短程硝化反硝化氨氮脱除技术研究进展

叙述了短程硝化反硝化的优势、工艺原理,总结了分析了温度、pH、游离氨、碳氮比以及污泥龄在高氨氮、低碳氮比有机废水方面影响因素以及工程化应用现状,最后提出了该技术工程化应用方面的有待优化解决的问题与方向。     

影响短程硝化反硝化的因素

短程硝化反硝化是指将硝化过程控制在亚硝化阶段,随后在缺氧条件下进行反硝化的生物脱氮过程,其关键是如何控制硝化过程中影响HNO2积累的因素,分析影响HNO2积累因素,包括温度、游离氨、pH值、溶解氧、有害物质和泥龄,探讨实现短程硝化反硝化的途径。     

不同运行策略对反硝化颗粒污泥培养的影响

反应器运行环境对反硝化颗粒污泥培养具有重要影响,在上流厌氧污泥床反应器内研究了不同运行策略培养颗粒污泥的脱氮效率、污泥性能和菌群结构,同时对比分析了快速和慢速提升氮负荷策略培养反硝化颗粒污泥的性能。结果表明：耦合提升策略培养反硝化颗粒污泥的脱氮效率达到93.29%以上,悬浮挥发性固体质量浓度为46.29 g/L,粒径主要分布在2.36～3.35 mm,胞外聚合物为119.03 mg/g VSS,反硝化优势菌Proteobacteria在颗粒污泥菌群中所占比例为61.92%;相较于慢速提升氮负荷策略,快速提升氮负荷策略促使污泥脱氮效率增加了5.48%,挥发性悬浮固体质量浓度增加了20.11 g/L,粒径为2.36～3.35 mm的污泥占比增加了10%左右,胞外聚合物增加了7.27 mg/g VSS,Proteobacteria所占比例增加了5.11%。研究表明,耦合提升策略能够培养出脱氮效率高且性能良好的反硝化颗粒污泥,快速提升氮负荷能够促进颗粒污泥脱氮效率增加、性能更好。     

苯酚对硝化颗粒污泥性能的影响

采用序批实验研究了苯酚对硝化颗粒污泥性能的影响.结果表明.苯酚的存在显著地降低了氨氮降解率,抑制了硝化颗粒污泥中氨氧化菌的活性和亚硝酸氧化菌的活性,显著地降低了氨氮的比降解速率和硝氮的比生成速率,降低了硝化颗粒污泥的硝化性能.苯酚去除后,硝化颗粒污泥中氨氧化菌的活性可以完全恢复,而亚硝酸氧化菌的活性不能完全恢复.苯酚的降解是硝化颗粒污泥中的好氧异养菌、硝化菌和厌氧的反硝化菌共同作用的结果.     

亚硫酸铵浓度对亚硫酸铵氧化速率的影响研究

亚硫酸铵氧化是铵法脱硫的一个重要步骤,针对工程上主要采用的空气氧化方法,开展了在空气氧化条件下亚硫酸铵浓度对亚硫酸铵氧化速率的影响规律研究。试验采用空气鼓泡氧化反应器,在控制空气流量和反应温度不变的条件下,研究了亚硫酸铵氧化速率随亚硫酸铵浓度的变化关系。结果表明:在中、高浓度范围(0.1 mol/L)内,氧化速率受浓度影响不大,可认为无变化,在此过程中空气曝气流量是氧化反应的主要控制因素;在较低浓度范围(0.01~0.1 mol/L)内,氧化速率与浓度为斜率较小的线性关系;而在极低浓度(0.01 mol/L)下,氧化速率与浓度为斜率较大的线性关系,即当浓度低于0.1 mol/L时,亚硫酸铵氧化反应速率明显受亚硫酸铵浓度的影响。     

超声预处理对污泥电脱水特性的改进

探讨超声波预处理对污泥电脱水性能的影响,并找到超声波预处理能够对电脱水产生促进作用的最佳工况。以天津市纪庄子污水处理厂的污泥为研究对象,采用自制的超声预处理电渗透污泥脱水装置进行试验,考察超声波声强和作用时间等因素对污泥电脱水效果的影响。试验开始前对污泥在0.1 MPa压力下进行机械预压0.5min,使污泥挤压密实,以保证电流和超声波在污泥介质中能够均匀平稳地流通。在整个脱水过程中机械压力恒定在0.1 MPa,总作用时间为5.5 min;电脱水过程中电压控制在60 V(泥饼厚度为2 cm),总作用时间为5 min。结果表明,在固定频率20 k Hz、相同电场和压力场作用下,适当的超声波声强和预处理时间能够对电渗透脱水产生积极作用,且超声预处理的最佳作用工况为声强0.510 W/cm2(功率40 W),超声预处理3.5 min。在最佳作用工况下,污泥脱水率达到24.35%,同时减缓了电流的衰减速率,增强了电脱水的效果。     

渗滤液短程硝化反硝化生物脱氮影响因素研究

在适当的条件下,渗滤液也可发生典型的短程硝化反硝化反应;在试验中发现硝化反应并不是在曝气一开始就发生,而是在经过一段时间的吸附降解后才发生,同时实验结果显示发生短程硝化的最佳pH值为8.0～9.0,温度维持在25℃或25℃以上.     

处理垃圾渗滤液好氧颗粒污泥的培养及其脱氮特性

以垃圾渗滤液为试验用水,通过不断增加氨氮负荷(初始氨氮质量浓度从100 mg/L逐渐增加到180 mg/L)、并且适当投加外碳源的策略,在20 d内形成了好氧颗粒污泥,粒径为0.17 ～ 0.20 mm,到第109 d,好氧颗粒污泥粒径达到0.65 ～ 2.10 mm.在培养过程中由于氨氮质量浓度较高,水中游离氨(Free Ammonia,FA)抑制了亚硝酸氧化细菌(Nitrite-Oxidizing Bacteria,NOB)的活性,形成了短程硝化,并在第20～50d、第89～ 109 d发生了同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification,SN D),其中第89～109 d较为明显,在反应器内部C/N比为3.1～3.9情况下,总氮去除率稳定在70％左右.SEM显示好氧颗粒污泥存在大量孔隙,有利于底物输送.对培养过程中第1d、34 d、54 d、79 d、109 d的荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization,FISH)结果进行统计分析,发现氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)分别占总菌量的2.37％、5.54％、7.26％、16.32％、22.33％.冰冻切片FISH结果表明,AOB主要聚集在好氧颗粒污泥的最外层,有利于AOB利用并消耗液相主体中的溶解氧,同时在好氧颗粒污泥内部形成缺氧区,有利于内部实现反硝化.好氧颗粒污泥的粒径越大,内部缺氧区越大,越有利于实现SND.通过对胞外聚合物(Extracellular Polymer Substances,EPS)染色,发现好氧颗粒内部β-D-吡喃葡萄糖的空间分布为外层较多,并随着颗粒孔隙向内延伸,在次外层与内层不均匀分布,这很好地解释了好氧颗粒污泥反应器在好氧的运行方式下,发生SND的途径及碳源的可能来源.研究表明,利用好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液具有较高的氨氮去除率(97％以上),好氧颗粒污泥的形态及结构有利于AOB的富集,同时在其内部储存了碳源,有利于SND的发生.     

利用普通反硝化活性污泥快速启动厌氧氨氧化试验

采用有效容积为6.3 L的上流式流化床接种普通污泥,进行了厌氧氨氧化反应器的启动,研究了先富集反硝化污泥再启动厌氧氨氧化反应器的过程特征。首先投配硝氮质量浓度70 mg/L、以葡萄糖为碳源、COD为200 mg/L的模拟废水增强污泥的反硝化能力。运行6 d后,出水硝氮质量浓度在10 mg/L左右,反应器对硝氮的去除率稳定在80%以上,污泥具有较高的反硝化活性。随后投配氨氮质量浓度50~60 mg/L、亚硝氮质量浓度30~58 mg/L的废水进行厌氧氨氧化菌培养。培养一开始出水氨氮质量浓度就比进水低,第31 d氨氮的去除率达到50%以上。逐步提高进水氨氮和亚硝酸氮质量浓度,从100 mg/L、140 mg/L、200 mg/L到420 mg/L,氨氮和亚硝氮去除率亦不断提高。第40 d后,反应器氨氮去除量、亚硝氮去除量和硝氮增加量之比在1∶(1.3±0.2)∶(0.3±0.1)范围内小幅波动,表明厌氧氨氧化反应已经成为反应器内的主导脱氮反应。经过76 d的培养,在进水氨氮和亚硝氮质量浓度分别为405.23 mg/L和488.24 mg/L时,反应器对它们的去除率达到80%和95.22%,最大氮去除速率为0.93 kg/(m3·d)。研究表明,采用上流式流化反应器先富集反硝化菌再培养厌氧氨氧化菌和采用逐步提高进水负荷的启动策略,对于快速培养高活性Anammox污泥、启动反应器是有效的。     

高氨氮废水短程硝化的影响因素研究

采用A/O工艺处理模拟高氨氮废水,在硝化过程中发现自养菌和异养菌在同一处理系统中不会同时达到最佳处理效果.在传统生物脱氮的基础上通过对pH值和DO的控制实现了短程硝化,并探讨了此过程的影响因素.实验结果表明,A/O工艺在27-30 ℃,pH值7.5-8.5,DO在1.0-1.5 mg/L即可以形成比较稳定的短程硝化.避光有利于亚硝氮的积累,但是其不会单独成为向短程硝化转变的主导因素.短程硝化过程的实现是几种因素共同作用的结果.     

氨氮生物硝化分段动力学特性研究

本文利用富集培养的硝化污泥研究了氨氮生物硝化动力学的基本规律.结果表明,氨氮浓度对硝化速率有显著的影响.主体溶液中氨氮质量浓度小于2.3 mg/L时,硝化符合一级反应动力学.随着溶液中氨氮浓度升高,将会出现半级(本文为0.35级)或零级反应动力学,对应的氨氮质量浓度范围分别为2.3～18.2 mg/L和18.2～100 mg/L.各级反应的速率常数分别为0.16 d-1/(mg/L)、0.23 d-1/(mg/L)0.35和0.61d-1.氨氮质量浓度不同,动力学级数不同,硝化速率不同,达到相同的硝化效率反应时间有很大的差别.由于完全混合式反应器的硝化速率主要取决于出水氨氮浓度;因此氨氮出水浓度要求越低,硝化速率越低,反应时间越长,达到较彻底的硝化程度就越困难.     

溶氧对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的影响

好氧颗粒污泥外表和内在的不同溶氧(dissolved oxygen,DO)水平分别适合硝化和反硝化微生物的生长,形成具有同步硝化反硝化功能的脱氮体系.DO水平对颗粒污泥内部厌氧好氧区域的构成有影响,改变DO可以研究氧对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化过程的影响.结果显示,反应系统在一定DO参与下对有机物的去除效率较高,各种条件下均能达到90%左右;高DO(≥3.0 mg/L)提高硝化速率,但易造成反应过程中NO2-和NO3-的积累;低DO(≤2.0mg/L)下反应积累的硝化产物少;在颗粒污泥同步硝化反硝化反应过程中适当控制供氧,可减少运行过程中N2O的排放.实验条件下,控制DO在1～2 mg/L为佳;在低DO情况下,NO2-通过短程反硝化反应直接还原为气态的N2O和N2;高DO情况下,大部分NO2-以全程反硝化方式还原为气态氮.好氧颗粒污泥具有良好的硝化反硝化能力,而DO对硝化反硝化过程有很大的影响,且低DO更有利于氮的去除和N2O排放量的降低.     

工艺条件对垃圾渗滤液硝化生物强化特性的影响

通过探索垃圾渗滤液硝化生物强化体系中进、出水含氮化合物形态的转化规律及采用测定呼吸耗氧速率来表征硝化菌群的生物活性等方法研究了不同pH值、进水NH4 -N浓度(负荷)、DO条件下体系的硝化特性.研究发现,酸性条件下,垃圾渗滤液的亚硝化作用较硝化作用受抑制程度大,碱性条件下相反.为了维持较高的硝化效率,垃圾渗滤液的硝化生物强化pH值宜控制在7.5～8.5.实验体系所能承受的氨氮浓度和负荷上限分别为300 mg/L和0.6 kg NH4 -N/(m3·d)左右,当进水NH4 -N浓度和负荷过高时,硝化细菌活性下降幅度较亚硝化细菌要显著得多.DO影响因子实验表明,DO水平的控制对垃圾渗滤液的生物硝化程度有重要影响,当DO控制在0.5～0.6mg/L时,氨氮的氧化以亚硝化作用为主,当DO控制在1.1～2.6 mg/L时,垃圾渗滤液的硝化作用进行得较彻底.     

金属离子对好氧活性污泥活性的影响

通过小试装置研究Mg2 、Mn2 、Ni2 、Zn2 、Co2 和Mo6 单独存在时对活性污泥活性的影响.结果发现,Co2 浓度在2 mg/L以下时,对活性污泥活性稍有抑制,其他离子则均有促进作用.Mn2 、Mo6 、Zn2 、Mg2 和Ni2 的促进浓度范围分别是:0.5～3 mg/L,0.5～5 mg/L,0.5～1 mg/L,5～20 mg/L,0.25～1 mg/L.在各自最佳浓度条件下对活性污泥活性促进的主次顺序为:Mg2 ＞Mn2 ＞Zn2 ＞Ni2 ＞Mo6 .     

能源物质和接种物的投量对生物沥浸改善城市污泥脱水性能的影响

选用硫粉(S0)和黄铁矿粉(Fe S2)作为复合能源物质,以生物沥浸处理城市污泥脱水。通过正交试验分析了不同能源物质和接种物配比下的污泥脱水、沉降性能。结果表明:能源物质和接种物的合理配比为S0投量2 g/L、Fe S2投量6 g/L、接种物投量20%,在该投量下进行生物沥浸试验,污泥比阻由初始的3.35×1012m/kg降至3.90×1011m/kg,降幅达88.36%,污泥沉降率由68%升至78%;沥浸过程中污泥比阻、沉降率与p H值、ORP、Fe2+、Fe3+、总Fe和SO2-4质量浓度的变化同步,表明污泥脱水和沉降性能的改善是酸化、氧化和絮凝的协同作用所致;同时,细菌总数、总大肠菌群和粪大肠菌群的灭活率均在99%以上,表明生物沥浸还可高效杀灭病原微生物。     

进水方式对序批式深床人工湿地硝化效能的影响

针对现有人工湿地硝化效能低、占地面积大的问题,研究污水处理厂尾水人工湿地高效硝化深度处理技术,采用序批式深床人工湿地反应器(DSCW),考察进水方式及其运行工况对硝化效能的影响。结果表明,进水方式、进水时间和闲置时间对湿地硝化效能影响显著。进水方式采用"连续进水-间歇出水"较连续进出水运行工况NH_4~+-N去除率高39.69%。连续进水时间为5.5 h、7.5 h、11.5 h时,NH_4~+-N去除率分别为81.82%、88.12%、89.91%;闲置时间为0、2 h、4 h时,NH_4~+-N去除率分别为88.12%、94.46%、92.60%。反应器在水温(20±3)℃、负荷35.56 g NH_4~+-N/(m2·d)、连续进水7.5 h-间歇出水0.5 h-排空闲置2 h运行工况下,出水NH_4~+-N为0.91 mg/L,去除率为94.46%,系统NH_4~+-N去除效能大幅提高。     

温度及特征尺度对污泥表观干燥动力学的影响研究

从污泥表观干燥动力学人手来研究污泥干燥并进行数值模拟,根据在自制实验台上测得的圆柱污泥的干燥失重曲线,采用等温热分析动力学的基本原理,得出了污泥干燥失水率与时间的关系式,这一关系式说明污泥干燥时间与包含失水率的多项式呈线性关系,其斜率作为研究污泥表观动力学的重要参数之一,与干燥温度及污泥特征尺度有关.根据实验结果拟合出描述斜率与干燥温度及污泥直径3者关系的表达式,验证实验表明,拟合斜率值与实验值接近.拟合斜率值可估计污泥干燥所需时间,这是一种定量描述污泥干燥速率的方法,对进一步研究污泥表观干燥动力学有重要意义.     

水温及污泥龄对生物处理系统运行的影响

水温和污泥龄对硝化作用有着重要的影响；水温和污泥龄对污泥增长量也起着主导性作用。指出水温对难降解程度有重大影响。