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。     

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。     

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。     

反硝化生物滤池反冲洗周期优化及水力特性

为探究反硝化生物滤池(DNBF)的最适运行参数和反冲洗周期,分别以石英砂和火山岩构建起2套DNBF,优化了水力停留时间(HRT)和碳氮比(C/N);通过滤池的处理效果、停留时间分布(RTD)分析和水力模型拟合确定了最佳的反冲洗周期。结果表明:在DNBF稳定运行后,2种填料的滤池处理效果相近,当HRT和C/N分别为2 h和4∶1时,出水的化学需氧量(COD)和总氮(TN)分别是(28.3±1.2) mg·L~(-1)和(2.5±0.3) mg·L~(-1),此时碳源利用率较高;由脱氮性能和RTD分析得出的最佳反冲洗周期为1 d,出水COD和TN可分别达到(17.9±1.4) mg·L~(-1)和(1.8±0.2) mg·L~(-1);当反冲洗周期延长后,滤池出水COD上升,脱氮性能大幅度下降,RTD曲线出峰从1θ(标准化时间)提前到0.5θ处、1.25θ和1.5θ处出现沟流现象,滤池中的流态趋向于混流式的多釜串联模型。通过RTD实验揭示不同反冲洗工况下DNBF内部水力特性的变化,可用于优化滤池的反冲洗周期。     

反硝化生物滤池中生物膜量与脱氮效果和脱氢酶活性的关系

采用自主研发的中试反硝化生物滤池处理传统活性污泥法的二沉池出水,研究了稳定运行下生物膜量与脱氮效果和脱氢酶活性之间的关系。结果表明:根据VSS/SS=0.78、VSS/SS0.78、VSS/SS0.78,将SS分为3个区域,分别为区域1(232.5～1 246.6 mg·L~(-1))、区域2(1 246.6～2 542.7 mg·L~(-1))、区域3(2 542.7～3 523.9 mg·L~(-1))。在区域2内能获得最大的NO_3~--N和TN去除能力,去除率分别为95.0%和85.7%及最大的总脱氢酶活性(TDHA),为112.5 g;单位质量生物膜脱氢酶活性(DHA)与SS和VSS之间显著负相关,R~2分别为0.822和0.876;TDHA随SS的增加而增加,直至VSS/SS开始减小时随之减小。DHA能较好地从微观层面反应微生物的活性,TDHA可从宏观层面反映整个反应器的生物活性,为反硝化生物滤池运行提供参考。     

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。     

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。     

铁屑耦合固相反硝化对低碳氮比废水中总氮的处理

为考察脱氮效率并解决碳源不足导致总氮(TN)去除率不高的问题,将竹刨花作为固体碳源与挂膜载体,引入铁屑,构成耦合体系,搭建2套反硝化实验装置(分别为耦合体系1号与单纯固相反硝化体系2号)并对脱氮率及微生物进行分析。结果表明：进水TN为41.62～59.95 mg·L^-1,COD/N<0.5,水力停留时间为18 h;13～105 d,1号TN平均去除率为73.21%～92.79%,比2号平均去除率高近1倍;1号碳源相对2号更为充足,但2体系出水COD均值都低于一级A;1号总铁释放稳定,出水总铁均值低于0.3 mg·L^-1,未出现NH3-N明显积累。SEM表征结果显示,1号竹填料表面黏性物质与微生物数量更多,生物膜更加紧密。16S rRNA表征结果显示：1号具有更高的微生物丰度与多样性;2体系反硝化脱氮相关门类占主体,优势门类均为变形菌门,但1号变形菌门占比高于2号;变形菌门中,1号反硝化菌群(属水平,丰度>1%)类别和总占比均高于2号。由此可知,铁屑强化了碳源的分解与利用,促进了脱氮功能菌生长,显著提升了耦合体系脱氮效能,出水TN可...     

玉米叶水解液作为好氧反硝化的补充碳源分析

为了降低生物脱氮的碳源成本,首次对玉米叶作为好氧反硝化替代碳源进行研究。先将玉米叶水解预处理,使有机碳源更容易被螯台球菌(Chelatococcus.daeguensis)TAD1获得。在温度为50℃、转速为160 r·min~(-1)的条件下,分别考察玉米叶水解液、柠檬酸钠与玉米叶水解液混合物作为碳源时TAD1的好氧反硝化性能,以及初始pH、NO_3~--N、NO_2~--N浓度对好氧反硝化的影响。结果表明:初始NO_3~--N为100 mg·L~(-1),柠檬酸钠与玉米叶水解液比例为1∶4时好氧反硝化效果最好,其最佳pH为8.0,此时脱氮率为96.79%。初始NO_3~--N为250 mg·L~(-1)时,以玉米叶水解液为唯一碳源时,反硝化速率高达24.30 mg·(L·h)~(-1),脱氮率高达97.20%。总的来说,NO_3~--N为50~100 mg·L~(-1)时,混合液更适宜作为TAD1的碳源;当NO_3~--N为150~300 mg·L~(-1)时,玉米叶水解液更有优势,可以完全取代传统碳源进行反硝化。相似地,NO_2~--N为30~50 mg·L~(-1)时,混合液更适宜作为TAD1的碳源;当NO_2~--N为50~150 mg·L~(-1)时,玉米叶水解液更具优势。     

Fe3+对生物膜反应器去除模拟屠宰废水高氨氮的影响

为解决屠宰废水的高氨氮问题,在2 L SBBR中添加Fe~(3+)对模拟屠宰废水进行脱氮处理。在室温条件下,研究了不同浓度Fe~(3+)对NH_4~+-N、N O_2~--N、NO_3~--N、COD、同步硝化反硝化速率(ESND)、微生物群落分布的影响。结果表明,曝气量为0.6 L·min~(-1),HRT为12 h,Fe~(3+)质量浓度为10 mg·L~(-1)时,NH_4~+-N、COD和TN去除率分别为94%、97%和89.28%。N O_3~--N含量小于5 mg·L~(-1),NO2~--N含量接近0 mg·L~(-1),ESND平均值可达93.91%,比对照组高5.24%。Fe~(3+)提高了微生物抗低温冲击性,加快了同步硝化反硝化速率。高浓度的Fe~(3+)(30～50 mg·L~(-1))会产生生物毒性,抑制生物脱氮。SEM及显微镜观察发现,含有10 mg·L~(-1) Fe~(3+)的体系减少了生物质流失,微生物种类丰富,体系脱氮性能得到有效提升。     

前置反硝化生物滤池深度脱氮效能与影响因素

前置反硝化生物滤池具有良好的脱氮性能,被广泛用于污水的深度处理。采用该工艺对城市污水处理厂尾水进行深度处理,通过调节硝化液回流比(50%、100%、150%)和水力负荷(1.0、1.5和2.0 m~3·(m~2·h)-1),考察前置反硝化生物滤池工艺对COD、TN、NH+4-N的去除效果。结果表明,当硝化液回流比为100%时,系统对污染物去除效果最好。在进水COD、TN、NH+4-N平均浓度为120、35和15 mg·L~(-1)的水质条件下,出水COD、TN、NH+4-N平均浓度可降到7.62、5.02和0.60 mg·L~(-1),去除率分别为93.65%、85.65%和96.00%。在水力负荷为1.5 m~3·(m~2·h)-1条件下,系统对COD、TN和NH+4-N的平均去除率达到了83.00%、90.14%和95.73%,出水可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准。     

碳氮比对低温投加介体生物反硝化脱氮的影响

污水的生物脱氮效果受低温抑制,投加氧化还原介体有利于反硝化过程。采用规格相同的序批式反应器,使用人工配制硝酸盐废水和经过驯化的活性污泥,考察了不同碳源浓度(碳氮比)对低温(10℃)投加氧化还原介体1, 2-萘醌-4-磺酸(NQS)污水生物反硝化脱氮过程的影响。结果表明:当碳源浓度(以COD计)为150～400mg·L~(-1) (碳氮比为1.8～4.7)时,脱氮效率随碳氮比的升高而升高;当碳源浓度为400～550 mg·L~(-1) (碳氮比为4.7～6.5)时,脱氮效率随着碳氮比的升高而降低;当碳源浓度为400 mg·L~(-1) (碳氮比为4.7)左右时效果最好,总氮去除率最高为64.7%。对于脱氮速率,介体强化脱氮速率随着碳氮比的升高而升高。同时,探讨了投加介体污水生物反硝化脱氮的机理,发现投加介体降低了体系的氧化还原电位(ORP),有利于反硝化脱氮反应的进行。     

水力停留时间对天然纤维素类固体碳源反硝化滤池处理效果的影响

为了有效去除低C/N(质量比)生活污水中的TN,考察了水力停留时间(HRT)对以稻秆、玉米芯和大豆壳等天然纤维素为填料和固体碳源(以下简称碳源)的反硝化滤池的脱氮效果的影响,从COD、TN、TP去除规律和不同阶段释碳速率的变化,分析和比较不同HRT和碳源种类下反硝化滤池的脱氮性能,获得了不同碳源对应的最佳HRT,并探讨了最适碳源种类。以稻秆、玉米芯、大豆壳为碳源时,反硝化滤池的最佳HRT分别为2.0、2.0、4.0h,出水TN分别为0.3、0.2、0.4mg/L,TN去除率均为97.8%以上,此时出水COD、TP分别为37.6～44.9、0.4～0.6mg/L。玉米芯释碳速率低,释碳持久稳定,投加玉米芯为碳源的反硝化滤池在4个月后仍可保持高效、稳定的反硝化脱氮性能。     

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。     

强化陶粒-BAF处理微污染水源水中的碘普罗胺

将一株碘普罗胺降解菌Pseudomonas sp.I-24及从菌株中破碎得到的降解酶分别与活性污泥同时挂膜,考察强化陶粒-曝气生物滤池(BAF)对微污染水源水中碘普罗胺(IOP)的处理效果,结果表明,降解菌和降解酶对IOP的去除率有稳定的提高,在水力负荷0.08 m3·(m~2·h)~(-1),溶解氧9.5 mg·L~(-1),碳源为淀粉的条件下,2组滤池IOP最大去除率分别为98.12%和98.68%,且在不利条件下运行稳定性较强。然而投加降解菌和降解酶的滤料表面生物数量少于对照组滤料,表明降解菌和降解酶的投加存在影响生物膜种群结构的可能。     

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。     

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。     

Fe~(3+)对人工快速渗滤系统脱氮效能的影响

人工快速渗滤系统(CRI)存在TN去除率低的问题,探寻有效提高CRI系统脱氮效能的方法和技术是目前研究的热点。通过构建CRI污水处理系统,研究了Fe~(3+)在不同添加量下对CRI系统氮素污染物迁移转化及脱氮功能菌分布和活性的影响。结果表明,ρ(Fe~(3+))=2~10 mg·L~(-1)时有利于TN去除,其中ρ(Fe~(3+))=7 mg·L~(-1)时TN去除率最高,比空白对照组提高了30.1%,CRI系统内亚硝酸菌(有氧段)和反硝化菌(饱水段)的数量分别比空白对照组提高3.86、0.42倍,0~80 cm、80~100 cm、100~150 cm段的脱氢酶活性分别为空白对照组的1.68、2.17、1.66倍;当ρ(Fe~(3+))=20 mg·L~(-1)时,硝酸菌和反硝化菌的数量或活性明显下降,过量Fe~(3+)添加对CRI系统脱氮产生抑制效应。     

短期有机冲击下船用景观一体化反硝化除磷装置的处理效能

为高效、稳定处理船舶生活污水,研究了船用景观一体化反硝化除磷装置面对短期水质波动的效能变化,采用富集反硝化聚磷菌(DPAOs)的ABR-CSTR连续流组合工艺耦合生态单元处理船舶生活污水,对比了ABR进水容积负荷(VLR)为1.2 kg·(m~3·d)~(-1)、COD为350 mg·L~(-1)的基准条件,通过短期内提高进水中有机底物的浓度,来模拟1.5倍和2.0倍进水有机负荷的有机冲击,此外通过控制硝化液回流比及溶解氧获得应对冲击的调控策略。结果表明:在2种短期冲击下,COD去除率分别为94.1%和92.6%,出水BOD和TN可达标,生物单元出水磷平均为0.76 mg·L~(-1)和1.14 mg·L~(-1),缺氧吸磷量为7.13 mg·L~(-1)和5.82 mg·L~(-1),生态单元可深度降解氮磷及缓冲波动;在1.5倍VLR下,调整硝化液回流比由200%至300%,反硝化吸磷量由7.10 mg·L~(-1)升至7.41 mg·L~(-1),在2.0倍冲击下,提高硝化液回流比对系统除磷帮助甚微,将DO从1.5 mg·L~(-1)升至2.0 mg·L~(-1),吸磷量由5.17 mg·L~(-1)升至6.01 mg·L~(-1),系统反硝化除磷效果得以提升;污泥特性方面,ABR内MLVSS/MLSS比值和EPS量随有机底物浓度的提高而上升,厌氧段EPS增幅最大,可由154.5 mg·g~(-1)升至164.2 mg·g~(-1)和183.4 mg·g~(-1)。ABR-CSTR-生态单元一体化装置面对短期有机冲击具有稳定处理效果,研究结果可为船舶生活污水的治理提供参考。     

不同水力停留时间条件下PCL为碳源去除水产养殖水体硝酸盐的效率及微生物群落分析

以可生物降解聚合为碳源的固相反硝化可以避免水产养殖用水硝酸盐处理过程中碳源反复添加、碳源不足或过量等问题。水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)是生物反应器运行管理的主要参数之一,用固定膜反应器固相反硝化的方法研究了HRT对以聚己内酯(polycaprolactone,PCL)为碳源的反应器去除循环水养殖系统硝酸氮(浓度为170~197 mg·L~(-1))的效率的影响。研究结果表明不同水力停留时间对硝酸盐去除效率差异显著。在HRT为6 h和8 h时,硝酸盐速率分别为(0.55±0.32)g·(L·d)~(-1)和(1.05±0.33)g·(L·d)~(-1),且出水亚硝氮浓度和氨氮浓度均明显低于进水浓度;在HRT为4 h和2 h时,进出水硝酸盐浓度差异不明显。电子扫描显微镜观察显示PCL表面生物膜主要为杆状菌,应用傅里叶红外扫描观察发现使用前后PCL的化学结构没有发生明显改变。应用高通量方法测定的微生物群落结构表明,62%的细菌为Proteobacteria(62%),在鉴定出的细菌中,食酸菌属(Acidovorax),固氮螺菌属(Azospira),丛毛单胞菌属(Comamonas),代尔夫特菌属(Diaphorobacter),懒小杆属(Ignavibacterium),弗拉特氏菌属(Frateuria)可以同时降解PCL和进行反硝化。