同步硝化反硝化生物脱氮技术

从宏观环境理论、微环境理论、微生物理论三个方面阐述了同步硝化反硝化的作用机理,并结合目前的国内外研究成果综述了其影响因素,同时介绍了同步硝化反硝化技术的应用现状,提出了该技术今后的研究方向.     

同步硝化反硝化好氧颗粒污泥脱氮过程条件研究

具有同步硝化与反硝化功能的好氧颗粒污泥适合好氧与厌氧微生物生长代谢。反应液中氨氮浓度为201mg／L时，在6h反应周期内氨完全被氧化，出水中检测不到NO2^-—N，仅残留2mg／L的NO3^-—N。颗粒污泥优化的反应条件为：温度25～38℃；pH7～8；溶解氧浓度1～2mg／L。好氧颗粒污泥对COD和氨氮的亲和常数分别为100mg／L和2mg／L。     

SBAR中同步脱氮好氧颗粒污泥的菌种特性

采用气提式内循环间歇反应器进行好氧颗粒污泥培养,用分批培养法对好氧颗粒污泥中具有脱氮作用的菌种进行分离纯化.对各菌种进行了鉴别,通过培养过程中对氧气条件的控制,考察了各菌种反硝化生长特性和需氧性.结果表明,好氧颗粒污泥纯化培养可得到异养硝化-好氧反硝化菌以及兼性亚硝化菌和硝化菌,分离得到的反硝化菌在有氧反硝化条件下能够生长,因此好氧颗粒污泥中微生物具有多样性和较强的适应性,从侧面体现出好氧颗粒污泥微观结构的复杂性.     

反硝化菌株DA-1的脱氮研究

菌株DA-1被发现能在好氧和厌氧环境中将硝酸盐转化为气态氮。在以NO3-为唯一氮源的条件下研究了碳源、C/N和pH值对菌株DA-1好氧和厌氧反硝化脱氮的影响。结果表明:同等条件下,48 h内菌株DA-1的厌氧脱氮效率高于好氧脱氮率;菌株DA-1能在好氧和厌氧条件下利用乙酸、柠檬酸以及葡萄糖进行细胞增殖和反硝化。在厌氧条件下,三者作为碳源时的反硝化效率分别为(34.04±0.15)%、(22.72±0.32)%和(11.32±0.06)%,均低于好氧条件下的(25.38±0.14)%、(17.52±0.11)%和(8.06±0.01)%。2种条件下均是乙酸为碳源时反硝化效率最高。而丁二酸仅能在厌氧环境中作为电子供体参与反硝化反应。C/N越高越有利于菌株DA-1的厌氧反硝化,当C/N为10时,反硝化效率最高为(35.06±0.19)%。而在好氧条件下,菌株反硝化效率随着C/N的升高,先升高再降低,当C/N为8时,反硝化效率最高;好氧和厌氧脱氮的最适pH值为7.0。体系偏酸或者偏碱都会造成菌株DA-1脱氮效率的降低并出现亚硝酸盐累积。厌氧环境中pH=5.0时累积的亚硝酸盐浓度高达(8.95±2.05)mg/mL。     

SBR工艺污泥颗粒化对生物脱氮除磷特性的研究

采用模拟配制的生活污水，研究循序间歇反应器（SBR）工艺的脱氮除磷效果和污泥沉降性能，试验结果表明，通过了状态调控阶段，反应器中形成了同时具有脱氮除磷能力的好氧颗粒化污泥，其中，反应器对COD和P的去除率分别为90％和85％左右；NH3－N和TN去除率分别达到90％和80％；颗粒污泥的SVI值约为50，出水水质好，这些良好的运行性能比好氧颗粒污泥形成前大大改善。     

全程自养脱氮污泥颗粒化及其脱氮性能的研究

利用厌氧颗粒污泥作为种泥,启动SBR反应器,旨在培养全程自养脱氮颗粒污泥以及研究全程自养脱氮过程中污泥理化性质的变化.结果表明,先在厌氧条件下富集厌氧氨氧化微生物,然后在曝入的氮气中添加一定量空气,控制反应器的DO在0.3～0.5 mg/L,实现全程自养脱氮颗粒污泥培养是可行的,总氮去除率最高达到75.3%.实验用水中过高的钙盐和磷盐会形成钙盐沉积物,并在污泥中积累,导致污泥中有机组分减少,污泥脱氮性能变差.降低试验用水中Ca盐的投加量,经过驯化,污泥中的有机组分会逐渐增加,污泥脱氮性能逐渐恢复.     

SBR系统中好氧颗粒污泥脱氮特性研究

以颗粒污泥为研究对象,在序批式反应器中研究了不同运行模式(有厌氧段和无厌氧段两种模式)和不同碳氮比(COD与NH₄⁺-N质量比取6、10、14)下,颗粒污泥对氨氮、总无机氮的去除情况.比较了2种运行模式应用于颗粒污泥脱氮中的差别和优劣.采用分段函数的方法对不同碳氮比下的氨氮去除曲线进行了分割,对曝气第一阶段(碳源富足阶段)和曝气第二阶段(碳源贫乏阶段)的氨氮去除曲线进行了拟合,发现其线性化特征明显.计算了不同碳氮比下曝气前后期氨氮去除速率,并简要分析了好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的作用机理.     

两段式曝气对好氧颗粒污泥脱氮性能的影响

基于4个不同进水条件的小试实验探究,得出所接种好氧颗粒污泥表面异养菌在曝气初期阶段大量消耗碳源,对于NO-2-N和NO_3~--N的反硝化效率较低.为此,实验在常温(20~23℃)条件下,在同一周期内先采用低曝气量曝气之后再用高曝气量曝气的两段式曝气方式运行好氧颗粒污泥SBR反应器,低曝气量时长分别取1、2、3 h这3个阶段分别运行,并运用扫描电镜(SEM)和荧光原位杂交技术(FISH)对颗粒污泥进行分析,结果表明AGS粒径增大,反硝化能力提升,NO-2-N的反硝化速率(以LVSS计)在低曝气时长为2 h时升至最高,达9.66 mg·(g·h)~(-1).亚硝态氮积累率不断升高至77.84%,总氮去除率最高达70%.颗粒污泥内部孔隙增多,且细菌多以球菌、椭球状及杆菌为主,氨氧化菌(AOB)占总菌的比例由13.70%升至15.40%.因此,通过两段式曝气过程实现了短程同步硝化反硝化过程并具有较好的脱氮性能.     

短程同步硝化反硝化过程的脱氮与N2 O释放特性

采用气升环流生物反应器建立全程同步硝化反硝化(SND)体系,在此基础上,通过提高进水pH值从而增加反应器中的游离氨(FA)浓度,可以实现全程SND向短程SND的转变.以全程SND过程为参照,分析了短程SND过程的脱氮及N2O释放特性.结果表明,短程SND过程的总氮平均去除率及SND平均效率分别为71.9%和80.9%,比全程SND过程分别提高了18.0和16.8个百分点,短程SND过程的平均总氮去除速率为0.11 mg.(L.min)-1,是全程SND过程的1.4倍.虽然短程SND较全程SND具有更高的脱氮效率,但该过程的N2O平均转化率为57.1%,N2O平均累积释放量约为全程SND过程的5倍.研究还发现,N2O的释放量急剧上升与体系中NO2--N的积累浓度升高密切相关.     

好氧颗粒污泥膜生物反应器脱氮特性

好氧颗粒污泥膜生物反应器（GMBR）连续运行71 d,对模拟生活污水表现出良好的有机物去除及同步硝化反硝化(SND)能力.进水TOC浓度为56.8～132.6mg/L时,膜出水TOC去除率为84.7%～91.9%;进水氨氮浓度为28.1～38.4mg/L时,稳定运行阶段氨氮去除率为85.4%～99.7%,总氮去除率为41.7%～78.4%.结合反应器中污泥生长形态,对不同粒径污泥的同步硝化反硝化研究表明,好氧条件下絮状污泥几乎没有反硝化能力,SND能力来源于颗粒污泥,并且随着污泥粒径的增大,反硝化速率以及总氮去除效率提高.通过扫描电镜对颗粒污泥外观以及沿传质方向剖面内部特征的观察分析,对颗粒污泥同步硝化反硝化的作用过程进行了探讨.     

SBR系统中同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的培养

采用人工配制的模拟生活污水,研究序批式反应器(SBR)中好氧颗粒污泥的培养.实验结果表明:通过对进水碳源进行调控,反应器中形成了高活性具有同步硝化反硝化能力的好氧颗粒污泥,反应器中COD和NH₃-N的去除率分别为74.0%～92.8%和82.3%～98.5%.颗粒污泥的粒径一般为0.5～1.0mm,MLSS达到4.5g·L^-1以上,SVI值约为32.5,其有效生物量及脱氮性能远远高于一般的好氧活性污泥.     

同步脱氮除磷颗粒污泥硝化反硝化特性试验研究

在厌氧/好氧交替运行的SBR反应器中,以成熟的脱氮除磷颗粒污泥为研究对象,对其硝化及反硝化特性进行研究.结果表明,静态试验中颗粒污泥的最大硝化速率为14.13 mg·(g·h)-1,最大反硝化速率为34.89 mg·(g·h)-1,最大缺氧吸磷反硝化速率为13.11 mg·(g·h)-1,污泥具有较好的硝化、反硝化性能;反应器中污泥最大硝化速率为4.60 mg·(g·h)-1,最大反硝化速率为1.43 mg·(g·h)-1;通过N的物料平衡得到,同步硝化反硝化反应去除N约为232.5 mg·d-1,占N去除总量的54.3%;另外,颗粒污泥对P和N的去除率分别在95%和90%左右,反应器具有较好的同步脱氮除磷效果.     

pH值对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化过程的影响

从反应器脱氮性能和好氧颗粒污泥理化性状方面研究了pH值对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮过程的影响.结果表明,好氧颗粒污泥微生态环境的形成,大大增强其耐酸碱冲击负荷能力,在pH值8～9范围内氨氮去除率均达到95%以上.在pH值6～9范围内,好氧颗粒污泥理化性状稳定,没有发生解体现象.     

全自养硝化污泥的颗粒化过程研究

利用SBR反应器,以浓度(以N计,下同)120～650 mg/L的自配氨氮废水,在0.48～3.60 kg/(m3.d)的氨氮负荷下,探讨了自养硝化颗粒污泥的形成过程.结果表明,以硝化污泥接种,氨氮负荷为0.48 kg/(m3.d),温度为30℃±2℃,逐渐缩短沉淀时间至10 min的条件下,硝化颗粒可以在第22 d形成,并在第43 d进入相对稳定期,平均粒径达到500μm左右.颗粒污泥的平均粒径变化经历了迟滞期、快速增长期和稳定期3个阶段.污泥平均粒径由接种污泥的127μm增长到稳定期的500μm左右.在快速增长期,平均粒径增长速度可达12μm/d.成熟颗粒污泥的形状规则、分界清晰,分布有大量杆菌,粒径300μm的颗粒污泥所占比例达74.6%,污泥相中已基本没有絮状污泥.污泥在颗粒化过程中,颜色由接种污泥的灰褐色转变为颗粒污泥的黄红色.硝化颗粒污泥表面分布有大量杆菌和块状的EPS结构.     

ABR处理低浓度废水的污泥颗粒化研究

通过两个ABR反应器不同启动方式的对比,考察了污泥颗粒化的进程。试验以污水厂的厌氧污泥为对象,以颗粒污泥的粒径、形成特征等作为评价污泥颗粒化的指标,分析了控制进水CODcr浓度和改变水力停留时间两种运行方式对污泥颗粒化的影响。试验结果表明,两种启动运行方式均能够实现污泥的颗粒化,但在颗粒粒径和颗粒化程度上有所区别。培养出的颗粒污泥形状一般为球形或椭球形,直径在1 mm～2 mm。污泥结构紧密,表面较光滑,以丝状产甲烷菌为主。     

好氧颗粒污泥颗粒化研究进展及发展趋势

综述了好氧颗粒污泥颗粒化研究进展，好氧颗粒污泥颗粒化的影响因素，分析了好氧颗粒污泥颗粒化研究中存在的问题，提出了研究的发展趋势。     

同步硝化反硝化的研究与机理分析

在SBR反应器中对深圳市下坪垃圾填埋场渗滤液进行了同步硝化反硝化研究 ,从理论上解释了同步硝化反硝化的原理 ,分析了COD、NH3—N对同步硝化反硝化所产生的影响 ,指出了有待进一步探讨和研究的问题。     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥培养过程微生物群落变化

本实验利用生活污水培养具有同步脱氮除磷(simultaneous nitrogen and phosphorus removal,SNPR)功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS).采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序对AGS培养过程中细菌群落变化进行了研究,以期揭示污泥好氧颗粒化成因.采用实时荧光定量PCR对AGS培养过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms,PAOs)的丰度变化进行了研究.结果表明:历时100 d培养出的AGS质地紧实,具有良好的SNPR效果.AGS胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中多糖含量在培养过程中增加明显,而蛋白质含量保持稳定.AGS培养过程中,AOB的丰度略微下降,AOA的丰度明显下降,NOB的丰度无明显变化,而PAOs的丰度在AGS培养初期明显增加.在AGS培养过程中,细菌群落多样性呈现出先升高后降低的趋势,且细菌群落组成发生了明显的变化.持久型OTUs占样品总序列数的92.70%,其中变形菌门(Proteobacteria,31.07%~53.67%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,6.70%~16.50%)和绿弯菌门(Chloroflexi,7.84%~13.36%)是AGS培养过程中的细菌优势门.Candidatus competibacter属在AGS培养过程中大量富集(由种泥中的0.11%增加到35.33%),其可能会分泌胞外多糖,形成黏性EPS,促进絮状污泥团聚成为AGS.