不同碳氮比对海水养殖废水脱氮效果的影响

工厂化海水养殖废水C/N（碳氮比）较低,有效碳源不足,生物脱氮工艺往往由于缺乏碳源而受到抑制.为揭示脱氮工艺中不同过程对碳源匮乏的敏感程度,应用A/O-MBBR（缺氧/好氧-移动床生物膜反应器）处理模拟海水养殖废水,探讨进水C/N降低（从12降至1）对反应器运行效果的影响,并根据EPS（胞外聚合物）、AMO（氨单加氧酶）、NOR（亚硝酸盐氧化酶）、NIR（亚硝酸盐还原酶）、NR（硝酸盐还原酶）的活性,分析碳源不足对不同脱氮过程的抑制状况.结果表明:①C/N降低时,COD_Cr、NH₄+-N、NO₂--N的去除率均未下降,自养型的氨氧化、亚硝化过程不受影响,AMO和NOR活性提高.②缺氧区pH降低,ρ（DO）升高,NO₃--N的去除率显著降低,C/N为5时开始积累,NR活性明显下降.③异养反硝化反应电子供体出现由外碳源向内碳源和EPS的转换,缺氧区EPS含量逐渐减少,C/N为1时比C/N为6时减少了47%.研究显示,碳源不足是造成海水养殖废水生物反硝化不彻底的主要原因,为了实现高效脱氮,需要在海水养殖废水处理过程中严格控制ρ（DO）并且提供足够的碳源.      

溶解氧对HLB-MR反应器内有机物的生物絮凝影响

为了研究溶解氧（DO）对高负荷生物絮凝-膜反应器（HLB-MR）内有机物生物絮凝规律的影响,采用平行对比实验,考察了不同DO条件下反应器内有机物的生物絮凝效果、胞外聚合物（EPS）含量、金属阳离子浓度和微生物群落结构.结果表明：DO浓度分别为1~2mg/L和6~8mg/L时,HLB-MR反应器的絮凝效率分别为83%和89%,两反应器内上清液的浊度差别也进一步证实,较高的DO浓度下,反应器的生物絮凝效果更好.DO浓度在6~8mg/L时,HLB-MR反应器内结合态EPS和自由态EPS的含量分别为15.64mg/（g·VSS）和8.71mg/L,两者均显著高于DO为1~2mg/L时的11.83mg/（g·VSS）和6.56mg/L,反应器浓缩液中镁和铝的浓度也均明显高于低DO浓度时所对应的值,这说明在高DO条件下,有更多的EPS与金属阳离子结合而固定在污泥基质中,促进了生物絮凝.高通量测序表明,DO浓度分别为1~2mg/L和6~8mg/L时,HLB-MR反应器内细菌的群落结构差异明显,高DO浓度反应器底泥中Actinobacteria和Saccharibacteria的相对丰度较高,可能对生物絮凝有促进作用.     

富氧条件流离反应器内好氧反硝化特征

基于连续流A/O流离生物膜反应器内同步硝化反硝化的研究结果,以流离生物膜内菌群为整体研究对象,在富氧条件下,对依赖不同氮源生存的细菌的活性、以及具有的反硝化特征进行了研究.研究结果表明,温度25~30℃、溶解氧4.0~6.0 mg·L-1条件下,低碳氮比废水在硝化菌和好氧反硝化菌共同作用下,总氮和氨氮浓度稳步下降,亚硝酸盐和硝酸盐在试验持续时间内无明显积累现象.再分别以硝酸盐氮和亚硝酸盐氮为氮源,在高温(40℃)条件下18 h内即被完全去除,证明流离生物膜内的好氧反硝化菌脱氮效果好,且对高温水环境耐受力强.相对于单一菌群的反硝化研究,以多种细菌整体为研究对象的试验研究具备实际应用的可能性.     

氨对胞内贮存物短程反硝化N_2O产生量的影响

为了研究氨氮浓度对缺氧期以胞内贮存物为电子供体的亚硝酸盐反硝化氧化亚氮(N_2O)释放量的影响,采用稳定运行在厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)模式下的序批式活性污泥反应器(SBR),定期将其运行方式改变为厌氧/缺氧(An/A)方式运行,利用微生物在厌氧期将低分子有机物转化为胞内贮存物的特点,在缺氧初期向反应器投加亚硝酸盐,实验研究4种不同氨氮浓度对缺氧反硝化过程N_2O产生量的影响。反硝化实验中反应器初期COD(葡萄糖)浓度为200 mg/L,氨氮浓度分别为0、40、60、80 mg/L,缺氧初期投加亚硝酸盐后反应器内亚硝态氮浓度为40 mg/L。实验结果表明随投加氨氮浓度升高,反硝化完成时间随之变长,N_2O释放量相应增大,其原因可能是游离氨对反硝化微生物活性产生了一定程度的抑制作用。随投加氨氮浓度的升高游离氨浓度相应增高,抑制作用增强。同时发现当NO_2~--N浓度接近0时,基于胞内贮存物的N_2O还原反应才得以发生,说明亚硝酸盐对N_2O的还原有抑制作用,且抑制浓度很低。     

低温条件下好氧颗粒污泥培养及其脱氮性能研究

为研究在低温条件下好氧颗粒污泥（AGS）的形成及其脱氮性能,在序批式反应器（SBR）中15℃条件下60d内培养出了成熟的具有良好短程硝化功能的AGS,稳定运行阶段亚硝酸盐氮积累率（NAR）可以达到90%以上,扫描电镜显示AGS主要由短杆菌和球菌构成.通过批次实验研究了温度在15℃时,粒径为R1（1.0~2.0mm）、R²（2.0~3.0mm）和R3（>3.0mm）的短程硝化AGS的脱氮特性.其中R1亚硝酸盐氮积累效果最差,R²、R3相差不大,其NAR均可达到90%左右,效果较好.AGS粒径的增大会对基质的传质产生影响,这为氨化细菌（AOB）、硝化细菌（NOB）和反硝化细菌的生长提供了适宜的场所,有利于短程硝化的实现.通过微电极测定,在温度为15℃、水中溶解氧（DO）浓度为6~7mg/L时,AGS中氧气的传质深度为600~700μm.     

三相生物流化床处理低C/N污水的亚硝化过程控制研究

将短程硝化与生物流化床相结合,采用低碳氮比的人工合成污水进行启动,考察进水COD、氨氮、DO、p H对硝化和亚硝化过程的影响。研究表明,较短的水力停留时间(HRT)和较少的接种污泥量有利于生物膜的生长,能够成功实现生物流化床的快速启动。高进水氨氮浓度有助于反应器实现亚硝酸盐的积累,但是这种积累并不稳定。当反应器中p H为7.5~8.1,ρ(DO)为1.5~2.5 mg/L时,最大亚硝化率达到75%左右,氨氮去除率达85%以上。出水NO-2-N和NO-3-N浓度随进水COD浓度的增加而减少;当进水COD浓度为50 mg/L时,出水硝酸盐浓度急剧减少,亚硝酸盐浓度有所降低,反应器发生同步硝化反硝化脱氮现象。     

一体化A/O生物膜反应器低温硝化研究

采用自行设计制作的新型一体化A/O生物膜反应器,研究了温度、进水碱度对反应器硝化性能的影响.结果表明,当反应器温度控制在20,15和10℃时,硝化率分别为98%,90%和60%.此时进水COD和TN浓度分别为100～150 mg/L和65～78 mg/L.总氮去除率分别为50%,30%和20%.当反应器温度控制在8℃,进水中不加有机碳源,随着进水碱度的增加,硝化率从72%提高到95%,在低温下取得了良好的硝化效果.当进水碱度为280 mg/L时,反应器各区出现亚硝酸盐积累,亚硝化率达到80%.详细分析了形成亚硝酸盐积累的原因.     

DO浓度对EBPR耦合SND处理低C/N污水的影响

为了解厌氧/好氧运行的序批式反应器（SBR）中,强化生物除磷（EBPR）与同步硝化反硝化（SND）的耦合脱氮除磷特性,以实际低C/N （约为3.5）生活污水为处理对象,先通过调控进水C/N考察其对EBPR启动和聚磷菌（PAOs）富集情况的影响,再通过调控好氧段DO浓度考察其对系统脱氮除磷性能、SND率及碳源转化特性的影响.结果表明,DO浓度为2.0mg/L,当进水C/N由3.2提高至7.5并降至3.8时,反应器出水PO₄^3--P浓度由3.9mg/L逐渐降至0.5mg/L以下,且厌氧释磷量（PRA）由3.3mg/L逐渐升高至约30mg/L.此后,当DO浓度逐渐降至约1.0mg/L时,SND现象愈加明显,且其与EBPR耦合使得系统总氮（TN）和PO₄^3--P去除率分别提高至85%和94%.但当DO浓度约为0.5mg/L时,硝化过程进行不完全,亚硝酸盐积累较为明显,耦合系统中存在同步短程硝化反硝化现象.DO浓度为约1.0mg/L时,系统具有最高的脱氮除磷性能.此外,当DO浓度由2.0mg/L降至0.5mg/L时,PAOs较聚糖菌（GAOs）在厌氧内碳源储存中的贡献逐渐减小（P_PAO,An由30.3%逐渐降至20.2%）,PRA降低约7mg/L.DO浓度为1.0~1.5mg/L最有利于系统厌氧段内碳源PHA的合成.     

氢自养反硝化系统中亚硝酸盐的累积特性

建立了序批式反应器氢自养反硝化系统中亚硝酸盐累积的数学模型,定义了反硝化系数α来描述亚硝酸盐的累积状况,研究了序批式反应器内加入亚硝酸盐前后硝酸盐和亚硝酸盐还原速率以及亚硝酸盐累积浓度的变化情况.结果表明.第l阶段中硝酸盐的还原速率为6.52 mg/(L·h),亚硝酸盐的还原速率为4.40 mg/(L·h),亚硝酸盐累积明显,加入亚硝酸盐后亚硝酸盐的还原速率上升到4.89 mg/(L·h);第2阶段中硝酸盐的还原速率下降到3.94 me,/(L·h),此时几乎无亚硝酸盐累积.亚硝酸盐的加入,改变了硝酸盐和亚硝酸盐的还原速率,从而最终影响了亚硝酸盐的累积浓度.亚硝酸盐的累积过程与根据模型计算得出的理论值吻合较好;反硝化系数α能够准确反映亚硝酸盐的累积状况:α1时,亚硝酸盐累积浓度很低,<0.30 mg/L.     

亚硝酸盐对厌氧产甲烷反硝化反应的抑制机理

为了研究亚硝酸盐作为反硝化底物时的厌氧同时产甲烷反硝化的反应机理,拓展厌氧同时脱碳脱氮理论在高氮有机废水中的实际应用,文章采用批式实验方法,对比研究亚硝酸盐对厌氧颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响。结果表明,亚硝酸盐浓度对厌氧颗粒污泥的活性有影响,在适宜的浓度条件下,随着亚硝酸盐的降解,颗粒污泥的活性会逐渐恢复,当亚硝酸盐浓度达到一定的抑制阙值时,例如试验条件下的400和600 mg/L,其对颗粒污泥的活性抑制是不可逆的;亚硝酸盐浓度对其本身参与的反硝化反应也有影响,但影响不大;亚硝酸盐浓度从20 mg/L增加到600 mg/L,其降解速率由22.26 mg/(h·g)增加至44.07 mg/(h·g)。在产甲烷活性恢复试验中,当反应样中的亚硝酸盐浓度分别为100、200、400、600 mg/L时,厌氧颗粒污泥的产甲烷活性比之前分别降低了4%、10%、100%、100%。     

生物流化床内亚硝酸积累试验

利用下向流生物流化床反应器研究了生物膜在硝化过程中亚硝酸积累现象．结果表明,挂膜后反应器运行初期出现亚硝酸积累,但氨氮去除率仍可达到97％.随着硝酸菌的适应与增殖,出水中硝化产物以硝酸为主．进水氨氮浓度提高至200mg/L以上时,再次出现亚硝酸积累.在144mg/L和222mg/L进水浓度下,水力停留时间缩短到5h以下,则氨氮去除率下降且出水中亚硝酸所占比例明显上升;容积负荷提高到0.95kgNH₄⁺N/（m³·d）后也会如此反应器中DO降低到0．5～1mg/L会造成亚硝酸积累和氨氮去除率下降．硝化菌适应低氧环境后对氨氮的去除率仍能恢复到85％,但亚硝酸仍积累,这时生物膜中亚硝酸菌成为优势菌.本文还对影响亚硝酸积累的不同因素进行了分析．     

控制ORP实现连续流反应器部分亚硝化稳定运行

利用ORP在线监控设备,研究了控制ORP值实现连续流部分亚硝化反应器稳定运行的可行性,并使出水水质满足厌氧氨氧化需求.结果表明,在亚硝氮与氨氮比值、温度和pH值恒定的条件下,反应器内ORP值波动主要由于DO浓度波动引起.在稳定的亚硝化系统中,当ORP值大于250mV左右时,反应器出水亚硝氮与氨氮比值大于2.1;当ORP值控制在150mV左右时,反应器出水亚硝氮与氨氮比值稳定在1.2~1.3之间.ORP值控制在120mV时,反应器出水亚硝氮与氨氮浓度比值为0.9~1.06.将ORP值控制在150mV时,随着进水氨氮浓度由300mg/L提高至813mg/L,反应器出水亚硝氮与氨氮比值基本维持在1.1~1.3之间.但随之增加的游离氨浓度易导致亚硝化菌活性抑制.因此,在低氧环境下ORP作为连续流部分亚硝化反应器亚硝化程度的控制指标,其灵敏度和精度明显优于DO监测设备.     

亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺处理高含氮废水的研究

采用实验室规模的亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺,研究其对高含氮、低C/N废水的处理能力.结果表明,亚硝化反应器的水力停留时间控制在1.0d时,亚硝化活性比较稳定,进水氨氮浓度对其影响不大.进水氨氮浓度在400～600 mg/L时,出水亚硝酸氮浓度都在260～280 mg/L,可以通过控制进水氨氮浓度调节出水亚硝酸氮/氨氮的比率.亚硝化反应器出水的亚硝酸氮/氨氮的比率对厌氧氨氧化脱氮率有重要的作用.当进水氨氮浓度为480 mg/L时,出水中亚硝酸氮/氨氮的比率为1.2左右,进入厌氧氨氧化反应器的氮物质去除率达到     

悬浮填料对厌氧氨氧化MBR运行的影响特性及机理

向厌氧氨氧化（anammox）膜生物反应器（MBR）投加悬浮填料,考察其对反应器脱氮性能和膜污染的影响特性,并探究了相关机理.试验结果表明,投加填料后,反应器脱氮性能良好.当进水氨氮（NH₄⁺-N）160mg/L、亚硝态氮（NO₂^--N）180mg/L时,出水NH₄⁺-N和NO₂^--N均在15mg/L以下,硝态氮（NO₃^--N）在30mg/L以下,总氮去除率可达90%.投加填料显著减轻了膜污染,跨膜压差（TMP）稳定在8kPa左右.混合液中溶解性微生物产物（SMP）和胞外聚合物（EPS）成分分析结果表明,在第67~149d,蛋白质总量、多糖总量和总有机碳总量分别下降了49%、43%和61%,它们浓度的下降有利于延缓膜污染;此外,悬浮填料对膜组件的机械碰撞也起到了物理清洗作用.高通量测序结果显示,悬浮填料生物膜在anammox菌相对丰度方面显著高于混合液污泥,说明anammox菌更适宜于附着生长,投加填料可以为其提供更加稳定的生长环境.     

一体式厌氧氨氧化反应器常温运行与微生物群落研究

为明确温度对一体式厌氧氨氧化工艺的影响,本研究通过降温实现了一体式厌氧氨氧化工艺22℃下的常温运行,探究了微生物活性和群落结构随温度的变化.反应器采用自配进水、间歇曝气方式运行,进水NH₄⁺-N浓度约254mgN/L,试验过程出水NO₂^--N浓度稳定在在10mg/L以下,但NO₃^--N随着降温有升高的趋势;总氮容积负荷在1.0~1.2g/（L·d）之间,总氮去除负荷在0.7~0.9g/（L·d）;总氮去除率在62%~88%.反应器颗粒污泥中AOB活性始终最高,NOB活性远低于AOB和AnAOB;温度降低NOB活性增加;AnAOB到22℃时活性明显下降,因此需特别关注该温度下反应器的运行工况.Ca.Brocadia是反应器内丰度最高的AnAOB,相对丰度为2.7%~15.1%;Nitrosomonas是反应器内丰度最高的AOB,相对丰度为2.8%~11.5%.研究发现降温使AnAOB的优势属从Ca.Jettenia变为Ca.Brocadia;即后者较前者在低温条件下更具优势.     

An innovative membrane bioreactor and packed-bed biofilm reactor combined system for shortcut nitrification-denitrification

An innovative shortcut biological nitrogen removal system, consisting of an aerobic submerged membrane bioreactor (MBR) and an anaerobic packed-bed biofilm reactor (PBBR), was evaluated for treating high strength ammonium-bearing wastewater. The system was seeded with enriched ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and operated without sludge purge with a decreased hydraulic retention time (HRT) through three phases. The MBR was successful in both maintaining nitrite ratio over 0.95 and nitrification efficiency higher than 98% at a HRT of 24 h. The PBBR showed satisfactory denitrification efficiency with very low effluent nitrite and nitrate concentration (both below 3 mg/L). By examining the nitrification activity of microorganism, it was found that the specific ammonium oxidization rate (SAOR) increased from 0.17 to 0.51 g N/(g VSS·d) and then decreased to 0.22 g N/(g VSS·d) at the last phase, which resulted from the accumulation of extracellular polymers substances (EPS) and inert matters enwrapped around the zoogloea. In contrast, the average specific nitrite oxidization rate (SNOR) is 0.002 g N/(g VSS·d), only 1% of SAOR. Because very little Nitrobactor has been detected by fluorescence in situ hybridization (FISH), it is confirmed that the stability of high nitrite accumulation in MBR is caused by a large amount of AOB.     

A/O生物膜法强化处理石化废水及生物膜种群结构研究

采用A/O生物膜反应器处理石化综合废水.反应器在O段添加装有改性聚氨酯泡沫的多孔塑料球载体,强化有机物的降解效率.反应器进水分别为水解酸化池出水(阶段I),石化工业废水与生活污水比例为3:1(阶段II)以及单纯的石化工业废水(阶段III). 结果表明,尽管进水COD和氨氮波动较大,但出水COD和氨氮的去除率保持稳定,说明生物膜反应器具有较好的抗冲击负荷能力.在HRT为30h, COD和氨氮的去除率为74%~77%和96%~93%,总氮和总磷的去除率为58%和79%.第II阶段进水为工业废水和生活污水混合的处理效果最好,出水COD和氨氮浓度分别为(63±12)mg/L和(0.75±0.28)mg/L.出水总氮主要为硝酸氮,亚硝酸氮的浓度很低(小于0.1mg/L),表明硝化作用进行得较为完全.进水中有机物的分子量主要分布在小于1kDa(70.9%)和大于100kDa(10.4%).出水中大于10kDa的有机物所占比例减小,分子量主要分布在小于1kDa(56.6%)和1~5kDa(26.2%),表明A/O生物膜反应器对大分子有机物的降解较好.454高通量测序结果表明: 生物膜中变形菌门菌群所占比例最大(60.0%),其次是浮霉菌门(16.9%)和拟杆菌门(9.8%).在属的水平检测到氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas和亚硝酸盐氧化菌(NOB) Nitrospiraceae Nitrospira以及反硝化菌Azospira和Thermomonas.NOB的比例较高,这与反应器较好的硝化作用相一致.     

异养协同硫自养ABR系统还原高浓度高氯酸盐

构建新型异养硫自养ABR反应器,以处理含高浓度高氯酸盐（ClO₄^-）废水,并探讨该工艺对不同浓度ClO₄^-的还原性能及硫酸盐（SO₄^2-）的产生规律,同时解析ABR系统内生物量及胞外聚合物（EPS）的变化特性.结果表明：在HRT=12h,进水ClO₄^-浓度为300mg/L时,去除率可达99.60%,出水SO₄^2-浓度稳定在150mg/L内.进水pH值为7.8~8.0,随着还原ClO₄^-浓度的升高,异养段出水pH值逐渐升高至8.0~8.3,自养段pH值则逐渐降低至6.6~6.9,异养协同硫自养ABR系统可实现酸碱的平衡.此外,提高进水ClO₄^-浓度可促进EPS的分泌,且异养段第一格室微生物分泌的EPS最多,其含量可达到102.46mg/（g·vss）.EPS的分泌可以形成保护层以抵制外界的压力,同时也起到储备碳源和能源的作用.     

厌氧/好氧SNEDPR系统处理低C/N污水的优化运行

为实现同步硝化内源反硝化除磷（SNEDPR）系统的优化运行,以实际生活污水为处理对象,采用厌氧（180min）/好氧运行的SBR反应器,并通过联合调控好氧段溶解氧（DO）浓度（0.3～1.0mg/L）和好氧时间（150～240min）,考察了该系统脱氮除磷特性.并结合荧光原位杂交（FISH）技术对系统优化过程中各功能菌群的结构变化情况进行了分析.试验结果表明,当系统好氧段DO浓度由约1.0mg/L逐渐降至0.3mg/L,且好氧时间由150min逐渐延长至240min后,出水PO₄^3--P浓度稳定在0.4mg/L左右,但出水TN浓度由14.3mg/L降至8.7mg/L,TN去除率由75%提高至84%.此外,随着好氧段DO浓度的降低,SNED现象愈加明显,SNED率由34.7%逐渐升高至63.8%.SNED的加强,降低了出水NO₃^--N浓度,并提高了系统的脱氮性能和厌氧段的内碳源储存量.FISH结果表明：经127d的优化运行,系统内PAOs,GAOs和AOB（氨氧化菌）仍保持在较高水平（分别全菌的29%±3%,20%±3%和13%±3%）,其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能;但NOB（亚硝酸盐氧化菌）含量减少了50%,为系统内实现短程硝化内源反硝化提供了可能.