3BER-S耦合脱氮系统运行特性研究

为了强化三维电极生物膜脱氮工艺(3BER)的脱氮效果,将3BER与硫自养反硝化技术耦合成3BER-S工艺,用于低碳氮比城市污水厂尾水的深度脱氮处理.与3BER对比研究结果表明,3BER-S工艺在TN去除率、系统pH平衡能力和NO2--N积累方面均优于3BER工艺;当进水C(NO3--N)= 35±2mg/L,TOC:N:P=10.7:10:1,pH=7.0~7.5时,3BER-S耦合工艺对TN和NO3--N的去除效率分别为85%和94%,分别比3BER高15%和10%;出水中NO2--N的浓度为3.04mg/L,比3BER低2mg/L.3BER-S中硫自养反硝化作用定量分析表明,硫自养脱氮作用在整个脱氮过程中所占比例为14.07%,单质硫的有效利用率达到79.5%,硫自养反硝化过程对稳定3BER-S系统出水pH值起重要作用.根据3BER-S中微生物基于反硝化细菌特异性基因nirS的克隆文库结果,系统中反硝化细菌都与β变形菌纲中的细菌有较高的同源性,其中61.41%的反硝化细菌属于陶厄氏菌属(Thauera);脱氮硫杆菌和嗜酸菌属(Acidovorax)分别占3.50%和19.30%.表明当碳源比较充足时,3BER-S工艺的脱氮作用主要以异养反硝化过程为主,以单质硫和氢为电子供体的自养反硝化脱氮作用也占有一定比例.     

不同电子供体的硫自养反硝化脱氮实验研究

采用硫自养反硝化处理模拟低浓度硝酸盐污染水.分别以单质硫、Na2S和Na2S2O3作为电子供体在3个反应器中连续运行进行脱氮实验,以考察不同电子供体条件下的脱氮效果.结果表明,在进水NO3--N浓度为13 mg.L-1的条件下,以Na2S2O3为电子供体脱氮效果最好,Na2S系统最差;Na2S2O3系统对低温的适应能力最强.20℃以上时,单质硫系统脱氮效率受传质效率和HRT的影响较大,HRT≥2 h时,系统对NO3--N和TN的平均去除率较高,分别为81%和79%,而HRT<2 h时,NO3--N和TN去除率分别降为47%和51%,出水NO2--N无明显积累,平均为0.53 mg.L-1;Na2S系统HRT保持在4 h时,NO3--N和TN的平均去除率分别为47%和41%,出水NO2--N平均质量浓度为0.29 mg.L-1;而Na2S2O3系统的NO3--N和TN平均去除率分别为99%和90%,出水NO2--N平均质量浓度为0.080 mg.L-1,且最短HRT可缩短至0.5 h.分子生物学分析表明,3个系统中存在不同的优势硫自养反硝化菌,单质硫系统中存在脱氮硫杆菌,而Na2S和Na2S2O3系统中得到的反硝化菌基因片段在基因库中尚未找到相似性高的菌种,可能是尚未登记的硫自养反硝化菌新菌种.     

硫铁比对再生水深度脱氮除磷的影响

为了考察硫铁比对反硝化脱氮同步除磷效果的影响,进行了不同硫铁比的反硝化脱氮除磷静态实验,并对复合填料系统反硝化脱氮同步除磷作用进行了分析.结果表明,硫铁复合填料的脱氮除磷效果均显著高于单一填料;硫铁比是影响复合填料反硝化脱氮除磷效果的一个关键因素,当硫铁比(体积比)大于等于1∶1时,TN、TP去除率分别达到了85%和97%以上.复合填料脱氮除磷过程均满足二级动力学方程,系统脱氮作用主要依赖于异养反硝化和硫自养反硝化过程,而除磷主要由于海绵铁腐蚀产生的化学除磷作用.     

硫氮比对厌氧生物同步脱氮除硫工艺性能的影响

研究了硫氮摩尔比对厌氧生物同步脱氮除硫工艺高效性、稳定性和选择性的影响.单质硫型厌氧生物同步脱氮除硫反应(硫氮摩尔比为5:2)的硫化物和硝酸盐容积去除速率高达4.86 kg·m-3.d-1和0.99 kg·m-3.d-1工艺效能明显高于混合型和硫酸盐型(硫氮摩尔比分别为5:5和5:8).单质硫型厌氧生物同步脱氮除硫反应各项出水指标的波动相对较小,但当进水硫化物浓度超过临界值时,工效失稳,其主要原因是pH无法维持在所需范围.在所试的3种进水硫氮摩尔比下,实际反应的硫氮摩尔比有靠拢5:2的趋势.将硫氮摩尔比调控在较高水平(硫氮摩尔比为5:2),可提高同步厌氧生物同步脱氮除硫反应对单质硫和氮气的选择性.对不同硫氮比时反应物之间的电子得失情况进行了分析.     

3DBER-S反硝化脱氮性能及其菌群特征

针对污水处理厂尾水TN去除问题,采用16S rDNA克隆文库法,探究了3DBER-S(三维电极生物膜耦合硫自养脱氮工艺)的强化脱氮机制及其菌群特征. 结果表明,I(电流)和HRT(水力停留时间)对3DEBR-S中氢自养和硫自养反硝化作用所占比例的影响较大,但对脱氮效率影响不显著. 当进水C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕为1、ρ(NO₃--N)为35 mg/L、I为300 mA、HRT为4 h时,NO₃--N和TN去除率可分别稳定在80%和74%以上. 16S rDNA克隆文库结果显示,反应器中β变形菌纲为优势菌群,占47.89%〔以OUT(操作单元)计〕. 在β变形菌纲中,与具有反硝化功能的陶厄氏菌属(Thauera)相似的细菌所占比例最大,为52.94%;与可分别利用硫和氢为电子供体进行反硝化脱氮的硫杆菌属(Thiobacillus)和食酸菌属(Acidovorax)相似的细菌分别占17.65%和14.71%. 3DBER-S中存在异养联合氢自养和硫自养反硝化协同去除硝酸盐氮的作用,可为反硝化脱氮提供充足的电子供体,节约了有机碳源消耗,并保证了稳定高效的脱氮效果.      

电流对MEC-3DBER-S脱氮除磷效果的影响及机理分析

针对低C/N污水处理厂二级处理出水中氮、磷去除问题,基于三维电极生物膜工艺（3DBER）反硝化脱氮碳源消耗量少的特点,构建了微电凝聚-三维电极生物膜耦合硫自养强化脱氮除磷工艺（MEC-3DBER-S）.对比研究了3DBER与MEC-3DBER-S在不同电流强度条件下的运行特性,并结合基于nirS基因的克隆文库技术分析了MEC-3DBER-S中反硝化微生物的构成.运行结果表明,MEC-3DBER-S有效强化了氮、磷的去除效果,特别是提高了低电流条件下的脱氮效率;同时电流作用能够促进海绵铁腐蚀,提高除磷效果.当C/N=1.5、HRT=8h、I=300mA条件下,其TN和TP去除率分别达到75%和78%,分别比3DBER高10%和28%左右.基于nirS基因的克隆文库结果表明,MEC-3DBER-S中同时存在与具有异养、氢自养、硫自养和铁自养反硝化功能的菌属相似的细菌.该体系中有机碳源、H2、单质硫和Fe²⁺等电子供体可相互补充,强化了脱氮;同时,体系中还存在物化联合生物除磷的作用,强化了除磷.因而,MEC-3DBER-S复合反硝化体系保证了较高的脱氮除磷效果.     

硫磺/硫铁矿自养反硝化系统脱氮性能

基于硫自养反硝化作用,寻求一种经济、快速、高效地污水脱氮工艺,采用硫磺/硫铁矿组合进行自养反硝化脱氮试验,以低C/N市政污水为处理对象,分别考察温度,硫磺与硫铁矿体积比和HRT等理化因素对反应器脱氮性能的影响.结果表明,在进水TN质量浓度约40 mg·L^-1条件下,1号反应器最佳HRT为2.5 h,TN去除率平均稳定在72.2%,出水TN约10.55 mg·L^-1;2号反应器最佳HRT为3.5 h,TN平均去除率约67.8%,出水TN平均稳定至12.90 mg·L^-1;3号反应器最佳HRT为3.5 h,TN平均去除率60.6%,出水TN稳定在15.00 mg·L^-1左右.硫磺/硫铁矿自养反硝化系统比硫铁矿自养反硝化系统启动快;该系统脱氮效率随着硫磺与硫铁矿体积比减小而降低;该系统脱氮性能对温度的变化并不敏感,脱氮性能优于单独以硫铁矿为硫源的自养反硝化系统;系统中硫自养反硝化过程的主要功能菌属是Sulfurimonas和Thiobacillus,在3个反应器所占比例为1号 > 2号 > 3号.     

C/S对生物氮转移途径的影响

电子供体是生物脱氮必不可少的要素,且不同种类的电子供体对于生物氮转移途径存在影响。以乙酸盐和硫化钠同时作为电子供体,以NO3--N作为电子受体,通过不断降低C/S改变异养和自养反硝化菌的活性,研究电子供体种类在异养反硝化和自养反硝化的混养状态下对生物脱氮的影响。当n(C)/n(S)=4∶1、n(C)/n(S)=2∶3时,有少量NH4+-N的产生,出水分别为1. 7,4. 9 mg/L。在n(C)/n(S)=4∶1中S2-去除率可达到98. 58%,同时随着电子供体增多,呈现白色悬浮物状态的硫逐步增多。pH、氧化还原电位(ORP)可判断系统内剩余物质的大致存在形态,因此系统内pH和ORP可间接为生物脱氮途径提供指示依据。研究发现,系统内过量的电子供体对生物脱氮效果更好;同时在有限的电子受体(NO3--N)情况下,高电子供体有可能导致反硝化过程向硝酸盐异化还原成铵过程转变。     

猪场废水脱氮与沼气脱硫耦联反应器的启动

采用鼓泡反应器研究猪场废水脱氮与沼气脱硫耦联反应器的启动,比较了启动过程中不接种污泥、接种厌氧污泥及接种好氧污泥对启动时间及效能的影响.结果表明,接种好氧污泥的反应器在第32d时氮硫同步去除率达到60%以上;不接种污泥的反应器氮硫同步去除率达到60%需要36d;而接种厌氧污泥的反应器则需要50d.成功启动后,在温度为30～32℃、空塔停留时间为9.75min、水力停留时间为4.78d、沼气中H2S浓度为1.70 8·m-3左右及进水NOx-N浓度为109 mg·L-1的条件下,不接种污泥反应器,接种厌氧污泥反应器和接种好氧污泥反应器的NOx-N去除率分别97%、91%、99%,硫化氢的去除率分别稳定在82%、78%和86%左右.接种好氧污泥的反应器硫化氢去除率最高可达92.3%.运行稳定后,3个反应器均可实现按相对固定的比例同时去除硫和氮,废水脱氮与沼气脱硫得到了很好耦联,在1个反应器中可以同时实现废水脱氮与沼气脱硫.     

硫基功能材料在污水深度脱氮中的应用——研究进展与发展趋势

为了降低人类生产和生活过程排放的氮素污染物对自然水体的环境压力，我国污水处理厂的总氮排放标准在持续提升，对生物脱氮技术的稳定性和经济性提出了极大的挑战。硫自养反硝化技术不受水质低碳氮比限制，在脱氮成本、污泥产率及碳减排等方面优势突出，受到学术界和工业界的广泛关注。经过长期研究积累和工程实践，硫自养反硝化技术已经发展和衍生出多元化的工艺系统。本文聚焦于硫基功能材料作为反硝化电子供体驱动的自养生物脱氮过程，对功能材料性能、功能微生物特征、适配型工艺系统及应用现状进行了系统综述，旨在厘清研究进展和预判发展方向。     

强化厌氧污泥体系同步脱硫反硝化特性研究

以硫化物为电子给体的自养反硝化厌氧体系是代替传统异养反硝化工艺处理低C/N比含氮废水的有效工艺,可以同时去除硫化物和硝酸盐.将脱氮硫杆菌菌悬液接种到厌氧污泥体系中,脱氮硫杆菌快速富集,采用5组进水比N/S比不同的反应瓶进行试验,运行15d后,测定不同时段的出水硫化物、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐浓度等指标,考察强化厌氧污泥体系去除硫化物和硝酸盐的特性,并对生化反应机制进行初步研究.结果表明,强化厌氧污泥体系运行3h后,进水中90%的硫化物被去除,硫化物的去除与进水N/S比无关,硫化物(以S计)去除速率高达20～24g·(m3·h)-1,是相关文献报道的10倍左右;运行6h后,进水中65%的硝氮被去除,硝氮的去除负荷随着进水N/S比的提高而增大,最高达到940g·(m3·h)-1,约为硫自养反硝化体系硝氮去除负荷的2倍,此时体系中亚硝氮积累,最高浓度达到93mg·L-1,进水N/S比低的条件下,6h后亚硝氮消失,进水N/S比较高时,21h后出水中未检测到亚硝氮.表明强化厌氧污泥体系停留6h后可以实现同时去除硫化物和硝酸盐,但硝酸盐首先转化为亚硝氮.与以往不同的是研究发现硫化物与生物硫粒产生多硫化合物的链式反应,是硫化物迅速转化的主要途径,此外,还原硝氮的电子给体并不来源于硫化物,可能主要来源于体系中产生的单质硫.     

新型硫铁复合填料强化再生水深度脱氮除磷

为强化再生水深度脱氮除磷的能力,利用硫磺粉、海绵铁粉等制备出一种新型复合填料,并在不同HRT和C/N条件下将其与同种物质组成的颗粒混合填料进行对比实验.最后通过高通量测序技术对两填料表面的微生物种群结构进行了研究.结果表明,在不同条件下新型填料的脱氮除磷能力均优于颗粒混合填料;当HRT=4 h、C/N=1时,新型填料的总氮、总磷去除率均分别比颗粒填料高出30%以上.根据高通量测序结果,两反应器内的反硝化体系均由硫自养反硝化种群和异养反硝化种群构成,且新型填料系统内的硫自养反硝化菌群所占比例更大,两反应器内的优势种属分别为Sulfurimonas和Acinetobacter.     

生物处理含硫酸盐废水生成单质硫的研究进展

介绍了目前国内外生物处理含硫酸盐废水生成单质硫常用微生物,包括光合细菌、无色硫细菌和脱氮硫杆菌,对其脱硫原理及发展前景进行了分析;同时综述了两相厌氧吹脱与沼气脱硫联合工艺、两相厌氧与硫化物氧化联合工艺、同步脱硫脱氮工艺处理硫酸盐生成单质硫的原理及研究现状,并分析了各自的优缺点。     

硫铁填料和微电流强化再生水脱氮除磷的研究

为提高再生水质量,在不同C/N和HRT条件下,对比分析硫铁复合填料和微电流作用强化再生水深度脱氮除磷效果.结果表明,硫铁复合填料和微电流作用均能够强化氮、磷的深度去除效果,且二者结合能够使反硝化系统pH值稳定在7.2~8.5之间.系统中TN主要靠异养反硝化、氢自养反硝化和硫自养反硝化作用去除,94.04%的TP是以生成磷酸铁沉淀的形式去除.分别从填料上取生物膜,进行Miseq高通量测序,构建细菌16S rRNA基因克隆文库.结果发现,在仅有海绵铁作用系统中,同时具有异养反硝化和氢自养反硝化功能的细菌所占比例达到29.47%;硫铁复合填料和硫铁微电流作用系统中,具有硫自养反硝化功能的Thiobacillus(硫杆菌属)所占比例分别达到60.47%和40.62%.因此,硫铁复合填料和微电流作用用于强化再生水深度脱氮除磷具有明显的优势.     

电化学氢自养与硫自养集成去除饮用水中的硝酸盐

研究了一种电化学氢自养与硫自养集成去除饮用水中硝酸盐的方法，将2种自养反硝化集成，既可减少以硫作为电子供体产生的SO4^2-，也可以使硫自养反硝化产生的H^ 作为电化学产氢的前驱物。同时，在硫自养段可不添加调pH的CaCO3，避免了出水的硬度升高。试验结果表明，在反应器的水力停留时间（HRT）为1．9－5h，最小电流相应为3－16mA时，NO3^--N去除率达90％以上，出水中NO3^--N和SO4^2-浓度分别低于3．0mg/L和170mg/L,NO2^--N未检出，硫段和电氢段出水pH值均维持在中性附近。     

厌氧生物滴滤法脱除冷煤气中硫化氢的研究

水煤气中硫化氢在燃烧时会转变成二氧化硫,对环境产生污染。文章采用厌氧生物滴滤塔法对冷煤气进行脱硫处理。因煤气对氧的严格限制,通过设计生物滴滤塔,经挂膜驯化后在厌氧条件下对浓度在1~5 g/m3左右的硫化氢进行脱除处理,考察滴滤塔运行条件对脱除效果的影响。结果表明,生物挂膜25 d后,生物滴滤塔达到稳定,喷淋液pH值为2.23,ORP值为283 mV,溶解氧为0.4 mg/L,对溶液中硫离子氧化效率达到94%。滴滤塔在液气比0.15,空塔气速0.088 m/s,pH值5.0~7.0,填料高度为82 cm,塔温为25~30℃左右时,达到较优的运行条件,此时该滴滤塔对以CO、CO2、H2和1 940 mg/m3H2S组成的模拟水煤气的脱硫效率达91.2%。