厌氧-好氧-缺氧短程硝化同步反硝化除磷工艺研究

构建了主要由厌氧-好氧-缺氧构成的短程硝化同步反硝化除磷工艺,并在常温条件下用于生活污水的处理.研究发现,通过调节反应器内好氧区的pH(8.2～8.7)和溶解氧(DO为3～5mg·L-1)能实现该工艺的快速启动,在好氧区内实现亚硝酸盐的累积.在稳定运行期内,DO是影响短程硝化的主要影响因素,好氧1区DO控制在1.5～2.0mg·L-1,好氧2区DO控制在0.5～1.0mg·L-1,好氧区内亚硝酸盐氮累积浓度稳定在5～10mg·L-1,氨氮去除率达到90%以上.各反应单元内碳源、硝酸盐和亚硝酸盐对除磷贡献的研究表明,该工艺的缺氧段实现了在不外加碳源的情况下以亚硝酸盐和硝酸盐共同作为电子受体的反硝化除磷,反硝化除磷量占系统总除磷量的80%以上.     

氨氮的浓度对短程硝化的影响及其动力学研究

通过模拟A/O污水处理工艺,文章研究了不同的进水氨氮(NH_4~+-N)浓度下,实现亚硝态氮(NO_2~--N)稳定累积的过程和机理,并对其进行反应动力学分析。结果表明,反应器进水NH_4~+-N浓度从40 mg/L开始,100、200、400、600、800 mg/L,最终浓度提高到1 000mg/L的梯度变化下,氨氧化速率的下降比率最高为36.4%、亚硝酸盐氧化速率的的下降比率最高为96.0%,对亚硝酸盐氧化菌活性抑制效果显著。1 000 mg/L进水NH_4~+-N浓度下NO_2~--N累积速率随溶解氧(DO)升高而提高,DO超过4.5 mg/L时NO_2~--N累积速率接近最大值,但结合实际经济效益与工程实践考虑DO取3.0～3.5 mg/L之间实现短程硝化效果最佳。使用莫诺模型拟合氨氧化菌(AOB)动力学行为,进水NH_4~+-N浓度从40 mg/L提高到1 000 mg/L,反应器最大NH_4~+-N比氧化速率由0.23 d~(-1)上升到0.74 d~(-1),AOB利用底物更快。     

溶解氧对Anammox滤池内功能菌群及活性的影响

针对目前厌氧氨氧化系统内微生物的研究,主要以厌氧氨氧化菌本身这一情况,本研究对长期稳定运行的Anammox滤池内微生物菌群结构进行了测定,同时测试与分析了滤池内厌氧氨氧化菌（AnAOB）、氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化细菌（NOB）和反硝化菌（DNB）的关键动力学常数,探究了溶解氧（DO）浓度从0.2mg/L增加至1.5mg/L,AnAOB、AOB以及NOB活性的变化.结果表明,长期稳定运行的Anammox滤池是一个以厌氧氨氧化功能为主,多菌群共存的混合体系.滤池内厌氧氨氧化活性最高,为5.3mgN/（gVSS·h）,同时系统内DNB和AOB也具有一定活性.DO在0.2~1.5mg/L范围内,AnAOB活性变化不大;随着DO浓度增加,AOB比氨氧化速率从0.76mgN/（gVSS·h）增加到1.08mgN/（gVSS·h）,通过Monod方程进一步得到AOB氧半饱和常数（K_O2,AOB）为（0.106±0.010） mg/L,表明系统内AOB对氧具有极高的亲和力;整个过程基本检测不到NOB的活性.厌氧氨氧化系统中主要功能菌群共存,且相互竞争底物.     

溶解氧对单级颗粒污泥自养脱氮系统影响的模拟

为了研究溶解氧对SBR单级颗粒污泥自养脱氮系统的影响,基于活性污泥ASM3模型和短程硝化-硝化-反硝化模型,将颗粒污泥传质过程与氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AAOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNF）的生长过程、好氧内源呼吸及缺氧内源呼吸过程等耦合,建立了单级自养脱氮颗粒污泥动力学模型,并对颗粒内部基质浓度分布进行预测.结果显示,当DO为0.4mg/L时,好氧区和缺氧区（厌氧区）的比例为0.4：1;当DO为0.6mg/L时,颗粒污泥好氧区与缺氧区（厌氧区）的比例为3：1.同时,根据基质反应速率方程,建立了颗粒污泥的单级自养脱氮系统动力学模型,对SBR系统运行效果进行预测,结果显示,DO为0.6mg/L时,氨氮反应完全,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在5mg/L以下,总氮去除率模拟值为89%左右,略低于实际测量脱氮率95%.     

ABR工艺ANAMMOX耦合短程硝化协同脱氮处理城市污水

厌氧氨氧化技术如能替代市政污水厂的主流工艺,将大幅降低市政污水处理能耗.故采用ABR反应器,构建除碳系统、短程硝化系统和厌氧氨氧化系统,将三者耦合成一体化短程硝化-厌氧氨氧化反应器进行城市污水脱氮.结果表明,ABR除碳系统的HRT为4.5 h时,其出水COD平均浓度为80 mg·L~(-1),不会对后续短程硝化系统产生不利影响,出水TN平均浓度为10mg·L~(-1),厌氧氨氧化系统TN容积负荷为0.36 kg·(m~3·d)~(-1).当控制DO为1~2 mg·L~(-1)时,亚硝化率能长时间维持在90%左右,有利于保证后续厌氧氨氧化系统的稳定运行.当控制温度为30℃左右,好氧区DO为1~2 mg·L~(-1)良时,短程硝化-ANAMMOX一体化ABR工艺可以对城市污水稳定高效地脱氮.     

ABR-MBR工艺处理生活污水实现短程硝化

采用ABR-MBR耦合工艺对MBR反应器中实现短程硝化的运行控制条件进行了研究,并为后续研究系统的反硝化除磷性能打下基础.ABR-MBR耦合工艺在不同条件下的运行研究结果表明,在ABR反应器的水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)6 h,污泥回流比100%,硝化液回流比300%,温度30℃±2℃的条件下,通过控制好氧区溶解氧浓度(DO从0.5~1.0 mg·L~(-1)降为0.3~0.7 mg·L~(-1))以及改变MBR反应器有效容积以控制其HRT,最终在MBR反应器HRT从3 h逐步延长至5 h时短程硝化遭到破坏,亚硝酸盐积累率(nitrite accumulation rate,NAR)从60%急剧下降至15%.短程硝化影响因素的分析表明:pH值、游离氨(free ammonia,FA)和游离亚硝酸(free nitrous acid,FNA)对本试验实现短程硝化无显著影响,维持低DO浓度(0.3~0.7 mg·L~(-1))并逐步缩短HRT是本试验实现短程硝化的关键控制因素,温度和污泥停留时间(sludge retention time,SRT)可作为辅助因素与之共同调控.短程硝化期间,系统获得了高效且稳定的COD和NH_4~+-N去除效果,平均出水浓度分别低于50 mg·L~(-1)和2 mg·L~(-1),去除率均在90%以上,TN平均去除率高达72%.     

高氨氮废水短程硝化过程中N2O释放试验研究

试验采用序批式反应器(SBR)处理高氨氮废水,逐步提高废水氨氮(NH+4-N)浓度到800 mg·L-1,通过控制曝气量实现了短程硝化.SBR周期试验表明,在低溶解氧和高游离氨等共同作用下,氨氧化菌(AOB)活性较低,导致AOB以亚硝酸盐氮(NO_2~--N)作为电子受体进行好氧反硝化,氧化亚氮(N_2O)释放因子为9.8%.静态试验控制初始NH_4~+-N为100 mg·L-1且改变曝气量(0.22~0.88 L·min~(-1))条件下,溶解氧浓度的增加能够提高硝化菌活性,N2O释放因子为0.51%~0.85%.当初始NH_4~+-N浓度为100 mg·L~(-1)且曝气量控制在0.66 L·min-1时,初始NO-2-N浓度为0~100 mg·L~(-1)对硝化菌活性影响较小,N2O释放因子为0.50%~0.71%.当溶解氧和游离氨浓度控制在适宜范围内,可维持AOB较高活性,抑制AOB发生好氧反硝化作用,降低N2O释放率.     

FNA处理絮体污泥恢复城市污水PN/A工艺短程硝化

为了探究游离亚硝酸（FNA）旁侧处理絮体污泥来恢复城市污水短程硝化/厌氧氨氧化一体化（PN/A）工艺的可行性,考察了不同浓度FNA对氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性的影响,探究了SBR反应器两次采用FNA处理絮体污泥的运行效果.结果表明：采用0.45mgHNO₂-N/L的FNA处理能够抑制NOB活性,亚硝积累率（NAR）达88.8%,但投加后第8d开始NOB活性逐渐恢复.采用1.35mgHNO₂-N/L的FNA处理能够显著抑制NOB活性,NAR达89.1%,与此同时AOB活性也受到抑制,氨氮转化率降低为6.8%.采用增大好/缺氧时间比即t_好/t_缺（由0.4~2.7）以及提高DO（由0.3~1.5mg/L）的方法能够恢复AOB活性,氨氮转化率达77.8%,在150d内NOB活性未恢复,NAR达98.1%.随着短程硝化的稳定实现,系统脱氮性能逐渐恢复,平均出水总无机氮（TIN）为8.2mg/L,平均TIN去除率为84.1%.因此,通过先用较高FNA处理絮体污泥同时抑制AOB与NOB,再采用增大t_好/t_缺并提高DO来恢复AOB活性的策略,能够实现PN/A工艺短程硝化的恢复.     

氨氧化细菌的富集培养及影响因素的研究

采用间歇培养方式,对富集氨氧化细菌的过程进行了研究,并探讨了温度、初始pH值、DO、碱度、进水氨氮浓度对短程硝化作用的影响.实验发现:氨氧化细菌富集完成后,氨氧化速率达到22.8 mg/(L·h),亚硝酸盐积累率在80％左右,氨氧化细菌的数量可提高至富集前的32.6倍.此外,对影响因素的研究发现,当温度30℃、pH=8.5、DO=0.5 mg/L、HCO3-/NH4+-N(摩尔比)=1.67、进水氨氮小于400 mg/L时,有利于实现短程硝化.     

溶解氧对悬浮与附着生长系统短程硝化反应的影响机制

溶解氧(DO)是控制短程硝化的重要因素,其对不同的生物处理系统有不同的影响.本文研究了DO对悬浮污泥及生物膜系统短程硝化效果的影响,并利用高通量测序技术分析了微生物群落结构变化.结果表明,对于悬浮污泥系统,当DO从0. 25 mg·L~(-1)增加到0. 50 mg·L~(-1)时,氨氧化速率(AOR)从18. 08 mg·(L·h)-1升高至30. 27 mg·(L·h)-1;当曝气继续增加,DO达到3. 00 mg·L~(-1),仅运行14 d,进水氨氮(NH_4+-N)基本全部转化为硝酸盐氮(NO_3--N),且通过降低DO来恢复短程硝化效果需77 d,恢复过程缓慢.对于生物膜系统,DO由2. 50 mg·L~(-1)上升到3. 00 mg·L~(-1)的过程中,AOR稳定在11. 50～13. 50mg·(L·h)-1,当DO为3. 00 mg·L~(-1)时,80 d的运行结果显示,出水中氨氮与亚硝酸盐氮(NO_2--N)的比值可长期稳定在1∶1. 2～1∶1. 7,基本满足ANAMMOX工艺进水要求.微生物群落结构分析结果表明,悬浮污泥系统在DO从0. 25 mg·L~(-1)增加到3. 00 mg·L~(-1)的过程中,主要氨氧化菌(AOB)菌属Nitrosomonas丰度由10. 07%增长至18. 64%.当DO为3. 00 mg·L~(-1)时,生物膜系统中Nitrosomonas菌属丰度与悬浮污泥系统相近为20. 43%,且生物膜系统富集了0. 78%的ANAMMOX菌属Candidatus_Kuenenia.综上,生物膜系统内DO的变化受曝气量影响较小,短程硝化效果受DO影响较小,短程硝化速率更稳定,更适合作为ANAMMOX脱氮工艺的前处理单元.     

SBR工艺短程硝化快速启动条件的优化

以低COD/TN的实际生活污水为研究对象,采用SBR反应器,对短程硝化的启动条件进行了优化.结果表明,温度30℃、溶解氧(DO) 2.0mg/L、污泥龄为7d时,系统在实时控制条件下运行32周期,可以成功启动短程硝化.在总氮(TN)去除率>95%的情况下,亚硝酸盐积累率(NO2--N /NOx--N)>90%,随后的64d,温度恢复到常温(20~24℃),系统仍稳定运行.荧光原位杂交技术(FISH)检测表明,经过32个周期种群优化,污泥中氨氧化菌(AOB)的含量提高了38.9%,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的含量降低了53.2%.在线动态控制DO浓度和曝气时间可以逐渐淘汰系统中的NOB,从而获得稳定的短程硝化,提高系统脱氮效率.     

SBR反应器内短程硝化系统快速启动及影响因素研究

探讨了采用序批式反应器(SBR)快速启动自养短程硝化系统的方法,研究了溶解氧(DO)、pH、温度、外加有机碳源对自养短程消化系统的影响。以硝化污泥接种反应器(SBR),在纯自养条件下利用高浓度溶解氧1.0～1.6mg/L和中温(35±1)℃达到亚硝酸氮的快速积累。结果表明,在进水氨氮浓度为280～300mg/L,HRT为12h,控制pH值为7.5～8.5、温度在(28±1)℃、溶解氧浓度为0.8～1.2mg/L条件下,氨氮去除率达到90%以上,亚硝酸氮积累率高达95%。试验证明投加有机碳源(COD)50mg/L左右时,不会对短程硝化系统产生影响,且能实现较高氨氮去除率和稳定的亚硝酸氮积累率。     

NaCl对好氧颗粒污泥短程硝化反硝化的影响

利用SBR(序批式反应器)研究了不同ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)、进水ρ(NH₄+-N)对AGS(好氧颗粒污泥)短程硝化反硝化的影响. 结果表明,在pH、温度和ρ(DO)为8.0、30 ℃和3 mg/L条件下,以及ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)为20 g/L、8 h、600 mg/L和70 mg/L时,η_A(NH₄+-N去除率)和NAR(NO₂--N积累率)达到最佳. 当进水ρ(NaCl)为10 g/L时,NOB(亚硝酸盐氧化菌)被完全抑制,AOB(氨氧化菌)能够保持正常活性. ρ(COD_Cr)较高时能够促进NAR的提高. 经过116 d的培养,AGS短程硝化反硝化的耐盐极限为50 g/L,此时η_A小于50%,AOB被严重抑制,AGS丧失硝化能力. AGS的同步硝化反硝化作用明显,SND(同步硝化反硝化率)平均值为24.2%,SNDV(同步硝化反硝化比速率)平均值为0.63 h-1,低ρ(DO)比高ρ(DO)下的SND同步硝化反硝化作用更为明显.      

DO浓度对EBPR耦合SND处理低C/N污水的影响

为了解厌氧/好氧运行的序批式反应器（SBR）中,强化生物除磷（EBPR）与同步硝化反硝化（SND）的耦合脱氮除磷特性,以实际低C/N （约为3.5）生活污水为处理对象,先通过调控进水C/N考察其对EBPR启动和聚磷菌（PAOs）富集情况的影响,再通过调控好氧段DO浓度考察其对系统脱氮除磷性能、SND率及碳源转化特性的影响.结果表明,DO浓度为2.0mg/L,当进水C/N由3.2提高至7.5并降至3.8时,反应器出水PO₄^3--P浓度由3.9mg/L逐渐降至0.5mg/L以下,且厌氧释磷量（PRA）由3.3mg/L逐渐升高至约30mg/L.此后,当DO浓度逐渐降至约1.0mg/L时,SND现象愈加明显,且其与EBPR耦合使得系统总氮（TN）和PO₄^3--P去除率分别提高至85%和94%.但当DO浓度约为0.5mg/L时,硝化过程进行不完全,亚硝酸盐积累较为明显,耦合系统中存在同步短程硝化反硝化现象.DO浓度为约1.0mg/L时,系统具有最高的脱氮除磷性能.此外,当DO浓度由2.0mg/L降至0.5mg/L时,PAOs较聚糖菌（GAOs）在厌氧内碳源储存中的贡献逐渐减小（P_PAO,An由30.3%逐渐降至20.2%）,PRA降低约7mg/L.DO浓度为1.0~1.5mg/L最有利于系统厌氧段内碳源PHA的合成.     

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.     

生物紊动床内短程硝化过程研究

采用生物紊动床反应器(BTBR),分别研究了氨氮浓度、溶解氧浓度和有机物浓度对硝化过程的影响,以及不同条件下短程硝化的实现方法及特点。试验结果表明,通过高浓度游离氨对硝化菌选择性抑制所获得的亚硝酸盐积累是不稳定的;在0.5￣1.0mg/L溶解氧下,DO成为增殖的限制基质,可实现亚硝酸盐稳定的积累;当进水NH+4-N为300mg/L时,出水硝态氮中亚硝酸盐氮比例稳定在80%以上。在DO浓度为2￣3mg/L的条件下,有机物浓度为200m gTOC/L时对硝化作用影响不大;DO浓度为0.5￣1.0mg/L、TOC为100mg/L时硝化系统即受到破坏。     

生物流化床内亚硝酸积累试验

利用下向流生物流化床反应器研究了生物膜在硝化过程中亚硝酸积累现象．结果表明,挂膜后反应器运行初期出现亚硝酸积累,但氨氮去除率仍可达到97％.随着硝酸菌的适应与增殖,出水中硝化产物以硝酸为主．进水氨氮浓度提高至200mg/L以上时,再次出现亚硝酸积累.在144mg/L和222mg/L进水浓度下,水力停留时间缩短到5h以下,则氨氮去除率下降且出水中亚硝酸所占比例明显上升;容积负荷提高到0.95kgNH₄⁺N/（m³·d）后也会如此反应器中DO降低到0．5～1mg/L会造成亚硝酸积累和氨氮去除率下降．硝化菌适应低氧环境后对氨氮的去除率仍能恢复到85％,但亚硝酸仍积累,这时生物膜中亚硝酸菌成为优势菌.本文还对影响亚硝酸积累的不同因素进行了分析．     

城市生活污水SNAD工艺的启动研究

采用SBR反应器,以城市生活污水为原水,进行同步亚硝化、厌氧氨氧化、反硝化(SNAD)工艺的启动研究.首先接种厌氧氨氧化(anammox)颗粒污泥,在高曝气量下(500L/h)培养得到亚硝化颗粒污泥,然后再次接种anammox颗粒污泥,在低曝气量下(40L/h)培养得到SNAD颗粒污泥.在亚硝化稳定期,氨氮平均去除率达到94%,亚硝态氮平均积累率达到95%.在SNAD稳定期,总氮平均去除率为85%.批试实验结果表明,亚硝化稳定期亚硝化颗粒污泥的好氧氨氮和亚硝态氮氧化活性分别为为0.234和0kgN/(kgVSS×d).SNAD颗粒污泥的厌氧氨氧化总氮去除、亚硝态氮反硝化、好氧氨氮氧化、好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.158、0.104、0.281、0kg/(kgVSS×d),其中硝态氮反硝化活性在0~120min和120~360min内分别为0.061和0.104kg/(kgVSS×d).扫描电镜显示,SNAD颗粒污泥表面以短杆状菌和球状菌为主,可能为好氧氨氧化菌(AOB)和反硝化菌,颗粒污泥内部以火山口状的细菌为主,可能为anammox菌.     

厌氧/好氧SNEDPR系统处理低C/N污水的优化运行

为实现同步硝化内源反硝化除磷（SNEDPR）系统的优化运行,以实际生活污水为处理对象,采用厌氧（180min）/好氧运行的SBR反应器,并通过联合调控好氧段溶解氧（DO）浓度（0.3～1.0mg/L）和好氧时间（150～240min）,考察了该系统脱氮除磷特性.并结合荧光原位杂交（FISH）技术对系统优化过程中各功能菌群的结构变化情况进行了分析.试验结果表明,当系统好氧段DO浓度由约1.0mg/L逐渐降至0.3mg/L,且好氧时间由150min逐渐延长至240min后,出水PO₄^3--P浓度稳定在0.4mg/L左右,但出水TN浓度由14.3mg/L降至8.7mg/L,TN去除率由75%提高至84%.此外,随着好氧段DO浓度的降低,SNED现象愈加明显,SNED率由34.7%逐渐升高至63.8%.SNED的加强,降低了出水NO₃^--N浓度,并提高了系统的脱氮性能和厌氧段的内碳源储存量.FISH结果表明：经127d的优化运行,系统内PAOs,GAOs和AOB（氨氧化菌）仍保持在较高水平（分别全菌的29%±3%,20%±3%和13%±3%）,其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能;但NOB（亚硝酸盐氧化菌）含量减少了50%,为系统内实现短程硝化内源反硝化提供了可能.