反硝化菌YYD4强化生物滤池处理低碳氮比污水效果研究

文章利用实验室筛选到的高效反硝化菌YYD4对反硝化生物滤池进行强化脱氮,探究了该菌在不同C/N比下脱氮性能,考察强化反硝化生物滤池处理低C/N比污水时的启动时间、脱氮能力与脱氮稳定性。结果表明,反硝化菌YYD4处理低C/N比水时其12 h硝氮去除率为99%,总氮去除率达81.38%,无亚硝氮积累。强化反硝化生物滤池对硝氮去除率为95.18%±4.10%,总氮去除率为94.11%±6.33%,较未强化滤池分别提升了9.76%与19.89%,停止投加菌液后强化滤池的硝氮去除率为96.81%±3.00%,总氮去除率为97.84%±1.40%,强化终止后反硝化生物滤池仍具备良好且稳定的脱氮能力。     

北运河沉积物中主要脱氮功能微生物的群落特征

应用分子生物学技术研究北运河沉积物中主要脱氮功能微生物,反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌(Anammox)的群落特征,探讨了微生物群落的季节变化及其与环境因子的响应关系.结果表明,沉积物中反硝化细菌和Anammox的丰度和群落组成随季节变化差异显著.从夏季到冬季,反硝化细菌丰度逐渐增加,Anammox的丰度却逐渐降低;反硝化细菌的多样性均显著的高于Anammox的多样性,反硝化细菌是北运河沉积物中主要的脱氮微生物.从夏季到冬季,沉积物中氮和TOC含量均逐渐升高,温度是决定脱氮微生物群落特征季节变化的关键因子,TN与反硝化细菌的群落丰度显著正相关,C/N与Anammox的丰度显著正相关;反硝化细菌的群落结构主要受到硝氮和pH的影响,pH也是影响Anammox物种时空分布的主要因子.系统发育分析表明,两种脱氮微生物的主要类群均具有较高的耐污性和良好的脱氮效率,反硝化细菌主要从属于Pseudomonas和Halomonas, Anammox物种发育多样性较低,主要为浮霉菌门的Candidatus Brocadia.     

兼氧条件下厨余垃圾发酵液作碳源的反硝化性能

在兼氧条件下,利用厨余垃圾厌氧发酵液调节反硝化系统的碳氮比（COD/TN,C/N）,并考察了其脱氮性能.结果表明,不同C/N条件下,反应系统均未出现有机物的积累,但高C/N条件下的亚硝酸盐最大积累浓度和积累速率高于低C/N;随着进水C/N的增大,反应整体脱氮率和反硝化速率不断增大,当C/N为13时,反硝化速率达到了最大值,为9.79mg/（gVSS·h）,其脱氮率超过95%;相同C/N条件下,反硝化速率和最大亚硝酸盐积累浓度均与进水硝酸盐浓度成正比.此外,实验结果表明,兼氧条件下的反硝化过程虽不易出现COD残留,但去除单位氮所需的有机物更多,且整体反硝化速率以及亚硝酸盐还原速率均低于厌氧条件.     

好氧反硝化菌群强化A/O工艺脱氮性能研究

厌氧/好氧（A/O）活性污泥法是应用最广泛的污水处理工艺之一,然而该工艺脱氮效率通常只有70%～80%,且需要较大的混合液回流比,导致其能耗偏高。该研究从活性污泥中筛选分离出多株好氧反硝化细菌并进行了优化组合,构建了高效好氧反硝化菌群,并应用于强化A/O反应器O池脱氮。结果表明,组合AD-1+AD-5+Z1脱氮效率最高,其最佳脱氮条件为30℃、pH 7～9、摇床转速150 r/min、C/N=10,在此条件下其对SNDM培养基中TN去除率达到98.38%。强化A/O工艺中混合液回流比从200%降低至50%,TN去除率仅略微降低2.5%,与传统A/O工艺相比,强化A/O主要脱氮途径由缺氧反硝化变为同步硝化反硝化。通过好氧反硝化菌群强化脱氮,A/O工艺可节省60%的回流能耗,对于降低该工艺的污水处理运行成本具有重要意义。     

后置固相反硝化滤池工艺沿程微生物特性

为解决现有低碳源污水处理工艺能耗高、工艺复杂和脱氮效果不佳等问题,提出一种新型的混凝沉淀/后置固相反硝化滤池工艺.为了从微生物角度来解释该工艺的宏观脱氮效果,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术研究了工艺中生物滤池沿程微生物群落结构的变化规律及脱氮功能菌的类型.结果表明,硝化滤池内生物膜中微生物的多样性和丰度沿上向流方向呈逐渐上升的趋势,且硝化细菌在顶端富集,而固相反硝化滤池呈先上升后下降的趋势,反硝化菌在中部富集.硝化滤池中的优势菌株为硝化细菌Nitrosomonas sp. Nm47和Candidatus Nitrospira defluvii;固相反硝化滤池中的优势菌株为反硝化菌Rubrivivas gelatinosus和固体碳源降解反硝化菌Myxobacteria.     

纤维填料SBBR处理制药废水深度脱氮的启动与实现

针对制药废水总氮去除难的问题,采用纤维填料SBBR工艺处理实际制药废水。启动和驯化实验共进行了99 d,在制药废水NH₃-N浓度（200±20） mg/L的条件下,最终系统的TN去除率稳定在97%以上,且未添加任何碳源。废水C/N是影响深度脱氮的关键条件,在进水C/N为3的条件下,系统无法实现废水的深度脱氮。通过提高废水的C/N,可以提高废水的脱氮效率。当废水C/N为5时,系统实现了深度脱氮。得益于纤维填料上大量的生物膜,SBBR在曝气结束后即实现了深度脱氮,脱氮的途径由同步硝化反硝化+内源反硝化逐渐转变成同步硝化反硝化。操作模式也最终确定为进水-搅拌-曝气-沉淀-排水。     

城市污水厂部分反硝化滤池启动及运行

采用生物滤池探究部分反硝化（NO₃^--N还原到NO₂^--N）工艺应用于城市污水厂深度脱氮的可行性.以实际二级出水为进水,考察滤速、碳氮比（C/N）等影响因素对滤池快速启动及稳定运行的影响,分析了滤池沿程水质变化和系统微生物群落结构.结果表明,控制高滤速和低C/N,3d可实现部分反硝化滤池的快速启动,滤池120d平均亚硝态氮累积率（NTR）为60.3%,最高可达82.1%,成功构建了连续流生物膜部分反硝化工艺.高滤速条件有助提高滤池的NO₂^--N积累率,C/N对NO₂^--N积累率的影响较小,C/N为2~4,部分反硝化滤池的NTR维持在62.0%.沿程数据表明底部40cm的滤料层是部分反硝化滤池NO₃^--N去除和NO₂^--N累积的主要反应区域.由于采用实际水厂二级出水进行研究,扫描电镜和高通量测序结果表明存在多种具有反硝化功能的微生物,系统的微生物多样性较高.     

微气泡曝气生物膜反应器处理低C/N比废水脱氮过程

微气泡曝气生物膜反应器是微气泡曝气技术与好氧生物处理相结合的新型处理工艺。本研究采用微气泡曝气生物膜反应器在低气水比下处理低C/N比废水,考察了生物脱氮过程和性能,并分析了脱氮功能菌群变化。结果表明,通过低气水比(小于1:2)控制DO浓度并降低进水C/N比,可以实现生物脱氮过程从同步硝化-反硝化向同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)过程转变,并可获得较高的低C/N比废水生物脱氮性能。DO浓度低于1.0 mg·L-1、进水C/N比为1:2.8时,SNAD过程成为生物脱氮的主要途径,TN平均去除率可达到76.3%,TN平均去除负荷为1.42kg·(m3·d)-1,厌氧氨氧化过程对TN去除的贡献率为86.0%。随着进水C/N比降低,生物膜中亚硝化菌群和厌氧氨氧化菌群的相对丰度逐渐增加,而硝化菌群和反硝化菌群的相对丰度逐渐降低。生物脱氮功能菌群变化与脱氮过程转变为SNAD过程相一致。     

A~2/O-曝气生物滤池工艺处理低C/N比生活污水脱氮除磷

以低C/N比实际生活污水为研究对象,重点考查了A2/O-曝气生物滤池生化系统的脱氮除磷特性.同时,考虑到A2/O工艺的主要功能是除磷及反硝化,而曝气生物滤池则以硝化为目的.因此,通过缩短A2/O的泥龄,可将硝化过程从A2/O中分离出去,让曝气生物滤池完成硝化,实现硝化菌和聚磷菌的分离,并解决了硝化菌和聚磷菌泥龄之间的矛盾.试验结果表明,该生化系统可实现有机物、氮和磷的同步去除.在平均C/N比为4.2,内回流比R为250%的条件下,平均进水COD、TN、TP分别为239.9、57.3和5.1mg·L-1,平均最终出水COD、TN、TP分别为34.1、13.3和0.1mg·L-1,去除率分别为85.8%、76.9%和98.3%.曝气生物滤池对氨氮几乎保持了100%的去除率.序批试验表明,反硝化聚磷菌占聚磷菌的比例为40.5%.     

微气泡曝气生物膜反应器处理低C/N比废水脱氮过程

微气泡曝气生物膜反应器是微气泡曝气技术与好氧生物处理相结合的新型处理工艺.本研究采用微气泡曝气生物膜反应器在低气水比下处理低C/N比废水,考察了生物脱氮过程和性能,并分析了脱氮功能菌群变化.结果表明,通过低气水比(小于1∶2)控制DO浓度并降低进水C/N比,可以实现生物脱氮过程从同步硝化-反硝化向同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)过程转变,并可获得较高的低C/N比废水生物脱氮性能. DO浓度低于1. 0 mg·L-1、进水C/N比为1∶2. 8时,SNAD过程成为生物脱氮的主要途径,TN平均去除率可达到76. 3%,TN平均去除负荷为1. 42 kg·(m3·d)-1,厌氧氨氧化过程对TN去除的贡献率为86. 0%.随着进水C/N比降低,生物膜中亚硝化菌群和厌氧氨氧化菌群的相对丰度逐渐增加,而硝化菌群和反硝化菌群的相对丰度逐渐降低.生物脱氮功能菌群变化与脱氮过程转变为SNAD过程相一致.     

回流比水力负荷对前置反硝化生物滤池工艺处理污水的影响研究

前置反硝化生物滤池工艺具有良好的脱氮性能,其中回流比是影响其处理效果的一个重要因素.试验考察了回流比分别为50%、100%、200%、300%的条件下该工艺对COD、NH4+-N、TN的去除效果.研究表明,在回流比从50%提高至300%的过程中,该工艺对污染物的去除效果以200%为界呈先上升后下降的趋势,但对去除TN的影响较为显著,回流比为200%时,对应COD、NH4+-N和TN的平均去除率分别为92.67%、90.50%和80.50%.在保持回流比100%的条件下,随水力负荷从1.52m.h-1增加到2.82m.h-1的过程中,前置反硝化生物滤池工艺对污染物的去除效果以2.08m.h-1为界呈先上升后下降的趋势,水力负荷为2.08m.h-1时,对COD、NH4+-N和TN的平均去除率分别为91.72%、90.29%和74.45%.COD、NH4+-N和TN主要在BAF(DN)缺氧环境内得到去除,平均去除率分别为78.48%、68.02%和58.21%.     

移动床生物膜系统SND影响因素研究

采用移动床生物膜反应器实现了稳定同步硝化反硝化脱氮.实验研究了C/N对同步硝化反硝化脱氮的影响,结果表明,随着C/N的增加,同步硝化反硝化脱氮效率提高,在好氧条件下总氮去除率最高达到92.9%,但当C/N=12时,TN去除率提高并不明显;实验研究了pH对氨氮和TN去除效果的影响,结果表明,氨氮去除pH适宜区域为8.03~9.01,TN去除pH适宜区域为8.03~8.55;实验分析了实际生活污水中碱度和pH值对脱氮效果的影响,并对比研究了理论碱度和实际碱的关系,结果表明碱度和pH在同步硝化反硝化脱氮中对氮素去除的影响不大,不需要额外调节系统pH,也不需要在反硝化过程中补充碱度.单个周期内同步硝化反硝化过程中pH值和碱度变化规律的研究表明,pH可以指示SND中氮素转化过程.     

响应面法优化多级A/O+BAF系统处理生活污水强化脱氮除磷

为优化多级A/O(缺氧/好氧)＋BAF(曝气生物滤池)系统处理低C/N生活污水强化脱氮除磷的关键运行条件,采用单因素试验分别研究了HRT(水力停留时间)、三点进水比例及BAF填料高度对系统主要污染物去除的影响,并以此为对照,通过BBD二阶模型中心复核设计多因素试验,采用响应面法分析上述三因素对TN、TP去除的交互影响,得出了优化运行条件与TN、TP去除率的模型预测值,在该条件下运行系统,验证了TN、TP去除率实际值与预测值的相对误差. 结果表明:①单因素试验表明,当HRT为9 h、进水比例为5∶3∶2、填料高度为1 800 mm时,多级A/O+BAF系统中主要污染物的去除效果最好. ②响应面分析得出,三因素对TN、TP的去除交互影响显著;模型拟合回归方程得出,优化运行条件为HRT 8.5 h、进水比例5∶3∶2、填料高度1 600 mm时,TN、TP去除率预测值分别为84.88%、94.37%. ③验证结果表明,进水ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别为68.8、5.4 mg/L,出水ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别为10.61、0.32 mg/L,TN、TP实际去除率分别为84.15%、94.01%,与TN、TP去除率预测值相比,相对误差仅分别为0.86%、0.38%. 研究显示,应用响应面法建立模型优化多级A/O＋BAF工艺处理生活污水的方法可靠,实现了对氮磷的强化去除.      

低C/N(<3)条件下SNEDPR系统启动及其脱氮除磷特性研究

为了解同步硝化内源反硝化除磷（SNEDPR）系统处理低C/N（<3）污水的脱氮除磷特性,采用厌氧/低氧（溶解氧0.5~1.0mg/L）运行的SBR反应器,以低碳城市污水为处理对象,考察了C/N对SNEDPR启动、脱氮除磷性能优化与菌群结构变化的影响.结果表明：进水C/N由4.3提高至5.15时,系统脱氮除磷性能均逐渐增强,系统总氮（TN）和PO₄^3--P去除率最高达89.3%和90.6%;降低进水C/N <3后,系统脱氮、除磷性能均呈现先降低后逐渐升高的趋势,但低C/N对PAOs（聚磷菌）除磷性能的影响高于其对反硝化聚糖菌（DGAOs）内源反硝化脱氮性能的影响,表现为TN和PO₄^3--P去除率分别先降低至21.4%和3.4%后逐渐升高至92.9%和94.1%.系统稳定运行阶段,单位COD平均释磷量和SNED率达437.1mgP/gCOD和89.1%,出水NH₄⁺-N、NO_x^--N和PO₄^3--P浓度平均为0,4.4,0.2mg/L.经136d的运行,系统内PAOs,GAOs,AOB（氨氧化菌）和NOB（亚硝酸盐氧化菌）分别占全菌的（16±3）%,（8±3）%,（7±3）%和（3±1）%,其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能.此外,系统好氧段存在同步短程硝化内源反硝化,是实现低C/N（<3）污水高效脱氮除磷的原因.     

生物膜反应器-单宁酸铁处理低C/N废水的脱氮性能

采用生物膜反应器耦合包埋型单宁酸铁处理低C/N比废水,考察其脱氮性能,分析了生物脱氮过程功能菌群的变化,以及单宁酸铁强化脱氮的作用机制.结果表明,生物膜反应器耦合包埋型单宁酸铁,具有低C/N比废水高效脱氮性能.进水C/N比为1：2.7时,TN平均去除率可达80.0%,TN平均去除负荷为1.38kg/（m³·d）.生物膜反应器内随着进水C/N比降低,优势脱氮过程从同步硝化-反硝化过程向同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化（SNAD）过程转变,厌氧氨氧化过程对TN去除的贡献率逐渐升高至76.2%,亚硝化菌群和厌氧氨氧化菌群成为优势生物脱氮功能菌群.包埋型单宁酸铁在生化处理后,通过吸附-催化氨氧化作用同步去除氨氮和亚硝酸盐氮,进一步提高TN去除性能.因此,耦合单宁酸铁强化生物膜反应器SNAD脱氮过程,是实现低C/N比废水高效脱氮新的有效途径.     

生物膜系统同时硝化和反硝化的实验研究

实验采用人工配水,对生物膜系统中COD和氮的去除进行了研究。实验中pH控制在7.0～7.5左右,温度为20℃～28℃。本实验研究了不同溶解氧、水力停留时间和碳氮比对总氮去除率的影响。实验结果表明,生物膜系统中同时硝化和反硝化具有一定的可行性。在C/N比为8∶1,水力停留时间6h时,溶解氧为0.5～1.0mg/L时,总氮的去除率达53.6%。     

HRT对A/O-BF处理低碳氮比农村生活污水脱氮的影响

通过四组平行小试装置,研究空床水力停留时间(HRT)对缺氧/好氧生物滤池(Anoxic/oxic biofilter,A/O-BF)去除低碳氮比(C/N)农村生活污水中氮的影响;结合高通量测序,研究了不同HRT条件下的脱氮效能和微生物群落变化特征,优选出最佳HRT.结果表明:①缺氧段HRT为6 h的条件下,好氧段HRT为9和10 h时,A/O-BF对NH₄+-N和TN的平均去除率均分别为99%和75%,显著高于HRT为7 h(分别为93%和66%)和8 h(分别为96%和70%)时的情况.②好氧段HRT为9 h的条件下,缺氧段HRT为6 h时,A/O-BF对TN的平均去除率为78%,明显高于HRT为4 h(59%)、稍高于HRT为5 h(74%)和7 h(75%)时的情况.③好氧段HRT为9 h时,其硝化菌属Nitrosomonas和Nitrospira的总丰度占11.42%,明显高于HRT为7 h(4.61%)、8 h(7.39%)和10 h(7.64%)时的情况.④缺氧段HRT为6 h时,其主要的反硝化菌属Denitratisoma占5.83%,明显高于HRT为4 h(0.81%)、5 h(2.90%)和7 h(3.27%)时的情况.研究显示,HRT影响A/O-BF的脱氮效能和微生物群落分布特征,处理低碳氮比(1.4~3.0)农村生活污水时,A/O-BF好氧段和缺氧段的最佳HRT分别为9和6 h.      

多点交替进水阶式A2/O工艺强化脱氮除磷

为强化CMICAO(多点交替进水阶式A2/O)工艺的脱氮除磷性能,通过调整进水C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕、进水端厌氧池和缺氧池的进水流量比对CMICAO工艺参数进行优化,考察其对氮、磷去除的影响. 结果表明:试验条件下,C/N的提高可增强SND(同步硝化反硝化)作用,氮的去除效果也随之提高,C/N≥7时,前好氧池同步硝化反硝化率达到61%,出水ρ(TN)≤9.0 mg/L;在相同工况下,较低的C/N下反硝化除磷现象更明显. 综合考虑,C/N在5~7范围内,可取得较好的整体脱氮除磷效果. 优化工艺进水碳源分配可提高碳源利用效率,氮、磷的去除效果受进水流量比的影响较大,当厌氧池和缺氧池进水流量比为2.0时,可强化缺氧池的反硝化除磷作用,TN和TP去除率分别为75%和92%,出水ρ(COD_Cr)、ρ(NH+₄-N)、ρ(TN)和ρ(TP)分别为28.7、1.9、9.2和0.27 mg/L,通过优化实现了CMICAO工艺对氮、磷去除的强化.