硫磺/石灰石自养反硝化系统脱氮性能及N_2O排放规律研究

为了考察硫磺/石灰石自养反硝化系统的脱氮性能,并探究系统N_2O的产生和排放规律,采用均匀填充的上流式硫磺/石灰石生物滤池反应器,研究了2组HRT下,不同进水NO_3~--N浓度对系统脱氮效果的影响及N_2O的排放规律。结果表明,进水NO_3~--N浓度为(54.46±1.15)mg/L、HRT为2.5 h时,反应器容积负荷最大且对NO_3~--N去除率最高,可达99.93%,系统无NO_2~--N累积,出水N_2O低于0.86 mg/L;另外,研究发现NO_3~--N浓度随反应器高度增加而逐渐降低,N_2O浓度随着反应器下部NO_2~--N的富集逐渐增加,并随上部NO_2~--N的还原而逐渐减小;进水NO_3~--N浓度增大,N_2O累积量峰值点沿反应器高度逐渐上移,因此该系统仅能处理较低浓度NO_3~--N废水。     

前置反硝化-BAF工艺反硝化池脱氮效能研究

为进一步提高反硝化(DN)池的反硝化效能,分别考察了进水温度、HRT、C/N以及反洗周期等因素对前置反硝化曝气生物滤池(BAF)组合工艺DN池的脱氮效能的影响。结果表明,反硝化效能会随温度的升高而升高,在25℃时NO_3~--N去除率为91.3%;水力停留时间对反硝化作用的影响主要原于HRT的减少缩短了反硝化作用的反应时间,从而使反硝化过程中所消耗的COD降低;COD/ρ(NO_3~--N)小于15时,COD/ρ(NO_3~--N)是DN池脱氮效能的决定性因素,当COD/ρ(NO_3~--N)大于15时,NO_3~--N的含量变化趋于平缓;同一反洗周期内DN池的反硝化效能会持续增加,下一反洗周期开始前NO_3~--N的质量浓度降低至1.9 mg/L,此时脱氮效能达到最大。     

外加Fe2+协同硝酸盐型铁氧化菌对低碳氮比废水 反硝化影响研究

针对废水处理过程中反硝化阶段碳源不足需要外加有机物的情况,通过驯化培养以Fe~(2+)为电子供体的硝酸盐型厌氧铁氧化菌(NAIOM),接种至普通反硝化污泥中(ASBR反应器),研究了NAIOM污泥及外加Fe~(2+)对反硝化脱氮效果的提升。结果表明:反应器在接种NAIOM污泥和投加Fe~(2+)后,碳氮比较高时NO_3~--N去除率变化不大,随着碳氮比的不断降低NO_3~--N去除率提升逐渐明显,在碳氮比为3.42、 2.28、 1.71时分别为90.20%、85.12%、 78.86%,较普通反硝化污泥不投加Fe~(2+)时的NO_3~--N去除率分别提升了17.80%、 24.59%、 28.70%,接种NAIOM污泥协同外加Fe~(2+)对提高低碳氮比废水的NO_3~--N去除率效果显著。     

微气泡曝气生物膜反应器低C/N废水脱氮探究

针对低C/N废水脱氮效率低的现状,建立了微曝气生物膜反应器,分析了启动期微气泡曝气生物膜反应器污染物去除特征,探究了温度对微气泡曝气生物膜反应器脱氮效率的影响并揭示相关机制。结果表明,反应器启动稳定后COD、NH_4~+-N和TN的去除率分别提高至92.3%、92.5%和71.5%。温度能影响生物脱氮效率,且35℃时COD去除率最高,可高达92.3%～93.4%。温度同时影响硝化及反硝化过程,且温度升高有利于促进NO_2~--N的积累与NO_3~--N的反硝化。温度升高降低了反应器内污泥胞外聚合物的含量。当温度为35℃时,脱氮过程关键酶活性显著高于15℃;温度升高利于硝化及反硝化过程关键微生物的丰度。     

基于铁碳内电解的物化—生物耦合深度脱氮

以自制复合铁碳填料为载体,建立物化-生物耦合脱氮体系,考察了HRT、DO含量、进水pH对低C/N(COD/ρ(TN)=1.5:1)污水脱氮的影响,并通定量了物化作用对脱氮的贡献率。结果表明,在耦合体系中,NH_4~+-N通过氨氧化菌和硝化菌的作用生成NO_3~--N和NO_2~--N,NO_3~--N和NO_2~--N进入生物膜内部,自养反硝化菌以载体原电池反应所产生的[Fe~(2+)]、[H]为电子供体实现反硝化脱氮,其适宜运行条件为:HRT为4.0 h,DO的质量浓度(2.0±0.1)mg/L,进水pH为7.0±0.1,此时污水COD、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN去除率分别可达94.6%~97.3%、82.1%~83.6%、92.1%~94.7%、89.3%~92.5%。适宜的HRT低于其它同步硝化反硝化脱氮过程。反应器内反硝化所需电子37.9%由载体物化反应供给,消除了传统生物脱氮过程对有机碳源的依赖,源缩短了脱氮所需停留时间。故该耦合体系可实现低C/N污水的高效深度脱氮。     

添加零价铁的反硝化系统中发生的主要反应

分别采用零价铁、反硝化污泥及零价铁+反硝化污泥的系统处理含NO_3~--N的废水,探讨零价铁的添加对反硝化系统脱氮效果的影响及系统中发生的主要反应。结果表明,零价铁系统对废水中的NO_3~--N无去除效果;当零价铁+反硝化污泥系统对废水中NO_3~--N的去除率达到100%时,反硝化污泥系统对废水中的NO_3~--N去除率仅为60.1%。零价铁+反硝化污泥系统中主要发生零价铁参与的氧化还原反应及微生物参与的生物反硝化反应。     

反应器结构对生物电化学脱氮系统性能的影响

基于氢自养反硝化原理,构建了三组不同结构的生物电化学系统(Bioelectrochemical system,BES),并以考察不同反应器结构对BES脱氮性能的影响。研究表明,在相同的运行条件下功率密度和极化曲线表明CHBC反应器的产电性能最强;循环伏安曲线(Cyclic voltammetry curve,CV)则揭示了CHBC反应器电荷传递能力最强,导电性能最佳;此外,CHBC中硝酸盐氮(NO_3~--N)的降解速率最高,并且反应器中NO_3~--N降解过程中生成的亚硝酸盐氮(NO_2~--N)最少;最后,Illumina高通量测序结果表明,三组BES反应器中的微生物多样性有明显差异,其中CHBC中不仅微生物数量和种类最为丰富,而且反硝化菌的丰度也最高。     

秸秆碳源对高硝氮含量水体脱氮效果实验研究

针对高含氮水体往往存在碳源不足,需要补充碳源的问题,以农林废弃物油菜秸秆作为外加碳源,对不同高含氮的水体进行了生物反硝化脱氮实验研究。结果表明,油菜秸秆在NO_3~--N含量相对较低的水体情况下脱氮效果较好,可以作为良好的缓释碳源,当NO_3~--N的质量浓度为20 mg/L时,脱氮效果最好,NO_3~--N负荷为31 mg/(L·d);当NO_3~--N的质量浓度大于30 mg/L时,因秸秆释碳不足,NO_3~--N去除率减小。不同浓度NO_3~--N水体的NO_3~--N去除率差别较大,但脱氮负荷较为接近,说明高含量NO_3~--N水体的脱氮效果主要与秸秆释碳量有关,受碳源影响。     

生活污水自养反硝化滤池深度脱氮研究

针对污水处理厂二级生化出水硝酸盐氮浓度高的问题,选用高效硫自养反硝化菌,构建以生物陶粒为填料的自养反硝化滤池,模拟生活污水二级生化出水,调节运行参数,考察脱氮效果。结果表明,滤池经过10 d 200 mg/L NO_3~--N培养液的间歇培养和15 d 100 mg/L NO_3~--N连续进水驯化后挂膜成功,NO_3~--N去除率稳定在90%以上;在HRT为12 h下,滤池对进水NO_3~--N质量浓度为30 mg/L去除效果最好,NO_3~--N和TN去除率分别达到96%、93%,出水NO_2~--N含量1 mg/L以下,但硫酸盐浓度为500~600 mg/L;进水NO_3~--N质量浓度30 mg/L,HRT为2~12 h时,滤池对NO_3~--N去除率均可达85%以上,HRT2 h脱氮性能下降,最佳HRT为2 h;滤池反硝化脱氮率沿填料厚度的增加而逐渐增加,HRT为12 h时在填料高度5 cm处即可达到70%的NO_3~--N去除率。     

活性污泥法+后置反硝化BAF处理电镀污水厂物化出水中试

针对某电镀污水处理厂物化出水,采用活性污泥法+后置反硝化曝气生物滤池(BAF)工艺进行脱氮深度处理中试研究,结果表明,活性污泥法单元COD和NH3-N平均去除率分别达49.37%和69.30%。反硝化BAF单元NO_3~--N和TN平均去除率分别达90.47%和60.42%,出水NO_3~--N的质量浓度基本在10 mg/L以内;停留时间对反硝化BAF脱氮效果影响不大,43 min出水时NO_3~--N容积负荷可达1.5 kg/(m3·d);去除单位氮(N)的碳源消耗量和碱度增加量与理论值相近,反硝化BAF运行成本(碳源部分)为0.41元/t,折合去除每10 mg/L的N运行成本较低,为0.08元/t左右。     

荔枝核-PVA多孔复合固体碳源在养殖废水中的脱氮研究

将不同粒径荔枝核、聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠复合获得多孔固体碳源,对复合碳源的微观形貌、孔隙结构进行表征,并在人工配制的工厂化循环养殖废水中考察了其作为反硝化碳源的释碳速率及脱氮效果。结果表明,扫描电镜显示粒径250μm复合碳源的外表面致密,孔隙较少,而含粒径150μm和粒径75μm荔枝核的复合碳源外表面孔隙较多,内部孔隙发达。脱氮过程中,粒径75μm复合碳源的硝酸盐去除率在第3天可达到100%,无亚硝酸盐积累。粒径150μm复合碳源NO_3~--N去除率逐渐上升至94.71%,NO_2~--N质量浓度则逐渐降低至0.74 mg/L。粒径250μm复合碳源脱氮效果较差,NO_3~--N去除率为30%。粒径75μm和粒径150μm复合碳源孔隙发达,碳源释碳能力强,短时间内硝酸盐去除率高,可作为海水养殖废水反硝化脱氮的固体碳源填料。     

协同C/N及HRT快速启动全程自养脱氮工艺

在序批式活性污泥法反应器(SBR)中,采用全程自养脱氮(CANON)工艺,先以反硝化污泥为接种污泥,采用低基质含量配水通过逐步降低进水C/N及水力停留时间的策略快速富集厌氧氨氧化菌(anammox),之后在低曝气条件下进一步缩短HRT以模拟生活污水富集氨氧化细菌(AOB),基于对反应器内脱氮性能和不同阶段功能菌动力学活性的分析,系统阐述了功能菌演化的关键因素。结果表明,CANON工艺在75 d内成功启动,反应器氨氮去除率超过了93%;将该工艺应用于生活污水的处理,实现了高效的脱氮性能,反应器内anammox对NH_4~+-N降解速率μ(NH_4~+-N)与异养菌对COD的降解速率μ(COD)的比大于1.0,与反硝化菌的NO_3~--N降解速率μ(NO_3~--N))比大于2.0。     

聚糖菌反硝化影响因素及内碳源转化特性

在SBR反应器中以乙酸钠为碳源、NO_3~--N为电子受体成功富集了反硝化聚糖菌,并采用批次实验进一步考察了进水C/N比(3.3,6.7,10)、电子受体(NO_3~--N、NO_2~--N)、碳源类型(乙酸钠、葡萄糖)对反硝化聚糖菌活性的影响及内碳源转化特性。实验结果表明,进水C/N比越高,系统NO_x~--N去除率越高,厌氧段合成PHB越多,但进水C/N比过高会导致普通反硝化菌占优势,影响内碳源反硝化效率,进水C/N比为6.7较为合适;以NO_3~--N为电子受体长期培养的DGAOs系统未经NO_2~--N驯化,对NO_2~--N同样具有良好的反硝化性能,在投加与NO_3~--N相同浓度的NO_2~--N后,系统NO_x~--N去除率达89.6%;当以葡萄糖为碳源时,DPAOs在厌氧段合成的PHB的量仅为以乙酸钠为碳源时合成PHB量的79.5%,且厌氧段葡萄糖利用率仅为72.8%,远远小于乙酸钠的利用率。     

葡萄糖碳源反硝化脱氮过程亚硝酸盐积累特征探究

为了探究葡萄糖作为补充碳源对反硝化规律的影响,建立序批式反应器(SBR),考察了不同乙酸与葡萄糖混合比对氨氮氧化及亚硝酸盐积累的影响。结果表明乙酸与葡萄糖混合比及污泥负荷均能影响反硝化规律。当碳源充足时,碳源类型对硝化过程影响不显著,而对反硝化过程具有显著影响。当ρ(乙酸)/ρ(葡萄糖)为2/1时,反硝化速率快,且ρ(NO_2~--N)的最大积累量为2.24 mg/L。在污泥负荷为1 000 mg/L时,各反应器中硝态氮均能被反硝化,但ρ(乙酸)/ρ(葡萄糖)为1/2组别中反硝化速率最慢,ρ(NO_2~--N)积累量最小。NO_3~--N的存在对NO_2~-N的还原具有一定抑制作用。     

碳源对低氧多级AO工艺脱氮性能及N_2O释放的影响

以乙酸钠和丙酸钠为外加碳源,考察了碳源种类和碳氮比对多级AO工艺(分别为反应器SBR-A和SBR-P)脱氮性能及其N_2O释放的影响。结果表明,在进水COD为200 mg/L时,SBR-A和SBR-P氮去除率分别为66.7%和67.1%,磷去除率分别为51.1%和28.9%。硝化过程中,SBR-A中NH4+-N氧化速度和NO_3~--N生成速度都比SBR-P高,SBR-A中NO_2~--N和N_2O积累速度比SBR-P低。2组反应器硝化过程中N_2O释放因子均小于0.23%。在反硝化过程中,SBR-A的反硝化速度高于SBR-P,N_2O释放因子均较低;存在同时释磷时,对SBR-A的反硝化速度影响较小,而对SBR-P反硝化活性影响较大,后者反硝化速度明显低于无释磷条件下的反硝化速度;菌群均以变形菌门和拟杆菌门为主,且以陶厄氏菌属、脱氯单胞菌属、蛭弧菌属和硝化螺菌属等为主要功能菌。     

同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的快速培养

建立2个反应器(R0、R1)培养好氧颗粒污泥,并通过向R1投加生物质炭促进颗粒污泥的形成。结果表明:投加1.5 g/L的生物质炭可加速颗粒化进程,在第11天形成以生物质炭作为晶核的颗粒污泥;与R0相比,R1中的颗粒污泥结构更致密、表面更光滑。然而生物质炭的投加对反应器性能无明显影响:2个反应器的COD和总氮去除率都可达到95%和65%以上;在一个反应周期内反应器中均无NO_3~--N和NO_2~--N积累,表明2个反应器均实现了同步硝化反硝化脱氮。     

铁强化己内酰胺废水有机物及氮磷去除的探究

针对己内酰胺废水脱氮除磷效率低的问题,采用厌氧-好氧-缺氧(AOA)序批式反应器处理己内酰胺废水,并进一步研究了Fe强化去除己内酰胺废水的有机物及氮磷。结果表明,较缺氧-好氧工艺,AOA工艺能较好实现己内酰胺废水碳氮磷去除。Fe促进AOA工艺脱氮除磷,且当Fe剂量为10.0 g/L时,COD、TN和溶解性磷酸盐(SOP)的去除率分别为93.1%,82.6%和93.4%,显著高于无Fe组别。Fe存在提高厌氧期微生物对己内酰胺废水COD的消耗,且促进NO_2~--N和NO_3~--N转化。当Fe剂量为10 g/L,NO_2~--N、NO_3~--N的最大质量浓度分别为12.3、16.5 mg/L。Fe为反硝化过程提供电子强化脱氮过程。Fe同时促进SOP的释放及好氧吸收速率,提高了生物除磷关键酶的活性。     

MBBR中HRT与pH对短程硝化反硝化的影响

为了开发经济高效的生物脱氮工艺,在MBBR中进行了短程硝化反硝化的研究,考察了HRT与pH对短程硝化反硝化的影响。结果表明,在短程硝化反硝化过程中,在室温、不控制溶解氧的条件下,NH_4~+-N与COD去除率随着HRT的延长而增大,出水NO_2~--N随着HRT的延长先增大后减少,当HRT为8h时出水NO_2~--N最高;当pH由5增加到10时,COD去除率的变化较小,NH_4~+-N去除率和出水NO_2~--N则随着pH的增大先增大后减小,pH在8~9时对NH_4~+-N的处理效果最好,出水NO_2~--N最高。     

新型单质硫自养生物膜反应器脱氮性能研究

在上流式反应器中添加尼龙填料,并以小颗粒单质硫和NaHCO_3作为底物构建自养高效脱氮系统。在(35±1)℃下,经过70 d运行,在HRT为2.4 h、进水NO_3~--N浓度为150 mg/L时,达到1.3 kg/(m~3·d)的最大稳定脱氮能力。启动初期,应该缓慢提高进水NO_3~--N负荷来驯化反应器。S/N(摩尔)批次试验发现,在最佳摩尔比为10时,NO_3~--N的转化率为90%;而摩尔比低于10时,NO_3~--N转化速率随着单质硫粉浓度增大而增大,且摩尔比为1.1时,会出现NO_2~--N积累。由于传质效率低和单质硫流失问题,连续流反应器中S/N(摩尔)比宜在5.5以上,防止出现NO_2~--N积累。当进水NO_3~--N浓度为150 mg/L、HRT为2.4 h时,控制温度从(35±1)℃缓慢降至(20±0.5)℃,反应器脱氮能力稳定在1.4~1.5 kg/(m~3·d),说明本反应器对温度下降适应性较强,具备常温下高效运行的能力。     

电子受体及投加方式对反硝化除磷及N_2O释放影响

接种普通活性污泥,以乙酸钠和硝酸钾为基质,在厌氧/缺氧SBR系统中成功启动了反硝化除磷,单周期脱氮、除磷效率分别达到99.95%和72.07%,N_2O转化率(N_2O释放量/去除的TN量)为16.41%。在此基础上,以厌氧末污泥为对象通过批式实验对比研究了NO_2~--N及其投加方式对反硝化除磷及N_2O释放的影响,结果表明,一次性投加NO_2~--N时,脱氮、除磷效率分别下降至55.44%和33.54%,N_2O转化率达到25.08%;当改变亚硝氮的投加次数分别为4、3、2次时,N_2O转化率分别为27.05%、23.93%和27.25%,除磷效率分别达到81.82%、80.70%和56.56%。结果表明,分多次进水并控制较低的NO_2~--N浓度,可大幅提高反硝化除磷效率,而且不会导致N_2O转化率增大。