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,NH_4~+-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。     

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。     

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)℃、p H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1.0mg/L以下,从而有利于进行短程硝化反应。此外,温度和p H可以影响亚硝氮的积累效果;当温度在25~35℃、进水p H为7.8~8.2时,亚硝氮的积累情况较好,积累率在91%以上。     

不同DO下亚硝态氮氧化菌硝化系统N 2O减量化研究

采用序批式活性污泥反应器(SBR),在富集亚硝态氮氧化菌(NOB)的基础上,考察了DO对连续进水模式下硝化过程中N_2O减量化的影响。结果表明,在污泥氨氧化菌(AOB)和NOB的比耗氧速率(SOUR)分别为(2.36±0.31)、(7.62±0.43)mg/(L·h)条件下,不外加碳源进行小试实验,氨氮均小于1.0mg/L,亚硝态氮均小于0.5mg/L。DO由0.2mg/L增至3.0mg/L过程中,随着DO增加,积累的硝态氮浓度逐渐上升,而累计产生的N_2O浓度先上升后下降。DO为0.2mg/L时,积累的硝态氮和累计产生的N_2O浓度最低,可以实现N_2O的最大减量化。在进水连续投加氨氮的方式下,氨氮氧化速率不是引起N_2O生成的关键步骤,碳源缺乏的情况下NOB硝化系统中低DO可以有效控制N_2O的释放。     

MFC强化同步短程硝化反硝化工艺的启动

微生物燃料电池(MFC)可在阴极实现反硝化、短程反硝化和同步硝化反硝化并产生电能,但在MFC阴极实现同步短程硝化反硝化的研究尚未见到报道。为了探讨MFC阴极同步短程硝化反硝化工艺的性能,将双室曝气阴极MFC与A/O脱氮工艺结合处理人工模拟低碳氮比废水。通过静置运行15 d使得MFC阴极室亚硝态氮得以积累,氨氧化菌得以富集。随即改为连续运行后第21天成功启动同步短程硝化反硝化MFC;阴极出水氨氮浓度为0.3 mg/L,亚硝态氮浓度为15.9 mg/L,硝态氮浓度为0.6 mg/L,亚硝化率达到95%以上,阴极电极自养反硝化去除率达到50%以上,COD去除率达到85%以上。结果表明,将MFC与同步短程硝化反硝化工艺结合,通过阴极室中氧气得电子获得高p H,可以强化同步短程硝化反硝化工艺,完成生物脱氮的同时回收电能,并具有减少外加碱度的优势。     

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、NO-2-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NO-2-N积累率、NO-2-N/NH+4-N=0.96±0.18;短程硝化反硝化能达到50%左右的NH+4-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NH+4-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。     

硅藻土固定化颗粒污泥对海水养殖废水除氨性能

针对实际海水养殖废水低碳高氮的特点,采用间歇式活性污泥法(SBR)和好氧活性污泥添加硅藻土载体的方式,考察硅藻土载体和活性污泥共同作用下的好氧曝气系统对海水养殖废水中氨态氮(NH+4-N)、亚硝酸态氮(NO-2-N)和化学耗氧量(COD)的去除效果,以及对污泥沉降性能和硝化细菌特征的影响。实验结果表明,常温条件下,溶解氧(DO)≥4.5mg/L,p H控制在7.0~8.0,HRT为11 h,沉降时间10 min,反应器可以处理NH+4-N浓度在50 mg/L左右的海水养殖废水,NH+4-N和COD去除率分别达到98.93%左右和76.62%以上,NO-2-N出水浓度低于0.028 mg/L。载体污泥颗粒照片和扫描电镜结果表明,添加硅藻土载体内核后,颗粒污泥的成熟期缩短,颗粒的稳固度和沉降性能提高。在系统启动成功稳定运行后,通过FISH分析表明,在氨氧化菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)成为优势菌群后,AOB大约占总菌群的33.5%,并且AOB与NOB菌群数量约为1∶1.33,AOB和NOB两大类菌群之和约占总菌群的77.2%,成为系统中优势菌群。     

双重抑制下亚硝化系统的启动及运行特性

采用连续进水(feed-batch)方式的SBR在高氨氮负荷(1 kg·(m~3·d)~(-1))和双重抑制下实现了亚硝化系统的启动及稳定运行。采用荧光原位杂交技术(FISH)对活性污泥中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)种群及数量变化进行测定。结果表明在温度(35±1)℃,进水氨氮浓度为1000mg·L~(-1)的条件下对NOB的抑制由游离亚硝酸(FNA)和DO的双重抑制转变为游离氨(FA)和DO的双重抑制,污泥亚硝酸盐氧化速率由28.16mg·(g·h)(以MLVSS计)降到0.3 mg·(g·h)~(-1)(以MLVSS计)以下,成功实现了高氨氮废水的稳定亚硝化。反应器出水NO_2~--N平均浓度为466.45 mg·L~(-1),NO_2~--N/NH_4~+-N接近1,NO_3~--N浓度低于20 mg·L~(-1),満足厌氧氨氧化(ANAMM0X)的进水基质要求。FISH结果表明,富集培养阶段AOB、NOB的优势种属由亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)及硝化螺旋菌属(Nitrospira)转变为Nitrosomonas及硝化杆菌属(Nitrobacter),抑制过程中NOB逐渐被淘汰最终硝化菌以Nitrosomonas为主,从微生物学角度佐证了亚硝化的稳定运行。     

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...     

序批式生物膜反应器挂膜启动实现短程硝化

常温条件下(20～25℃),以模拟的人工配水为研究对象,采用序批式生物膜反应器(SBBR),在初期挂膜的基础上,笔者运用两种不同的挂膜方式即重新加入新泥和不加新泥而加大进水COD浓度来实现生物膜的快速启动。实验表明,2种挂膜启动通过14 d的培养与富集,NH4+-N与COD的处理效果都能分别达到85%和75%以上。将剩余污泥排尽后,采用第1种挂膜方式的反应器通过连续间歇曝气,达到了比较好的短程硝化效果。调整溶解氧,并且通过先下降后上升曝气量的方式,能进一步提高亚氮的出水。最终在DO为3.6 mg/L时,亚氮的积累率能达到平均74%左右,达到了比较好的亚硝化效果。而第2种挂膜方式培养的生物膜则以好氧反硝化菌为主,去除的氨氮由同化作用和培养的好氧反硝化菌去除,以后者为主。通过比较可以看出,为了实现短程硝化,第1种挂膜方式比第2种更具有优越性,有利于硝化菌种的生长和亚氮的积累,而第2种方式则有利于培养好氧反硝化菌。     

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...     

生物脱氮好氧阶段不同反应过程N_2O产量

在成功实现生活污水短程生物脱氮的基础上,采用体积为3 L的小试反应器,利用在线DO监测手段控制DO=1.0 mg·L~(-1),通过投加Na NO2的方式控制系统初始NO~(-2)-N=40 mg·L~(-1),以丙烯基硫脲(ATU)抑制NH+4-N的氧化过程,考察了生物脱氮好氧阶段不同反应过程中N_2O的产生量。结果表明,除缺氧反硝化细菌的反硝化过程外,好氧条件下,氨氧化菌(AOB)能够以NH+4-N作为电子供体,NO~(-2)-N作为电子受体,进行反硝化脱氮过程,其反硝化产物为N_2O。生物脱氮好氧阶段AOB的好氧反硝化和异养菌的缺氧反硝化反应中,N_2O的产量分别占分别占进水总氮(NH+4-N+NO~(-2)-N)的7.23%和7.80%。好氧阶段NH+4-N和NO~(-2)的氧化过程中,几乎没有N_2O的产生。     

多级好氧生物膜/厌氧颗粒反应器的PN/A工艺启动与调控

厌氧氨氧化细菌(AnAOB)和氨氧化细菌(AOB)的同时快速富集是短程硝化/厌氧氨氧化(PN/A)工艺高效运行的关键。本研究构建了一种多级好氧生物膜/厌氧颗粒污泥反应器(MOBAPR)。MOBAPR的好氧生物膜/厌氧颗粒结构不仅可有效保留生物质,还为AnAOB和AOB同时富集创造空间条件。在MOBAPR中,首先通过控制pH和间歇曝气在15 d内实现PN工艺的快速启动,然后在稳定运行的PN工艺基础上,61 d后实现了PN/A工艺的快速启动,脱氮率达到(83.41±2.45)%。16S rRNA基因测序结果表明,MOBAPR中AOB(27.09%)和AnAOB(9.99%)成功实现同时富集。此外,在PN/A工艺运行过程中,气液比(曝气速率与进水速率的比值)是一个与NRE高度相关的操作参数。气液比的优化控制不仅可以提高MOBAPR的脱氮性能,还可以在溶解氧(DO)低至无法控制时代替DO控制。     

间歇曝气比在短程硝化中对硝化活性的影响

采用序批式间歇反应器(SBR)处理生活污水,温度控制在(25.0±0.5)℃,研究好氧曝气与缺氧搅拌时间比(间歇曝气比)分别为30min∶30min(A模式)和40min∶20min(B模式)对亚硝酸盐氮积累、污泥性能参数、反应速率(比氨氮氧化速率、比硝酸盐氮产生速率、比亚硝酸盐氮产生速率)、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性的影响。A模式下运行64个周期时,出水亚硝酸盐氮质量浓度为19.04mg/L,亚硝酸盐氮积累率高达99.21%;B模式下运行75个周期时,出水亚硝酸盐氮质量浓度为19.42mg/L,亚硝酸盐氮积累率高达95.47%;研究表明缺氧时间所占比例越大越有利于短程硝化的实现。在实现短程硝化过程中,A模式在38个周期之后AOB活性超过NOB活性;B模式在34个周期之后AOB活性超过NOB活性。     

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 NH+4-N·(L·h)~(-1)的同时,氨氮的去除率97%,亚硝酸盐积累NO_2~--N/NO_x~--N85%,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。     

基于DO控制实现SBR短程硝化过程

采用序批式反应器(SBR)处理模拟氨氮废水,研究了固定供氧模式下氨氮降解过程和溶解氧变化规律,并对DO控制实现短程硝化机理进行了探讨.实验结果表明,当DO＜1 mg/L时,体系产生亚硝酸盐积累,当亚硝化反应结束后,DO出现跃升现象,并且pH值对短程硝化有一定影响,充足的碱度和较高的pH值有利于建立以DO为控制参数实现短程硝化过程控制.短程硝化启动后,亚硝酸盐积累率达90％以上,并且经过度曝气5d后,系统仍保持稳定运行.     

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。     

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。     

实时控制SBR系统中的短程硝化反硝化

以人工模拟高氨氮废水为研究对象,采用循环间歇式曝气方式,以溶解氧浓度(DO)和pH值为过程控制参数,对SBR系统进行实时控制、全程跟踪.根据此过程中COD、NH4 -N、NO2--N和NO3--N 4项水质指标的变化情况,研究SBR系统中的短程硝化反硝化工艺.实验结果表明,在短程硝化反硝化工艺中,采用较高曝气量,并且在曝气过程中用DO和pH值作为过程控制参数是可行的.     

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。