BF-MBR对COD和氨氮的去除率分别为92.3%±2.4%和97.5%±4.1%,略优于MBR的91.9%±1.5%和91.2%±14.0%.与MBR相比,BF-MBR因生物膜的影响,对总氮和总磷去除率分别达36.7%±19.5%和54.0%±18.9%,显著高于MBR去除率19.2%±12.4%和29.0%±18.1%;BF-MBR系统比MBR减少了近40%的外加碱耗.BF-MBR比MBR有更好的污染物去除效果且消耗更少的外加碱剂,因此对处理沼液的适用性更好.     

CANON反应器运行稳定性及温度冲击的影响

为考察长期运行条件下全程自养脱氮(CANON)反应器的运行效果,以人工配置无机高氨氮废水为进水,研究了连续流CANON反应器的运行稳定性.CANON反应器在控制内部温度为35℃±1℃,pH 7.39～8.01,水力停留时间3.7～5.1 h条件下,稳定运行超过1 a,短程硝化性能与厌氧氨氧化性能均获得稳定,平均TN去除负荷达到1.8 kg.(m3.d)-1,平均TN去除率为65.09%,最大TN去除率可达81.65%.低温冲击时,虽然ANAMMOX菌与AOB都会受到低温的抑制,但由于ANAMMOX菌对低温更加敏感,受到的抑制更加严重,因此造成NO2--N严重积累.温度恢复35℃后,CANON反应器性能很快恢复正常,短暂的低温冲击不会对CANON反应器稳定性构成显著影响;当经历超过50℃以上的高温冲击时,尽管AOB可在1周内恢复正常,但ANAMMOX菌的活性被完全破坏,使CANON反应器彻底崩溃,应予以避免.     

低温冲击对人工快渗系统厌氧氨氧化脱氮性能的影响

文章采用人工快渗(CRI)系统启动厌氧氨氧化处理低基质浓度污水,分别考察了(20±1)、(15±1)、(10±1)、(5±1)℃低温冲击对其脱氮性能的影响,并探讨了低温冲击后厌氧氨氧化脱氮性能的可恢复性。结果表明,在(30±1)℃条件下,CRI系统经83 d运行后可成功启动厌氧氨氧化,稳定运行期NH_4~+-N、NO_2~--N、TN平均去除率分别为99.7%、99.8%、91.3%。(20±1)℃低温冲击对脱氮效果的影响较小,厌氧氨氧化在20～30℃范围内均能高效稳定的运行。受(15±1)、(10±1)、(5±1)℃低温冲击后,CRI系统对TN的平均去除率分别较低温冲击前降低了5.7%、20.9%、59.3%,低温冲击对厌氧氨氧化的抑制作用随温度的降低而增大。当恢复(30±1)℃运行后,受(15±1)、(10±1)℃低温冲击的CRI系统分别于6、19 d后恢复至受冲击前水平,而受(5±1)℃低温冲击后的厌氧氨氧化脱氮性能难以在短期内恢复。     

低温条件IASBR处理养猪沼液脱氮性能研究

以实际养猪沼液为研究对象,考察分步进水间歇曝气序批式生物反应器(IASBR)在低温条件下的脱氮性能.结果表明:IASBR反应器的硝化性能临界水温为10℃,水温低于10℃时硝化性能急剧下降,水温10℃以上时氨氮去除率达到90%以上,且水温15℃以上氨氮负荷极限可达到0.30 kg·m~(-3)·d~(-1);低碳氮比(COD/TN)1.7±0.3条件下,反硝化性能临界水温为20℃,20℃以上时TN去除率可保持在80%以上,最高达90%,20℃以下时脱氮效率明显降低,出现亚硝态氮积累现象.此外,IASBR反应器脱氮除磷效率高,温度对TOC和TP去除率的影响不敏感.不排泥条件下,进水COD/TN为3.1±0.4时,TN去除率高达90%以上,TOC和TP去除率分别高达83.6%±3.9%和58.5%±17.8%;随后COD/TN降低至1.7±0.3后,TN去除率仍高达80%以上,TOC和TP去除率仅略有降低分别为77.3%±4.6%、53.1%±10.1%.     

新型序批式生物膜法(SBBR)脱氮除磷试验

采用新型序批式生物膜法(SBBR)处理生活污水,研究在厌氧/缺氧模式下生物聚磷以及同时硝化反硝化的特性。试验表明,正常工况下出水TP去除率为84%,TN去除率为80%。DO是SBBR同时硝化反硝化的控制因素,且适当缩短泥龄有利于除磷。     

新型序批式生物膜法(SBBR)脱氮除磷试验

采用新型序批式生物膜法(SBBR)处理生活污水,研究在厌氧/缺氧模式下生物聚磷以及同时硝化反硝化的特性。试验表明,正常工况下出水TP去除率为84%,TN去除率为80%。DO是SBBR同时硝化反硝化的控制因素,且适当缩短泥龄有利于除磷。     

新型序批式生物膜法(SBBR)脱氮除磷试验

采用新型序批式生物膜法(SBBR)处理生活污水,研究在厌氧/缺氧模式下生物聚磷以及同时硝化反硝化的特性。试验表明,正常工况下出水TP去除率为84%,TN去除率为80%。DO是SBBR同时硝化反硝化的控制因素,且适当缩短泥龄有利于除磷。     

生物膜短程硝化系统的恢复及其转化为CANON工艺的过程

在温度为30℃±1℃条件下,以改性聚乙烯为填料,人工配置无机NH+4-N废水为进水,研究生物膜短程硝化系统的恢复过程.短程硝化首先通过过量曝气破坏,使NOB适应高浓度游离氨后,在连续曝气条件下,DO控制在0.5 mg·L~(-1)以下,FA控制在1.5 mg·L~(-1)以上,维持反应器运行83 d未实现短程硝化,84 d改连续曝气为间歇曝气,出现NO-2-N积累现象,142 d再次验证这一规律.随着反应器的运行,生物膜系统中为ANAMMOX菌提供了生存环境,厌氧氨氧化作用产生,短程硝化系统逐步转化为CANON工艺,并逐渐增加进水NH+4-N浓度和进水流量,反应器的TN去除率与TN去除负荷逐渐提高.当反应器运行至450 d,TN去除率达到64.03%,去除负荷为2.52 kg·(m~3·d)~(-1).因此,一旦NOB适应了高浓度的游离氨,生物膜系统的短程硝化恢复不易实现,但间歇曝气是一个有效的方法,随着反应器的连续运行,短程硝化工艺最终转化为CANON工艺,而且,这一转变进一步强化了短程硝化的稳定性.     

CANON生物膜载体储存及活性恢复研究

采用不同活性恢复手段研究了短期低温（20d,15℃）储存及常温（25℃）低负荷运行后,CANON-MBBR反应器的活性恢复效果.结果显示,CANON悬浮载体经短期低温储存后,通过先恢复温度后缓慢提高进水负荷的方式可使其TN去除负荷恢复率达到102%.若在温度未恢复的基础上直接将进水负荷提升至原水平运行,CANON悬浮载体生物膜将无法维持正常的EPS含量而易发生脱膜现象,致使TN去除负荷恢复率仅为84%.另外,系统有一定基质浓度的基础上,经过25d常温（25℃）低负荷SBR运行后,通过同样的恢复手段可使TN去除负荷恢复率达到96%.通过微生物菌群分析,确定CANON-MBBR系统中功能微生物优势菌属分别为Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia,采取合适的恢复手段使系统进入稳定运行阶段后,两者丰度均可分别达到11%以上及27%以上,且悬浮载体脱膜并未对微生物组成造成明显影响.     

硝化生物膜系统对低温的适应特性:MBBR和IFAS

为探明硝化生物膜系统对低温的适应特性,在不同温度(20、 15和10℃)下长期运行移动床生物膜反应器(MBBR)和生物膜-活性污泥复合工艺(IFAS)并考察温度降低对其硝化性能、生物膜特性及群落结构的影响,以期为生物膜系统在污水处理行业的应用提供理论依据.结果表明,当温度降低至10℃时,MBBR和IFAS的氨氮去除率分别为(90.88±5.73)%和(99.79±0.31)%,表明IFAS比MBBR具有更好的低温适应性.这是由于低温导致胞外聚合物(EPS)含量的增加,进而促使生物膜厚度及干重不断升高,而相同负荷下的MBBR生物膜更容易堵塞,从而影响传质.活性测定结果表明,尽管IFAS中活性污泥的硝化贡献率始终占主导地位,但随着温度降低,生物膜的氨氧化贡献率从30.72%逐渐上升至39.85%,起到了强化硝化的作用.qPCR结果显示,温度的降低使生物膜中硝化细胞拷贝数上升,其与低温下生物膜厚度的增加一定程度上弥补了硝化活性的衰减,从而体现了生物膜对低温较强的适应性.     

SBBR法处理啤酒废水的初探

在序批式活性污泥(SBR)反应器中填充弹性立体填料,形成序批式生物膜反应器(SBBR),对SBBR和SBR处理啤酒废水进行对比研究。结果表明:SBBR对啤酒废水的去除效果均高于相同试验条件下SBR,且产生的污泥量少,运行稳定。     

两级序批式生物膜法对厌氧消化液的处理研究

采用两级序批式生物膜法(SBBR)处理猪场废水厌氧消化液,考察了不同类型的填料以及填料的不同组合方式对污染物的去除效果。试验结果表明:组合3(1级反应器中投加碳素纤维填料,2级反应器中投加组合填料)COD去除能力较好,可达93.7%,组合1(1级,2级反应器中均投加碳素纤维填料)NH4+-N和TN去除率最高,分别为69.2%、70.4%;此外对运行过程中的DO浓度和pH值的变化情况进行监测,DO浓度受有机物降解和硝化反应的共同影响,pH值受曝气量的影响较多。因此,可以通过DO浓度和pH值来判断反应系统中污染物的变化情况和反应所处阶段。     

电化学生物膜反硝化磁场促进效应

针对BER(电化学生物膜反应器)的传质问题,设计了MBER(磁场-电化学生物膜反应器).通过对不同电流强度下BER和MBER中NO3--N,NO2--N,NH4+-N和TN去除或产生情况的对比,以及不同电流强度下电流利用效率的分析发现,在HRT为10 h,温度为25℃,进水pH为7.8,进水ρ(NO3--N)为30 mg/L的运行条件下,MBER对NO3--N的去除率高出BER13%～38%,MBER对TN的去除率高出BER 10%～30%.且MBER在电流强度为70 mA时就达到最高去除率,而BER则需要电流强度为80 mA时才能达到最高去除率.试验证明磁场的存在促进了BER反硝化,提高了电流利用效率,使得MBER可以在较低电流强度下达到优于BER的脱氮效果.      

低温条件下SBBR中污泥减量的对比研究

在冬季低温(10.6℃)连续好氧-缺氧以及全泥龄的运行条件下,挂膜成熟后序批式生物膜工艺(SBBR)、投加填料SBR工艺和传统活性污泥法(CAS)工艺的污泥产率分别为0.171kgMLSS/kgCODremoved、0.207kgMLSS/kgCODremoved和0.315kgMLSS/kgCODremoved。三个工艺中SBBR工艺污水处理效果最佳,其对COD、NH4+-N的去除效果分别达到63.94%和85.36%。在冬季运行条件下,试验第10天和第25天在两种SBBR工艺中先后有大量轮虫和线虫等后生动物的滋生,导致出水中总磷(TP)的明显释放,后生动物的滋生有助于污泥的沉降性能的改善,在SBBR中后生动物的滋生有助于提高系统的硝化作用。     

生物膜CANON反应器性能的优化:从FBBR到MBBR

控制温度为30℃±1℃,在移动床式生物膜反应器(MBBR)采用以改性聚乙烯为填料的全程自养脱氮(CANON)工艺,以无机高NH_4~+-N(约400 mg·L~(-1))人工模拟废水为连续进水,研究MBBR对生物膜CANON工艺脱氮性能的优化.试验控制pH在7.8左右,HRT为6 h,填料填充率为35%,经过一个月调试与培养,NH_4~+-N及TN平均去除率达到74.28%和87.93%,最高分别可达84.68%和98.82%,此时ΔNO-3/ΔTN为0.12,接近理论值0.127,由此判断CANON污泥在MBBR工艺中逐渐适应并得以稳定运行.同时,对比采用相同进水基质及控制条件的固定床式生物膜反应器(FBBR),计算发现MBBR与FBBR工艺NH_4~+-N去除率、TN去除率及去除负荷3组均方差分别为:8.31%和14.06%,7.09%和11.79%,0.17kg·(m3·d)-1和0.27 kg·(m3·d)~(-1),前者均低于后者;并且,在MBBR与FBBR的DO平均浓度分别为1.96 mg·L~(-1)和3.09mg·L~(-1)的情况下,MBBR与FBBR中每升氮去除负荷分别为0.53 kg·(m~3·d)~(-1)和0.37 kg·(m~3·d)~(-1).因此,(1)相比FBBR,MBBR具有更加稳定的脱氮性能;(2)相比FBBR,MBBR中每升填料中的微生物具有更高的O2利用效率及总氮去除负荷.