厌氧氨氧化脱氮工艺研究进展

厌氧氨氧化菌厌氧氧化自养生物脱氮技术在降低污水处理能耗,实现污水能量回收利用方面应用前景极大。良好的污泥停留时间和稳定的亚硝酸盐供应制约厌氧氨氧化技术在污水处理中的应用,两者都与厌氧氨氧化菌参与硝化亚硝化反应的菌群活性影响因素有关。文章综述了温度、p H值、有机物等影响厌氧氨氧化菌活性因素的最新研究进展,从微生物角度研究了厌氧氨氧化颗粒污泥和生物膜形成的影响因素和获得良好污泥停留时间的方式,阐明了亚硝化和部分反硝化两个稳定可行的亚硝酸盐供给方式,通过研究厌氧氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌生长因素,阐释了部分反硝化机理,对主流生活污水处理系统中应用厌氧氨氧化工艺的可能和挑战进行了展望。     

为耦合厌氧氨氧化产生NO_2~-的城市污水中试研究

厌氧氨氧化技术因其节省曝气能耗和有机碳源等突出优势,被认为是迄今为止最经济高效的污水脱氮工艺.然而该技术尚未实现主流城市污水处理的工程化应用,其瓶颈在于厌氧氨氧化所需基质亚硝酸盐(NO_2~-)难以稳定获取.目前普遍采用的短程硝化方法在主流条件下难以维持稳定的NO_2~-积累.短程反硝化是指将废水中的硝酸盐还原为亚硝酸盐(NO3-→NO_2~-)的过程.短程反硝化技术具有长期稳定的NO_2~-积累特性,反应速率快,节省有机碳源,是为厌氧氨氧化菌提供底物NO_2~-的新途径.基于此,本研究通过中试规模试验研究验证短程反硝化为厌氧氨氧化提供底物NO_2~-的可行性.结果表明,接种的城市污水处理厂剩余污泥具有一定的短程反硝化潜势,以城市污水及其硝化液为进水,通过对进水比例和水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)等参数进行调控,成功启动了短程反硝化系统.长期试验结果表明,短程反硝化产生NO_2~-的性能逐渐提高,NO3-还原为NO_2~-的转化率(nitrate translation rate,NTR)高于75%,且在低温(13. 7～16. 2℃)条件下仍具有较高的产亚硝酸盐性能,低温阶段平均NTR可达62. 3%.本研究为解决城市污水厌氧氨氧化脱氮过程底物NO_2~-难以稳定获取的问题提供了思路和方法,对短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术在城市污水处理领域的推广应用具有重要意义和研究价值.     

新加坡最大回用水处理厂污水短程硝化厌氧氨氧化脱氮工艺

总结了新加坡樟宜回用水处理厂4次采样的结果,该厂日处理城市污水80万t.在好氧区很好地实现了部分硝化和亚硝酸盐积累,其中好氧氨氧化率平均为72.2%,亚硝酸盐积累率平均为76.0%.在缺氧区氨氮和亚硝酸盐得到了同步去除(厌氧氨氧化).物料衡算结果表明:初沉池的出水总氮的37.5%是通过自养脱氮去除,27.1%是通过传统的硝化/反硝化脱氮去除,其余部分总氮则存在于活性污泥和出水中.微生物和动力学研究表明:短悬浮或游离的厌氧氨氧化菌可存在于污泥龄较短的污水处理系统.最后从出水氮质量浓度、pH、碱度、曝气能耗及反应器容积等方面,将樟宜回用水处理厂的分段进水活性污泥法工艺与新加坡其他3个回用水处理厂的MEL/LE工艺进行了对比分析.     

生物脱氮微生物学及研究进展

生物脱氮是含氮废水处理的常用方法之一，除传统的硝化-反硝化过程外，还存在着多种微生物参与的转化机制及相关的未知领域，在传统生物脱氮过程机理上，结合废水处理运行中的新发现，就亚硝酸盐型硝化、异氧硝化-好氧反硝化、自养细菌反硝化、厌氧氨氧化等进行了报道。     

常温CANON反应器内微生物群落结构及生物多样性

为研究基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)工艺中微生物群落结构及种属特征,从常温条件下稳定运行的CANON反应器中采集生物膜样品,并基于聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,分别对总细菌、氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌进行群落结构解析.结果表明:反应器中与亚硝化作用有关的功能菌为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和亚硝化螺菌属(Nitrosospira),与厌氧氨氧化作用有关的功能菌是Candidatus Brocadia属和CandidatusKuenenia属,未检测到亚硝酸盐氧化细菌,且系统内氨氧化细菌的生物多样性明显高于厌氧氨氧化菌.此外,反应器中还存在其他微生物,如Shewanella 、Pseudomonas 、lgnatzschineria、Dechloromonas以及属于Clostridia、α-Proteobacteria、Bacillales的uncultured bacteium等.     

氮负荷对短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜系统脱氮性能的影响

短程反硝化作为厌氧氨氧化反应基质亚硝酸盐(NO2--N)获取的新途径,近年来受到广泛关注.短程反硝化与厌氧氨氧化耦合的污水脱氮工艺具有重要应用潜力.然而,城市污水基质浓度较低且波动频繁,有效实现厌氧氨氧化菌持留与富集是该工艺稳定脱氮的关键.针对上述问题,构建了基于生物膜的短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺,采用2种结构不同的生物填料为载体,对比系统长期脱氮性能,重点考察氮负荷降低过程中系统氮素转化规律及菌群活性变化,深入分析生物膜胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)产生特性.结果表明,以含氨氮(NH4+-N)与硝酸盐氮(NO3--N)废水为处理对象,乙酸钠为有机碳源,分别采用聚氨酯海绵填料(R1)和聚乙烯空心环填料(R2)成功构建了短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜系统.进水NH4+-N与NO3--N由150 mg/L逐渐降低至50 mg/L、氮负荷由0.6 kg/(m3·d)降为0.2 kg/(m3·d)时,R1和R2维持高效稳定脱氮,低负荷阶段平均总氮(TN)去除率分别为87.6％和83.6％.厌氧氨氧化作用始终为主要脱氮途径,其占两系统TN去除的贡献率分别高达98.2％和97.4％.生物膜短程反硝化速率随氮负荷减少而降低,但高NO2--N积累特性未受影响,R1系统NO2--N积累效率达到95.1％且高于R2(89.8％),其厌氧氨氧化活性降低程度小于R2,表明聚氨酯填料更适合低负荷下该工艺长期运行.低负荷下微生物分泌更多EPS,蛋白质含量增加有助于系统应对氮负荷变化.综上,短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜工艺处理低基质废水时具有稳定高效的重要优势,为解决厌氧氨氧化应用的瓶颈问题提供了新方法,具有研究意义和应用价值.     

A/O工艺实现城市污水半亚硝化与生物除磷

城市污水半亚硝化是实现其厌氧氨氧化的基础和关键步骤,但相关研究甚少,为此,利用A/O反应器处理实际城市污水,研究实现半亚硝化的可行性及其对生物除磷的影响.结果表明:A/O反应器可实现稳定的亚硝酸盐积累,积累率约为85%;通过调整水力停留时间可控制A/O反应器出水NO2--N/NH4+-N在1.0左右,满足厌氧氨氧化对进水水质的要求;温度和溶解氧质量浓度的波动会导致亚硝酸盐积累的破坏.实现半亚硝化的稳定后,A/O反应器除磷稳定性变差,可能与出水游离亚硝酸质量浓度(FNA)增加有关.     

基于厌氧氨氧化工艺的脱氮菌耦合试验

采用2个SBR反应器,分别培养了含有硝酸盐反硝化菌和亚硝酸盐反硝化菌的活性污泥,同时接种具有厌氧氨氧化(ANAMMOX)功能的活性污泥,研究了异养反硝化菌与ANAMMOX菌的协同代谢效能.结果表明,亚硝酸盐反硝化菌的异养反硝化性能要好于硝酸盐反硝化菌,而与ANAMMOX菌的耦合效果则相反,在好氧运行条件下,2个反应器同时具有较好的硝化功能,2个反应器中亚硝酸盐的累积率分别为62.2%和87.3%.     

氨氮废水生物处理新工艺的研究进展

本文对废水中氨氮生物处理的一些新工艺进行了简单介绍,其中包括短程硝化-反硝化,同时硝化-反硝化,厌氧氨氧化,好氧反硝化及经亚硝化的厌氧氨氧化,并简单概括了各种方法的特点及其发展过程.     

含氮化合物对兼养脱硫反硝化的影响

为处理含有硫化物和有机物的废水,应用兼养脱硫反硝化缺氧附着生长反应器,并引入硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体.进水硫化物和有机物质量浓度分别为200 mg/L和20 mg/L,去除率分别达到99.9%和89.2%.在化学氧化和微生物氧化的共同作用下,硫化物转化为硫酸盐的比例为40%.反应器内自养反硝化与异养反硝化同时发生,异养反硝化的比例为21.76%.同时,针对亚硝酸盐负荷、亚硝酸盐与硝酸盐比例、氨氮负荷等含氮化合物参数对兼养脱硫反硝化的影响进行研究.结果表明:当NO2-负荷为50 mg/(L.d)、亚硝酸盐与硝酸盐的比为2、NH4+负荷为50 mg/(L.d)时,脱氮除硫的效果较好.     

碳氮比对包埋颗粒反硝化过程中亚氮积累的影响

为了探讨碳氮比(ρ(C)/ρ(N))在反硝化过程中对于亚氮积累的影响,采用乙酸钠为碳源,在序批式实验中,通过控制进水碳氮比来研究反硝化包埋颗粒在反应过程中亚硝态氮积累的现象.实验结果表明:在反应过程中,不同的碳氮比条件下均出现亚硝态氮积累现象,且亚硝态氮积累率都表现出先升高后降低的趋势.其中,碳源充足(碳氮比为4.0~6.0)时,亚硝态氮积累率在30 min时达到最大,随后逐渐降低,反应结束时在碳氮比为4.0条件下仍有亚氮积累;当碳源不足(碳氮比为2.0~3.0)时,亚硝态氮的积累率在120 min达到最大,而后基本维持不变,说明可以通过控制碳氮比和反应时间来获得稳定的亚硝态氮积累.硝态氮和亚硝态氮的还原速率随着碳氮比的增加而逐步升高,而亚硝态氮的最大积累率与积累速率随着碳氮比的增加先升高后降低,在碳氮比为4.0时亚硝态氮的积累率和积累速率均达到最大,分别为40.8%和24.46 mg/(L·h),说明碳氮比对亚硝态氮的积累有显著影响.     

反硝化过程中亚硝酸盐积累特性分析

在分段进水工艺处理城市废水实现深度脱氮（TN〈5 mg.L-1）研究中,采用SBR反应器,分别以甲醇或葡萄糖为碳源研究了反硝化过程中亚硝酸盐（NO2--N）的积累情况、pH和ORP变化规律及动力学特性。结果表明,2种碳源系统、不同碳氮比（C/N）条件下反硝化过程均出现明显的NO2--N积累。相同C/N下,在NO2--N积累阶段,葡萄糖碳源系统的NO2--N积累浓度明显大于甲醇碳源,但2种碳源的NO3--N还原速率均大于NO2--N还原速率,且随C/N增加NO2--N的积累浓度逐渐增加,积累时间逐渐缩短。而高C/N下葡萄糖碳源的NO3--N还原速率及NO2--N积累浓度却呈现出下降的趋势。此外,pH和ORP变化规律可很好地表征反硝化过程中NO2--N积累的特征点,通过pH和ORP曲线的第2个拐点可指示反硝化过程的＂真正＂结束。     

电流对三维电极生物膜耦合硫自养脱氮工艺的影响

针对污水处理厂尾水TN去除问题,研究了电流对三维电极生物膜耦合硫自养脱氮工艺(3DBER-S)脱氮性能及菌群结构的影响.运行结果表明:在进水pH为7.0~7.5,ρ(NO_3~--N)为35 mg/L,ρ(C)/ρ(N)为1,HRT为12h条件下,电流由60 mA增大到800 mA,NO_3~--N和TN去除率变化不明显,分别稳定在87%和76%左右;随电流增大,体系氢自养反硝化作用所占比例由22.8%逐渐上升到74.4%.基于nirS基因的克隆文库结果表明:3DBER-S中与异养、硫自养和氢自养反硝化功能菌属相似的细菌均占有一定比例;随电流增大,与氢自养反硝化功能菌属相似的细菌所占比例增大.该体系中存在异养、氢自养和硫自养反硝化协同去除硝酸盐氮的作用,维持了稳定高效的脱氮效果,且增大电流利于氢自养反硝化作用的增强.     

以ORP作为SBR反硝化过程亚硝态氮积累过程控制参数

为避免序批式活性污泥法(SBR)工艺生物脱氮反硝化过程毒性更大的亚硝态氮(NO2--N)排入受纳水体,以缺氧/厌氧上流式厌氧污泥流化床(UASB)预处理的实际垃圾填埋场渗滤液为研究对象,考察了以氧化还原电位(ORP)作为SBR反硝化过程NO2--N积累控制参数的可行性.结果表明:对于4种不同N初始的ρ(NO3--N),NO 2--N均实现明显积累,积累速率分别为0.117、0.136、0.235、0.068/d.反应过程中,ORP曲线先后出现NO 3--N和NO 2--N拐点,表明硝态氮和亚硝态氮还原反应结束.对于有明显亚硝态氮积累的反硝化过程,仅以NO 3--N作为反硝化速率(rDN)的单值函数是不准确的,应以总氧化态氮计,如以NO 3--N作为底物,将其定义为"名义"rDN.温度分别为14.2、13.9℃低温,5种不同n(C)/n(N)条件下,亚硝态氮均积累,亚硝态氮峰值点为速率平衡点.当n(C)/n(N)低于理论值时,相对NOx--N→N2的全程反硝化碳源不充足,但相对于NO3--N→NO2--N的转化碳源充足.     

Nitrogen removal from municipal wastewater by limit-oxic/anoxic/oxic biological aerated filter system

In this study,a three-stage biological aerated filter(BAF) system was proposed for the enhancement of nitrogen removal in the treatment of low carbon-to-nitrogen ratio(C/N ratio) municipal wastewater.Operational parameters were studied for each process for maximum nitrite accumulation in the nitrification step and nitrite adaptation in the denitrification step.Nitrite accumulation during nitrification could be controlled by the dissolved oxygen(DO) concentration,presenting a mean value of 40% at around 1.0 mg DO/L.Denitrification could be adapted to nitrite and the process was stable if nitrite in the reactor was keep low.Once the operational parameters were established,the process was stable and a steady state was maintained for over 30 days,and the various indexes of discharged water were up to the Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant(GB18918-2002) Level-one A.It was concluded that the three-stage BAF system proposed in this study was excellent in nitrogen removal performance by employing three-column functioning as short-cut nitrification,short-cut denitrification and secondary nitrification,respectively.     

污泥发酵液为碳源的反硝化过程亚硝酸盐积累

以污泥发酵液为碳源,通过批次试验研究了不同溶解性有机物的质量浓度与硝酸盐氮质量浓度之比(ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N))和分次投加碳源时反硝化过程亚硝酸盐的积累特性.试验结果表明:不同ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)条件下NO-2-N都得到积累;ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)<4时,NO-2-N的最大积累质量浓度和积累速率随着ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)的增加而增大,分别达12.83 mg/L和0.107 mg/(L·min).分次投加发酵液与1次投加发酵液相比,NO-2-N的最大积累质量浓度相差很小,但分次投加能保持稳定的NO-2-N积累.另外,以污泥发酵液为碳源的反硝化过程,反硝化过程NO-2-N的积累和发酵液的低pH导致N2O的释放与ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)成正相关.因此,在构建反硝化耦合厌氧氨氧化系统时,分次投加发酵液具有很大优势,不仅可产生稳定的NO-2-N积累,弱化有机物对厌氧氨氧化菌的抑制作用,还可减少N2O的释放.     

反硝化过程中亚硝酸盐积累研究

在一个SBR反应器中研究了反硝化过程中的亚硝酸盐积累现象。在低的pH和低C/N比(3和2.5)条件下有较明显的积累。pH为5.8左右有利于反硝化过程的亚硝酸盐积累。C/N比为3时,获得的亚硝酸盐积累率最大可达45%。虽然C/N比为2.5时的亚硝酸盐积累率降为37%,但其碳源药剂费用少,并且其出水COD浓度低,可减少后续处理费用。在C/N比为2.5时,硝酸盐降解速率、亚硝酸盐积累速率和亚硝酸盐降解速率随着初始硝酸盐浓度的增大而增大,最高分别达60.02、36.27、10.376 mg.N/(L.h)。而硝酸盐初始浓度40 mg.N/L以上时,对亚硝酸盐的积累率影响不大,为47.5%左右。