碳源投加方式对SBR工艺脱氮速率的影响

为了提高生物反应器的脱氮效率,研究采用SBR处理模拟生活污水,利用醋酸钠作为碳源,考察碳源投加方式对脱氮速率的影响。结果表明,当温度为10~15℃,进水COD为330~550 mg/L时,采用不同的碳源投加方式,COD去除率均高于95%。进水一次投加2.4 g碳源,COD平均反应速率为5.3 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.28 mg/(g·h)。进水、反应器运行3 h时分别投加1.2 g碳源,COD平均反应速率为6.89 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.37 mg/(g·h)。进水、反应6 h时分别投加1.2 g碳源,COD平均反应速率为6.50 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.52 mg/(g·h)。进水投加1.2 g碳源、反应器运行3 h和6 h时分别投加0.6 g醋酸钠碳源,COD平均反应速率为6.2 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.39 mg/(g·h)。分次投加碳源能够提高COD反应速率和TN去除率,同时保持较高的硝化反硝化速率。     

湿地植物作为低C?N比生活污水反硝化碳源的研究

以风车草、香根草、再力花、芦荻、美人蕉5种湿地植物作为低C/N比生活污水的反硝化碳源材料。静态碳源释放实验中,5种湿地植物释碳能力为风车草再力花芦荻香根草美人蕉,风车草COD释放量最高,可达(129.2±6.2)mg/(g·L),其TN、TP的释放量相对较低。静态反硝化脱氮实验中,风车草和再力花脱氮效果最好,反硝化出水中硝态氮质量浓度均降低至3mg/L左右,硝态氮去除率均达88%左右,出水COD均在100mg/L左右,COD去除率均达到84%左右。在低C/N比生活污水反硝化脱氮中试实验中,以风车草为反硝化碳源,出水中TN、COD去除率可分别达到73%、75%左右,说明风车草是一种良好的低C/N比生活污水深度处理的反硝化碳源材料。     

新型缓释碳源的制备及其性能

为了提高淀粉/聚乙烯醇(PVA)缓释碳源的反硝化速率,并有效控制碳源的释放速率,采用添加醋酸酯淀粉、疏水性乳化剂(SPAN80)以及二次包裹、表层交联等方法,制备了新型缓释碳源,通过释碳和脱氮实验考察了缓释碳源的最佳材料配比、脱氮效率以及碳源的释放规律。结果表明:缓释碳源中淀粉比例越高,反硝化效率越高,但释碳速率过快,容易造成出水COD偏高;当淀粉含量为58.2%时,能够获得适宜的脱氮效率和释碳速率,其反硝化滤柱的硝态氮去除率达100%,平均反硝化速率和出水COD分别为11.67 mg/(L·h)和27.65 mg/L,碳源释放与利用基本达到平衡。制备的新型缓释碳源其脱氮效率高、使用周期长、碳源释放得到有效控制,具有良好的工程应用前景。     

外加植物碳源对人工湿地处理海水循环水养殖尾水脱氮性能的影响

针对人工湿地处理海水循环水养殖尾水因碳源不足引起硝态氮去除效果不佳的问题,通过静态释放实验,比较了玉米秸秆、玉米芯以及芒草在海水中的静态释放特性,探究了酸处理和碱处理对玉米芯释放规律的影响,并采用垂直潜流人工湿地系统研究添加玉米芯和玉米芯浸出液对湿地处理海水循环水养殖尾水脱氮效果的影响。结果表明,3种植物碳源都有可观的COD释放量,玉米芯氮素磷素释放量都较小,更适合作为外加碳源;酸处理和碱处理都能提高植物碳源的碳溶出速率,但碱处理的释放速率更稳定,更适合作为预处理方式;添加玉米芯和玉米芯浸出液湿地对硝态氮的去除率分别提高至90.63%和88.56%,表明添加植物碳源能显著提高海水人工湿地的脱氮效果,并证明以植物碳源浸出液替代植物碳源的有效性与可行性。     

厨余发酵液与乙酸钠、葡萄糖脱氮性能的比较

通过与乙酸钠、葡萄糖对比,利用批式实验方法对厨余发酵液作为反硝化碳源的脱氮性能进行了研究。在不同COD/N条件下,对3种碳源的反硝化NOx--N去除率进行了比较,研究发现,当COD/N=6.5时,厨余发酵液可以满足反硝化对电子供体的要求,其反硝化潜能PD=0.146 g NOx--N/g COD。然后,在COD/N=5.0条件下,利用动力学方程对反硝化过程进行分段模拟,发现厨余发酵液组在Ss降解阶段的比反硝化速率为7.44 mg NOx--N/(g VSS·h),其整个反硝化阶段的比反硝化速率是乙酸钠组的0.77倍,是葡萄糖组的2.1倍,结果表明,厨余发酵液可以作为快速降解碳源用于反硝化脱氮。     

污水中不同COD组分下A/O脱氮工艺的反硝化效率

为了研究了不同COD组分进水对A/O工艺中反硝化的影响以及COD组分中溶解性易生物降解COD(SS)、颗粒性慢速可生物降解COD (XS)比例改变后系统反硝化速率和反硝化潜力的变化。以连续流A/O反应器脱氮效率为研究对象,通过改变碳源物质投配量来配置3种SS比例分别为15%、30%和50%的城市污水,系统地考察了进水中SS比例对反硝化的影响。结果表明,进水中SS比例由15%增加到50%后,可以明显提高A/O系统TN的去除率,脱氮率由82%提高到89%。同时通过缺氧反硝化间歇实验,从反硝化动力学角度分析,进一步确定进水中SS比例对反硝化速率和反硝化潜力的影响,发现进水SS比例分别为50%、30%和15%,系统反硝化速率分别为0.027 g NO3--N/(g VSS·min )、0.022 g NO3--N/(g VSS· min )和0.020 g NO3--N/(g VSS·min ),反硝化潜力分别为16.49、13.99和13.74 mg/L。可见随着进水中SS比例的升高,系统中反硝化速率和反硝化潜力也相应增加。得出进水中COD组分不同,尤其是SS所占比例大小,是影响反硝化效果的一个关键因素。     

木屑-硫磺填充床反硝化生物滤池强化硝酸盐去除

针对污水处理厂二级出水深度脱氮的需求,设计了以木屑与硫磺颗粒为填料（质量比1:1）的反硝化生物滤池,对碳氮比失衡的污水处理厂二级出水进行深度脱氮处理。结果表明,木屑释放碳源速率在10 d之后趋于稳定,COD中（40.6±10.0）%是反硝化菌可直接利用的VFA。反硝化生物滤池运行的最佳HRT为10 h,在此条件下,进水硝酸盐（以N计）浓度为30 mg·L-1时,出水硝酸盐浓度最低为11.5 mg·L-1,亚硝酸盐（以N计）浓度最低为1.4 mg·L-1,反硝化生物滤池内未发生硝酸盐异化还原（DNRA）作用,出水无氨氮积累。出水SO42-浓度最高为73.8 mg·L-1。反硝化生物滤池运行稳定后,出水中COD未超过30 mg·L-1,木屑释放的碳源与异养反硝化过程消耗的碳源持平,经反硝化生物滤池深度处理的出水中无过量残留有机物。出水pH稳定在6.9~7.4范围内,反硝化生物滤池无需外加碱类物质。     

以红薯浸泡液为碳源的生物反硝化

为选择低碳氮比污水生物脱氮中合适的碳源,以搅拌罐浸泡淀粉类物质释放碳源,在确定利用红薯浸泡液为碳源后,以浸没式生物滤池为反应器进行生物反硝化实验。实验结果表明:20 g红薯置于2 L自来水中,采用250 r/m in的搅拌速度,搅拌频率为每搅拌3 h停1 h,2 d后得到的浸泡液COD浓度平均为5 921 mg/L,最高可超过7 000 mg/L;将此红薯浸泡液和污水以1∶50的流量比例,采用分别投加的方式进入反应器,污水中总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮及氨氮的平均去除率分别为88.6%、91.6%、88.2%和54.8%,出水COD平均在30 mg/L以下;在红薯浸泡液COD浓度为5 700 mg/L左右时,进水中亚硝酸盐氮浓度与硝酸盐氮浓度比为3∶2时总氮去除率为95.3%,当该比例为2∶3时总氮去除率为88.2%。研究表明,红薯浸泡液是一种经济合适的碳源,采用红薯浸泡液作为低碳氮比污水生物处理中反硝化的碳源是可行的。     

以聚己内酯作为生物反硝化固体碳源的研究

为解决水体因低碳氮比而导致脱氮效率差的问题,将颗粒聚己内酯(PCL)重新塑形为阶梯环状,研究其作为反硝化过程的生物膜载体与固相碳源的反硝化性能。结果表明,在静态实验中,平均反硝化速率为8.57 mg NO3-N/(L·h);反硝化过程为零级反应。连续填充床实验中,超过90%的硝酸盐可被去除,出水NO2-N质量浓度低于0.20 mg/L;出水NH3-N质量浓度略有上升;出水溶解性有机碳(DOC)先上升后降低至1 mg/L左右。电子扫描显微镜扫描显示,PCL阶梯环反应表面空隙率较高,表面生物膜以杆菌为主,反应后被明显腐蚀;液相色谱检测显示PCL阶梯环分子量反应前后略有下降,其结构未受到破坏;表明该材料适合作为反硝化反应的碳源的同时,又可以作为载体供微生物附着生长。     

不同分子量聚乳酸的异养反硝化脱氮性能及脱氮反应机制

聚乳酸(PLA)是一种发展潜力巨大的反硝化固体碳源。为探究不同分子量PLA反硝化脱氮路径及机制,以不同分子量PLA为固体碳源研究了PLA的静态释碳性能和反硝化脱氮效果,考察了反硝化出水溶解性有机质(DOM)组分和微生物群落结构。结果表明：PLA释碳稳定,在清水和脱氮反应器中出水COD均能稳定在20 mg·L⁻¹;PLA分子量越低,脱氮效果越好,5 000 g·mol⁻¹分子量PLA的NO₃⁻-N去除率和反硝化速率达到100%和1.29 mg·L⁻¹·h⁻¹。PLA脱氮路径有2条：一是反硝化功能菌群利用水解微生物分解PLA释放的小分子碳源作为电子供体进行异养反硝化作用;一是微生物利用溶解性微生物代谢产物等有机物进行反硝化脱氮。该研究结果可为PLA固体碳源在反硝化脱氮工艺中的高效应用提供参考。     

碳源强化下的硫自养/异养反硝化协同作用

为强化硫自养反硝化过程,通过向连续稳定运行的硫自养反硝化反应器内投加少量碳源以进行强化,乙酸钠投加量分别为5.99、11.98、23.96 mg·L⁻¹。分析投加前后反应器内硝氮、COD、硫酸根和耗碱量的变化;研究了碳源强化下硫自养反硝化运行效能及反应机理。结果表明,投加少量碳源可增强自养反硝化过程硝氮的去除效果;在3种碳源投加量条件下,COD的利用率均大于85%,但硫酸盐生成量并未减少;在5.99 mg·L⁻¹碳源投加量下,系统实际耗碱量大于以硫酸根和COD计的理论耗碱量,而在11.98 mg·L⁻¹和23.96 mg·L⁻¹投加量下,实际耗碱量均介于2种理论值之间。在投加少量碳源后,自养反硝化脱氮效果明显提高,异养反硝化趋势随着碳源投加量的增加而增加。     

垃圾渗滤液补充反硝化碳源强化脱氮效果

垃圾渗滤液中含有大量易被微生物利用的挥发性脂肪酸,若其可以作为城镇污水处理厂的补充碳源,将对降低碳源投加成本和实现垃圾渗滤液的资源化利用有重要意义。在实际城镇污水处理厂考察了垃圾渗滤液补充进水碳源的脱氮效果,并进一步对比了传统碳源(甲醇、乙酸钠)、垃圾渗滤液及垃圾渗滤液在不同pH条件下产生的水解酸化液作为碳源时的反硝化效果。结果表明,实际城镇污水处理厂投加乙酸钠作为补充碳源时总氮去除率仅提高3%左右,而在进水中混合垃圾渗滤液后提高了约10%。垃圾渗滤液与乙酸钠作碳源时NO3--N去除率均>97%,但垃圾渗滤液为碳源时最大比反硝化速率高达8.8 mg·(g·h) -1(以MLSS计),是乙酸钠为碳源时的1.7倍;垃圾渗滤液中性和碱性水解酸化液为碳源时,反硝化效果相差不大,最大比反硝化速率为4.5~4.8 mg·(g·h) -1(以MLSS计),NO3--N去除率仅为70%左右。垃圾渗滤液或其水解酸化液是否可以作为强化脱氮效果的补充碳源取决于基质本身的性质。     

厨余垃圾短程发酵产物的性质及其反硝化性能

针对厨余垃圾的短程自由发酵过程,考察了不同初始固体浓度在60 h内对发酵过程和发酵产物的影响,结果表明,短程自由发酵是一种不完全的水解酸化过程,初始固体浓度为（13±0.5）%时有机酸（以COD计）产量最高（16.56 g·L-1）。短程发酵液是以碳水化合物为主,同时也包含了乳酸、乙酸、蛋白质和丁酸等的混合物碳源。发酵液的反硝化性能通过硝酸盐利用速率（NUR）实验来验证,结果表明COD/N=6是最优条件,该条件下的反硝化速率vDN=12.89 mg·（g·h）-1（以VSS计）和反硝化能力PDN=0.174 g·g-1（以COD计）,同时短程发酵液中快速降解有机物组分为58.35%。     

固体碳源反硝化滤池脱氮效果及沿程生化特性

在污水处理工艺末端嵌入固体碳源反硝化滤池,可以不改变污水处理厂的原有工艺提高总氮去除效率,方便应对污水厂的提标压力和低碳源污水的脱氮问题。针对生化池尾水硝酸盐特性,以聚己内酯（PCL）作为填充床构建了固体碳源反硝化生物滤池,研究了该反应器的脱氮性能以及生物滤池的沿程生物量和微生物群落结构。结果表明,TN为32.0~37.7 mg·L-1、硝态氮为30.2~34.9 mg·L-1的生化池尾水进入该固体碳源反硝化池后,在HRT为1.5 h的情况下,出水TN在1.1~3.5 mg·L-1之间,硝态氮低于1 mg·L-1,平均去除率均大于94%。研究发现,固体碳源反硝化滤池对硝态氮的转化去除主要发生在40 cm填料以下;生物量的大小也随滤层高度的增加逐渐降低,且与滤层高度呈良好的线性负相关关系（y=-0.471x+38.77,R2=0.976）。采用PCR-DGGE技术研究了固体碳源反硝化滤池的沿程微生物群落结构特征,发现滤层底部（进水端）尽管生物量多,但微生物多样性低,滤池的中部是生物多样性最丰富的区域,香农威尔指数分别为1.95和2.40。DGGE图谱特征条带的16S rDNA序列分析表明生物膜中微生物变形菌门（Proteobacteria）占优势,主要微生物包括能降解PCL的细菌Comamonas,以及常见的反硝化细菌Dechloromonas、Rubrivivax和发酵产乙酸的硫酸盐还原菌Desulfobacter,从微生物群落关系结构角度支撑了固体碳源反硝化过程的顺利进行。     

基于碳源条件的燃料乙醇生产废水脱氮工艺优化

某厂稻谷燃料乙醇DDG废水处理工艺因好氧进水碳氮比失调,导致出水TN难以达标。通过对反硝化系统碳源种类的筛选,寻找适宜的碳源并对废水处理系统工艺进行调整,以提升反硝化脱氮效率。碳源筛选实验在葡萄糖、乙醇和清液(原废水),3种碳源条件下进行。通过考察实验系统pH和TN浓度的变化,对反硝化系统投加不同碳源时TN去除速率,以及相应碳源条件下的运行成本进行对比。结果表明：乙醇作为碳源时系统的TN去除速率最大,为8.33 mg·(L·h)⁻¹,是清液为碳源时的1.1倍、葡萄糖为碳源时的1.18倍;而清液作为碳源的运行成本是乙醇为碳源的9%、葡萄糖为碳源的37%。综合对比反硝化投加不同碳源情况下的脱氮反应速率和运行成本,以清液作为碳源来调整脱氮工艺是最佳方案。经现场工艺验证,当A/O系统进水TN为300~600 mg·L⁻¹、投加清液量使废水中COD/TN达到12.1以上时,可确保该厂废水处理系统经处理外排废水TN稳定在50 mg·L⁻¹以下。上述研究结果可为DDG废水的处理提供经济合理的碳源补充方案,并能为可生化性较好的发酵行业废水处理提供参考。     

一段式短程硝化-厌氧氨氧化耦合缓释碳源滤柱深度去除总氮

在SBR中进行一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺的启动驯化,并在达到稳定运行时,让SBR出水进入不同缓释碳源体积填充比的滤柱中,进行深度脱氮研究。结果表明,在SBR中经过176 d的启动驯化,成功实现一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺的稳定运行,进水${\rm{NH}}_4^ + $-N为100 mg·L⁻¹,${\rm{NH}}_4^ + $-N去除率达98%,TN去除率达73%。AOB及Anammox菌活性分别提高至8.6 mg·(h·g)⁻¹和12.6 mg·(h·g)⁻¹,而NOB活性小于1.0 mg·(h·g)⁻¹;在15 ℃低温条件下的深度脱氮研究中,缓释碳源体积填充比为15%的滤柱具有最佳的脱氮效果,出水TN小于5 mg·L⁻¹,平均出水COD值为19.3 mg·L⁻¹,该滤柱中通过一段式短程硝化-厌氧氨氧化反应和反硝化反应的共同作用完成深度脱氮。SBR与缓释碳源体积填充比为15%的滤柱组成的耦合系统平均TN去除率达96.7%,较SBR提升了28.9%。