短程硝化的实现、维持与过程控制的研究现状

短程生物脱氮技术目前倍受人们的关注,国内外学者对短程硝化提出了多种实现及维持的控制途径,但仍存在着一些问题。由于活性污泥法中DO,ORP,pH的变化规律从不同角度不同程度地反映了生物脱氮反应的进程,所以用它们作为控制参数就可以对生物脱氮反应进行过程控制。在分析中,通过对国内外短程硝化控制途径的研究现状与发展趋势的分析和总结,针对目前在实现短程硝化及维持短程硝化各种途径中存在的问题,提出了通过在线检测DO,pH,ORP来实现与维持短程硝化的新思路。     

青藏高原林地土壤的氮转化特征及其影响因素分析:以祁连山和藏东南地区为例

矿化和硝化过程是森林生态系统氮素循环的重要组成部分,对生态系统功能的维持与土壤环境质量有着重要影响.净矿化和净硝化速率是评价土壤氮素供应能力和氮损失风险的常用指标.为探究青藏高原林地土壤氮转化特征及其影响因素,以气候差异较大的祁连山和藏东南地区作为研究对象,采集了327个林地土壤样本,通过样本处理及室内培养试验,分析了土壤中无机氮含量、净矿化速率、净硝化速率及其与环境因子之间的相关关系.结果表明,藏东南地区林地土壤的无机氮含量、净矿化速率和净硝化速率［109.70 mg·kg^-1、3.08 mg·（kg·d）^-1和2.19 mg·（kg·d）^-1］均显著高于祁连山地区［49.47 mg·kg^-1、0.70 mg·（kg·d）^-1和0.69 mg·（kg·d）^-1］;土壤的净矿化速率与年平均温度、年平均降水量、湿润指数及土壤有机质含量之间具有极显著的正相关关系（P<0.001）.净硝化速率与年平均温度、年平均降水量之间无显著正相关关系,但与土壤净矿化速率呈极显著的正相关关系（P<0.001）.这表明藏东南地区林地土壤具有比祁连山林地土壤更高的氮素供应水平,而水热条件可能是造成两地土壤净矿化速率差异的主要原因,净矿化速率是净硝化速率的限制因子,对青藏高原林地土壤的氮素损失有着重要影响.这些结果强调了水热条件等气候环境因子对青藏高原林地土壤净矿化和净硝化速率的重要影响,进一步加深了人们对青藏高原林地土壤氮素转化规律的认识.     

包埋固定化硝化污泥处理氨氮废水的过程特性

采用聚乙烯醇（PVA）包埋硝化效能良好的活性污泥制备固定化颗粒,针对不同初始氨氮浓度的模拟废水,基于序批式间歇反应器小试实验,探讨了包埋颗粒的传质效能与氮去除过程特性.实验结果表明：颗粒体积投加率为10%,实验水温为26~30℃,pH值为7.5~8.5,反应器DO浓度为4~5mg/L的条件下,各初始氨氮浓度（50~400mg/L）稳定期包埋颗粒最大氨氮去除负荷为61.8~242.3mgN/（L-particles·h）.包埋颗粒对氨氮的去除较符合零级反应动力学模型,其最大氨氧化速率（μ_max）为271.40mgN/（L-particles·h）,半饱和常数K_s为66.69mg/L,包埋颗粒内氨和氧的有效扩散系数（D_e）分别为0.467×10^-9m²/s、0.279×10^-9m²/s.SEM观察和比表面积测试结果表明,与新鲜颗粒相比,稳定期颗粒内部的比表面积和平均孔径增加.包埋颗粒,活性污泥,包埋颗粒与活性污泥混合3种体系对比实验表明,各初始氨氮浓度条件下混合体系可显著强化生物硝化与脱氮过程,并发生同时硝化反硝化现象.     

两级CSTR亚硝化启动及稳定运行试验研究

采用两级CSTR反应器对实际生活污水亚硝化的启动过程及稳定运行主要影响因素进行了研究.通过向生活污水里投加(NH₄)₂SO₄来提高进水氨氮浓度,并逐渐调整两级反应器的曝气强度至DO浓度分别为(1.5±0.12),(0.35±0.1) mg/L,历经45d即实现了亚硝化的启动,亚硝化率保持在90.3%以上,氨氧化率保持在91.2%以上.低氨氮生活污水运行时,通过第一级反应器中三组DO/ALR的效果对比,表明DO/ALR在1.2~2.0 mg O₂/(gN·d)时亚硝化效果最好.降低氨氮浓度以及增大HRT两种情况下导致ALR改变时,维持上述DO/ALR范围依然可以保证亚硝化的稳定.     

基于协同反硝化脱氮的光伏废水处理

以光伏废水为研究对象,利用启动成功的协同反硝化反应器,在进水F-浓度为800mg/L,NO₃^--N为350mg/L的条件下,控制进水C/N为0.7左右,实现反硝化过程无需酸碱调控,TN去除率为90%以上,TN去除速率为2.0~2.5kg/（m³·d）.除氟试验表明,通过投加CaO初步除氟能将F-浓度降低至800mg/L,同时将pH提升至7.68,满足协同反硝化的pH范围（7.5~8.5）要求;二次除氟能有效降低废水中残余的F-及协同反硝化生成的SO₄^2-.针对多数含F-浓度超过800mg/L的光伏废水,可采用先初步除氟、协同反硝化脱氮,最终二次除氟、除硫酸盐的工艺路线.相比于完全异养反硝化脱氮处理光伏废水,采用协同反硝化可节约脱氮成本0.82元/t.     

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.      

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.      

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮同时降解苯酚特性

研究了异养硝化-好氧反硝化菌Diaphorobacter sp. PDB3去除氨氮同时降解苯酚的特性.在最佳碳氮比7和摇床转速160r/min下,该菌在21h内对初始浓度365mg/L苯酚的降解率达94.9%,总有机碳去除率达90.8%,同时40mg N/L氨氮被完全去除,中间代谢物硝态氮和亚硝态氮逐渐积累并在后期降低.氮平衡分析表明,52.3%的氨氮转化为胞内氮,37.2%转化为氮气,菌株主要通过细胞同化作用和异养硝化-好氧反硝化作用去除氨氮.检测到羟胺氧化酶、硝酸还原酶及亚硝酸还原酶活性,表明菌株PDB3具有完整的异养硝化-好氧反硝化偶联途径.随着苯酚浓度升高,抑制作用增强,脱氮效率降低.     

原水水质对输水管道硝化作用形成的影响

采用配制水样模拟Ⅱ类、Ⅲ类和劣Ⅴ类地表水,利用管道模拟反应器研究不同原水水质条件下输水管道中硝化作用的形成及对输水水质的影响.结果表明:原水中氨氮(NH4+-N)及溶解氧(DO)含量对NH4+-N去除均有一定影响,DO充足时,去除率随原水中NH4+-N含量的增加而增加,DO浓度低时,DO成为影响NH4+-N去除的主要因素;原水NH4+-N含量对运行初期NO2--N积累有重要影响,NH4+-N含量越高,NO2--N积累量越大,随着生物膜的成熟,影响作用逐渐减弱;反应器中AOB数量主要受原水NH4+-N浓度的影响,随NH4+-N浓度升高而增加;NOB数量受NH4+-N和DO浓度的双重影响,DO含量低会抑制NOB活性,使NOB数量减少,导致NO2--N积累;输水管道中的硝化作用是水中及生物膜中硝化细菌共同作用的结果,但生物膜中硝化细菌存在水平高,其硝化作用占主导地位.     

土壤溶液性质对Zn的形态变化及其微生物毒性的影响

采集了我国具有代表性的12种不同性质土壤,利用基础诱导硝化(SIN)方法测定了不同土壤中锌的微生物毒性阈值,同时利用850离子色谱仪与WHAM6.0模型,测定了溶液不同阴离子组成及自由Zn2+含量,建立了基于不同土壤性质与溶液离子的土壤中Zn毒性预测模型.结果表明,基于SIN测定的不同土壤Zn微生物毒性阈值在不同土壤间有显著差异,其中EC50从196mg/kg至1310mg/kg;EC10值从48mg/kg增加至682mg/kg,不同土壤EC50与EC10的最大值与最小值的比例分别达到了6.68及14.3倍,表明土壤性质对Zn的微生物毒性有非常显著的影响;基于SIN的Zn的毒性阈值ECx(x=10,50)与溶液自由Zn2+浓度的负对数p(Zn2+)间呈正相关关系,表明随着土壤溶液中自由Zn2+值的升高,Zn的毒性逐渐增加.土壤pH值、OC、CEC、F-、Cl-、Ca2+及Mg2+与Zn的毒性阈值ECx(x=10,50)及p(Zn2+)呈正相关关系,其中土壤pH值为最重要的影响因子,偏相关系数均达到极显著水平(P<0.01),其次为OC、CEC及F-,ECx与溶液中NO3-, SO42-呈负相关关系.基于不同主控因子的土壤中Zn毒性阈值(ECx)及P(Zn2+)的预测模型表明,pH值、OC、CEC、F- 四个变量因子分别解释了log(EC50)、log(EC10)及p(Zn2+)预测模型变异的89.9%、81.2%和92.3%.