某污水处理厂A2/O工艺冬季生物反硝化过程的影响因素研究

针对污水处理厂冬季反硝化脱氮效率不佳的问题,以常州市某污水处理厂A~2/O工艺为研究对象,模拟探讨了不同外加碳源、碳源投加量、溶解氧(DO)和硝态氮浓度对生物处理系统反硝化脱氮能力的影响。结果表明,外加有机碳源对系统的反硝化效能有明显的强化效果。3种外加有机碳源(乙酸、乙醇和乙酸钠)中,乙酸为最佳碳源。当乙酸投加量为40mg/L时,系统反硝化脱氮效率最高,比反硝化速率可达1.964mg/(g·h),反硝化碳耗最少,为7.14 mg/mg。DO与比反硝化速率成反比,DO≤0.20mg/L时,反硝化能力最强。硝态氮初始质量浓度为20mg/L左右时,反硝化能力最强。在实际工程应用中,可以通过提高硝化效果或直接调整回流比实现反硝化脱氮最优条件,将有助于提高系统的冬季脱氮效果。     

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NO_3~--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),NO_3~--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。     

游离和聚乙烯醇包埋门多萨假单胞菌好氧反硝化脱氮的研究

以从采自温州西片污水处理厂的活性污泥样品中分离的好氧反硝化门多萨假单胞菌(Pseudmonas mendocina)WZUF20为受试对象,以聚乙烯醇(PVA)-海藻酸钙-活性炭包埋固定化,研究游离和固定化细胞在人工硝态氮污水中好氧反硝化去除硝态氮的条件,以及它们对人工氨氮、硝态氮和亚硝态氮污水的氨氮、硝态氮和亚硝态氮的去除能力。结果表明:(1)游离细胞和固定化细胞去除硝态氮的适宜条件是相似的,适宜碳源为丁二酸钠、乙酸钠和柠檬酸钠,适宜碳源和KNO3质量比为10∶1,适宜温度、转速和pH分别为20~35℃、100~200r/min和6.0~9.5;(2)在适宜条件下,游离细胞和固定化细胞对人工氨氮污水氨氮的去除速率分别为8.79、1.67mg/(L·h),对人工硝态氮污水硝态氮的去除速率分别为8.17、4.54mg/(L·h),对人工亚硝态氮污水亚硝态氮的去除速率分别为16.42、7.67mg/(L·h);(3)在人工硝态氮污水中连续5批次的去硝态氮试验表明,PVA-海藻酸钙-活性炭固定化细胞是稳定的。说明门多萨假单胞菌(Pseudmonas mendocina)WZUF20以及PVA-海藻酸钙-活性炭包埋制备的固定化细胞具有应用于实际废水脱氮的潜力。     

光照强度对光能自养生物膜去除低污染水体中硝态氮的影响研究

低污染水体存在C/N较低的特征,往往导致水体自净过程中反硝化碳源的不足.提出采用光能自养生物膜去除低污染水体中的硝态氮,研究不同光照强度对光能自养生物膜脱氮能力的影响,并验证了生物膜自行产生的胞外聚合物(EPS)及溶解性微生物产物(SMP)中多糖能否成为反硝化的碳源.结果表明,采用光能自养生物膜去除低污染水体中硝态氮具有良好的效果,光照强度的提高可以有效促进硝态氮的去除,在光暗比为12:12、水力停留时间为72 h时,1 500、3 000、4 500 lx光照强度下系统的硝酸盐去除率分别为37.1％、56.7％、62.5％,且随着光照强度增加硝酸盐去除速率逐渐提高;光照强度的增加可促进光能自养生物膜系统的EPS、SMP中多糖的产生,且光暗交替时EPS、SMP中多糖浓度呈“锯齿形”变化,在有光照时浓度明显上升,而在无光照时浓度下降;光能自养生物膜系统的EPS、SMP中的多糖可作为碳源被反硝化菌利用,而且在无外加碳源条件下,SMP中多糖对碳源的贡献大于EPS中的多糖.     

pH和C:N对厌氧氨氧化耦合短程反硝化脱氮性能的影响

以低DO和逐渐降低亚硝态氮浓度的方式运行厌氧氨氧化(ANAMMOX)上流式污泥床(AUASB)反应器,第57天实现稳定运行,氨氮去除率保持在85%以上,采用高通量测序技术分析发现ANAMMOX污泥中主要功能菌转变为Candidatus kuenenia,丰度为8.85%,好氧氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas的丰度为1.48%,短程反硝化菌Thauera丰度为0.66%。将AUASB反应器中污泥接种在ANAMMOX序批式反应器(ASBR)后,通过外加有机碳源的方式使ASBR拥有了短程反硝化的能力,然后研究了不同C:N(质量比)和不同pH条件下亚硝态氮积累情况和氮素转化特性,结果表明:当C:N为3.2:1.0时,亚硝态氮积累率最高为84%,但有部分亚硝态氮被还原。当pH为7.8时,ANAMMOX菌活性最高,氨氮去除率为95%。扫描电子显微镜(SEM)观察到ANAMMOX菌为球状,短程反硝化菌为短杆状。     

黄水作为补充碳源的反硝化效果研究

黄水作为白酒生产过程中的副产物，含有大量易于生物降解的有机物。对比研究了黄水和传统碳源(乙醇、乙酸钠)为外碳源时的反硝化效果，并通过16S rRNA分析了不同碳源系统微生物种群结构。结果表明，黄水系统的反硝化速率为6.49 mg/(g·h),反硝化脱氮效果与传统碳源相差不大。反硝化过程中各碳源系统亚硝酸盐氮均出现短暂积累，黄水系统最大亚硝酸盐氮积累率最低。碳源对系统微生物种群结构有一定影响，乙酸钠系统中微生物种群的丰富度有所上升。相比于乙酸钠系统，黄水和乙醇系统在门水平上的种群分布具有较高的相似性，两个系统中变形菌门(Proteobacteria)均有一定程度的提升，厚壁菌门(Firmicutes)均明显下降；乙酸钠系统则与之相反。     

污泥接种策略与联氨促进垃圾渗滤液厌氧氨氧化工艺快速启动及其运行效果

针对厌氧氨氧化工艺启动速度慢及在垃圾渗滤液中脱氮效率低的问题,探究了厌氧氨氧化工艺在处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液中的快速启动及稳定运行策略。结果表明,厌氧氨氧化工艺接种反硝化污泥:anammox颗粒污泥=9:1的启动效果最佳,100 d时TN去除率可达75.1%。但由于垃圾渗滤液中COD较高,异养反硝化菌生长迅速且严重影响厌氧氨氧化菌活性。通过投加6 mg·L^-1的N₂H₄之后,异养反硝化菌活性受到抑制,反应器内厌氧氨氧菌占据主导地位,Candidatus Kuenenia菌相对丰度由0.2%提升到10.6%,TN去除率及氮去除速率分别达90.6%和0.143 kg·(kg·d)^-1以上。在厌氧氨氧化工艺中投加适量N₂H₄可实现垃圾渗滤液的稳定高效自养脱氮。     

碳源对反硝化生物滤池运行及微生物种群的影响

以某城市污水厂二级出水为原水,以甲醇、乙酸钠为碳源,研究了不同碳源对反硝化生物滤池运行的影响,并借助16S rDNA测序技术对滤池生物膜的微生物群落组成和结构进行了解析。结果表明,采用逐渐增加滤速的方式进行挂膜,乙酸钠滤池在启动7 d后出水水质稳定,NO_3~--N去除率在96%以上,NO_2~--N积累消失;甲醇滤池则需要9 d。稳定运行期,甲醇和乙酸钠滤池达到最大反硝化效率所需碳氮比均为4.5~5.5,出水TN1.0 mg·L~(-1)。乙酸钠滤池沿过滤方向硝酸盐氮降解较快。与甲醇相比,乙酸钠微生物产量高、运行周期短、反冲洗时间长,且药剂投加量高。从滤池脱氮效率、运行稳定性和成本等方面综合考虑,甲醇可作为最佳碳源。微生物在属水平进行聚类分析结果表明,以甲醇、乙酸钠为碳源的反硝化生物滤池中的微生物种群存在差异。甲醇滤池中与反硝化有关的属占36.68%,其中优势菌属Methylophilus,属于嗜甲基型菌属。乙酸钠滤池中与反硝化有关的菌属占58.38%。其优势菌属为Arobacter,可利用有机酸还原硝酸盐。     

低C/N比污水反硝化过程中亚硝态氮累积特性研究

以乙酸钠为碳源,采用序批实验研究低C/N比污水在不同温度反硝化过程中的亚硝态氮累积规律。研究结果表明,不同温度下低C/N比污水均能在反硝化过程中累积亚硝态氮。在同一温度下,随着初始C/N比增加,亚硝态氮最大累积率随之增加,温度为15℃时亚硝态氮最大累积率增幅最大,C/N比为1.03时,亚硝态氮最大累积率仅为18.8%,而C/N比为4.16时,亚硝态氮最大累积率高达83.9%;在同一水平的C/N比下,随着温度升高,亚硝态氮最大累积率也随之呈增加的趋势;当C/N比为1左右,温度从15℃上升到25℃时,亚硝态氮最大累积率从18.8%上升到51.7%;在较高温度、较高C/N比下,反应初期由于乙酸钠具有一定弱碱性导致系统pH迅速上升,随着硝态氮逐渐还原成亚硝态氮,乙酸钠被分解成CO_2,pH逐渐下降,待硝酸盐完全去除,进一步发生亚硝态氮还原,系统pH再次上升。     

3DBER-S阴极nirS型反硝化菌群的分析

为探究低碳氮比条件下3DBER-S(三维电极生物膜与硫自养耦合脱氮工艺)阴极反硝化菌群特征、强化脱氮机制,在TOC/TN=0.36的进水条件下稳定运行反应器,运用nir S基因克隆文库方法,分析了3DBER-S阴极生物膜反硝化菌群结构。结果表明,在3DBER-S阴极生物膜上反硝化菌中,β变形菌(β-proteobacteria)是优势菌种,占细菌总数的59.22%。其中,所占比例最大的是异养菌,包括与固氮弧菌属(Azoarcus tolulyticus)和趋磁螺菌(Magnetospirillum magneticum)类似的细菌,分别占44.74%和21.05%。能够分别利用硫单质或氢气作为电子供体进行反硝化脱氮的Sulfuricella denitrifican、高氯酸盐降解菌(Dechlorospirillum sp.)和陶厄氏菌属(Thauera)三者所占比例之和达到了17.11%。表明系统中氮的去除是由异养反硝化、氢自养反硝化和硫自养反硝化共同作用的结果,既有效减少了脱氮过程中有机碳源的消耗,又维持了系统酸碱度的平衡,从而能够在低碳氮比条件下维持稳定高效的脱氮效果。     

好氧反硝化菌BN5脱氮降苯特性

以好氧反硝化菌Pseudomonas sp.BN5开展去除硝态氮实验,同时研究其降解苯的特性。结果表明,在最佳转速180 r·min-1条件下,菌株在72 h内可完全降解80 mg·L-1苯;同时,硝态氮的去除率为93.2%。氮平衡分析表明:57.1%的硝态氮转化为胞内氮,32.7%以含氮气体形式被去除;细胞主要通过好氧反硝化和细胞同化作用脱氮。高浓度的苯对细胞生长和硝态氮的去除均有抑制作用,可通过固定化细胞提高降解性能。固定化菌在批式反应器中能高效降苯脱氮,且能够保证反应器的稳定。菌株Pseudomonas sp.BN5可以有效的去除苯和硝酸盐,为该菌的实际应用奠定了基础。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

异养硝化-好氧反硝化粪产碱杆菌处理高氨氮污泥厌氧消化液

具有异养硝化-好氧反硝化特性的粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis No.4)直接处理污泥厌氧消化液中的高浓度氨氮时,在60 h内氨氮(原始浓度441 mg/L)去除率约为18%。沼液中碳源验证实验表明,乙酸可作为其优质碳源。因而,可以通过外加乙酸钠的方式来解决污泥厌氧消化液碳源不足的问题。当污泥消化液中添加足够的碳源-乙酸钠使得C/N为10时,Alcaligenes faecalis No.4的脱氮效果良好,氨氮的去除率达到了98%以上。研究结果表明,在利用粪产碱杆菌处理高浓度氨氮沼液时,酸化污泥作为外加碳源的方式具有其理论可行性。     

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,R~2=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。     

HRT对UASB厌氧反硝化脱氮的影响

在反硝化脱氮的影响因素方面,研究多集中在碳源种类和碳氮比(C/N)2个方面,而对水力停留时间(HRT)的影响很少有报道。采用UASB作为厌氧反硝化反应器,进水NO_3~--N为50 mg·L~(-1),C/N比固定为1.5,分别以葡萄糖和乙酸钠作碳源,研究HRT对反硝化效果的影响。结果表明:当外加碳源为葡萄糖时,最佳HRT为6 h,此时NO_3~--N和TN的去除效果最好,去除率分别为79.5%和63.8%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为4.69 mg·L~(-1)和2.22 mg·L~(-1);当外加碳源为乙酸钠时,最佳HRT为4 h,对应的NO_3~--N和TN去除率分别为99.0%和91.4%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为3.08 mg·L~(-1)和0.47 mg·L~(-1)。HRT对反硝化效果有显著影响,且跟碳源种类有关。HRT会影响反硝化菌、反硝化异化还原成铵(DNRA)细菌和其他异养菌之间的平衡。     

不同碳源添加量对垂直流人工湿地污水处理效果的影响

以垂直流人工湿地小试系统为研究对象,采用碱处理过的千屈菜(Lythrum salicaria)作为反硝化碳源补充材料,探讨了不同碳源添加量对系统COD及氮、磷去除效果的影响。结果表明,一定剂量经过碱处理的千屈菜材料可以为人工湿地系统脱氮提供反硝化所需要的碳源,而且具有缓效持续释放的特点。添加此碳源材料可明显提高系统的脱氮效率,最高可提升30.85%,但随着C/N比的增加,硝态氮去除率逐渐降低,C/N比为3、5、8时分别为91.20%、87.72%和84.19%。添加碳源量达到C/N比为3时系统能够发生最大程度反硝化,此时不仅人工湿地系统脱氮效果得到提高,同时人工湿地除磷能力也有所增强。碱处理过的千屈菜材料在本系统中的最适宜添加量为5 g,即100 g/m2(C/N=3),远低于在进水中为满足反硝化所需调控的C/N比(5～8),可以节约外加碳源成本。     

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。     

短程硝化在垃圾渗滤液处理工程中的应用

针对垃圾填埋场渗滤液生物脱氮高耗能的问题,通过对A/O/N工艺处理垃圾渗滤液进行短程硝化反硝化调试,对溶解氧(DO)、污泥浓度(MLSS)、污泥龄(SRT)、混合液回流比、pH、碱度进行定性定量分析,研究了不同条件下垃圾渗滤液生物处理阶段COD、氨氮及总氮去除效果,探讨了影响亚硝酸盐氮积累的因素。结果表明,好氧池低溶解氧能成功启动短程硝化,垃圾渗滤液稳定实现短程硝化反硝化脱氮。运行条件为:O反应器DO浓度0.5～0.8 mg·L~(-1),N反应器DO浓度1.5～2.2 mg·L~(-1),MLSS 3 500～4 500 mg·L~(-1),污泥龄9～13 d,混合液回流比1 100%,N反应器pH 7.6～8.2,N反应器碱度1.1 g·L~(-1)。短程硝化调试后,硝化阶段亚硝化率稳定在85%以上,COD、氨氮及总氮去除率分别达95%、98.6%、94.2%以上,节省30%碳源量和20%曝气量。     

异养硝化-好氧反硝化菌粪产碱杆菌的脱氮特性

为了对粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis No.4)的脱氮特性进行研究,提出了不同环境因子对菌株脱氮性能影响的对比实验。结果表明,该菌能利用柠檬酸钠和乙酸钠作为惟一碳源,以柠檬酸钠为碳源时脱氮活性最高,硝酸铵、氯化铵、碳酸铵和硫酸铵4种铵盐均能作为惟一氮源,而硝态氮和亚硝态氮几乎不能被该菌代谢转化;当温度在30~37℃、摇床转速超过120 r/min、p H为6~8之间时,该菌对氨氮的去除效果最好;该菌对高中低浓度的氨氮都具有很好的去除效果,对高浓度的氨氮有很好的耐受性;该菌对0%、3%盐度的适应期较短,对6%的盐度经过较长时间的适应期后,也能够快速地处理氨氮,具有良好的耐盐性。     

SBR法短程硝化处理纤维素乙醇废水的中试研究

针对纤维素产乙醇废水高有机物、高氨氮、难降解的特点,运用短程硝化反硝化脱氮工艺,基于序批式活性污泥反应器(SBR)的调试运行,研究反应器运行方式对COD去除和脱氮效能的影响,为日后纤维素乙醇废水处理的工程化提供借鉴。结果表明:通过控制DO(0.5 mg·L~(-1))、p H(7.6~8.5)和投加碳源等条件,可实现亚硝酸盐氮的积累和转化,最终三氮去除率稳定在70%以上;通过投加不同碳源对比实验,发现乙酸钠作为反硝化外加碳源比葡萄糖具有更高的效率;厌氧工艺处理过的纤维素乙醇废水经短程硝化反硝化工艺处理后,COD去除率维持在20%上下,表明废水可生化性极低,已不适应生物法处理,须利用化学氧化法才能进一步去除;通过周期实验,发现硝化阶段碱度过量对短程硝化进程影响并不明显,相反充足的碱度是保证硝化反应进行的必要条件。