A/O生物脱氮工艺的反硝化动力学试验

通过SBR反应器间歇试验,研究了投加外碳源后系统的反硝化潜力和反硝化速率的变化.结果表明,向原有淀粉废水中投加外碳源乙醇废液后,可以明显提高系统的反硝化速率和反硝化潜力,反硝化速率由0.74mg/(g·h)增加到2.11mg/(g·h),反硝化潜力由5.6mg/L增加到16.2mg/L.脉冲投加淀粉废水进行缺氧反硝化间歇试验,可以获得系统污泥动力学信息,确定原水的反硝化潜力,并可估计城市污水处理厂的总反硝化潜力,因此可以预测获得最小出水硝酸氮浓度的控制策略.相对于COD/N,如果确定了系统反硝化潜力和污水水质能获得更多信息.     

不同外碳源对尾水极限脱氮性能及微生物群落结构的影响

投加外碳源是污水厂尾水深度脱氮的重要手段.为充分对比多种碳源在极限脱氮条件下的性能及经济性,以及碳源对微生物种群结构的影响,选取甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸钠这4种单碳源,并采用反应速率较高的乙酸钠和乙醇与价格便宜的葡萄糖配制成4种复合碳源进行研究.结果表明,所有系统均能满足出水ρ（NO_x^--N）≤1.0mg·L^-1的要求.单碳源系统,乙醇反应速率最快,投加量最省,费用最低.复合碳源系统,乙酸钠/葡萄糖（1：1）在COD/ρ（N）为6时,与乙酸钠/葡萄糖（1：3）、乙醇/葡萄糖（1：1）和乙醇/葡萄糖（1：3）在COD/ρ（N）为9、10和10时的效果相当,且乙酸钠/葡萄糖（1：1）系统反应速率最快且经济性最好.Illumina MiSeq高通量测序显示,经70 d左右的运行,微生物群落结构发生根本性变化.在与葡萄糖相关的系统,常规脱氮系统不常见的菌门Candidatus Saccharibacteria,丰度从种泥的1.16%提高到47.37%;相应地,在属水平Saccharibacteria_genera_incertae_sedis成为绝对优势菌种.研究结果可为污水厂尾水极限脱氮的碳源选择提供更全面的对比,也为碳源在微生物菌群驯化方面的作用提供更多参考和借鉴.     

AOA系统厌氧时间和溶解氧对内源反硝化脱氮速率的影响

为了探索提升基于内源反硝化的厌氧/好氧/缺氧(Anaerobic/Oxic/Anoxic,AOA)工艺脱氮效率的方法,本研究分别考察了前置厌氧时间和好氧阶段溶解氧(DO)对内源反硝化脱氮速率的影响.结果表明:在进水COD浓度为155.1mg/L时,厌氧时间为60min,缺氧阶段内源反硝化速率(EDNR)最高;在不同的进水COD条件下,控制适当的厌氧时间,当内碳源中的聚羟基烷酸酯(PHAs)积累量达到峰值时,EDNR最高;EDNR受到好氧阶段DO过量或不足的影响,当DO控制为1mg/L时,EDNR最高.通过厌氧时间优化与DO控制可将EDNR分别提高31.7%,18.4%.本研究为AOA工艺提高后置缺氧阶段EDNR提供了可行策略,有利于AOA工艺设计与运行策略优化.     

高氨氮PN/A脱氮工艺:亚硝态氮抑制后的恢复策略

高氨氮短程硝化厌氧氨氧化一体化(PN/A)工艺的稳定性受亚硝态氮影响显著。考察了高氨氮PN/A工艺受亚硝态氮短期抑制后,系统脱氮性能快速恢复的策略。稳定运行的PN/A污泥在ρ(NO~-_2-N)=200 mg/L条件下抑制2 h后,首先考察厌氧氨氧化菌在不同初始亚硝态氮浓度下的活性变化。此外,考察了受抑制后的PN/A工艺在不同DO浓度(0.05～1 mg/L)下的脱氮性能,结果表明:当NO~-_2-N浓度降低至50 mg/L以下时,厌氧氨氧化菌才明显表现出活性;受抑制后的PN/A工艺中,厌氧氨氧化菌对DO敏感度增加,恢复时系统的DO宜低于正常运行时浓度。综上所述,受NO~-_2-N抑制的PN/A工艺要恢复脱氮性能,宜降低亚硝态氮浓度同时控制DO浓度。在连续运行的PN/A反应器(200 L),诱发NO~-_2-N浓度提高到160 mg/L时,TN去除负荷从0.57下降至0.2 kg/(m~3·d)。通过合理控制DO和NO~-_2-N浓度,系统负荷在30 d内即可恢复至原有水平,验证了以上恢复策略的可行性。     

pH对生物硝化过程动力学抑制及N2O释放影响

生物硝化过程是导致生物脱氮过程N_2O释放的重要因素。文章利用小试反应器,采用连续进水的方式,考察了不同pH下氨氧化菌(AOB)硝化过程氨氮氧化速率(AOR)和氧化亚氮释放速率(N_2OR)之间的关系。pH影响动力学结果表明,pH=6.5和8.5时,AOB的比耗氧速率(SOUR)分别降至其最大值(SOUR_(max),pH=7.5)的50%。不同氧化还原酶具有不同的最适pH值(pH_(opt)),pH的变化导致硝化过程不同中间产物的积累。其中,一氧化氮还原酶、亚硝态氮还原酶和氧化亚氮还原酶对生物硝化过程中N_2O释放起着重要作用。pH=6.0～7.5之间,AOR和N_2OR随pH的增加而增加,p H=7.5时,其N_2OR和AOR分别达最大值(0.34±0.08)和(16.30±1.25)mgN/(gVSS·h)。此后,随pH的增加而逐渐降低。不同pH下,N_2OR和AOR呈线性关系。AOR增加,为AOB好氧反硝化过程提供了更多的电子,导致更多N_2O释放。     

碱度类型及浓度对剩余污泥中温厌氧消化的影响

为了探究不同碱度物质（Na₂CO₃、KHCO₃、NaHCO₃）和浓度范围（2000,3000,4000mg/L）（以CaCO₃计）对中温厌氧消化系统的影响,采用了密封的半连续搅拌反应器进行批次试验.综合反应器运行与微生物高通量测序分析,结果表明在3种不同碱度类型中Na₂CO₃能推进水解酸化过程,而在产气减量方面NaHCO₃表现更为突出,说明在调节系统碱度时,Na₂CO₃更易促进水解酸化这一限速阶段,而NaHCO₃能使水解酸化细菌与产甲烷菌之间保持平衡,保证甲烷产量;在不同NaHCO₃浓度情况下,增加投加碱度的浓度使水解能力增强,相应会导致脱水性能恶化,而系统中挥发性脂肪酸含量变化不大,过量碱度将使得系统产气和减量能力下降.     

污泥发酵同步消化液旁侧脱氮

污泥消化液为高氨氮、低C/N比、低碱度的废水,用传统生物脱氮方法处理消化液,存在碳源和碱度不足的双重障碍.本实验在“A/O+SIFEDEN”组合系统中,首先在A/O反应器中实现消化液短程硝化,其出水与初沉污泥在SIFEDEN中同步实现消化液短程脱氮和污泥减量,消化液的TN去除率可达87%,MLVSS去除率为49%左右.考察了SIFEDEN反应器中污泥发酵和污水反硝化的互惠关系、pH值的变化规律等.该系统出水回流到污水厂主流区,不会降低进水C/N,污水厂的脱氮除磷效率得以提高.     

MUCT短程硝化和反硝化除磷系统中Candidatus Accu- mulibacter的代谢活性和菌群结构

采用实现亚硝酸型硝化的MUCT工艺处理低C/N实际生活污水,在短程硝化的基础上实现反硝化除磷.研究短程硝化建立与破坏过程中,亚硝酸盐积累率的变化对系统除磷性能及Candidatus Accumulibacter菌群结构的影响.结果表明:MUCT除磷以反硝化除磷为主,平均反硝化除磷率高达88%.磷去除率与亚硝酸盐积累率具有很好的正相关性.短程硝化阶段磷的平均去除率比全程硝化阶段高30%以上,证明了亚硝酸盐更适合作为低C/N比污水反硝化除磷的电子受体.以多聚磷酸盐激酶基因(ppk1)作为遗传标记,采用实时荧光定量PCR方法考察不同亚硝酸盐积累率下Accumulibacter的丰度、各主要进化分支的菌群结构和相对丰度.当系统处于全程硝化状态时,存在少量以硝酸盐为电子受体的Acc-I型反硝化聚磷菌,低于总Accumulibacter的5%;当系统进入短程硝化状态后,Acc-I逐渐消失.运行期间以亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化除磷的Acc-IID始终是优势聚磷菌,达到总Accumulibacter的92%以上,甚至接近100%,保证了亚硝酸型反硝化除磷的稳定运行,亚硝酸盐浓度是影响其丰度变化的重要因素.     

有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响

接种稳定运行300余天的厌氧氨氧化污泥,通过批次试验,研究了不同浓度乙酸钠和不同种类有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响.结果表明:在初始NO2--N浓度为35mg/L左右,乙酸钠浓度为0~200mg/L时,乙酸钠的冲击不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,且一定程度上促进厌氧氨氧化反应的进行,最大比氨氧化速率与乙酸钠浓度呈正相关性;不同有机物对厌氧氨氧化系统的促进作用不同,氨氧化速率从高到低依次为乙酸钠、蛋白胨、葡萄糖和淀粉;反硝化作用伴随整个反应过程,但硝态氮还原速率[0.0155~0.0442mgN/(L?min)]小于氨氧化速率[0.1090~0.1498mgN/(L?min)],因此厌氧氨氧化菌在系统中一直占主导地位.在有机物的冲击下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的总氮,提高系统总氮的去除率,从而改善出水水质.