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、vnmax.     

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0.435g.g-1.d-1.     

温度对短程硝化反硝化的影响

以间歇式活性污泥法(SBR)处理生活污水,系统考察了温度变化对短程硝化反硝化稳定性和硝化反硝化速率的影响.结果表明:在较高哌温度下((28±1)℃),通过实时控制和控制污泥龄在lOd左右,可以成功实现短程硝化反硝化.在此基础上对完全亚硝酸型硝化的污泥(NO2--N/NOx--N≈1)进行降温实验,每降1℃稳定一个多月,半年后不刻意控制温度,经历了冬季lO℃的低温,成功的稳定了常温、低温短程硝化反硝化,亚硝化率始终维持在78.8%以上.实验发现降低温度后对于AOB和NOB的活性都有很大的影响,但对于AOB的影响要大于NOB,对比氨氧化速率的影响大于比反硝化速率的影响.26℃条件下的比氨氧化速率和比反硝化速率分别是10℃条件下的4.49和2.91倍.可见降低温度对于短程系统硝化反应的影响要大于反硝化的影响.     

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.     

合成氨废水短程反硝化特性研究

取自强化A/O工艺处理合成氨废水中试装置的活性污泥,在pH、碳源和温度均不为限制性因素条件下,短程反硝化和全程反硝化均为零级反应.结果表明,相对于全程反硝化,短程反硝化可以节约14.1%的碳源和55.7%的反硝化时间;初始NO2--N为36.82 mg.L-1时反硝化最快,比反硝化速率（以NO2--N/VSS计）为0.509 g.（g.d）-1;pH为7.5时反硝化速率最快,实际运行中应避免缺氧区pH〉9;选择性增殖的反硝化菌对甲醇和乙醇形成了良好的适应性,却对葡萄糖和乙酸等其它低分子易降解有机物产生了不适应性.     

城市污水连续流半亚硝化实现维持机理与工艺创新研究

常温(20～29℃)限氧条件下(DO0.2mg·mL-1),以城市污水A/O除磷工艺处理出水为原水,在推流式好氧反应器中,考察了城市污水连续流半亚硝化实现维持的内在机制与影响因素,开发了一套新型半亚硝化工艺运行模式.试验结果表明,接种污泥性质、反应器污泥浓度(MLSS)和单级反应器好氧/缺氧交替内循环的运行方式是城市污水实现维持半亚硝化的关键影响因素.随着回流比的加大,亚硝氮累积率持续稳定上升,试验获得亚硝氮累积率平均为85%,最高达到96%.长期在低DO条件下运行,污泥沉降性能良好,SVI值在70～110mL.g-1.半亚硝化工艺出水NO2--N/NH4+-N平均为1.0,可为城市污水的厌氧氨氧化(ANAMMOX)提供合适的进水基质.试验后期,总氮(TN)去除率达到50%,批量实验证实去除途经为厌氧氨氧化,这一试验结果为开发低氨氮城市污水同步半亚硝化-厌氧氨氧化工艺提供了研究基础.     

环境温度下SBR实现稳定部分亚硝化研究

采用SBR反应器建立了一套通过特定pH终值调控曝气停止点,以实现稳定部分亚硝化的策略,整个运行过程分为3个阶段,阶段Ⅰ启动亚硝化,阶段Ⅱ在稳定亚硝化的同时探索pH终值的设定规律,阶段Ⅲ采用pH终值设定规律实现稳定部分亚硝化,通过跨越夏、冬季（7~35℃）共148d的运行,考察SBR系统内有机物、氮素的转化规律,并分析不同温度（23、18、13℃）对部分亚硝化反应过程的影响.结果表明,在低DO（0.2~0.4mg/L）和MLSS为4000mg/L的条件下,控制pH终值为（7.73±0.02）,使出水FA在0.5~1.2mg/L,可稳定部分亚硝化期间的出水NO₂^--N/NH₄⁺-N值在1~1.4之间,出水亚硝积累率（NAR）维持在85%以上,有机物去除率在60%以上.比氨氧化速率、比亚硝态氮氧化速率、比COD去除速率均随温度下降而降低,但降低趋势较缓,且反应均能稳定完成.     

溶解氧对短程硝化稳定性及功能菌群的影响

在常温条件下,采用序批式反应器（SBR）研究不同溶解氧（DO）浓度对短程硝化稳定性的影响.在低DO （0.5mg/L）条件下,前75个周期可以一直维持短程硝化,亚硝积累率（NAR）在80%以上,但是随着运行周期增加,NAR逐渐减少,到105个周期已完全变为全程硝化.通过接种同一污泥提高DO浓度到2.5mg/L,经过180个周期,NAR始终在90%以上,能够长期维持短程硝化的稳定运行.通过不同DO条件下AOB和NOB的氧半饱和常数对比分析及qPCR试验研究,结果表明长期低DO条件下容易使Nitrospira的生长获得优势,Nitrospira是影响短程硝化稳定的重要因素,高DO条件下,AOB对溶解氧具有更高的亲和力,通过提高供氧浓度的策略,可以维持短程硝化的长期稳定.     

不同短程硝化系统中微生物群落结构的对比分析

为探讨有机碳源对短程硝化系统中微生物群落结构的影响,采用构建克隆文库的方法对模拟无机城市生活污水和模拟实际城市生活污水短程硝化系统中的微生物群落结构进行对比分析.实验结果表明,变形菌门(Proteobacteria)和未培养菌(uncultured bacterium)是两系统中的优势菌群.两系统中的菌群结构存在差异,但优势菌群及其所占比例相似.两系统中的主要脱氮菌类群也相似,但由于有机碳源浓度的不同其菌属及比例有所差异.无机短程硝化系统中的脱氮菌群包括亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化螺菌属(Nitrospira)和Denitratisoma,其中自养硝化菌的比例高于其在有机短程硝化系统中的比例,但仍低于异养菌在该系统中的比例.有机短程硝化系统中的脱氮菌群主要包括β-Proteobacteria中的一些反硝化细菌和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),其中亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)的含量很少.     

部分反硝化耦合厌氧氨氧化IFAS系统脱氮性能

采用部分反硝化活性污泥耦合厌氧氨氧化生物膜处理低碳氮比废水(C/TN=1.63),考察生物膜-活性污泥复合系统(IFAS)进行部分反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)处理低碳氮比废水的可行性及其耦合后两相中功能菌活性与菌群分布变化规律.结果显示,系统耦合运行期间,出水TN为(5.07±0.2)mg/L,去除率为(90.7±0.1)%,厌氧氨氧化途径对TN去除的贡献率高达(86.61±3.4)%;固着相对厌氧氨氧化活性的贡献率为100%,悬浮相上,μ(NO3--N)占比为99.32%,μ(NO2--N)占比为99.22%;与耦合前相比,悬浮相中硝酸盐还原酶(Nar)活性由(0.43±0.05)μmol/(mgprotein·min)增加至(0.49±0.09)μmol/(mgprotein·min),亚硝酸盐转化率明显升高[(70±2.2)%～(90.01±2.3)%];IlluminaMiSeq结果显示,固着相上的优势菌属为Candidatus＿Brocadia,且耦合前后丰度无明显变化(33.61%～33.43%),悬浮相上反硝化菌属Prosthecobacter,Ferruginiba...     

两级CSTR亚硝化启动及稳定运行试验研究

采用两级CSTR反应器对实际生活污水亚硝化的启动过程及稳定运行主要影响因素进行了研究.通过向生活污水里投加(NH₄)₂SO₄来提高进水氨氮浓度,并逐渐调整两级反应器的曝气强度至DO浓度分别为(1.5±0.12),(0.35±0.1) mg/L,历经45d即实现了亚硝化的启动,亚硝化率保持在90.3%以上,氨氧化率保持在91.2%以上.低氨氮生活污水运行时,通过第一级反应器中三组DO/ALR的效果对比,表明DO/ALR在1.2~2.0 mg O₂/(gN·d)时亚硝化效果最好.降低氨氮浓度以及增大HRT两种情况下导致ALR改变时,维持上述DO/ALR范围依然可以保证亚硝化的稳定.     

低温投加短程硝化污泥下城市污水SPN/A工艺运行特性

以城市污水为研究对象,考察低温条件下通过生物添加强化氨氧化菌（AOB）活性,并进一步提高短程硝化-厌氧氨氧化一体化（SPN/A）工艺脱氮效果的可行性.平行运行2个序批式反应器（SBR） SBR1与SBR²,在间歇曝气条件下运行,控制温度由30℃梯度下降至15℃（30,27,24,21,18,15℃）,随后逐步回升至30℃.在降温与升温过程中,向SBR²中定期投加短程硝化污泥强化AOB活性,SBR1作为空白试验不进行投加.结果表明,30℃时SBR1与SBR²在不外加短程硝化污泥的条件下均可成功启动并稳定运行,脱氮效果均良好;温度降至15℃时,SBR1与SBR²出水NH₄⁺-N分别为36.38,33.10mg/L,总氮去除率分别为30.72%与35.76%,2个反应器脱氮效果均变差,SBR²较SBR1抗低温能力较强;梯度升温至30℃时,SBR1与SBR²总氮去除率分别升至52.43%与63.60%.通过考察SBR1与SBR²菌群活性可知,2个反应器的菌群活性均随着温度降低而降低,但SBR²的AOB丰度活性均高于SBR1;温度回升阶段,2个反应器的菌群活性有所升高,其中SBR²亚硝酸盐氧化细菌（NOB）活性受到抑制持续降低,推测这是因为SBR²中的AOB活性得到强化后,产生更多的亚硝酸盐,厌氧氨氧化菌（Anammox）可获得基质增多,造成Anammox活性丰度较高,所以SBR²脱氮效果相对较好.因此,在低温条件下通过生物添加强化SPN/A系统中AOB活性,可提高系统抗温度冲击能力,利于系统脱氮效果的恢复.     

高溶解氧条件下不同曝气量对短程硝化性能及微生物特征的影响

短程硝化过程是短程生物脱氮工艺中的限速步骤,在保证稳定亚硝化率的前提下,提高曝气量能够提高好氧氨氧化菌的活性,进而提高氨氧化速率.本文在序批式反应器中,通过改变曝气量,在高溶解氧条件下,考察不同曝气量对短程硝化的性能及微生物的影响.结果 表明,随着曝气量的增大,氨氧化速率不断升高.单位体积曝气量为0.8、1.7、3.3...     

好氧颗粒污泥亚硝化工艺的启动与运行特性研究

以具有硝化功能的活性污泥与厌氧产甲烷颗粒污泥的混合物接种小试曝气上流式污泥床反应器,采用自配无机氨氮废水为进水,在中温（30～35℃）条件下成功培养获得亚硝化颗粒污泥,亚硝化工艺的进水NH^＋₄-Ｎ负荷可达2 .5～3 .0 kg/(m^３·d),氨氮去除率和亚硝化率均可稳定在90%以上;进水中约100 mg/Ｌ的有机COD对亚硝化工艺的运行无明显影响;常温（约20℃）条件下亚硝化工艺也能高效稳定运行.