Advanced nitrogen removal by pulsed sequencing batch reactors (SBR) with real-time control

The feasibility of pH and oxidation reduction potential (ORP) as on-line control parameters to advance nitrogen removal in pulsed sequencing batch reactors (SBR) was evaluated. The pulsed SBR, a novel operational mode of SBR, was utilized to treat real municipal wastewater accompanied with adding ethanol as external carbon source. It was observed that the bending-point (apex and knee) of pH and ORP profiles can be used to control denitrification process at a low influent C/N ratio while dpH/dt can be used to control the nitrification and denitrification process at a high influent C/N ratio. The experimental results demonstrated that the effluent total nitrogen can be reduced to lower than 2 mg/L, and the average total nitrogen (TN) removal efficiency was higher than 98% by using real-time controll strategy. __________ Translated from Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control, 2006, 7(12): 32–35 [译自: 环境污染治理技术与设备]     

低碳源条件下改良双污泥系统脱氮除磷优化研究

在低碳源废水条件下,通过对改良后的双污泥处理工艺与传统厌氧-好氧-缺氧工艺效果进行比较分析,探究解决城市生活污水碳源不足的方法.实验组反应器为改良型双污泥系统,即在原双污泥系统缺氧段增加两个阶段的微曝气(曝气量0.5 L·min~(-1)),对照组反应器为多级厌氧-好氧-缺氧SBR.结果表明,进水COD、氨氮、SOP浓度分别为200、35、10 mg·L-1时,实验组比对照组脱氮除磷效果好(去除率分别为:TN 94.8%与60.9%;TP 96.5%与75%),出水SOP浓度0.35 mg·L-1,NH+4-N浓度0.50 mg·L-1,TN浓度1.82 mg·L-1,完全满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准.采用优化后的工艺,单位碳源(以COD计)可实现的最大的氮、磷的去除量分别为0.17 g·g-1和0.048 g·g-1,可以最大程度地解决当前城市废水碳源浓度较低的问题.     

DPR-SNED系统处理低C/N城市污水与硝酸盐废水的运行特性

为实现低C/N城市污水与含硝酸盐废水的同步处理,采用SBR接种活性污泥,通过合理控制厌氧/缺氧/低氧时间和溶解氧(DO)浓度,实现了反硝化除磷耦合同步硝化内源反硝化(DPR-SNED)系统的启动,并对启动过程中系统的脱氮除磷特性进行了研究.结果表明采用厌氧/低氧的运行方式,控制厌氧时间为3 h,好氧段DO浓度为0. 5～1. 0 mg·L-1,60 d可实现同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的启动,出水PO_4~(3-)-P浓度0. 5 mg·L-1,系统氮磷去除率维持在90%以上,COD的去除率维持在80%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在70%和95%左右;随后改变运行方式,采用厌氧/缺氧/低氧的方式运行,缺氧段前进含硝酸盐废水,45 d可实现DPR-SNED系统的启动,缺氧末PO_4~(3-)-P浓度1. 1 mg·L-1,出水PO_4~(3-)-P浓度0. 5 mg·L-1,系统磷、COD去除率均维持在90%以上,氮去除率维持在88%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在62%和90%左右. DPR-SNED系统的成功启动后,厌氧段聚糖菌和聚磷菌对城市污水有限碳源的充分利用和强化储存,可为后续缺氧段及好氧段的脱氮除磷提供充足的内碳源.此外,DPR-SNED系统缺氧段内源短程反硝化的进行保障了系统在低C/N(4)条件下的高效脱氮.     

缺氧MBBR耦合部分厌氧氨氧化强化城市生活污水深度脱氮

缺氧MBBR是强化传统城市污水处理系统脱氮的一种方法,本研究通过向城市污水后置反硝化SBR中投加填料构建了缺氧双污泥系统,实现了城市生活污水部分厌氧氨氧化深度脱氮.在250d的运行中脱氮性能逐渐提高并实现稳定,出水总氮在5 mg·L~(-1)左右. 211～250 d的平均硝氮、氨氮和总氮去除率分别为(97. 7±2. 9)%、(93. 3±2. 9)%和(94. 3±2. 7)%.长期运行中观测到氨氮和硝氮的同步去除.针对氨氮去除途径进行分析,系统同化、硝化作用微弱.缺氧MBBR中存在厌氧氨氧化活性且对脱氮有不可忽视的作用.实时定量PCR结果进一步说明缺氧MBBR中厌氧氨氧化菌富集,特别是缺氧填料生物膜中厌氧氨氧化菌丰度由初始的4. 37×10~7copies·g~(-1)增长到了2. 28×10~(10)copies·g~(-1).本研究表明缺氧填料生物膜在厌氧氨氧化的富集强化城市污水深度脱氮中或许具有可应用的潜能.     

Advanced nitrogen removal using pilot-scale SBR with intelligent control system built on three layer network

Since eutrophication has become increasingly severe in China, nitrogen and phosphorous have been the concern of wastewater treatment, especially nitrogen removal. The stabilization of the intelligent control system and nitrogen removal efficiency were investigated in a pilot-scale aerobic-anoxic sequencing batch reactor (SBR) with a treatment capacity of 60 m³/d. Characteristic points on the profiles of dissolved oxygen (DO), pH, and oxidation reduction potential (ORP) could exactly reflect the process of nitrification and denitrification. Using the intelligent control system not only could save energy, but also could achieve advanced nitrogen removal. Applying the control strategy water quality of the effluent could stably meet the national first discharge standard during experiment of 10 months. Even at low temperature (t = 13°C), chemical oxygen demand (COD) and total nitrogen (TN) in the effluent were under 50 and 5 mg/L, respectively. Translated from Acta Scientise Circumstantiae, 2006, 26(5): 745–750 [译自: 环境科学学报]     

Simultaneous denitrifying phosphorus accumulation in a sequencing batch reactor

In order to achieve simultaneous nitrogen and phosphorus removal in the biological treatment process, denitrifying phosphorus accumulation (DNPA) and its affecting factors were studied in a sequencing batch reactor (SBR) with synthetic wastewater. The results showed that when acetate was used as the sole carbon resource in the influent, the sludge acclimatized under anaerobic/aerobic operation had good phosphorus removal ability. Denitrifying phosphorus accumulation was observed soon when fed with nitrate instead of aeration following the anaerobic stage, which is a vital premise to DNPA. If DNPA sludge is fed with nitrate prior to the anaerobic stage, the DNPA would weaken or even disappear. At the high concentration of nitrate fed in the anoxic stage, the longer anoxic time needed, the better the DNPA was. Induced DNPA did not disappear even though an aerobic stage followed the anoxic stage, but the shorter the aerobic stage lasted, the higher the proportions of phosphorus removal via DNPA to total removal. Translated from Environmental Science, 2004, 25(6): 92–96 [译自: 环境科学]     

好氧颗粒污泥同时脱氮除磷实时控制的研究

为实现以厌氧/好氧方式处理生活污水常低温同时脱氮除磷好氧颗粒污泥(AGS)工艺的实时控制,研究了冬季低温条件下磷负荷变化对系统同时脱氮除磷的影响及DO、pH值和ORP的变化规律;并通过静态实验研究了同时脱氮除磷AGS中聚磷菌(PAO)的组成.结果表明,DO、pH值和ORP的特征点对应反硝化结束、厌氧放磷结束、吸磷结束以及硝化结束等阶段,可以作为AGS同时脱氮除磷的实时控制参数.同时脱氮除磷AGS中,以氧作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的14.19%;以氧和NO3--N作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的74.32%;以氧、NO3--N和NO2--N作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的11.47%.在好氧条件下AGS可以实现同时硝化、反硝化、好氧吸磷和反硝化吸磷.     

长期侧流提取对EBPR系统除磷及其磷回收性能的影响

实验采用交替厌氧/好氧(An/O)运行模式的SBR反应器,考察310 d内分3个批次提取侧流比为0、1/4、1/3、1/2的厌氧放磷上清液后EBPR系统的脱氮除磷效果及相应的磷回收性能.结果表明,整个实验阶段系统对COD和氨氮的去除较为稳定,出水均能满足《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准,总氮去除因厌氧阶段反硝化不断增强有所提升,达标率由88.2%显著上升至98.6%.然而,随着厌氧上清液提取次数的增多,系统释磷能力整体下降,但前两个批次中系统除磷均稳定高效,去除率在90%以上,相应地出水磷达标率大于75%,仅第3批次实验中侧流比为1/2时系统除磷率出现大幅波动,最低降为54.2%,并贡献该批次出水磷不达标率的60%,说明长期提取1/2侧流比不利于主流工艺出水稳定维持.研究还发现,长期进行侧流磷回收实验有利于污泥减量,且对污泥沉降性能影响不大.因此,在EBPR系统内长期提取适当侧流比的厌氧上清液以进行磷回收与主流工艺同步高效脱氮除磷具有可行性.     

Effect of carbon source and nitrate concentration on denitrifying phosphorus removal by DPB sludge

Effect of added carbon source and nitrate concentration on the denitrifying phosphorus removal by DPB sludge was systematically studied using batch experiments, at the same time the variation of ORP was investigated.Results showed that the denitrifying and phosphorus uptake rate in anoxic phase increased with the high initial anaerobic carbon source addition. However once the initial COD concentration reached a certain level, which was in excess to the PHB saturation of poly-P bacteria, residual COD carried over to anoxic phase inhibited the subsequent denitrifying phosphorus uptake. Simultaneously, phosphate uptake continued until all nitrate was removed, following a slow endogenous release of phosphate. High nitrate concentration in anoxic phase increased the initial denitrffying phosphorus rate. Once the nitrate was exhausted, phosphate uptake changed to release. Moreover, the time of this turning point occurred later with the higher nitrate addition. On the other hand, through on-line monitoring the variation of the ORP with different initial COD concentration, it was found ORP could be used as a control parameter for phosphorus release, but it is impossible to utilize ORP for controlling the denitrificaion and anoxic phosphorus uptake operations.     

生活污水常温处理系统中AOB与NOB竞争优势的调控

常温（19℃±1℃）条件下,采用SBR工艺处理低碳氮比（C/N）实际生活污水,研究氨氧化菌（AOB）与亚硝酸盐氧化菌（NOB）竞争优势的调控,在接种全程硝化污泥的系统中使AOB成为优势菌群,启动并维持常温短程硝化.通过控制曝气量为40 L/h使系统溶解氧处于较低水平（DO_average<1.0 mg/L）,同时结合好氧硝化时间的优化控制,即在pH值“氨谷"点前及时停止曝气的短周期定时控制,强化AOB的竞争优势.待AOB的竞争优势初步形成后（亚硝酸盐积累率NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N达到50％）,每周期曝气时间随着NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N的提高由3 h逐步延长至4 h、 5 h,从而提高NH⁺₄-N去除率,进一步增强AOB在系统中的竞争优势,短程硝化成功启动,NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N稳定在95%以上.FISH检测结果表明AOB大约占总菌群的9.97％.在线控制好氧硝化时间可以很好地维持短程硝化效果,NH⁺₄-N去除率达到97%以上.研究还表明,对于全程硝化污泥常温下如果不限制溶解氧,单纯依靠短周期定时控制无法使AOB成为优势硝化菌群.     

ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮特性

CANON工艺如能处理低氨氮城市生活污水,将大幅度降低市政污水处理能耗.故以纤维载体为填料,在CSTR反应器中同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥启动CANON反应器,且在CANON系统前端添加ABR除碳系统,构建ABR除碳-CANON耦合工艺,研究ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮性能,并采用MiSeq高通量测序技术分析污泥中微生物菌群结构的变化情况.结果表明,通过同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥,控制DO为0. 5～2 mg·L-1、HRT为6h、p H值为8左右等措施,在55 d内成功启动CANON系统,TN去除率为81%～87%,氨氮负荷为0. 195 kg·(m3·d)-1. ABR除碳系统出水有机物浓度(120 mg·L-1)不会对后续CANON系统产生不利影响,一体式ABR除碳-CANON工艺TN去除率在74%～87%,出水COD平均浓度为40 mg·L-1.同时,CANON系统启动后变形菌门(Proteobacteria)得到了显著提升,鞘脂杆菌纲(Sphingobacteria)所占比例下降为6. 8%,CANON系统中亚硝化菌和厌氧氨氧化菌不断淘汰劣势菌群成为反应器内优势菌群,一体化ABR除碳-CANON工艺对城市污水具有良好的脱氮除碳效果.     

丙酸的加入对厌氧-低氧同时生物除磷脱氮系统的影响

2个实验室规模的序批式反应器（SBRs）在厌氧-低氧（0.15～0.45 mg·L^-1）条件下运行,以比较丙酸的加入对同时生物除磷脱氮系统的影响.结果表明,无论是丙酸与乙酸的混合酸（碳摩尔比为1.5/1）作为碳源（SBR1）,还是乙酸作为单独碳源（SBR2）,系统都发生同步硝化反硝化和磷的去除（SNDPR）,并且氨氮被全部氧化,系统中没有亚硝酸盐的大量累积.与SBR2相比,SBR1中厌氧阶段磷释放量少,聚羟基戊酸（PHV）合成量高,好氧末磷剩余量少,硝态氮累积少,因此SBR1中总氮和总磷的去除率（分别为68%和95%）比SBR2（分别为51%和92%）高,加入丙酸有助于SNDPR系统保持较好的除磷、脱氮效果.     

亚硝酸盐型同步硝化反硝化耦合除磷研究

采用序批式活性污泥法,对人工配制的城市污水,通过控制泥龄成功实现亚硝酸盐型同步硝化反硝化,同时取得很好的生物除磷效果。实验结果显示:适宜的泥龄下,在控制适宜的COD及DO的条件下,COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别可达93%、99.6%、84.58%和99%。因此,利用排泥的方法控制反应器内适宜的泥龄,可以取得很好的同步脱氮除磷效果。     

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...     

基于PHB碳源驱动的同时硝化/反硝化除磷过程

构建厌氧/限氧曝气的序批式生物系统(A/OLASBR),以碳源偏低模拟城市污水为对象,在连续(CA)和间歇曝气(IA)模式下,研究以PHB为碳源驱动的同时硝化/反硝化除磷(SNDPR)过程,并考察了PHB、氧化还原电位(ORP)和pH值的变化规律与SNDPR持续稳定性之间的关系.结果表明,在恒定气量为40 L·h-1的CA模式下TN和TP去除率分别为79.9%和92.8%;而IA模式下曝气百分数(AF)和曝气频率(fIA)值为0.5和24时,TN与TP去除率分别为87.9%和93.5%,PHB降解速率平稳,ORP均值均化程度最好,ORP和pH值的稳定性最强.因此,低AF和高fIA的IA模式可缓冲PHB降解速率,均衡硝化与反硝化除磷速率,有利于SNDPR过程的持续稳定,且ORP均值的均化程度与ORP和pH值的稳定性可控制SNDPR过程的持续稳定.     

生物沸石强化SBR工艺脱氮研究

用生物沸石强化SBR工艺处理生活污水,结果表明,在SBR反应器中投加沸石后,和常规SBR工艺相比,系统对COD的去除提高10%,对氨氮的去除提高15%以上。这为进一步沸石强化SBR生物处理工艺的工业化运用打下了基础,也为污水净化提供了一种新材料、新途径。     

SPNED-PR系统内PAOs-GAOs的竞争关系及其氮磷去除特性

为研究同步短程硝化内源反硝化除磷（SPNED-PR）系统的脱氮除磷特性及系统内聚磷菌（PAOs）和聚糖菌（GAOs）在氮磷去除的贡献和竞争关系,本研究以实际低C/N比（4左右）生活污水为处理对象,考察了不同浓度的溶解氧（DO）（0.5~2.0mg/L）、NO₂^--N（4.7~39.9mg/L）和NO₃^--N（5.0~40.0mg/L）对延时厌氧（150min）/低氧（180min,溶解氧0.5~0.7mg/L）运行的SPNED-PR系统氮磷去除特性和底物转化特性的影响.结果表明,DO浓度均不影响PAOs和GAOs的好氧代谢活性,且两者之间几乎不存在DO竞争.不同NO₂^--N浓度条件下,GAOs较PAOs更具竞争优势,NO₂^--N主要是通过GAOs去除的（约占58%）;且GAOs所具有的高内源反硝化活性和亚硝耐受力,减弱了高NO₂^--N浓度（26.2~39.9mg/L）对PAOs反硝化吸磷的抑制,保证了系统的脱氮除磷性能.不同NO₃^--N浓度条件下,PAOs较GAOs处于竞争优势,其在NO₃^--N去除中的贡献比例达61.2%.此外,SPNED-PR系统的PUR_DO > PUR_nitrate > PUR_nitrite,PAOs对DO的优先利用保证了低氧条件下系统的高效除磷,且GAOs的内源短程反硝化特性保证了系统的高效脱氮.     

SBR实现选择性硝化过程及动力学研究

采用序批式生物反应器(SBR)处理模拟氨氮废水,考察了SBR体系中硝化过程中氮组分和溶解氧变化规律,并对硝化动力学进行了研究.结果表明,在低溶解氧下,体系出现亚硝态氮积累;在序批式反应体系中的硝化反应呈现三阶段,即零级反应段、混合反应段和一级反应段,其硝化特性符合Monod动力学方程;根据SBR实现选择性硝化过程控制方法,实现了SBR选择性亚硝化启动,该体系氨氮出水1 mg·L~(-1),氨氮负荷达0.45 kg·kg~(-1)·d~(-1)(以每kg MLSS中的NH_4~+-N量(kg)计),亚硝态氮累积率达95%左右.     

新型生物脱氮工艺的研究进展

新型生物脱氮技术已经在国内外展开了广泛的研究和应用,为废水脱氮处理提供了一个实用而节能的新途径。该技术基于氨氮从短程硝化途径转化为氮气的生物反应过程,根据反应条件的不同,主要包括亚硝酸盐存在条件下的高活性氨氮去除反应器 (SHARON);厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX);亚硝酸盐存在的条件下全程自养脱氮过程(CANON);限氧自养硝化反硝化(OLAND)。介绍了国内外对新型工艺运行参数和影响因素(DO,ORP,pH等)的研究状况,以及新型生物脱氮反应器研究成果。     

连续曝气模式下同步硝化反硝化的持续稳定性

为研究反应周期内同步硝化反硝化(SND)过程的持续稳定性,试验以模拟城市污水为研究对象,于恒定气量连续曝气的SBR反应器内,在反应周期内恒定不同曝气量的条件下,考察氮转化规律和DO、ORP及pH的变化规律。结果表明,SND持续稳定的时间和TN去除率随曝气量的增加而减少和降低,DO、ORP和pH曲线上出现的折点可预示SND过程的结束和完全硝化反应的开始,而pH曲线上的"谷点"可预示硝化反应的结束。由此可知,在恒定气量连续曝气模式下,SND的持续稳定时间是有限的,不能延续到反应周期结束,但可用DO、ORP和pH值作为SND过程持续稳定程度的控制参数。