城市生活污水短程硝化系统的恢复与启动

为了实现主流的短程硝化反硝化和厌氧氨氧化,设计了基于pH-DO和阀ON-OFF间歇曝气的在线控制系统,搭建了中试级别的短程硝化SBR,在高DO条件下基于城市生活污水恢复种泥活性后,加入反硝化稳定短程,最后接入厌氧氨氧化滤池实现全过程自养脱氮。将脱氮率、NO2--N积累率等作为考察指标,研究了系统的启动过程和稳定性。结果表明：控制SBR（sequencing batch reactor）中DO=2~2.5 mg·L-1、HRT=8~10 h、SRT=4~5 d、T=25℃,启动恢复3个月后,系统能保持90%以上的NO2--N积累率、NO2--N/NH4+-N=0.96±0.18;短程硝化反硝化能达到50%左右的NH4+-N去除率,60%左右的TIN去除率;短程硝化接厌氧氧氨氧化能保证90%左右的NH4+-N去除率和TIN去除率,出水达一级A标准。由实验结果分析,系统在高DO条件下能恢复短程硝化污泥的活性,基于pH-DO和阀ON-OFF间歇曝气的在线控制系统稳定性高,能保证短程硝化系统的稳定运行;恢复活性后,后接厌氧氨氧化滤池能实现中试级别的全过程自养脱氮。     

短程硝化过程2种亚硝酸盐氧化菌抑制策略探讨

为维持短程硝化稳定,保证亚硝酸盐高效积累,需要对污水处理系统亚硝酸盐氧化菌(NOB)的性质进行深入了解。分别对Nitrospira以及Nitrobacter的动力学参数,以及在活性污泥系统、生物膜系统、颗粒污泥系统中2菌属特性进行比较。经分析后认为,Nitrospira相对于Nitrobacter比增长速率较低,对O2,NO2-底物亲和性较好,适宜生长于低浓度环境中,是A2/O、短程硝化-厌氧氨氧化工艺中的主要NOB菌属;Nitrobacter则适宜在高浓度环境中生长。在颗粒污泥系统中,NOB主要处于污泥内部,由于缺乏O2,NO2-更容易被淘汰出反应器。通过对比短程硝化主要控制参数,认为NOB的抑制策略包括：在活性污泥系统中维持合理的污泥龄(SRT)以及游离氨(FA)浓度;在生物膜系统中对溶解氧(DO)以及水力停留时间(HRT)进行联合控制;在颗粒污泥系统中维持适量剩余NH4+-N,并淘洗出掺杂其中的絮状污泥。此外,利用“饱食饥饿”效应间歇曝气并维持较低的曝停比同样有利于阻止亚硝酸盐被NOB进一步氧化,保证短程硝化稳定运行。     

基于溶解氧和缺氧时长调控的间歇曝气策略对短程硝化脱氮工艺的影响

短程硝化的实现可推动能源节约型脱氮工艺的应用。通过阐述间歇曝气策略实现短程硝化的机理,分析了应用间歇曝气策略实例中的运行参数,总结了DO协同缺氧时长分别在单独短程硝化工艺、短程硝化-反硝化(PN/D)工艺以及短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺中的影响效果,如对功能菌活性和系统脱氮效率的影响;提出了以功能菌种、污泥存在形式等影响途径作为依据,基于DO协同缺氧时长的调控策略,并对各脱氮工艺中的运行参数进行优化,以期为各工艺系统实现最佳运行效果提供参考。     

基于曝气方式控制的碳捕获预处理黑水部分亚硝化工艺

短程硝化是短程生物脱氮工艺的前提与难点,通过曝气控制实现短程硝化具有操作灵活、成本低等优点。本文采用序批式活性污泥反应器,对比分析了高氧持续曝气、间歇曝气和低氧持续曝气3种曝气方式实现碳捕获预处理黑水短程硝化的效果和微生物群落结构的差异。结果表明：相对于高氧持续曝气和间歇曝气,低氧持续曝气工况亚硝态氮累积率(NAR)更高,出水NO₂⁻-N/NH₄⁺-N更接近厌氧氨氧化进水的水质要求;高氧持续曝气工况能逐步洗脱Nitrospira,同时提高AOB和Nitrobacter的相对丰度;低氧持续曝气工况显著降低了Nitrobacter的相对丰度,但低DO条件下AOB丰度降低并出现了Nitrospira。以上研究结果表明,针对碳捕获后的黑水,采用高氧持续曝气与低氧持续曝气交替组合运行的控制策略有助于实现更好的短程硝化效果和运行稳定性。     

实时荧光定量PCR对A2/O短程硝化系统内氨氧化菌的定量分析

通过控制好氧区低DO浓度以及缩短好氧实际水力停留时间(actual hydraulic retention time,AHRT),在处理低C/N比实际生活污水的A2/O工艺中,成功启动并维持了短程硝化反硝化;系统亚硝酸盐积累率稳定维持在90%左右,氨氮去除率在95%以上。通过提取富集氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)的基因组DNA,经两次常规PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳,以纯化回收的DNA扩增片段作为实时荧光定量PCR检测AOB数量的DNA标准品,建立了检测AOB数量的实时荧光定量PCR标准曲线。利用实时荧光定量PCR技术比较了A2/O系统在不同运行条件及亚硝酸盐积累率情况下AOB菌群数量。结果表明,随着系统亚硝酸盐积累率的上升,系统内AOB菌群数量也大幅上升。全程硝化和短程硝化时,系统内的AOB菌群数量分别为5.28×109cells/g MLVSS和3.95×1010cells/g MLVSS。此外,亚硝酸盐积累率的下降相对于AOB菌群数量的下降有一定的滞后性。     

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。     

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。     

污水低氧脱氮机制及其应用研究进展

阐述了污水低氧脱氮的基本原理,即抑制或去除亚硝酸盐氧化菌(NOB),同时保留氨氧化菌(AOB),并保持其活性;探讨了污水低氧脱氮实现途径;详细介绍了几种典型的污水低氧脱氮工艺(短程硝化(SHARON)工艺、厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺、好氧反氨化(DEMON)工艺、低氧自养硝化反硝化(OLAND)工艺、甲烷营养型硝化反硝化工艺和亚硝酸盐型完全自养脱氮(CANNON)工艺)的应用研究进展;最后对污水低氧脱氮处理工艺的工程运用进行了展望.     

基于DO和游离氨联合控制的短程硝化快速启动及稳定运行研究

在高氨氮废水中,为了实现序批式活性污泥反应器(SBR)短程硝化的快速启动及稳定运行,采用DO与游离氨(FA)联合控制的策略进行调控。结果表明:控制DO为1.42～1.53mg/L,曝气时间为3.5h,将初始FA平均值从1.75mg/L提高至8.74mg/L,经过30d的运行,亚硝酸盐氮积累率达到75.71%,氨氮去除率稳定在80%左右,可以实现快速启动;进一步将DO提高至1.77～1.90mg/L,曝气时间降低至2.5h,可实现长达61d的稳定运行,氨氮平均去除率维持在85.70%,亚硝酸盐氮积累率平均达到91.80%。因此,FA和DO联合调控可抑制亚硝酸盐氧化菌活性,促进氨氧化菌增殖,可以实现短程硝化的快速启动及稳定运行。     

低C/N比城市污水短程硝化特性及微生物种群分布

以城市污水厂二沉池回流液为接种污泥,研究了低C/N城市污水短程硝化特性及其微生物种群密度分布规律,并对比研究了SBR和SBBR 2种反应器短程硝化特性的差异。结果表明：在温度（30±1）℃、pH=7.9~8.2、DO=1.0 mg·L-1的条件下,通过分段曝气的运行方式、经过29 d的运行,2个反应器均实现了短程硝化的高效启动,NH4+-N转化率稳定在99%,短程硝化率稳定在90%以上;相比于SBR,SBBR更有利于AOB菌种的富集,且SBBR达到亚硝酸盐积累率最大效果的时间快于SBR。利用聚合酶链反应（PCR）和克隆测序等分子生物学技术分析得出,在短程硝化稳定运行的SBR系统中,AOB菌种与NOB菌种的占比为2.3：1。     

一体式PN/A耦合EBPR工艺高效低耗处理实际低C/N主流城市污水

针对低C/N城市污水脱氮除磷因碳源不足存在能耗、药耗高以及脱氮除磷效率低等问题,开发一体式短程硝化/厌氧氨氧化 (PN/A) 耦合强化生物除磷工艺 (EBPR) ,以降低碳源消耗和能耗、提高脱氮除磷效率,从而实现高效低耗减污降碳。通过构建悬浮污泥和生物膜共存的混合系统,采用厌氧-好氧运行模式以及间歇曝气,考察短程硝化/厌氧氨氧化与强化生物除磷过程的耦合效果。结果表明,反应器能长期稳定运行,出水总无机氮 (TIN) 质量浓度稳定低于4 mg·L⁻¹,溶解态磷 (DP) 质量浓度约0.2 mg·L⁻¹,TIN平均去除率大于90%,DP的平均去除率大于85%,平均脱氮负荷为53 mg·(g·d)⁻¹,强化间歇曝气能够在系统内实现NOB抑制,亚硝氮积累率可达60%以上,甚至100%。控制悬浮污泥好氧污泥龄为3.5 d,NOB由悬浮污泥向填料转移。由于生物膜传质受限,系统的亚硝氮积累率并未受到影响。该系统内厌氧氨氧化活性提高了5倍,厌氧氨氧化菌以Candidatus Brocadia为主,相对丰度为1.1%,较主流条件下提高了2.75倍。本研究结果证实了主流条件下厌氧氨氧化与传统脱氮除磷工艺耦合的可行性,这表明此耦合工艺具备更好应对水质波动的能力,能保证稳定良好的出水水质。该案例可为低C/N城市污水实现高效低耗减污降碳的脱氮除磷提供参考。     

低氨氮废水亚硝化的快速启动

以低氨氮废水为研究对象,研究了亚硝化反应的快速启动,通过对比实验考察了羟胺(NH_2OH)和肼(N_2H_4)投加对氨氧化与亚硝酸盐氧化反应的影响。结果表明:NH_2OH的投加更有利低氨氮废水亚硝化反应的实现;在此基础上,通过序批式运行模式,在每周期开始时投加NH_2OH(2 mg·L~(-1)),研究了低氨氮废水亚硝化反应的快速启动;通过9 d的驯化,亚硝酸盐积累率可达到100%,AOB与NOB丰度比升高至25,有利于亚硝化启动的实现。研究结果可为低氨氮废水亚硝化反应快速启动提供技术支持。     

基于包埋填料的短程硝化反硝化工艺的脱氮性能优化

为优化短程硝化反硝化工艺对模拟城市污水的脱氮处理性能,通过包埋固定化技术分别制得短程硝化、反硝化填料,形成连续流脱氮工艺。结果表明,短程硝化填料活性恢复后的氨氧化速率(AOR)可达39.83 mg∙(L∙h)⁻¹,亚硝酸盐积累率(NAR)稳定在96.60%。采用响应曲面法考察了短程硝化过程中的DO、HRT和填充率等因素对氨氮去除率(ARR)和NAR的影响,并建立了二次回归模型,通过模型预测的最佳运行工况为：HRT为3.48 h,DO为3.64 mg∙L⁻¹,填充率为20%。此时,后置反硝化包埋填料,当平均C/N为2.82时,总氮出水平均质量浓度为2.29 mg·L⁻¹,去除率稳定在94.27%,说明该工艺对城市污水具有良好的脱氮性能。高通量测序结果表明,短程硝化和反硝化包埋填料内部的功能菌均有大量增殖,并始终保持着优势地位。     

低DO与化学控制相结合的半亚硝化运行

针对厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX）的进水需求以及污水中氮素的存在形态,增强前置半亚硝化工艺的运行稳定性是十分有必要的。研究发现：在温度（30±1）℃、进水pH在8.0以上、DO在0.3 mg·L-1左右、HRT=8 h的情况下;逐步增加进水氨氮（NH4+-N）与碳酸氢盐浓度,经过19 d成功启动亚硝化反应（以亚硝硝酸盐积累率达到50%为限）;为了进一步提升亚硝酸盐积累率,间歇投加5 mmol·L-1氯酸钾,后又改加联氨作为硝化反应的选择性抑制剂,经过大约90 d的反复调试运行,使得出水中NH4+-N与亚硝态氮（NO2--N）的摩尔比近似1：1,基本符合厌氧氨氧化工艺进水需求。通过Miseq测序结果发现：氨氧化菌（AOB）在添加氯酸钾之后,已经成为绝对优势菌种,所占比例为54.99%;在添加联氨之后,AOB所占比例能够达到63.92%,其中包括Nitrosomonas sp和Nitrosomonas europaea这两种亚硝化菌;只有痕量亚硝酸盐氧化菌（NOB）的存在。     

基于SBBR的单级自养脱氮快速启动

以普通活性污泥为接种污泥,采用人工配制无机氨氮废水进行单级自养脱氮工艺快速启动研究。启动过程经历了污泥适应期、部分短程硝化选择期以及单级自养脱氮实现期3个阶段。经过29 d的培养驯化,通过控制游离氨的方法实现了部分短程硝化。当出水中亚硝酸盐积累率达到60%左右时,立即将序批式生物膜反应器(SBBR)由连续曝气改为间歇曝气,间歇曝气使得厌氧氨氧化菌(AAOB)的富集与亚硝酸氧化菌(NOB)的淘汰同时进行,并且避免了高浓度亚硝酸盐对AAOB的抑制作用,从而实现了单级自养脱氮的快速启动。实验仅用50 d成功启动了SBBR单级自养脱氮工艺,总氮容积去除负荷达到0.173 kg N/(m3·d),氨氮的平均去除率达到98.68%,总氮的平均去除率达到80.87%。成功启动之后,反应器内只有少量的悬浮污泥,大部分的污泥都附着在填料上,污泥颜色呈褐色,而反应器内壁及出水管上附着的污泥呈浅砖红色,表明反应器内富集了大量的AAOB。     

高氨氮污泥脱水液短程硝化反硝化的启动及稳定

采用A/O-CSTR工艺处理高氨氮污泥脱水液。进水氨氮浓度浓度约为375 mg/L,C/N比小于1.0,反硝化碳源明显不足。A/O反应器完成短程硝化反应,CSTR定期投加初沉污泥作为碳源进行反硝化。两者联合达到总氮去除的目的。实验研究短程硝化反应的启动过程,以及CSTR出水回流对短程硝化和系统脱氮效果的影响。实验结果表明系统具有良好的硝化反硝化效果。A/O反应器亚硝酸盐积累率迅速提高并稳定在90%以上。CSTR有效利用初沉污泥实现了稳定的反硝化。出水回流有利于提高总氮去除率,在回流比为200%时,系统平均总氮去除率达到85%以上。     

城市污水中部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺NOB抑制策略的研究进展

城市污水具有低温低氨氮(NH₄⁺-N)的特点,不利于亚硝酸盐氧化菌(NOB) 的长期稳定抑制,而NOB的过度增殖会导致出水硝氮 (NO₃⁻-N) 指标升高,对其他功能微生物产生竞争性抑制作用,进而降低部分亚硝化-厌氧氨氧化 (PN/A) 系统的脱氮性能和稳定性。以氨氧化菌 (AOB) 、NOB、厌氧氨氧化菌 (AnAOB) 等功能微生物动力学参数、生长特性为基础,探讨了主流条件下的城市污水处理系统中优势功能微生物的变迁。综述了当前普遍采用的低溶氧 (DO) 限制、好氧-缺氧交替、生物强化、投加抑制剂、泥龄 (SRT) 筛选、低亚氮等NOB抑制策略,并总结了单一抑制策略无法长期、稳定抑制NOB活性,需进一步考察多重策略的联合作用。继而,从性能和工艺复杂程度,对目前普遍采用的实现多重策略联合调控的反应系统进行了探讨。提出采用活性污泥模型 (ASM) 与实验相结合的方法,为助力主流PN/A工艺运行调控提供了新思路,并指出深化基础理论的研究,开发新型的组合工艺强化NOB的抑制及脱氮性能稳定也是可行的发展方向。     

基于分点进水的垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮性能

在垃圾渗滤液短程硝化反硝化生物脱氮过程中,过高浓度的游离氨(FA)会抑制氨氧化菌(AOB)的活性,降低系统亚硝化速率和脱氮效率.采取分点进水的方法,合理分配进入系统各单元的基质,降低反应器营养负荷和FA浓度,以期减少FA对AOB的抑制,提高脱氮效率.结果表明,通过控制DO浓度小于1.0 mg·L-1,成功实现了稳定的短...     

不同pH条件下短程硝化序批实验和数学模拟

为考察pH值对短程硝化过程动力学的影响,采用SBR工艺,以人工模拟氨氮废水为研究对象,进行了不同pH条件下的硝化批次实验,对氨氮降解过程进行动力学分析。在Monod方程的基础上,分析pH值对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸氧化菌(NOB)生长速率的影响,分别建立了AOB和NOB的生长数学模型。利用MATLAB软件,将模型与硝化阶段实测数据进行拟合,取得良好的模拟效果。在此基础上通过模型预测得到泥龄(SRT)为6 d,溶解氧为1.5 mg O2/L,pH值在7.3~8范围内有利于实现短程硝化。     

间歇曝气条件下短程硝化的实现及影响因素研究

研究间歇曝气条件下短程硝化的实现及温度、pH值和DO对实验效果的影响。以城市生活污水为研究对象,采用间歇曝气方式进行短程硝化实验,利用接种法培养驯化亚硝化细菌。实验研究结果表明,经过22 d的培养驯化,成功获得了亚硝化细菌,亚硝酸盐的积累率达到90％左右。在温度为25℃、pH为7.5、DO＜1 mg/L的条件下,亚硝酸...