HABR系统实现固相异养与单质硫自养集成反硝化试验

采用连续流运行方式,将含NO₃--N的原水依次通过HABR(复合式厌氧折流板反应器)内添加木屑(第1系统)和硫磺颗粒(第2系统)的2个系统,在温度为(25±1)℃的条件下,将NO₃--N容积负荷由72g/(m3·d)逐渐提高至80和96g/(m3·d),在不需投加传统型外加碳源的条件下实现了固相异养与单质硫自养的集成反硝化. 结果表明:进水NO₃--N容积负荷为96g/(m3·d)时,系统NO₃--N总去除率达到99.0％,第1系统和第2系统对NO₃--N的去除率贡献各为50.0％;系统出水ρ(COD_Mn)为5.74～10.05mg/L,ρ(SO₄2-)为405～870mg/L,并且没有NH₄+-N和NO₂--N的积累. 第1系统产生的碱度能部分中和第2系统内产生的酸,进水、第1系统、第2系统出水pH分别为7.5、7.5～7.6、6.5～7.2,使硫自养反硝化系统呈现出较强的pH平衡能力,不需外加石灰石调节碱度即可为反硝化细菌提供较适宜的中性生存环境. 系统在pH平衡能力和NO₃--N去除效果2个方面均表现出良好的协同作用,并且通过集成反硝化作用弥补了2个系统单独运行时反硝化过程效率低的缺点,较传统异养型生物反硝化降低了运行成本.      

硫自养短程反硝化探究及响应面法回收单质硫

以实验室成功启动的硫自养短程反硝化污泥作为接种污泥,通过批次试验分别探究HRT、pH值和温度对反应过程的影响.研究表明,控制条件参数HRT为5h、pH值为7.5、温度为30℃时,亚硝酸盐和单质硫积累效果最佳,分别达到92.53%和59.36%.对以上最佳参数条件下运行的污泥取样进行微生物高通量分析,Proteobacteria菌门丰度达到91.44%,是自养反硝化的主要菌门,Thiobacillus菌属丰度为66.04%,是实现硫自养短程反硝化过程中稳定单质硫和亚硝酸盐的主要贡献者.对反应出水中的生物单质硫进行絮凝沉淀回收,响应面优化结果表明,絮凝剂PAC投加量为7.73mL/L、pH值为4.53、搅拌速度为220r/min为生物单质硫絮凝的最佳匹配参数.平行试验验证得平均单质硫絮凝率(SFE)为88.1%.     

硫自养反硝化技术优劣辨析

硫自养反硝化因无需外加碳源、运行过程无CO₂直接碳排放,且硫或硫化物价格低廉而开始进入大众眼帘.硫自养反硝化概念始于20世纪70年代,但国际上对其研究与应用一直默默无闻,反而是近年来在我国方兴未艾,这一反差现象耐人寻味.通过对硫循环及硫资源概括总结发现,全球硫储量虽多,但硫资源开采主要来源于石油、天然气冶炼过程中对硫的回收,获得并不具有持久性.对硫自养反硝化过程原理、存在问题、直接碳排放等分析显示,自养反硝化速率较异养反硝化低61.5%～75.6%,反应过程会产生大量SO₄^2-.此外,还存在硫填料滤床穿透逐渐降低处理负荷等问题.碳排放分析揭示,低pH(<6.5)会抑制反应进程,可能导致反硝化止步于氧化亚氮(N₂O)而产生相当释放量.相反,除外加碳源导致CO₂直接排放问题外,异养反硝化在同步脱氮除磷方面优势明显.况且,碳源缺乏问题存在多种解决方案,完全可以通过不外加碳源或选择废弃生源性碳源来解决碳排放问题.因此,在选择正确脱氮除磷技术路径时需要在深入了解反应机理的基础上,全...     

饥饿对硫自养反硝化反应器生物群落结构的影响

采用颗粒硫磺/白云石和黄铁矿/白云石自养反硝化反应器处理二沉尾水,探究饥饿忍耐对反应器去除效果、微生物群落变化的影响及其性能恢复时间.结果表明,在12~14℃的低温条件下,经过30 d的不进水饥饿忍耐后,颗粒硫磺/白云石和黄铁矿/白云石反应器出水NO_3~--N浓度分别从1.78 mg·L~(-1)、11.32 mg·L~(-1)增加到27.87 mg·L~(-1)、26.56 mg·L~(-1).颗粒硫磺/白云石和黄铁矿/白云石自养反硝化反应器分别在重启后的第5 d和11 d使得NO_3~--N去除性能恢复至饥饿前的水平,并且在低温条件下保持了良好的脱氮效果.MiSeq高通量测序结果表明,2个反应器的细菌群落的丰度和多样性饥饿期均低于恢复期,且优势菌门均为Proteobacteria,主要的纲类为β-Proteobacteria.硫磺/白云石反应器中鉴别出Thiobacillus菌属为主要反硝化类群.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

硫自养反硝化处理高含氟光伏废水可行性

为了研究硫自养反硝化处理高含氟光伏废水的可行性,室温(20~25℃)下,采用驯化后的硫自养反硝化生物膜反应器,探究了不同进水F-浓度对硫自养反硝化脱氮效能的影响.结果表明,当进水F-浓度为0~700 mg·L~(-1)时,随着F-浓度的提升,反应器的脱氮效能逐渐提升,且当F-浓度为700 mg·L~(-1)时,可获最大TN去除速率1.0 kg·(m3·d)-1.当进水F-浓度在700~900 mg·L~(-1)时,经短期驯化,TN去除速率可稳定在0.81~0.87 kg·(m~3·d)~(-1).当进水F-浓度提升至900 mg·L~(-1)以上时,反应器的TN去除速率随进水F-浓度的提升而下降,最低至0.4~0.5 kg·(m~3·d)~(-1).以光伏废水为研究对象,在进水F-浓度为800 mg·L~(-1)左右,进水NO_3~--N浓度为390~420 mg·L~(-1),HRT为8.8 h的条件下,经50 d运行后,获得稳定的脱氮效能,TN去除速率为1.1 kg·(m~3·d)~(-1),出水TN为15~25 mg·L~(-1),达到污水接管排放标准.采用传统反硝化工艺和硫自养反硝化工艺脱氮处理光伏废水的成本分别为2.468元·t~(-1)和2.072 8元·t~(-1),硫自养反硝化工艺更节约脱氮处理成本.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

硫／石灰石自养反硝化工艺的研究

本文对上流式硫／石灰石生物自养反硝化法的各种工艺参数及影响因素进行了试验研究。研究结果表明：滤柱原本中需投加少量的磷酸盐．当温度为２２℃时，滤柱的临界硝酸盐体积负荷为５５５９ＮＯ３－－Ｎ／ｍ３·ｄ。１２℃时，临界负荷为３８０ｇＮＧ３－－Ｎ／ｍ３·ｄ．滤柱若在高于临界负荷下运行，则不可能达到完全反硝化出水中存在亚硝酸盐．若在低于临界负荷下运行，反硝化效率为１００％，亚硝酸盐在滤柱底部产生，而在滤柱上部还原为氮气，出水中不存在亚硝酸盐．     

硫自养反硝化技术研究进展与展望

硫自养反硝化是一种具有低碳、低费、低污泥产量优势的脱氮技术。文章介绍了基于不同电子供体、pH、溶解氧（DO）和水力停留时间（HRT）等因素对硫自养反硝化反应效率的影响并对比了不同工艺的优缺点,阐述了硫自养反硝化工艺中微生物的群落特征,提出了现阶段存在的不足与缺陷,最后对其未来应用进行展望。     

理化因素对脱氮硫杆菌自养反硝化的影响

从连续运行的UASB反应器厌氧污泥中分离得到一株脱氮硫杆菌T.d.a,采用分批摇床试验,采用脱氮硫杆菌标准培养基,以硫代硫酸钠为硫源,研究pH值、温度、氮源(NO3--N,NH4+-N)、能源(S2O32-)、碳源(HCO3-)、葡萄糖、无机盐(P, Mg2+, Fe2+)对该菌株自养反硝化的影响.结果表明,在pH6.5~8.0,温度20~35℃的范围内,T.d.a对NO3--N均有较高的去除速率,其最佳反硝化pH值为7.04,温度为27.40℃.T.d.a对554mg/L的NO3--N对T.d.a有一定的抑制作用;T.d.a反硝化所需NH4+-N的限制浓度为2.62mg/L;S2O32-浓度对T.d.a反硝化的影响主要取决于其与NO3-的比例关系,在NO3-过量的情况下,NO3--N去除率与加入的S2O32-量成近似的正比关系.T.d.a以HCO3-作为无机碳源时其限制浓度为29.05mg/L;0~2000mg/L的葡萄糖对NO3--N去除率没有明显影响.P和Mg2+的限制浓度分别为0.034,0.059mg/L,Fe2+的限制浓度低于0.058mg/L.     

硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮条件控制研究

采用全混式厌氧搅拌罐,研究自养条件下,厌氧氨氧化与硫自养反硝化共同存在时,前者对系统中硫酸盐的产生和碱度消耗的影响.投加单质硫颗粒50 g·L~(-1),接种厌氧氨氧化颗粒污泥100 g·L~(-1)(湿重),控制温度35℃±0.5℃,搅拌强度120r·min-1,p H为8.0~8.4.启动硫自养反硝化阶段,进水硝酸盐浓度为200 mg·L~(-1),水力停留时间为5.3 h,反应器硝态氮负荷达0.56~0.71 kg·(m~3·d)~(-1).硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化反应过程中,添加60 mg·L~(-1)氨氮后,硝态氮负荷仍维持在0.66~0.88kg·(m~3·d)~(-1),氨氮负荷为0.27 kg·(m~3·d)~(-1).反应体系内单位硝酸盐转化产生的硫酸盐Δn(SO~(2-)_4)∶Δn(NO~-_3)由1.21±0.06降低至1.01±0.10,Δ(IC)∶Δ(NO~-_3-N)由0.72±0.1降低至0.51±0.11,出水p H值由6.5上升至7.2.序批试实验优化反应条件:在搅拌强度G_T值为22~64 s~(-1),p H值为8.08时,耦合反应Δn(NH~+_4)∶Δn(NO~-_3)最高达到0.43,硝酸盐转化速率提升60%,过高搅拌强度(搅拌速度G_T值64 s~(-1))、不适宜的p H值(最适p H值为8.02)环境都会起同步转化效率的降低.     

生物陶粒反应器的氢自养反硝化研究

利用氢自养反硝化生物陶粒反应器处理硝酸盐废水,探讨了生物陶粒反应器中氢自养反硝化生物脱氮的实现过程.考察了水力停留时间、进水硝氮负荷、进水pH值、温度、供氢量等因素对反应器脱氮效果的影响.结果表明,当水力停留时间为24 h和48 h时,反应器对硝酸氮的平均去除率分别达到94.54%和97.47%.在水力停留时间为5~16 h时,NO-3-N去除率随水力停留时间的缩短而降低;进水NO-3-N浓度较低时,NO-3-N的降解速率随其浓度的升高而增大,当NO-3-N浓度大于110mg·L-1时,氢自养反硝化反应受到抑制;中偏碱性环境较酸性或碱性环境更利于反应器对硝酸盐的去除;反应器有较宽的温度适应范围,最适温度为25~30℃;当反应器供氢不足时,脱氮效果明显降低,表明了氢自养反硝化菌对氢气利用的专一性.在整个运行阶段,出水中亚硝酸氮浓度一直保持在较低水平.     

不同电子供体的硫自养反硝化脱氮实验研究

采用硫自养反硝化处理模拟低浓度硝酸盐污染水.分别以单质硫、Na2S和Na2S2O3作为电子供体在3个反应器中连续运行进行脱氮实验,以考察不同电子供体条件下的脱氮效果.结果表明,在进水NO3--N浓度为13 mg.L-1的条件下,以Na2S2O3为电子供体脱氮效果最好,Na2S系统最差;Na2S2O3系统对低温的适应能力最强.20℃以上时,单质硫系统脱氮效率受传质效率和HRT的影响较大,HRT≥2 h时,系统对NO3--N和TN的平均去除率较高,分别为81%和79%,而HRT<2 h时,NO3--N和TN去除率分别降为47%和51%,出水NO2--N无明显积累,平均为0.53 mg.L-1;Na2S系统HRT保持在4 h时,NO3--N和TN的平均去除率分别为47%和41%,出水NO2--N平均质量浓度为0.29 mg.L-1;而Na2S2O3系统的NO3--N和TN平均去除率分别为99%和90%,出水NO2--N平均质量浓度为0.080 mg.L-1,且最短HRT可缩短至0.5 h.分子生物学分析表明,3个系统中存在不同的优势硫自养反硝化菌,单质硫系统中存在脱氮硫杆菌,而Na2S和Na2S2O3系统中得到的反硝化菌基因片段在基因库中尚未找到相似性高的菌种,可能是尚未登记的硫自养反硝化菌新菌种.     

3DBER-S反硝化脱氮性能及其菌群特征

针对污水处理厂尾水TN去除问题,采用16S rDNA克隆文库法,探究了3DBER-S(三维电极生物膜耦合硫自养脱氮工艺)的强化脱氮机制及其菌群特征. 结果表明,I(电流)和HRT(水力停留时间)对3DEBR-S中氢自养和硫自养反硝化作用所占比例的影响较大,但对脱氮效率影响不显著. 当进水C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕为1、ρ(NO₃--N)为35 mg/L、I为300 mA、HRT为4 h时,NO₃--N和TN去除率可分别稳定在80%和74%以上. 16S rDNA克隆文库结果显示,反应器中β变形菌纲为优势菌群,占47.89%〔以OUT(操作单元)计〕. 在β变形菌纲中,与具有反硝化功能的陶厄氏菌属(Thauera)相似的细菌所占比例最大,为52.94%;与可分别利用硫和氢为电子供体进行反硝化脱氮的硫杆菌属(Thiobacillus)和食酸菌属(Acidovorax)相似的细菌分别占17.65%和14.71%. 3DBER-S中存在异养联合氢自养和硫自养反硝化协同去除硝酸盐氮的作用,可为反硝化脱氮提供充足的电子供体,节约了有机碳源消耗,并保证了稳定高效的脱氮效果.      

硫磺/石灰石自养反硝化系统脱氮除磷性能研究

为了考察硫磺/石灰石系统对于低C/N的城市污水进行同步脱氮除磷的性能,设计了体积比为1∶1的硫磺/石灰石柱式反应器,以人工配水为处理对象,采用厌氧生物滤池运行方式,研究了HRT、初始磷浓度、pH、温度等因素对其脱氮除磷性能的影响.结果表明,在进水NO 3^--N为30 mg/L左右,PO4^3--P为15 mg/L条件...     

硫自养反硝化过程中含硫副产物产生规律及微生物群落结构的空间分布

为探究硫自养反硝化过程中含硫副产物的产生规律,建立了上流式硫自养固定床生物反应器,考察HRT（水力停留时间）对水中NO₃--N去除的影响,运用零级和1/2级反应动力学模型对NO₃--N还原过程进行拟合,通过测定与理论计算分析含硫副产物的产生趋势及规律,利用高通量测序技术（high-throughput sequencing）测定微生物群落结构空间分布特征.结果表明:①当进水NO₃--N浓度为（30.45±0.38）mg/L,HRT为4和1 h时,NO₃--N去除率达到98%以上.硫自养反硝化过程符合1/2级反应动力学模型,1/2K_1/2V（1/2级反应动力学速率常数）为5.69 mg1/2/（L1/2·h）.②出水SO₄2-的产生量接近理论值,S2-在反应器中部出现微量的积累,在出水口处浓度进一步降低（< 0.5 mg/L）.③HRT的缩短改变了反应器内部微生物群落α多样性的变化规律;Proteobacteria成为了最主要的优势菌群,各阶段所占比例均大于59%,Sulfurimonas为最常见的反硝化菌,在HRT为1 h时,反应器中部其丰度达到36%,成为反应器中的优势菌属;Desulfurella为SRB（硫酸盐还原菌）,其丰度的增加与反应器内部S2-的积累一致.研究显示,硫自养反硝化过程中产生的SO₄2-与理论值接近,S2-产生量沿反应器高度方向呈现先增加后降低的趋势,微生物群落结构分布情况与反应器高度有关.      

单质硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化脱氮

通过在厌氧氨氧化(ANAMMOX)连续流反应器中添加单质硫,试图引入单质硫自养短程反硝化(short-cut S~0-SADN)来强化ANAMMOX过程中NO~-_3-N的去除.在温度为(33±2)℃,pH为7.8～8.2条件下,探讨不同的进水NH~+_4-N/NO~-_2-N比对耦合系统中氮素转化以及NO~-_2-N竞争特性的影响.结果表明,在不同的进水NH~+_4-N/NO~-_2-N比(1∶1.3、 1∶1.5、 1∶1和1∶1.1)下,耦合系统的TN平均去除率分别达到了96.78%、 97.21%、 94.68%和97.72%,均远远大于ANAMMOX理论TN最高去除率89%.其中,在进水NH~+_4-N/NO~-_2-N比为1∶1或1∶1.1条件下,耦合系统能够实现单质硫自养短程反硝化耦合ANAMMOX深度脱氮的稳定运行.在最佳进水NH~+_4-N/NO~-_2-N比1∶1.1、NH~+_4-N和NO~-_2-N浓度分别为240mg·L~(-1)和265mg·L~(-1)条件下,TN去除速率达到1.50kg·(m~3·d)~(-1),ANAMMOX和S~0-SADN途径的TN去除率分别稳定在(95.68±1.22)%和(2.04±0.77)%.在整个运行过程中,ANAMMOX在底物NO~-_2-N的竞争过程中一直占据着绝对的优势,ANAMMOX菌的活性(以NH~+_4-N/VSS计)稳定在(0.166±0.008)kg·(kg·d)~(-1).