氢自养脱氮法去除污染地下水中硝酸盐氮的模拟研究

针对硝酸盐氮污染地下水,利用含水层介质培养驯化氢自养脱氮菌,借助静态实验,开展氢自养脱氮的室内研究,考察了初始NO3--N浓度、C/N、P/N、溶解氧（DO）和腐殖酸（HA）对脱氮能力的影响。结果表明,当初始NO3--N浓度为11 mg·L-1时,反应7 d后去除率为97.0%;当初始值分别为22和44 mg·L-1时,13 d后去除率为97.9%和60.7%。在C/N ≤ 2：1时,生成的NO2--N峰值达3.45 mg·L-1。当C/N=15：1~20：1时,去除率增加至97.1%~97.8%,NO2--N为0.12~0.35 mg·L-1。当P/N由0.03：1增加至0.29：1时,去除率由76.5%上升至98.1%。当DO≤1.98 mg·L-1时,去除率为93.7%~96.8%;当DO≥3.87 mg·L-1时,去除率降低至84.1%~88.5%。当HA由0.05 mg·L-1增加至38.75 mg·L-1时,去除率为96.8%~98.1%,同时与初始HA相比残留HA呈降低趋势。初始NO3--N浓度、C/N、P/N和DO显著影响氢自养脱氮性能。HA抑制自养脱氮性能,且HA存在时部分NO3--N被异养脱氮去除。     

有机物对自养脱氮工艺影响的研究进展

自养脱氮工艺中同时存在亚硝酸化、硝酸化、厌氧氨氧化和反硝化4个过程,而有机物增加了自养脱氮工艺4个过程的脱氮复杂性,但也增加了更多的可能性。综述了有机物对亚硝酸化、硝酸化、厌氧氨氧化和反硝化的影响,整理了同步亚硝化/厌氧氨氧化/反硝化(SNAD)工艺和反硝化氨氧化(DEAMOX)工艺的最新研究进展。     

光能自养生物膜形成机制及脱氮影响因素的研究进展

光能自养生物膜是一个由复杂微生物群落构成的相对稳定的微生态系统,微生物细胞及非生物物质镶嵌在微生物分泌的有机聚合物基质上,其显著特征是膜表面寄居着光能自养生长的微生物,并能在碳源缺乏条件下完成生物脱氮.总结了光能自养生物膜的形成机制,概述了光照、温度、微生物种类、营养物浓度对光能自养生物膜脱氮的影响,指出光能自养生物膜...     

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·(m³·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${\rm{NO}}_x^{-} $-N浓度为154.5 mg·L⁻¹,仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L⁻¹)。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水${\rm{NH}}_4^{+} $-N、${\rm{NO}}_2^{-} $-N、${\rm{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。     

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。     

曝气量对悬浮系统单级自养脱氮性能的影响

通过连续实验和间歇实验研究了不同曝气量对SBR系统自养脱氮性能的影响。连续实验表明,在进水氨氮浓度为155～185 mg/L时,曝气量分别为20、28、36和44 L/h时,TN去除率分别为80%、82%、80%和77%;增大和减小曝气量均会降低系统的脱氮效率。间歇实验表明,随着曝气量的增加,氨氮的降解速率有所升高,20、28、36和44 L/h曝气条件下氨氮的降解速率分别为7.23、7.25、7.86和7.95 mg/(g MLVSS.h);在降解的过程中DO浓度一直维持在较低的水平(<0.5 mg/L),pH值则呈先升高后降低的趋势;氨氮降解结束时,pH值和DO浓度同时升高。结果表明,改变曝气量会影响单级自养脱氮反应的进程,但对降解过程DO浓度值变化不大;DO浓度和pH值变化对氨降解结束具有指示作用。     

电极生物膜耦合硫自养强化型人工快渗系统脱氮性能

由于人工快渗(CRI)系统对TN去除率较低,该技术在污水处理领域的应用受到限制。为提高TN去除率,将电极生物膜和硫自养反硝化技术耦合应用于CRI系统,考察了"异养+氢自养+硫自养"反硝化脱氮的可行性,并通过菌群结构解析了电极生物膜耦合硫自养强化脱氮的机理。结果表明,电极生物膜耦合硫自养强化型CRI系统在电流强度为15mA时,TN平均去除率可达73.0%,相比传统CRI系统提高了48.0百分点。从稳定运行的电极生物膜耦合硫自养强化型CRI系统反硝化区共检测出231个已知菌属,其中具有硫自养反硝化功能的产硫酸杆菌属(Thiobacillus)和具有氢自养反硝化功能的噬氢菌属(Hydrogenophaga)相对丰度较高,分别为35.9%、15.7%。硫自养反硝化、氢自养反硝化和异养反硝化的共同作用促进了CRI系统脱氮性能的提高。     

全自养生物脱氮新工艺研究进展

目前,国际研究较热的自养亚硝化、自养反硝化和全自养脱氮新工艺,有节省外加碳源和能耗低的特点,尤其适合于低碳氮比(C/N)类氨氮废水的处理.介绍了这些工艺的原理和特点,并展望了它们的研究发展方向和应用前景.     

印染废水处理厂二级出水的硫自养反硝化脱氮工艺

采用硫/白云石自养反硝化脱氮工艺处理印染废水处理厂二级出水,考察不同污泥接种方式、水力停留时间（HRT）、温度及进水负荷对系统脱氮效果的影响。结果表明：反应器在3 d内即可完成快速启动,工程应用中可不接种污泥;反应器最佳HRT为20 min,TN去除率为40.2%,但反冲洗频率加快;温度、进水负荷对系统脱氮效果影响较大,当温度在25~30 ℃之间,TN平均去除率为43.8%;当进水负荷为（1.37±0.15）kg·（m3·d）-1,TN平均去除率为37.1%,反应器具有较强的抗冲击负荷能力。     

低温条件下不同曝气方式对硫自养湿地脱氮效能的影响

为提高人工湿地的脱氮效率,将硫磺与石灰石按体积1∶1的比例填充于波形潜流湿地内,辅助间歇人工曝气,探讨了在冬季低温条件下,间歇曝气时间对波形潜流人工湿地脱氮效率和反硝化作用的影响,并分析了硫自养湿地的作用机理和节能减排特性。结果表明,间歇曝气运行方式有效提高了湿地内部溶解氧水平,在湿地内部营造了一种交替的好氧和缺氧环境,可以促进硝化和反硝化作用,有效地解决了人工湿地在冬季(10℃以下)脱氮效率低的问题。湿地冬季运行时,曝气间歇时间为4 h的条件下,TN去除率高达59.4%,相比连续曝气方式提高20%～30%。与传统处理工艺相比,硫自养湿地的能耗节省率达到50%以上,且在一定程度上减少了CO_2的排放,实现了高效脱氮和节能环保。     

完全自营养脱氮过程中的影响因素

基于正交实验考察了溶解氧（DO）、初始NH4＋-N浓度、pH对SBR自营养脱氮性能的影响。结果表明,DO和NH4＋-N浓度对好氧氨氧化速率影响大,pH对好氧氨氧化速率的影响小;DO、NH4＋-N浓度对亚硝酸氧化速率的影响较大,pH对亚硝酸氧化速率的影响较小;DO、NH4＋-N浓度和pH对厌氧氨氧化菌（ANAOB）的活性影响较小。好氧氨氧化菌（AOB）直接影响到CANON系统的总氮去除能力,是CANON系统的控制反应,DO是关键控制因子。实验确定的CANON系统优化运行条件为,DO（0．3±0．05）mg／L、初始NH4＋-N浓度150mg／L和pH7．4。     

SBR单级自养脱氮系统氮素转化途径

利用氮素计量关系和批式实验研究了SBR系统中基于短程硝化的单级自养脱氮特性和脱氮途径。结果表明,SBR系统获得良好脱氮效果,TN最高去除负荷和去除速率分别达0.49 kg N/(m3·d)和0.20 kg N/(kg VSS·d);系统中82%的氨氮转化成气体脱除,10%的氨氮转化成硝酸盐氮。批式实验结果表明,SBR系统中的污泥同时具有厌氧氨氧化、亚硝酸盐氧化和自养反硝化活性,三者的反应速率分别为0.12 kg NH4+-N/(kg VSS·d)、0.04 kg NO2--N/(kg VSS·d)和0.03 kg NO2--N/(kg VSS·d)。综上,SBR系统中氮的脱除是短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化共同作用的结果,产生的硝酸盐是厌氧氨氧化和硝化作用所致。     

好氧与厌氧氨氧化复合颗粒污泥完全自营养脱氮影响因素

采用间歇实验,考察了初始NH⁺₄-N浓度、DO浓度和pH对颗粒污泥完全自营养脱氮的特性的影响。研究表明,在完全自营养脱氮系统中,当DO为0.6～0.8 mg/L,pH控制在7.5～7.8时,好氧氨氧化和厌氧氨氧化速率在一定范围内随NH⁺₄-N浓度（30～150 mg/L）的增加而增加,较高的氨氮浓度能提高自营养脱氮反应速率。较高的DO有利于提高亚硝酸盐氧化速率,但会导致亚硝酸盐的积累;DO浓度过低时,好氧氨氧化过程受到抑制。NH⁺₄浓度为36 mg/L,DO控制在0.6～0.8 mg/L的条件下,当pH值为7.8时,完全自营养脱氮的效果最佳,总氮去除速率达最大值为23.976 mg/(g MLSS·d)。     

硫自养反硝化去除地下水中硝酸盐氮的研究

研究实际地下水硫自养反硝化动力学过程,考察季节因素(温度)对动力学的影响,实验结果表明,地下水升流式硫自养滤柱反硝化动力学符合1/2级动力学模型,其反应速率常数受温度的影响很大,用阿仑尼乌斯方程计算硫自养反硝化活化能为80.38 kJ/mol。硫自养反硝化产生的硫酸根与反硝化掉的硝酸根离子呈线性相关。在地下水不经任何预处理的条件下,硫自养反硝化仍能有效地脱除地下水中的硝酸盐,反应器出水的pH值仍维持在中性范围。     

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。     

全自养生物脱氮新工艺研究进展

目前，国际研究较热的自养亚硝化、自养反硝化和全自养脱氮新工艺，有节省外加碳源和能耗低的特点，尤其适合于低碳氮比（C／N）类氨氮废水的处理。介绍了这些工艺的原理和特点，并展望了它们的研究发展方向和应用前景。