SBR法短程反硝化动力学分析研究

实验室中采用SBR反应器,研究短程硝化反硝化工艺的影响因素,通过实验数据对SBR短程硝化反硝化工艺的反硝化动力学方程参数进行确定,通过维持SBR反应器内的水温,控制溶解氧浓度和氨氮浓度等反应条件,分析实验数据,最后推导出短程反硝化动力学方程式.实验中,由于反应起始和反应过程中COD和NO2--N浓度远大于饱和常数,所以短程反硝化反应近似于零级反应,亚硝酸盐氮和有机物浓度对反硝化速率影响很小,反硝化速率仅是温度和pH值的函数.     

短程硝化的生化机理及其动力学

短程硝化的生化反应机理和动力学是生物脱氮技术的理论基础,同时也是生物脱氮工艺设计、运行科学化和合理化的重要依据.基于短程硝化的生化机理、氨氧化菌的电子传递(能量产生)模式,从微生物学和化学计量学两个方面详细论述了短程硝化一系列复杂的生化反应过程.由此可知,短程硝化是一个涉及多种酶及多种中间产物,并伴随着电子(能量)传递的复杂生化反应过程,是基质(NH4+-N)利用(产能代谢)和微生物(氨氧化菌)增殖(合成代谢)两类反应的综合,因此,研究氨氮比利用速率和氨氧化菌比增殖速率动力学则是对短程硝化反应的深层次研讨.并建议采用积分法和微分法来确定动力学参数μnmax、KN、vmax.     

晚期垃圾渗滤液短程硝化生物动力学研究

通过对亚硝化反应器中的氨氮、亚硝酸盐氮变化趋势的试验研究,认为渗滤液中存在着可以转化成氨氮的有机氮,但有机氮的转化不是在瞬时完成的。利用劳伦斯-麦卡蒂模式求得模型参数为氨氮vmax=4.67 mg/(mg.d),Ks=464.4 mg/L,Y=0.1966 mg/mg,Kd=0.55384/d,通过模型得出了反应器内生物量浓度、出流水质与污泥龄的关系,以期为实际工程中垃圾渗滤液生物脱氮提供借鉴。     

基于DGAOs富集的内碳源短程硝化反硝化工艺特性

采用序批式生物反应器(SBR),以厌氧-好氧-缺氧的运行方式,研究了低C/N比下内碳源驱动的短程硝化反硝化工艺运行性能.结果表明,反应器内可同时富集反硝化聚糖菌(DGAOs)和氨氧化细菌(AOB).DGAOs可以利用聚-β-羟基脂肪酸酯(PHA)为内碳源进行反硝化,且利用的PHA中PHB(聚-β-羟基丁酸酯)占主要部分...     

常温条件下短程硝化反硝化生物脱氮研究

对常温条件下生活废水短程硝化反硝化生物脱氮进行了研究.结果表明,在常温(25℃),pH＞8.5时,通过提高进水氨氮质量浓度可以使亚硝化率达到80%以上.还对反应过程中pH的变化规律进行了研究,探讨了短程脱氮与全程脱氮相互转化的界面条件,得出游离氨对硝酸菌产生抑制的质量浓度为0.724mg/L,大于该值时会抑制硝酸菌的生长,而对亚硝酸菌不产生抑制作用.      

一种新型短程同步硝化反硝化生物膜工艺

在对完全硝化反硝化、同时硝化反硝化(SND)、短程硝化反硝化(SHARON)和缺氧氨氧化(ANAMMOX)生物脱氮技术的研究和开发进展进行分析后,提出了一种新型短程同步硝化反硝化生物膜工艺,并在连续曝气的条件下,对该工艺进行在线监测.结果表明:NO2-的积累率能够达到80%以上,说明系统中发生了短程同步硝化反硝化现象.     

pH对高氨氮渗滤液短程生物脱氮反硝化过程动力学的影响

为考察实际高氨氮垃圾渗滤液短程生物脱氮过程pH对以NO2--N为电子受体反硝化动力学的影响,本研究采用缺氧/厌氧UASB-SBR生化系统处理实际高氨氮垃圾渗滤液,在SBR系统实现稳定短程生物脱氮(120d运行)的基础上,取SBR反应器内的污泥进行不同NO2--N浓度(5、10、20、40、60、80和100mg·L-1)和恒定pH梯度(6.5、7.0、8.0和8.5)下的反硝化批次试验,基于建立的反硝化动力学方程,确定不同pH条件下以NO2--N为电子受体的反硝化动力学常数.试验结果表明,反硝化菌的还原活性受pH影响较大,pH6.5、7.0和8.5时的最大比反硝化速率(k)分别为pH8.0时的49%、61%和63%;4种pH条件下,NO2--N比反硝化速率与其初始浓度均符合Monod方程,然而不同pH下Monod方程曲线一级反应部分的长短不同,由此导致半饱合常数(Ks)和最大比反硝化速率(k)差异较大,pH8.0下Ks和k最大,分别为15.8mg·L-1和0.435gg·g-1·d-1.     

同步短程硝化-厌氧氨氧化-短程反硝化颗粒污泥培育过程及其性能

本研究以低碳氮比废水为基质,厌氧氨氧化污泥优配普通活性污泥为接种物,在新型气升式内循环反应器中培育同步短程硝化-厌氧氨氧化-短程反硝化颗粒污泥.结果表明,经过225 d的连续运行可培育成熟稳定的颗粒污泥,其总氮去除率高达91.4%.相较于絮状污泥,颗粒污泥中厌氧氨氧化活性显著增加,并且厌氧氨氧化活性在4个脱氮过程中活性最大,其次是短程硝化,且短程反硝化比活性是亚硝酸盐还原比活性的2.1倍.高通量测序结果表明,颗粒污泥中短程硝化和厌氧氨氧化的优势菌分别为Nitrosomonas和Candidatus_Brocadia,并相较于絮状污泥,它们的丰度分别增加至0.70%和0.57%.Thauera可能是颗粒污泥中潜在的短程反硝化优势菌,其丰度达到0.26%.RT-qPCR分析结果表明,相比接种阶段,短程硝化的功能基因amoA和hao转录水平分别增加了3.5和1.5倍,厌氧氨氧化功能基因hzsA转录水平增加了2.1倍,短程反硝化过程中napA和narG转录水平增加的倍数之和是nirK和nirS的倍数之和的4.8倍.本研究结果将为处理低碳氮比废水提供新的思路.     

吡啶和苯酚为碳源短程反硝化动力学研究

以吡啶和苯酚共基质作为电子供体,通过摇床实验分别研究了吡啶与苯酚共基质条件下的降解特性以及以NO₂^--N为电子受体的短程反硝化动力学方程.结果表明,苯酚对吡啶有抑制作用,且不论单基质还是与苯酚共基质,吡啶的降解均呈零级反应.其次,采用双底物Monod微分方程对COD、NO₂^--N的浓度变化进行拟合,拟合曲线与实验测定值相关性良好,得到动力学参数:NO₂^--N最大比降解速率为0.0066mg NO₂^--N/(mgMLVSS·h),有机物半饱和常数为76.35 mg/L, NO₂^--N半饱和常数为0.66 mg/L.     

短程硝化A-SBR组合工艺处理化工污水研究

针对氮肥生产企业废水特点,采用短程硝化ASBR组合工艺。介绍了工程设计参数、处理工艺流程及设计特点。考察了工艺运行的情况,结果表明,该组合工艺对化工废水有稳定的处理效果,对COD的去除率可达90.8%。     

铜离子的持续负荷对活性污泥生物硝化活性的影响

重金属对生物硝化的抑制是困扰很多污水处理厂脱氮效果的难题.本文采用间歇式活性污泥反应器（SBR）,研究了模拟废水中不同浓度的Cu2+持续抑制及负荷停止后硝化效率、硝化细菌活性和Cu分布的变化.结果表明,硝化活性易受Cu2+的影响,抑制程度随着Cu2+浓度的增大和施加持续Cu2+负荷的运行周期的延长而提高,当活性污泥内、外吸附Cu的总量达（14.0±1.0） mg · g-1（以MLSS计）时,氨氮去除率降至26.5%±4.0%.Cu2+对氨氧化细菌（AOB）的抑制作用大于亚硝酸盐氧化细菌（NOB）.在Cu2+负荷为10和20 mg · L-1的体系中,NOB可以全部或部分被驯化而适应含铜废水.恢复阶段,AOB和NOB的活性完全或部分恢复,恢复速率和程度随抑制期Cu2+投加浓度的增加而降低.反应体系内Cu主要分布在细胞内部和表面,且不易解析,硝化抑制率与溶解的Cu2+浓度呈负相关性.     

高氮渗滤液短程深度脱氮及反硝化动力学

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际高氮晚期渗滤液,重点研究了系统的有机物和氮去除特性,同时考察了SBR短程生物脱氮系统内微生物的反硝化动力学特性.试验结果表明,该生化系统能够高效、深度去除渗滤液内高浓度有机物和氮.UASB反应器的平均COD负荷为6.5 kg/(m3.d),去除速率为5.3 kg/(m3.d).在进水COD平均为6 537 mg.L-1,NH+4-N为2 021mg.L-1的条件下,出水分别为354 mg.L-1和2.8 mg.L-1以下,去除率分别为94.6%和99.8%,尤其是该系统获得了99.2%的TN去除率,出水TN20 mg.L-1,实现了深度脱氮的目的.SBR反应器实现并维持了稳定的短程硝化,通过90%以上的亚硝化率实现高效的氨氮去除,同时SBR系统内微生物的反硝化特性符合Monod动力学方程.     

基于硫化物硝酸菌抑制的城市污水单级自养脱氮工艺研究

采用外循环序批式反应器(ECSBR),通过向反应器中分阶段投加硫化物,成功抑制体系中亚硝酸氧化菌(NOB)的活性,实现了城市污水单级短程硝化/厌氧氨氧化自养生物脱氮,出水氨氮为3.78 mg·L-1,氨氮去除率为88.4％,氮去除负荷为66.8 g·m-3·d-1.在投加硫化物前,系统氮转化途径以全程硝化为主,出水硝酸盐为13 ～22 mg·L-1,生成硝态氮与去除氨氮比值＞0.9.在投加硫化物后,NOB的活性受到了抑制,出水硝酸盐降为4.18 mg·L-1,生成硝酸盐与去除氨氮比值平均为0.17.体系中大量的氮以氮气的形式被去除,占进水氮的65.4％.氮转化途径由全程硝化向短程硝化/厌氧氨氧化耦合脱氮转化.研究还表明,硫化物对于体系NOB的抑制是可逆的,停止投加硫化物后,NOB的活性又重新恢复.因此,分阶段投加硫化物能保证反应过程中对NOB的持续抑制作用,为实现单级自养脱氮工艺的快速启动和稳定维持提供了一种新的策略.     

高铵氮废水生物硝化过程抑制现象初探

采用SBR反应器研究了硝化反应中氨氧化和亚硝酸氧化的抑制动力学,发现了氨氧化过程的多态现象.当自由氨浓度小于10mg·L-1时,氨氧化菌不会受到抑制,为氨氧化菌的第一个稳态阶段;当自由氨浓度大于10mg·L-1、小于50mg·L-1时,氨氧化菌受到抑制,为第一过渡阶段;当自由氨浓度大于50mg·L-1、小于175mg·L-1时,氨氧化菌同样不受抑制,为氨氧化菌的第二稳态阶段;当自由氨浓度约大于175mg·L-1时,氨氧化再次受到抑制,直到自由氨浓度达到约750mg·L-1,氨氧化反应才趋于停止.对于亚硝酸氧化菌,自由氨浓度1mg·L-1为其受抑制的下限,50mg·L-1时亚硝酸氧化反应完全停止.Haldane抑制动力学方程可以较好地描述氨氧化的铵氮或自由氨基质抑制动力学过程.亚硝酸氧化的铵氮抑制过程也可较好地用Haldane抑制动力学来描述.     

亚硝化颗粒污泥对温度变化的响应特性研究

采用序批式反应器(SBR),以实验室已经培养好的具有良好亚硝化积累的颗粒污泥(短程硝化积累率90%以上)为接种污泥,考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥特性、稳定性、氮转换性能及活性的影响.结果表明,温度对亚硝化颗粒污泥的结构和短程硝化性能都有着重要的影响.在30℃时,亚硝化颗粒污泥具有良好的絮凝和沉降性,污泥结构紧密,亚硝化积累率维持在96.17%,污泥容积指数(SVI)为39 mL.g-1,平均粒径为3.03 mm.当温度降至25℃时,由于胞外多聚物(EPS)浓度升高,蛋白质与多糖比值的下降,导致亚硝化颗粒污泥的电负性升高,同时污泥表面的疏水性减弱,结构变得松散,亚硝化颗粒污泥发生了解体,亚硝化积累率在35%以下,短程硝化被破坏.在15℃时,虽然亚硝化颗粒污泥也发生了解体,并且解体现象加剧,但是由于颗粒污泥表面氧气传质深度的增大,使得反应器中氨氧化菌(AOB)的数量相对增大,出水亚硝化积累率最终稳定在68%左右.     

味精废水短程硝化工艺的运行性能

通过现场试验研究了工程规模的短程硝化反应器处理实际味精废水的运行性能.结果表明,短程硝化工艺(Single Reactor High Activity Ammonia Removal Over Nitrite,SHARON)适合处理低浓度味精废水(pH值为9.36～10.49;NH4+-N浓度为239.70～341.23mg·mL-1;COD为1000～1500mg·mL-1).短程硝化反应器的硝化性能良好,短程硝化效率(Partial Nitrification Efficiency,PNE)高达94.56%±4.30%;在反应器内pH值为9.25～9.80、游离氨(Free Ammonia,FA)浓度为20～70mg·mL-1的工况下,短程硝化反应器运行性能稳定,PNE达96.64%±4.73%,出水中(NO2--N)/(NH4+-N)为0.70～1.35,出水pH值稳定在6.50～7.00,适用于后续厌氧氨氧化工艺(Anaerobic Ammonium Oxidation,ANAMMOX)处理.进水FA浓度不宜过低,若反应液中的FA浓度低于20mg·mL-1,可导致NO3--N浓度升高,不利于NO2--N积累.采取一次性投加石灰的方式调节废水碱度,只适用于进水NH4+-N浓度较低的情况;若进水NH4+-N浓度较高,则会导致进水pH过高而抑制亚硝酸菌生长,宜采用多次投加或分段投加石灰的方式来调节废水碱度.     

水合氧化铁去除Cu~(2+)的实验研究

研究了实时生成的水合氧化铁(HFO)对Cu2+的去除。研究结果表明:生成的水合氧化铁是棕黄色无定形铁的氧化物,盐滴定方法测得其零电荷点PZC为8.28±0.02;它对Cu2+吸附的动力学特征受控于HFO的生成动力学,其吸附等温线可用Henry公式和类似Langmuir公式的叠加来拟合;随着吸附剂量的增加,它对Cu2的吸附率和吸附量的影响分别呈现出指数形式(Y=aXb)的增加和减少。Cu2+从溶液中去除的可能机理包括表面络合反应、共沉淀、表面沉淀、Cu2+的水解作用、Cu2+的水解产物与水合氧化铁的絮凝作用等。     

厌氧氨氧化在城市污水脱氮处理中的研究与应用进展

厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation,Anammox）是城市污水处理工艺未来最具发展潜力的新型脱氮技术之一。基于Anammox反应机理,归纳了在城市污水条件下实现短程硝化耦合Anammox (partial-nitritation coupled Anammox,PN/A)和短程反硝化耦合Anammox (partial-denitrification coupled Anammox,PD/A) 的运行调控措施,阐述了Anammox强化城市污水脱氮的工艺模式,并从工程化应用角度总结了阻碍城市污水实现Anammox处理的瓶颈问题,同时对PN/A与PD/A的脱氮性能、降耗减排效果、工艺特征及应用场景进行了对比分析,最后总结并展望了Anammox在城市污水处理中的研究方向,以期为城市污水处理工艺向Anammox转变提供借鉴和参考。

     

溶解氧对序批式全程自养脱氮工艺运行的影响

在常温22~26℃下,接种成熟的全程自养脱氮(CANON)污泥至2个相同的SBR反应器,通过设置不同的初期DO及不同的DO梯度,考察了DO控制策略及DO值对CANON工艺脱氮性能,稳定性及污泥形态的影响.结果表明,初期DO为0.05~0.10mg/L的反应器可以稳定运行,氨氮和总氮的平均去除率分别为99%和85.4%,而初期DO为(0.40±0.5)mg/L的反应器的氨氮和总氮平均去除率分别为99%和0;在反应器运行稳定之后,逐渐增加DO浓度, DO为0,0.2,0.4,0.5mg/L时的厌氧氨氧化反应速率分别为35.95,23.89,31.50,19.25mgN/(L·h),延时曝气2h后反应器仍可正常运行.在一定DO范围内,CANON反应器的活性随着DO的升高而升高,较高DO对接种初期的CANON反应器冲击较大且不可逆,对稳定运行的CANON反应器的影响较小;但是当CANON工艺稳定运行之后,短时高DO对CANON工艺的影响是可逆的.显微镜照片显示稳定运行的CANON反应器内出现了颗粒化的趋势.