硫化物抑制亚硝酸氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术

利用硫化物对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用,快速建立短程硝化。通过改变供氧条件,硫化物作为电子供体推动自养反硝化,实现同一序批反应器一体化脱氮。采用序批反应器SBR处理模拟市政污水,在DO浓度（1.5±0.5） mg·L-1,硫化物浓度50 mg·L-1,温度25 ℃,水力停留时间12 h的条件下,共运行90 d,控制反应器厌氧低氧时间,达到90%以上的总氮去除率。同时研究了硫化物对短程硝化的抑制作用、最适宜运行pH条件、污泥颗粒大小变化、污泥产生量等。硫化物抑制亚硝酸盐氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术有着反应条件可控性高、短程硝化建立时间短、脱氮效果好等优点,适用于低碳氮比的市政污水处理。     

城市生活污水短程硝化系统的恢复与启动

为了实现主流的短程硝化反硝化和厌氧氨氧化,设计了基于pH-DO和阀ON-OFF间歇曝气的在线控制系统,搭建了中试级别的短程硝化SBR,在高DO条件下基于城市生活污水恢复种泥活性后,加入反硝化稳定短程,最后接入厌氧氨氧化滤池实现全过程自养脱氮。将脱氮率、NO2--N积累率等作为考察指标,研究了系统的启动过程和稳定性。结果表明：控制SBR（sequencing batch reactor）中DO=2~2.5 mg·L-1、HRT=8~10 h、SRT=4~5 d、T=25℃,启动恢复3个月后,系统能保持90%以上的NO2--N积累率、NO2--N/NH4+-N=0.96±0.18;短程硝化反硝化能达到50%左右的NH4+-N去除率,60%左右的TIN去除率;短程硝化接厌氧氧氨氧化能保证90%左右的NH4+-N去除率和TIN去除率,出水达一级A标准。由实验结果分析,系统在高DO条件下能恢复短程硝化污泥的活性,基于pH-DO和阀ON-OFF间歇曝气的在线控制系统稳定性高,能保证短程硝化系统的稳定运行;恢复活性后,后接厌氧氨氧化滤池能实现中试级别的全过程自养脱氮。     

基于SBR反应器的ANAMMOX工艺的启动运行

采用SBR反应器,接种好氧硝化污泥,在142 d内于较高负荷下成功启动了厌氧氨氧化反应器.反应器总氮容积负荷(以N计)为0.43 kg/m3·d,总氮去除率最高达到93.3%,平均为80.5%;氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高达到93.9%和99.8%,平均去除率为81.2%和85.7%.在稳定运行阶段,氨氮去除量、亚硝酸盐氮去除量、硝酸盐氮生成量三者之间的比值为1:1.38:0.18.反应器启动过程中,出水、进水pH差值的变化趋势由负到正,然后稳定在一定范围内;且污泥性状有较大变化,污泥中微生物所占比率有所提高,整个反应器中适应厌氧氨氧化运行方式的菌种增殖较快.     

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。     

高氨氮污泥脱水液短程硝化反硝化的启动及稳定

采用A/O-CSTR工艺处理高氨氮污泥脱水液。进水氨氮浓度浓度约为375 mg/L,C/N比小于1.0,反硝化碳源明显不足。A/O反应器完成短程硝化反应,CSTR定期投加初沉污泥作为碳源进行反硝化。两者联合达到总氮去除的目的。实验研究短程硝化反应的启动过程,以及CSTR出水回流对短程硝化和系统脱氮效果的影响。实验结果表明系统具有良好的硝化反硝化效果。A/O反应器亚硝酸盐积累率迅速提高并稳定在90%以上。CSTR有效利用初沉污泥实现了稳定的反硝化。出水回流有利于提高总氮去除率,在回流比为200%时,系统平均总氮去除率达到85%以上。     

基于DO和游离氨联合控制的短程硝化快速启动及稳定运行研究

在高氨氮废水中,为了实现序批式活性污泥反应器(SBR)短程硝化的快速启动及稳定运行,采用DO与游离氨(FA)联合控制的策略进行调控。结果表明:控制DO为1.42～1.53mg/L,曝气时间为3.5h,将初始FA平均值从1.75mg/L提高至8.74mg/L,经过30d的运行,亚硝酸盐氮积累率达到75.71%,氨氮去除率稳定在80%左右,可以实现快速启动;进一步将DO提高至1.77～1.90mg/L,曝气时间降低至2.5h,可实现长达61d的稳定运行,氨氮平均去除率维持在85.70%,亚硝酸盐氮积累率平均达到91.80%。因此,FA和DO联合调控可抑制亚硝酸盐氧化菌活性,促进氨氧化菌增殖,可以实现短程硝化的快速启动及稳定运行。     

处理畜禽废水的序批式生物膜反应器中的细菌多样性

采用序批式生物膜反应器(SBBR)处理畜禽废水,在室温(9～18℃)下,采用8 h/周期、交替停曝气的模式运行,控制曝气阶段DO浓度在2 mg/L,可实现明显的亚硝酸盐积累,氨氮及总氮的去除率分别可达(95.1±0.8)%和(87.2±0.6)%。为揭示SBBR中细菌种群构成及其动态变化规律,采用PCR-DGGE技术进行了细菌多样性分析,并构建了系统发育树,结果表明:与接种污泥相比,驯化期生物膜中细菌种群丰富度未发生明显变化,运行期交替曝气、停曝模式有助于提高生物膜中细菌的多样性指数,但受运行模式及氨氮负荷变化影响,运行期氨氧化菌多样性指数略低于驯化期;生物膜内存在一些具有反硝化功能的变形菌和特殊的氨氧化细菌,在本实验条件下未发现厌氧氨氧化菌,说明主要脱氮机理为同时短程硝化反硝化。     

炭管膜曝气生物膜反应器SNAD脱氮研究

以包裹无纺布的微孔炭管作为膜曝气生物膜反应器（MABR）的膜组件,进行了短程硝化,厌氧氨氧化和反硝化耦合脱氮(SNAD)研究。实验中,控制温度34±1℃,pH 7.5～8.5, HRT 8 h,通过逐步降低膜内压力使反应器中的溶解氧由8 mg/L逐步降低到0.5 mg/L以下。实验采用亚硝酸细菌挂膜,然后接种厌氧氨氧化细菌,实现在单一反应器中同时发生短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化耦合脱氮功能。结果表明,经过180 d的连续稳定运行,氨氮去除率达到了93.4%,总氮去除率达到了92.5%,COD去除率达到97.2%, 氨氮去除负荷0.6 kg N/（m³ ·d）。适合SNAD工艺的最佳C/N比为0.2～0.6,当COD浓度过高时,会抑制厌氧氨氧化细菌,使SNAD工艺的处理效果明显下降。     

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。     

包埋厌氧氨氧化颗粒污泥的生活污水CANON工艺脱氮特性

为实现厌氧氨氧化(Anammox)包埋填料在城市污水中的稳定脱氮,以除碳后的生活污水作为进水,通过间歇曝气的运行方式,研究了高氨氮废水处理系统中的厌氧氨氧化颗粒污泥(AnGS)及利用其制成的Anammox包埋填料在生活污水CANON工艺中的脱氮性能及微生物群落结构。结果表明,在生活污水CANON工艺启动过程中,AnGS系统的氨氮去除率和总氮去除率最高分别仅为65.9%和59.3%,而包埋填料后在启动仅10 d后,氨氮去除率和总氮去除率分别可达98.9%和72.4%以上,同时出水NH₄⁺-N和TN均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》中一级A的排放要求。提高曝气阶段的DO质量浓度(2.9~3.1 mg·L⁻¹提升到3.9~4.1 mg·L⁻¹)会导致包埋填料出水NO₃⁻-N 质量浓度增长至9.7~11.1 mg·L⁻¹,从而破坏CANON工艺中的短程硝化导致出水总氮不达标。但将DO浓度恢复后,包埋填料CANON工艺的脱氮效果能够恢复。运行后的包埋填料中AAOB主要菌属Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia的占比为21.11%和1.04%,同时NOB主要菌属为Nitrospira,占比仅为0.53%,包埋填料在生活污水中能够保持AAOB菌群优势并有效抑制NOB的增长,因此将包埋固定化技术用于城市污水CANON工艺脱氮中具有广阔的前景。     

多级好氧生物膜/厌氧颗粒反应器的PN/A工艺启动与调控

厌氧氨氧化细菌(AnAOB)和氨氧化细菌(AOB)的同时快速富集是短程硝化/厌氧氨氧化(PN/A)工艺高效运行的关键。本研究构建了一种多级好氧生物膜/厌氧颗粒污泥反应器(MOBAPR)。MOBAPR的好氧生物膜/厌氧颗粒结构不仅可有效保留生物质,还为AnAOB和AOB同时富集创造空间条件。在MOBAPR中,首先通过控制pH和间歇曝气在15 d内实现PN工艺的快速启动,然后在稳定运行的PN工艺基础上,61 d后实现了PN/A工艺的快速启动,脱氮率达到(83.41±2.45)%。16S rRNA基因测序结果表明,MOBAPR中AOB(27.09%)和AnAOB(9.99%)成功实现同时富集。此外,在PN/A工艺运行过程中,气液比(曝气速率与进水速率的比值)是一个与NRE高度相关的操作参数。气液比的优化控制不仅可以提高MOBAPR的脱氮性能,还可以在溶解氧(DO)低至无法控制时代替DO控制。     

升流式生物膜反应器中CANON工艺处理中低浓度氨氮废水的快速启动

为了实现中低浓度氨氮废水情况下CANON工艺的快速启动和稳定运行,在升流式生物膜反应器中,通过调控水力停留时间、溶解氧和回流比,研究进水氨氮浓度为200 mg·L⁻¹时CANON工艺的快速启动过程。结果表明：1~17 d,污泥处于驯化阶段,HRT为12 h,DO控制在0.1~0.2 mg·L⁻¹,50%的回流比满足污泥上升流态;18~60 d,HRT逐步缩短至8 h,DO控制在0.3~0.5 mg·L⁻¹,回流比增大至150%,AOB和 ANAMMOX在该阶段成功富集,填料上初步形成生物膜;61 d时,HRT缩短至6 h,加大回流比至200%,溶解氧控制在0.3~1.0 mg·L⁻¹,系统启动加速,此时,进水氨氮负荷增加至0.795 kg·(m³·d)⁻¹;运行至第93天,氨氮和总氮平均去除率分别达到95%和82%,ANAMMOX完成挂膜,CANON工艺成功启动。高通量测序结果显示,在整个启动过程中,优势菌群AOB和ANAMMOX的丰度呈增长趋势,启动完成时,生物膜中AOB占比19.46%,ANAMMOX占比22.49%,分别属于Brocadiaceae和Nitrosmonadaceae。CANON系统集成絮体、颗粒和填料挂膜3种污泥形态为一体,实现了在中低浓度氨氮废水中的高效稳定运行。     

MBBR一体式耦合短程硝化-厌氧氨氧化处理污泥水

采用移动床生物膜反应器(MBBR)处理已回收磷后的实际污泥水,在进水平均氨氮浓度为167.51 mg·L⁻¹、HRT为22.24 h、DO为0.5 mg·L⁻¹和温度为24~26 ℃的条件下实现了一体式短程硝化-厌氧氨氧化过程的耦合,对氨氮和总无机氮的最大去除率可达96%和79.7%。但是,一体式反应器受DO浓度影响较大,维持稳定的DO浓度对于系统的氮去除非常重要。荧光原位杂交(FISH)及高通量测序结果表明,MBBR的生物膜及活性污泥中Nitrosomonas菌分别占总菌数的10.46%和21.46%,厌氧氨氧化菌的优势菌种Candidatus Kuenenia在生物膜和活性污泥中分别占总菌数的4.13%和0.71%。因此,MBBR中活性污泥主要完成亚硝化,生物膜主要完成厌氧氨氧化,常温条件下,两者在一个反应体系中共同完成了对污泥水中氮的高效自养脱除。以上结果表明了一体式反应器处理实际污泥水的可行性,可为该工艺在实际工程中的应用提供参考。     

一体式PN/A耦合EBPR工艺高效低耗处理实际低C/N主流城市污水

针对低C/N城市污水脱氮除磷因碳源不足存在能耗、药耗高以及脱氮除磷效率低等问题,开发一体式短程硝化/厌氧氨氧化 (PN/A) 耦合强化生物除磷工艺 (EBPR) ,以降低碳源消耗和能耗、提高脱氮除磷效率,从而实现高效低耗减污降碳。通过构建悬浮污泥和生物膜共存的混合系统,采用厌氧-好氧运行模式以及间歇曝气,考察短程硝化/厌氧氨氧化与强化生物除磷过程的耦合效果。结果表明,反应器能长期稳定运行,出水总无机氮 (TIN) 质量浓度稳定低于4 mg·L⁻¹,溶解态磷 (DP) 质量浓度约0.2 mg·L⁻¹,TIN平均去除率大于90%,DP的平均去除率大于85%,平均脱氮负荷为53 mg·(g·d)⁻¹,强化间歇曝气能够在系统内实现NOB抑制,亚硝氮积累率可达60%以上,甚至100%。控制悬浮污泥好氧污泥龄为3.5 d,NOB由悬浮污泥向填料转移。由于生物膜传质受限,系统的亚硝氮积累率并未受到影响。该系统内厌氧氨氧化活性提高了5倍,厌氧氨氧化菌以Candidatus Brocadia为主,相对丰度为1.1%,较主流条件下提高了2.75倍。本研究结果证实了主流条件下厌氧氨氧化与传统脱氮除磷工艺耦合的可行性,这表明此耦合工艺具备更好应对水质波动的能力,能保证稳定良好的出水水质。该案例可为低C/N城市污水实现高效低耗减污降碳的脱氮除磷提供参考。     

盐度和曝气时间对包埋颗粒短程硝化启动的影响及其动力学分析

针对短程硝化反应器启动时间长、效果不稳定等问题,使用水性聚氨酯(WPU)制作硝化污泥包埋颗粒,利用SBR设置盐度梯度以及不同曝气时间进行批次实验,启动短程硝化;通过控制最佳反应条件启动UASB短程硝化反应器,同时进行动力学分析。结果表明：在批次实验过程中,随着盐度的增加,氨氮去除率(η_A)及${\rm{NO}}_2^{-} $-N积累率(R_NAR)先上升后下降。当NaCl浓度为10 g·L⁻¹时,短程硝化效果最佳,η_A为55%,R_NAR为90%;不同曝气时间对短程硝化的稳定性有较大的影响,曝气时间为8 h时短程硝化效果最稳定,η_A和R_NAR分别达到56%和96%。控制NaCl浓度为10 g·L⁻¹,HRT为8 h,成功实现了UASB短程硝化反应器的启动;包埋颗粒对氨氮的动力学特性符合Haldane基质抑制动力学模型,具有优良的动力学特性。研究可为包埋颗粒与短程硝化工艺的耦合脱氮提供参考,并为含盐废水的处理提供技术支持。     

基于溶解氧和缺氧时长调控的间歇曝气策略对短程硝化脱氮工艺的影响

短程硝化的实现可推动能源节约型脱氮工艺的应用。通过阐述间歇曝气策略实现短程硝化的机理,分析了应用间歇曝气策略实例中的运行参数,总结了DO协同缺氧时长分别在单独短程硝化工艺、短程硝化-反硝化(PN/D)工艺以及短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺中的影响效果,如对功能菌活性和系统脱氮效率的影响;提出了以功能菌种、污泥存在形式等影响途径作为依据,基于DO协同缺氧时长的调控策略,并对各脱氮工艺中的运行参数进行优化,以期为各工艺系统实现最佳运行效果提供参考。     

快速启动厌氧氨氧化用于老龄垃圾渗滤液脱氮及其机理分析

基于短程硝化处理后的老龄垃圾渗滤液,含有大量难降解有机污染物,且氨氮和化学需氧量浓度高,C/N比低等特点。本研究以厌氧硝化污泥作为接种污泥,采用升流式厌氧污泥床反应器(UASB),快速启动厌氧氨氧化反应,对其进行深度脱氮。探究启动厌氧氨氧化反应的最佳条件和脱氮性能,根据污泥形貌特征和微生物群落结构的变化,阐明厌氧氨氧化的作用机理。结果表明,厌氧氨氧化快速启动最佳条件：温度为(30±1) ℃、初始pH为7.5、NO₂⁻/NH₄⁺为1.25~1.50、无外加碳源和MLSS为4 200 mg·L⁻¹。历经60 d后,厌氧氨氧化成功启动,进水TN容积负荷最高为0.45 kg·(m³·d)⁻¹,TN容积负荷去除速率最高为0.36 kg·(m³·d)^-1,NH₄⁺-N、NO₂⁻-N和TN去除率超过80%。同时,UASB运行至第60天时,接种污泥形貌呈现花椰菜结构,微生物群落多样性减少,Planctomycetes门为优势菌群,其丰度为44.4%。Candidatus Brocdia属为第一优势菌属,其丰度为42.8%,证实厌氧氨氧化快速启动成功,AnAOB利用NO₂⁻-N为电子受体,以NH₄⁺-N为电子供体实现深度脱氮。综上所述,厌氧氨氧化的快速启动可为短程硝化处理后的老龄垃圾渗滤液深度脱氮提供参考。     

曝气动力横向内循环反应器脱氮途径与性能分析

为降低城市污水生物脱氮系统处理能耗、提高脱氮效率,使用一种新型曝气动力横向内循环反应器(ALIR)来处理模拟城市污水并对该反应器的脱氮途径与性能进行了研究,采用16S rRNA基因高通量测序技术对微生物群落结构进行了分析。结果表明：反应器在A/O比为1:1、水力停留时间为9 h、污泥龄为20 d、污泥回流比100%的条件下,连续运行90 d后,出水NH₄⁺-N质量浓度低至(3.20±0.93) mg·L⁻¹,平均去除率为92.29%,出水总氮(TN)质量浓度为(11.68±1.31) mg·L⁻¹,TN去除率达到71.81%,同时好氧区平均同步硝化反硝化(SND)率达到26.49%;接种污泥与第80天活性污泥的优势门均为Proteobacteria和Bacteroidetes;与接种污泥相比,第80天污泥中Pseudomonas、Sulfuritalea等反硝化菌属丰度呈下降趋势,具有好氧反硝化功能的Acinetobacter属和Hyphomicrobium属的丰度则明显增加。综上,实验条件下,曝气动力横向内循环反应器可以免除内回流能耗,并获得良好的脱氮效果。该研究结果可为内循环反应器在实际工程中的应用提供参考。