序批式曝气生物滤池处理含海水污水中的硝化性能

采用序批式曝气生物滤池工艺,以牡蛎壳为填料、含海水污水为处理对象,系统考察不同的海水含率、原水葡萄糖和氨氮浓度等原水条件下的硝化性能。结果表明,对于海水含率在40%到100%的污水处理,氨氮去除率可达到95%以上,表明该生物滤池中的氨氧化菌(AOB)可耐受较高的海水盐度;耐海水盐度的驯化硝化细菌中,AOB的耐盐度抑制能力强于亚硝酸氧化菌(NOB),当海水含率大于70%时,NOB的活性更容易受到抑制。在高海水盐度下,降低原水的葡萄糖与氨氮浓度可提高NOB活性。牡蛎壳附着生物膜与液相悬浮污泥中的AOB 和NOB均参与了氨氮去除,生物膜中的AOB和NOB活性高于悬浮污泥。     

牡蛎壳粉末投加UASB反应器的运行特性

采用牡蛎壳粉末作为UASB反应器的辅助介质,探讨了牡蛎壳钙盐的溶出特性,系统考察了运行期中牡蛎壳粉末添加方式、进水有机负荷、水力停留时间等因素对反应器出水COD、碱度与pH的影响,分析了污泥比产甲烷活性变化。结果表明,当初始pH从5到9变化时,牡蛎壳粉末溶出Ca2+浓度为40~65 mg/L,平衡pH稳定在7.7~8.0;当进水COD负荷从3.4 kg/(m3·d)逐渐增至7.0 kg/(m3·d)、牡蛎壳粉末投加量从1.5 g/d逐渐增至3.2 g/d时,与未投加的反应器相比,投加牡蛎壳粉末反应器的启动周期缩短了10%左右,COD去除率与比产甲烷活性分别提高了13.3%和22%。投加牡蛎壳粉末可有效提供碱度,加快污泥的颗粒化进程。     

固定化包埋填料高氨氮负荷下短程硝化稳定运行特征

为了探讨固定化包埋填料高氨氮负荷下短程硝化的稳定运行研究,以固定化技术包埋一定量硝化菌填料为载体,并利用序批次反应器进行处理人工配置的氨氮废水实验,该实验研究了实现短程硝化影响因素DO、有机物的控制范围,驯化期间,分别将温度、pH值、DO控制在（31±1）℃、7.8~8.2、1.8~2.0 mg·L-1范围内,进水有机物浓度始终保持在50 mg·L-1以下,体积填充率为15%,采用高游离氨（3.03~14.18 mg·L-1）对NOB产生抑制作用,使活性填料中的AOB成为优势菌群,通过历时55 d的培养实现了该填料短程硝化的启动及稳定运行,结果表明,进水氨氮浓度保持200 mg·L-1左右,氨氮去除速率高达28.29 mg NH4+-N·（L·h）-1的同时,氨氮的去除率>97%,亚硝酸盐积累NO2--N/NOx--N>85%,实验同时还考察了活性填料的抗冲击负荷能力与单个周期内短程硝化运行特征。     

硝化型曝气生物滤池的挂膜与启动

近年来,曝气生物滤池广泛应用于污水硝化过程中,硝化型曝气生物滤池应运而生。采用快速排泥挂膜法和自然挂膜法相结合的复合挂膜法,考察了进水是否含有机物对硝化型曝气生物滤池挂膜的影响。在19℃、HRT=55 min、出水DO=8 mg/L、进水NH4+-N约为50 mg/L的条件下,两滤池挂膜启动时间差异较大,进水不含有机物的1#滤池挂膜成功仅需18 d,当其运行稳定时NH4+-N的去除率达到100%;而进水含有机物的2#滤池挂膜成功需24 d,当其运行稳定时,COD和NH4+-N去除率分别为84.6%和91.2%。此结果表明,与含有机物的实际生活污水相比,采用不含有机物的模拟生活污水启动硝化型曝气生物滤池挂膜启动时间可缩短6 d,这主要是由于异氧菌产率系数比硝化菌大。     

新型固定化硝化菌活性填料硝化活性的影响因素

以新型固定化硝化菌活性填料为研究对象,以游离态硝化菌为参照,分别考察了各个环境因素对固定化硝化菌硝化活性的影响,确定了最佳操作点为温度30 ℃,pH 8.0~9.0,DO 4.0 mg/L。与游离态硝化菌相比较,硝化菌固定化后并没有改变其对温度的敏感程度;固定化硝化菌可在偏碱性环境下保持较高的硝化活性;DO对固定化硝化菌的硝化活性有较大影响,需要较高的DO值来保持较高的硝化速率。为考察固定化硝化菌活性填料连续处理氨氮废水的效果,采用最佳操作点进行了连续运行实验,实验共进行60 d。结果表明,新型固定化硝化菌活性填料抗冲击负荷能力强,硝化性能高效稳定,实验条件下最高硝化速率可达到86.45 mg/(L·h)。     

不同曝气方式下SBR亚硝化的实现及NO2--N积累效果

研究不同曝气方式下亚硝化的实现以及基质浓度、曝气频率和温度对NO-2-N积累效果的影响。以实际污泥脱水液为研究对象,控制进水NH+4-N浓度在50~80 mg/L范围内,温度为27℃,pH值为7.8~8.2,DO浓度为0.5~1.0mg/L,分别采用连续曝气和间歇曝气2种方式启动SBR亚硝化反应器,并考察了在不同基质浓度、曝气频率和温度条件下NO-2-N累积情况。实验研究结果表明,经过40 d左右的运行,在2种不同曝气方式下SBR均成功实现了亚硝化,稳定运行阶段,NO-2-N积累率分别达到95%和85%。经SEM扫描电镜观察发现,在驯化成熟的活性污泥中,亚硝化细菌多呈球状和杆状,大小不同,外形饱满。当进水氨氮浓度小于200 mg/L,曝气频率为曝气15 min/停曝15 min,温度为27℃时,NO-2-N积累效果最佳,平均积累率可达90%以上。间歇曝气可以有效促进亚硝化细菌富集,有利于实现较高浓度的NO-2-N积累。基质浓度、曝气频率和温度对NO-2-N积累效果的影响显著。     

SBR快速实现短程硝化及影响因素

基于建立的序批式反应器(SBR),探索实现城市生活污水短程硝化的主要控制因素。研究结果表明,废水温度维持在(30±1)℃、pH值为7.8~8.2的条件下,采用间歇曝气的运行方式,仅驯化培养29 d,成功实现短程硝化,亚硝氮积累率为95%左右。通过对比发现,间歇曝气方式优于连续曝气方式,间歇曝气能有效地将溶解氧(DO)浓度控制在1.0 mg/L以下,从而有利于进行短程硝化反应。此外,温度和pH可以影响亚硝氮的积累效果;当温度在25~35℃、进水pH为7.8~8.2时,亚硝氮的积累情况较好,积累率在91%以上。     

曝气生物滤池多孔释碳填料的研制及其对氨氮废水的处理研究

以核桃壳、水泥、沸石为原料制备新型多孔释碳填料(WZ填料),并用其装填搭建曝气生物滤池(BAF)处理氨氮废水。结果表明:WZ填料中沸石∶核桃壳∶水泥的最佳配比(质量比)为1.00∶0.02∶0.30,制得的WZ填料比表面积大,适合微生物生长,可长时间稳定释碳,20d内的释碳量稳定保持在80mg/L左右,WZ填料有助于缩短BAF挂膜启动时间,延长水力停留时间(HRT)可提升BAF对污染物的去除效果,BAF对进水氨氮浓度适应范围较广,在进水氨氮为30～50mg/L时,BAF稳定运行期对氨氮的平均去除率达95%以上,COD平均去除率达76%左右。可见,WZ填料释碳量高且持久性强,有助于解决城市污水处理中反硝化碳源不足问题,提高脱氮效率。     

缺氧-好氧生物滤池中高效菌对活性红KN-3B的降解特性

为了研究高效脱色菌在缺氧好氧生物滤池（A/O biofilter）中对偶氮染料的降解特性,以活性红KN-3B（C.I. reactive red 180）为降解对象,缺氧生物滤池以火山碎石为填料,接种高效脱色菌CK3柯氏柠檬酸杆菌启动,好氧生物滤池以牡蛎壳为填料,接种污水处理厂活性污泥启动。试验考察了不同工况下缺氧-好氧生物滤池对色度和COD的去除效果,结果表明：生物滤池中微生物对偶氮染料活性红KN-3B的脱色和对COD降解的最适pH条件为弱酸性;缺氧滤池中高效菌对色度的去除需要外加碳源,且增加外加碳源有助于脱色率的提高;该高效菌为耐盐菌,当进水NaCl浓度达30 g/L时,色度去除率仍可达93%以上;当染料负荷达500 mg/L时,脱色率仍可达95%。通过紫外-可见扫描图谱分析初步推断CK-3柯氏柠檬酸杆菌对偶氮染料活性红KN-3B的脱色主要是生物降解作用。     

H2-MBfR反硝化效能及影响因素

氢自养反硝化因资源节约、无二次污染,是可持续的低碳污水处理工艺。为探究氢基质膜生物膜反应器(hydrogen-based membrane biofilm reactor)反硝化的快速启动及其脱氮性能,考察了不同进水浓度、pH、氢通量(J_m)等关键因素对H₂-MBfR反硝化过程的影响,分析了系统的微生物群落特征。结果表明：不同接种污泥14 d内反应器的反硝化效率均可稳定在98%以上,接种反硝化污泥更有利于快速启动;在氢气足够的条件下,通过提高进水NO₃^--N浓度和缩短水力停留时间(HRT),反应器运行负荷提高了3.3倍,系统维持稳定、高效的反硝化性能,相对于异养反硝化,可节省CO₂的理论排放量约为0.83~1.25 g(以NO₃^--N计);最佳初始pH在7.5左右,反硝化过程中亚硝酸盐的积累率最低;J_m与反硝化速率具有很好的一致性,提高J_m有利于提高反硝化效率。16s rRNA高通量测序结果表明,变形菌门Proteobacteria是H₂-MBfR系统中主导菌门,随着系统反硝化性能提升,该门类菌属达到47.5%。unclassified_f__Comamonadaceae、norank_f__Blastocatellaceae、Hydrogenophaga和Rhodobacter是H₂-MBfR系统中典型的反硝化菌属,在稳定期总丰度可达到46%左右。     

生物膜反应器中低氨氮浓度废水的亚硝化

在连续流生物膜反应器中通过控制DO、pH和HRT,对低氨氮浓度废水进行了亚硝化的实验研究。结果表明,在进水氨氮浓度为35～45 mg/L,温度为34℃的情况下,当DO=1.4～1.5 mg/L,pH=8.3,HRT=6 h时,氨氮的去除率与亚硝态氮的积累率均可达到80%左右,实现了较好的氨氮降解及稳定的亚硝态氮的积累。     

实时控制序批式膜生物反应器处理养猪废水的短程硝化

采用实时控制序批式膜生物反应器（sequencing batch membrane bioreactor,SMBR）工艺处理某种猪场的养殖粪尿污水,通过pH实时曲线上的"氨谷点"对曝气时间进行实时控制实现短程硝化。小试反应器10个月的连续运行结果表明,利用曝气时间实时控制实现了稳定的亚硝态氮累积。短程硝化启动后,SMBR对COD和TN的平均去除率分别达到95.5%和92.4%,亚硝态氮积累率可维持在85%以上。高通量测序与OTU分类的结果表明,实时控制下SMBR内NOB逐渐被淘洗,而AOB得到了富集。从反应器启动初期到获得稳定短程硝化（反应器运行200 d）,AOB丰度提高了55倍,而对应的NOB丰度降低了2倍。此外,AOB的绝对数量与DO呈显著负相关（r=-0.846,0.01 p 4+-N浓度呈显著正相关（r=0.45,0.01p 4+-N的积累有利于AOB的富集。因此,利用曝气时间实时控制实现短程硝化是一种面向群落结构优化的控制方法,有利于短程硝化系统长期稳定的运行,具有实际应用价值和工程意义。     

生物活性炭填料反应器处理含盐水体的硝化性能

以颗粒活性炭为填料,采用盐度梯度两步驯化法构建含盐水体生物滤器硝化功能,研究了生物滤器稳定后水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)、进水氨氮负荷和CODMn/N等对反应器硝化性能的影响。结果表明,25～27℃,盐度30的含盐水体生物滤器硝化功能构建需73 d,其中淡水生物滤器硝化功能构建需28 d,淡水驯化为盐度15的生物滤器需19 d,盐度15驯化为盐度30的生物滤器需26 d;实验条件下生物活性炭填料反应器中生物量达到146～742.1 nmolP/g-BAC;调节进水氨氮浓度2 mg/L左右时,最佳HRT为1 h,氨氮去除率达到84.98%,相应的氨氧化菌和硝酸菌氧吸收速率(oxygen uptake rate,OUR)分别为2.091和1.948 mg O2/(g-BAC.h);HRT为1 h时,随着进水氨氮负荷的加大,氨氮去除率逐渐降低,当进水氨氮负荷由0.12增加到0.48 g-N/(kg-BAC.d)时,氨氮去除率由84.98%降低到41.68%,同时氨氧化菌OUR由2.091降低到0.625 mg O2/(g-BAC.h);随着CODMn/N的升高,氨氮去除率下降,CODMn/N从1～8时,氨氮去除率由84.98%降低到53.64%,CODMn去除率却逐渐增加,由40.86%增加到93.59%,异养菌OUR随着CODMn/N升高呈上升趋势,最大达到0.914 mg O2/(g-BAC.h)。     

短程硝化过程中NO-2-N高效富集的工艺条件实验研究

针对厌氧氨氧化工艺需要提供充足的亚硝酸盐氮为电子受体的问题,利用培养基对SBR中具有一定短程硝化功能的污泥进行富集培养,得到氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的数量之比为104︰1,并研究了工艺条件对短程硝化的影响,结果表明,适合氨氧化菌生长的最佳温度为30℃、pH为7.5、nHCO^-₃/nNH⁺₄-N值为1。以适合氨氧化菌生长的最佳环境条件优化SBR,在进水氨氮浓度为250 mg/L时,氨氮的转化率达到90％以上,亚硝酸盐氮积累率维持在85％以上,反应器中氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌的数量之比为10³∶1,亚硝酸盐的高效积累为厌氧氨氧化工艺处理高氨废水的过程提供了稳定的电子受体。     

由anammox转为CANON工艺的调控策略及微生物响应特性

为探究全程自养脱氮工艺(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)启动和高负荷运行过程中微生物响应特性并确定有效的调控策略,基于已稳定运行的厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, anammox)系统,通过调控DO、pH和游离氨,并采取逐渐降低$ {{\rm{N}}{{\rm{O}}^ -_2}} $-N和提升${ {\rm{N}}{{\rm{H}}^ + _4}}$-N的质量浓度的方式将其转为CANON工艺。结果表明：以10~20 mg·L⁻¹的游离氨为参考因素,调控DO为0.2~0.5 mg·L⁻¹、pH为7.0~7.2,可有效抑制亚硝酸盐氧化菌增殖,稳步提升氨氧化速率和氮去除速率(分别约为0.98 kg·(m³·d)⁻¹和1.67 kg·(m³·d)⁻¹),顺利启动CANON工艺;anammox和亚硝化途径对${ {\rm{N}}{{\rm{H}}^ + _4}}$-N的转化比最终稳定在0.73左右;高质量浓度(>1 800 mg·L⁻¹)的氨氮会促使anammox菌基因丰度增加,而使氨氧化菌基因丰度降低;anammox菌在CANON启动前期和高负荷条件下分别以Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia为优势菌属,而SM1A02作为可能的anammox菌属同氨氧化菌属Nitrosomona在启动过程中始终为优势菌属。     

短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺对氨淋洗液的处理效果

为证明短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理氨淋洗液的可行性,采用生物滴滤池(BTF)进行氨淋洗液的短程硝化,然后利用厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床(UASB)对淋洗液进行脱氮处理。结果表明：当氨浓度为0.03~0.31 mg·L⁻¹时,80%以上的氨被淋洗至液相,淋洗液中28%~84%的氮素可通过后续厌氧氨氧化过程被去除;在低、高氨负荷(0.072~0.72 kg·(m³·d)⁻¹)时,BTF均可实现对氨淋洗液的短程硝化,证明亚硝酸的积累与氨负荷无明显关系;利用淋洗液中游离氨、游离亚硝酸对氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌的抑制作用以及O₂传质的限制作用实现短程硝化。保证短程硝化BTF中亚硝酸积累、氨吸收效果、氨生物转化效率的最佳回流比为1∶2。上述研究结果可为采用短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理氨淋洗液提供参考。     

一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理中低浓度模拟氨氮废水

采用序批式反应器(sequencing batch reactor, SBR)研究了一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理中低浓度氨氮废水的运行稳定性。结果表明,在温度为35 ℃、进水氨氮浓度为200 mg·L⁻¹、溶解氧为0.2~0.4 mg·L⁻¹条件下,一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器去除负荷(以TN计)可达到0.24 kg·(m³·d)⁻¹,平均去除率为75.84%,成功实现了一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化的稳定运行。污泥中氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria, AOB)和厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia oxidation, Anammox)活性(以${\rm{NH}}_4^ + $-N计)分别稳定在877.24 mg·(g·d)⁻¹和127.61 mg·(g·d)⁻¹,亚硝酸氧化菌(nitrite oxidizing bacteria, NOB)活性由60.84 mg·(g·d)⁻¹(以${\rm{NO}}_2^ - $-N计)下降至18.54 mg·(g·d)⁻¹,NOB被成功抑制,AOB与Anammox菌之间形成良好的协同作用,保证了稳定的脱氮效果。FISH结果表明,污泥中的优势菌为AOB和Anammox菌,从微生物角度佐证了一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器维持较好脱氮效果的长期运行稳定性。一段式部分亚硝化厌氧氨氧化工艺的稳定运行可为厌氧氨氧化技术处理中低浓度氨氮废水提供参考。