污水生物除磷技术研究进展

本文介绍污水生物除磷工艺的发展,对生物脱氮除磷特别是反硝化脱氮除磷原理和新工艺进行讨论,分析反硝化除磷技术的影响因素和反硝化脱氮除磷工艺的优缺点,指出反硝化除磷工艺适合低碳磷比、碳氮比污水的处理以及实际应用中有待进一步研究和解决的问题。     

废水反硝化除磷影响因素的分析

介绍了反硝化除磷技术的原理、主要影响因素和实现反硝化除磷的新途径。国内外对碳氮质量比,亚硝酸盐对反硝化除磷的影响的研究结果存在争议。本文对有争议和有待于深入研究的影响因素作了总结。目前,关于在工艺中如何实现反硝化除磷的研究有了突破性进展。这些新途径有：AOAO—SBR工艺、好氧颗粒污泥法。反硝化除磷技术已从基础性研究发展到了工程应用阶段,随着微生物学及生物化学的进一步发展和研究的进一步深入．人们对反硝化除磷机理、影响因素将有更加清楚的认识。这些都将进一步促进反硝化除磷技术的应用推广。     

A~3/O-MBR工艺反硝化除磷性能研究

为探究自行设计的A~3/O-MBR工艺脱氮除磷性能,以模拟生活污水为处理对象,重点研究了在内循环回流比(γ)为100%,硝化液回流比(α)分别为100%、200%、300%条件下系统反硝化除磷特性。结果表明:缺氧II区是工艺反硝化除磷的关键,系统具有优良的同步脱氮除磷效果,ρ(COD)出水均低于50 mg/L。当回流比为200%时,系统对TN、TP去除效果最好,平均去除率分别为75.46%和88.94%,出水平均ρ(TN)、ρ(TP)分别为14.97 mg/L和0.48 mg/L。通过静态释/吸磷试验测定不同硝化液回流比条件下反硝化聚磷菌占总聚磷菌的比例及污泥含磷量,当回流比为200%时,反硝化聚磷菌所占比例最高达95.47%,该回流比条件下缺氧II区污泥含磷量最高为23.07 mg/L,最大吸磷量为0.2136 g/d。     

MUCT工艺全程硝化和短程硝化模式下反硝化除磷研究

采用MUCT工艺处理低C/N比实际生活污水,研究在全程硝化及短程硝化模式下系统的反硝化除磷性能.MUCT反应器在常温下运行180 d,结果表明,采用低DO和短水力停留时间(HRT)实现了短程硝化,亚硝酸盐积累率达到70%以上.系统表现出较好的反硝化除磷性能,短程硝化期间磷的去除率和反硝化除磷率分别为90%和91%,全程硝化期间磷的去除率和反硝化除磷率分别为60%和88%.虽然短程硝化模式下磷的去除效果明显优于全程硝化模式,但荧光原位杂交(FISH)试验结果表明,2种模式下污泥中PAOs占总菌群的比例基本相同,平均为37%.COD去除效果稳定,试验期间出水COD均低于50 mg.L-1.不同硝化模式下污泥的批次试验表明:短程硝化期间,以NO2--N作为电子受体为主的反硝化除磷菌占总聚磷菌的比例和全程硝化期间以NO3--N作为电子受体为主的反硝化除磷菌的比例相比没有明显变化,平均为38%;与全程硝化时期相比,短程硝化阶段对有限碳源的利用率更高,磷的去除效果更好.短程硝化模式下的反硝化除磷更有利于低碳源污水的处理.     

硝化液回流比对A2/O-BCO工艺反硝化除磷特性的影响

以低C/N城市生活污水为处理对象,重点考察了硝化液回流比对A2/O - BCO(生物接触氧化)工艺脱氮除磷特性的影响.在A2/O反应池水力停留时间(HRT)为8h,污泥回流比为100% 条件下,将硝化液回流比分别设定为100%、200%、300%和400%进行试验.结果表明, 系统在A2/O中实现了反硝化除磷,具有很好的同步氮磷的去除效果,出水COD浓度均在50mg/L以下.上述不同硝化液回流比下总氮(TN)去除率分别为48.8%、66.5%、75.6%和62.5%,总磷(TP)去除率分别为86.0%、90.3%、91.0%和95.0%.在硝化液回流比为300%时,系统平均出水TN和TP浓度分别为14.96mg/L和0.49mg/L.系统反硝化除磷量随着硝化液回流比的增大略有增加,在硝化液回流比为400%时,反硝化除磷量高达磷总去除量的98%.     

MUCT-MBR工艺反硝化除磷脱氮研究

自行设计的双反应器MUCT-MBR简化了MUCT工艺,将反应池由5个简化到2个,减小了工艺占地面积,并且采用膜过滤取代二沉池出水,操作简单,出水安全可靠.针对MUCT-MBR工艺脱氮除磷性能,尤其是反硝化除磷功能进行研究.结果表明,当进水C/N/P比在33.3/5/1～25/5.5/1范围内,整个实验过程中COD、 TN和TP平均去除率分别达到89.3%、 75.4%、 79.2%;且膜出水不受污泥沉降性的影响.缺氧段的反硝化吸磷是MUCT-MBR工艺除磷的关键,系统运行至第58 d,系统中反硝化除磷菌（DPAOs）所占比例达84.2%,反硝化除磷占系统总磷去除的67.07%.     

内循环比对反硝化除磷工艺处理效果和群落结构的影响

反硝化除磷作为一种新型可持续发展技术受到广泛关注. 前期在多级缺氧-好氧工艺的基础上开发了一种新型反硝化除磷工艺(DPR-MAO). 为探明内循环系统对DPR-MAO工艺脱氮除磷效能的影响，考察了不同内循环比条件下的氮磷去除效果，分析了各反应池的脱氮除磷过程以及微生物群落特征. 结果表明:当内循环比由100%提至200%时，总氮和总磷的平均去除率由76.05%和86.39%分别提至87.46%和93.42%. 通过氮磷质量平衡分析发现，提高内循环比可以使工艺表现出优良的反硝化除磷性能. 高通量测序结果表明，DPR-MAO工艺中具有反硝化除磷功能的菌属主要有Thiothrix、Dokdonella、Candidatus accumulibacter、Thauera、Comamonas、Dechloromonas和Pseudomonas. 当内循环比由100%提至200%时，具有反硝化除磷功能的菌属的相对丰度总和增加了约4倍，其中Thiothrix的相对丰度由0.36%~0.52%增至53.58%~56.64%. 研究显示，提高内循环比可以强化DPR-MAO工艺的反硝化除磷效果以及反硝化聚磷菌在微生物群落中的优势地位.      

ABR-MBR耦合工艺启动及优化反硝化除磷性能

探究ABR-MBR耦合工艺在无污泥回流及在ABR各隔室接种高浓度(25g·L^-1,以MLSS计)活性污泥条件下启动反硝化除磷性能的可行性以及反硝化除磷隔室内微生物群落特征.结果表明,通过逐步提升硝化液回流比(R)由0%至200%成功启动反硝化除磷性能.稳定运行过程中,系统对COD、 PO^3-₄-P和TN的平均去除率分别为88.28%、 54.45%和61.93%.在ABR进水容积负荷(以COD计,下同)为0.8 kg·(m³·d)^-1、R为150%、 ABR和MBR的水力停留时间(HRT)分别为9h和3.3 h时,VFA平均产量为80.58mg·L^-1、回流硝化液的ρ(NO^-₂-N)/ρ(NO^-₃-N)平均为1.68,PO^3-₄-P和TN的平均去除率分别为64.94%和62.95%,实现短程硝化和反硝化除磷耦合.批次实验证明反...     

反硝化脱氮除磷工艺的发展及调控因素

介绍了反硝化除磷工艺的发展历程及最近进展,总结探讨了C/N、C/P、污泥龄等因素对反硝化除磷工艺的影响,为脱氮除磷工艺的设计、运行与管理提供参考。     

ABR相分离条件下耦合MBR工艺反硝化除磷可行性研究

采用ABR-MBR耦合工艺,调控MBR以好氧硝化运行,考察耦合工艺稳定运行状态下的除碳及反硝化除磷的去除效果及其影响因素,并分析了该耦合条件下的除磷机理。结果表明:在容积负荷为0.9kg/（m3·d）及硝化液回流比为200%的情况下,耦合工艺对COD、总氮、磷酸盐的去除率分别为90%、70%和67%,反硝化除磷率随硝化液回流比增大呈现出先增大后减小的趋势,但随着系统容积负荷的增加,ABR的第3格室出现了亚硝积累的情况,影响了反硝化除磷效果,运行过程中ABR逐渐形成的颗粒污泥也对耦合系统的除磷具有积极作用。     

两级PNDPR耦合Anammox脱氮除磷工艺研究

鉴于厌氧氨氧化工艺进水必须包含NO₂^--N和NH₄⁺-N两种基质,且只能脱氮,为在此基础上进一步实现除磷,提出辅以短程硝化技术,将除磷、脱氮技术相耦合,即短程硝化反硝化除磷串联厌氧氨氧化工艺.生活污水首先进入短程硝化反硝化除磷单元,主要实现NH₄⁺-N转化为NO₂^--N并去除COD,其部分出水与生活污水原水相混合再进入厌氧氨氧化单元,同时短程硝化反硝化除磷单元于缺氧条件下反硝化吸磷,待反应结束后两个处理单元的出水混合排放.实验结果表明,控制进水混合比为4.2可保证Anammox单元中C/N和NO₂^--N/NH₄⁺-N值分别为2和1.5,平均△NO₂^--N/△NH₄⁺-N=1.41,△NO₃^--N/△NH₄⁺-N=0.12,Anammox脱氮平均占比为85.2%,反硝化与Anammox反应耦合良好.整个系统稳定运行后出水COD、P、NH₄⁺-N、NO₂^--N和NO₃^--N浓度分别为15.2,0.85,0.59,5.56,3.33mg/L,TN去除率为89.4%,通过PNDPR-Anammox耦合新工艺成功实现模拟生活污水的高效处理.     

铁基质强化新型功能性化粪池高效处理黑水的试验

以铁基质生物载体为核心,将物理、生物和化学方法结合,对化粪池进行功能强化,实现黑水的原位深度处理.探究了溶解氧（DO）和碳氮比（C/N）等因素对黑水中污染物降解的影响,并在最佳运行参数下考察了氮素在系统中的转化机制.结果表明,当C/N为7.3~8.4时,好氧生物铁基质载体池DO为2.3~2.7mg/L时,系统氨氮（NH₄⁺-N）、总氮（TN） 、COD和总磷（TP）的平均去除率分别可达90.74%、85.81%、92.65%和95.78%;当进水C/N降至3.3~4.2时,系统NH₄⁺-N、TN、COD和TP的平均去除率仍可维持在81.16%、76.62%、93.87%和94.75%.铁基质生物载体内电解作用显著强化了化粪池内TN的脱除、COD的氧化和TP的固定.氮素转化机制分析表明,内电解与反硝化菌的耦合强化了反硝化作用,降低了反硝化过程对有机碳源的需求,强化了低C/N条件下TN、TP的脱除.     

SBR后置缺氧反硝化除磷的启动及去除性能

为实现对氮磷的高效同步去除,采用将缺氧后置的SBR工艺,以生活污水为处理对象,考察反硝化除磷工艺的启动与运行效果.结果表明,先通过短污泥龄(SRT)驯化富集聚磷菌(PAOs),再延长污泥龄并引入缺氧段,39d即可实现反硝化除磷工艺的启动,COD、TP、NH₄⁺-N、TN去除率分别为92.9%、98.4%、100%和87.6%.进水COD与TN比(C/N)对系统氮磷去除有一定影响:C/N短暂的降低幅度不超过17.65%时,氮磷去除效率并没有明显变化;当超过33.3%时,脱氮除磷性能下降,但伴随着运行时间的延长,出水COD浓度减少,反硝化除磷菌(DPAOs)在PAOs比例也会提升,这在一定程度上弥补了DPAOs反硝化脱氮效率的下降.周期实验表明,pH值与DO可以作为厌氧释磷结束与周期结束的实时控制参数,大大缩短反应时间,降低曝气能耗.     

NO2--N/NH4+-N及COD/NH4+-N对厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮除碳的影响

采用序批式反应器-厌氧序批式反应器（SBR-ASBR）组合工艺处理常温低C/N比实际生活污水,通过调控SBR缺氧：好氧时间分别为80min：60min、120min：60min和150min：60min时,实现半亚硝化,将其出水直接泵入ASBR反应器中,考察不同进水NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N对厌氧氨氧化耦合反硝化同步脱氮除碳的影响,并采用响应面法设计正交批次试验.结果表明：在NO₂^--N/NH₄⁺-N为1.55,COD/NH₄⁺-N为4.22时,出水NH₄⁺-N、NO₂^--N和COD的浓度分别为2.79,0.47,38.37mg/L,其去除率分别高达87.56%,98.45%和62.69%.ΔNO₂^--N/ΔNH₄⁺-N为2.23,生成的NO₃^--N的量比理论值小2.47mg/L,厌氧氨氧化和异养反硝化共同完成氮素去除,系统脱氮除碳性能最佳.当NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N分别由0.84增加到1.55和3.24增加到4.22时,厌氧氨氧化和异养反硝化对脱氮贡献率分别由80.40%降至53.33%和19.60%增加到46.67%.NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N对TN和COD去除的正交影响显著,均呈现正相关,R²分别为0.9243和0.9700.     

生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化组合工艺优化研究

为了实现深度脱氮除磷效果,利用生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化组合工艺进行优化研究,考察了不同HRT和硫铁体积比对系统脱氮除磷的影响.结果表明,MBR池和硫铁自养反硝化滤池的HRT分别在9h和3h条件下,污染物去除效果最佳,63%的COD在生物吸附段被去除,工艺系统平均出水COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN浓度分别为18.9,0.36,0,3.3mg/L,实现了污染物的超低排放.硫铁反硝化滤池的硫铁体积比为3：1条件下,出水TP平均浓度为0.29mg/L;其中大部分NO₃^--N在滤池高度10~30cm处被去除,脱氮速率约为46.1gNO₃^--N/（m³·h）.同时组合工艺在运行期间,采用间歇抽吸方式和较高曝气量能有效减缓膜污染进程.     

磁性活性炭强化SBR脱氮除磷及微生物种群分析

为了提高传统活性污泥法脱氮除磷效率,改善污泥易膨胀等问题,在序批式活性污泥反应器（SBR）中,投加140目1.00g/L的磁性活性炭构建磁性炭基活性污泥系统（1^#）,同时,以不投加任何材料（单独活性污泥系统）为对照组（0^#）,研究磁性活性炭对活性污泥系统除污性能和主要微生物种群结构组成的影响,探讨了磁性活性炭强化活性污泥系统脱氮除磷机理.结果表明：1^#对TN和TP的平均去除率分别为68.59%和78.25%;而0^#对于TN和TP的平均去除率则为53.17%与54.10%,1^#出水NO₃^--N浓度平均降低了7.03mg/L,两系统对NH₄⁺-N和COD的去除效率差别不大,均在95.00%以上.典型周期内1^#中TN、NH₄⁺-N、TP、COD的下降速率快于0^#;0^#同步硝化反硝化效率为60.31%,反硝化速率为4.44mg/（L·h）,1^#同步硝化反硝化效率为80.74%,反硝化速率为6.13mg/（L·h）,实验组1^#脱氮速率明显快于空白对照组0^#.高通量测序结果表明,1^#内污泥的优势菌门为Saccharibacteria（38.74%）、Proteobacteria（22.52%）、Actinobacteria（18.54%）和Chloroflexi（8.40%）.此外,与0^#相比,1^#引发污泥膨胀密切相关的Actinobacteria菌门的微生物相对丰度显著下降;与脱氮除磷功能相关的Micropruina、Shinella、norank_f_Anaerolineaceae和norank_f_Xanthomonadaceae 4种菌属的相对丰度都明显上升.SBR系统中加载一定量的磁性活性炭既能抑制引起污泥膨胀微生物的生长,又能利于脱氮除磷微生物的富集,整个污泥系统表现出良好的稳定性和脱氮除磷性能.     

反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的参数优化

为促进反硝化除磷与厌氧氨氧化工艺的耦合,实现污水氮、磷的同步高效去除,构建序批式反应器(Sequencing batch reactor,SBR),优化了反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的工艺参数.SBR在厌氧-缺氧-微好氧运行条件下,缺氧段投加模拟硝酸盐工业废水逐步实现了反硝化除磷过程的亚硝酸盐积累.结果表明,经过142d的培养驯化,在进水C/P比为55时,缺氧段引入NO₃^--N浓度为23mg/L时,亚硝酸盐积累率为51.01%,NO₃^--N→NO₂^--N转化率为40.22%,硝酸盐去除率为72.14%,PO₄^3--P去除率最高达88.17%.出水COD浓度低于25mg/L,COD去除率维持在90%以上.微生物群落结构分析表明,拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)为系统内优势菌门.通过参数优化实现了聚磷菌的驯化,Candidatus Accumulibacter为代表的反硝化聚磷菌丰度增加(累积丰度由1.49%增加到5.08%),以Candidatus Competibacter为代表的反硝化聚糖菌丰度增加更为明显(累积丰度由1.02%增加到15.49%),聚磷菌与聚糖菌的共同作用有利于实现除磷过程的亚硝酸盐累积.     

厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳研究Ⅰ:COD/NH_4~+-N对耦合反应的影响

采用ASBR反应器,通过改变进水COD/NH_4~+-N值,研究了COD/COD/NH_4~+-N对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的影响.结果表明:在COD为300mg/L,NO2--N为145mg/L时,COD/COD/NH_4~+-N是影响厌氧氨氧化对耦合反应脱氮贡献及COD/NH_4~+-N去除率的主要因素,但不会对NO2--N去除率产生影响.当COD/COD/NH_4~+-N值在1~3.25时,厌氧氨氧化对耦合反应的脱氮贡献率基本稳定在73.03%;当COD/COD/NH_4~+-N值在3.75时,厌氧氨氧化对耦合反应脱氮的贡献率开始由71.76%下降至约55%;当COD/COD/NH_4~+-N值在4.25~5.25时,厌氧氨氧化与反硝化的脱氮贡献率基本相等;当COD/COD/NH_4~+-N值在6.5~12.5时,反硝化的脱氮贡献率随着COD/COD/NH_4~+-N值的增大由51.69%增大到79.62%.耦合反应器中活性污泥的颗粒化程度不断增强,颗粒污泥的粒径主要分布在0.6~1.5mm范围内,污泥沉降性能良好.     

WFSI处理低C/N比养猪废水的效果及脱氮机制

为有效处理高氨氮、低C/N比养猪废水,采用在土壤中布设木条形成木质框架的方法构建木质框架土壤渗滤系统(WFSI),并通过调控运行探讨其对化学需氧量(COD)、氨氮(NH₄⁺-N)、总氮(TN)的处理效果.研究表明,对于COD、NH₄⁺-N和TN分别为160-359、253-298和317-374mg/L的养猪废水,在(25±1)℃和表面水力负荷为0.2m³/m²·d条件下,系统可在30d启动成功并达到稳定运行,其COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别达到61.7%、85%和36.3%左右.分析表明,WFSI中同时存在异养反硝化和厌氧氨氧化等多种生物脱氮机制,其中厌氧氨氧化的脱氮贡献可达去除总氮的42.3%以上.     

后曝气池HRT对改进型A_2N工艺脱氮除磷性能的影响

对A2N连续流工艺进行改进,在后曝气池中填加生物膜填料,以生活污水为处理对象,考察了后曝气池水力停留时间(HRT)对后曝气池内同步硝化反硝化(SND)以及对改进后的A2N工艺除磷脱氮性能的影响.后曝气池HRT为1.3h时,总磷(TP)平均去除率为90%,总氮(TN)平均去除率为75%,但平均出水氨氮浓度较高(为8.6 mg.L-1),后曝气池内基本未发现SND现象.后曝气池HRT为2.3h时,TN平均去除率达到80%,TP平均去除率高达95%,出水平均氨氮浓度较低(2.2 mg.L-1),后曝气池内同步硝化反硝化去除的TN量为2.42 mg.L-1.后曝气池HRT为4h、6h时,工艺TP平均去除率逐渐下降至60%,由于可利用的COD值较低,同步硝化反硝化去除的TN并未随HRT延长而有明显增长,TN去除率也逐渐降至接近60%.试验证明在后曝气池内填加生物膜并合理调控HRT,可强化工艺的脱氮除磷效果.