碳源类型和温度对BAF脱氮性能影响研究

以某钢铁厂的二级出水为研究对象,研究了曝气生物滤池(BAF)系统的挂膜,不同碳源类型和温度对该系统脱氮的影响。结果表明:利用含有硝化菌与好氧反硝化菌的富集菌液进行挂膜,16d基本完成挂膜,氨氮、硝态氮的去除率分别高达90.2%和92.2%。不同碳源类型对系统的脱氮性能影响存在差异,以葡萄糖和乙醇作为碳源时效果最佳,氨氮和硝态氮的去除率均超过85%,总无机氮去除率分别是93.4%、95.6%。乙酸钠为碳源时亚硝态氮的质量浓度积累最高达5.79mg/L,采用其它碳源时亚硝态氮几乎没有积累;当不投加外部碳源时,通过内源呼吸代谢作用进行硝化反硝化效果最差,总无机氮的去除率仅有20.4%。随着温度的上升,硝化和反硝化效果逐渐升高,其中硝化的最适温度是在27.3℃左右,氨氮的去除率高达91.1%,好氧反硝化过程对温度的耐受性比较好,在17.5～33.1℃时,平均去除率大于90%。     

厌氧复合床处理模拟焦化废水的反硝化动力学

采用厌氧复合床(UBF)处理模拟焦化废水,进水中投加NaNO₃模拟硝化液回流,实现了同时反硝化/产甲烷,COD去除率达到94%,NO₃^--N去除率达到99%。取复合床下部污泥做反硝化动力学研究,在存在亚硝酸盐积累的情况下,以NO₃^--N+0.6NO₂^--N作为反硝化电子受体,采用双基质的Monod方程对实验数据进行拟合,拟合曲线与实验测定值相关性良好。其次,采用双基质的Monod微分方程组对NO₃^--N和NO₂^--N的浓度变化进行拟合,得到相关参数:硝态氮的最大比降解速率和半饱和常数分别为1.13 d^-1和2.0 mg·L^-1;亚硝态氮的最大比降解速率和半饱和常数分别为0.66 d^-1和2.5 mg·L^-1,基于硝态氮和亚硝态氮的有机物半饱和常数分别为90.8 mg·L^-1和96.8 mg·L^-1。     

反硝化深床滤柱深度脱氮效果及反硝化功能基因分析

采用石英砂、活性炭双层滤料反硝化深床滤柱处理城镇污水处理厂二沉池出水中硝酸盐氮（NO₃^--N）,研究了深床滤柱反硝化脱氮性能以及主要反硝化功能基因对进水碳氮比（化学需氧量/总氮,即COD/TN,简称C/N）的响应。结果表明,NO₃^--N平均转化率随着C/N升高,由46.5%升高至90.0%,化学需氧量（COD）平均去除率由97.2%降至76.5%。低碳氮比（C/N<6）条件下,出水亚硝酸盐氮（NO₂^--N）出现明显的积累,在C/N=4.2时,积累率达41.5%,在高碳氮比（C/N ≥ 6）条件下,NO₂^--N积累量逐渐减少,直至出水无NO₂^--N。研究表明,反硝化深床滤柱对污染物的转化主要发生在前35cm滤料深度,COD去除率和NO₃^--N转化率分别为94.0%、81.2%。采用荧光实时定量PCR技术在C/N分别为4.2、6和7条件下,对深床滤柱中反硝化功能基因napA、narG、nirK、nirS和nosZ数量进行分析,结果表明,随着C/N升高,各反硝化功能基因拷贝数也随之升高,说明增加碳源投加量可以为反硝化细菌提供更好的生长环境,有利于其生长繁殖,促进反硝化过程的进行;当narG基因拷贝数大于（nirS+nirK）基因拷贝数时,NO₂^--N会产生积累。     

部分短程硝化SBR实现低C/N比生活污水碳源的充分利用

为实现低C/N比生活污水中碳源的充分利用,以部分短程硝化SBR为研究对象,通过减少进水输入碳源的量和增加反硝化利用碳源的量两方面来提高碳源利用率（反硝化利用碳源的量与总进水碳源的量的比值）,分别考察了进水量、排水比、曝气时间、沉淀时间、曝气后搅拌时间对碳源利用率的影响。结果表明,排水比由50%变为35%,碳源利用率由15.1%提高到24.8%;曝气时间由2 h增加到2.25 h,碳源利用率由24.8%提高到27.5%;曝气后增加1.5 h的搅拌过程,碳源利用率又提高了3.8%,此时出水的亚硝态氮积累率（NAR）为94.8%,NO₂^--N/NH₄⁺-N为1.7,表明了系统稳定的短程硝化效果,且能为同步厌氧氨氧化-反硝化（SAD）工艺提供更适宜的进水。通过调节以上运行参数,部分短程硝化SBR对于低C/N比生活污水的碳源利用率得以提升,节省了后期曝气去除有机物的能耗,进而削弱好氧异养菌的生长,有效避免好氧异养菌过度增殖对氨氧化菌（AOB）的冲击,维持系统稳定的短程硝化效果。     

NOx——N对初沉污泥厌氧发酵及反硝化性能的影响

为了解决低C/N比污水的脱氮问题,本研究将NO_x^--N引入到初沉污泥厌氧发酵系统,利用初沉污泥厌氧发酵过程释放的有机碳源完成反硝化,以达到利用初沉污泥作为碳源强化污水脱氮的目的。通过对系统中VFAs积累、NO_x^--N去除及VSS变化情况的考察,对比研究了4种不同电子受体类型初沉污泥厌氧系统发酵性能、反硝化能力。得出:在34 d的发酵期里,NO₃^--N型系统以及NO₂^--N、NO₃^--N混合型系统中没有出现明显VFAs积累,而在NO₂^--N型系统和纯厌氧系统中出现了不同程度的VFAs积累,说明在试验条件下,NO₃^--N型和混合型系统发酵过程所释放的碳源能得到较好的利用;各系统中NO_x^--N还原总量分别为1692 mg·L^-1(NO₃^--N型)、1330 mg·L^-1(混合型)、1223 mg·L^-1(NO₂^--N型),表明NO₃^--N型系统反硝化能力最强;此外,虽然各NO_x^--N系统中的VSS减量程度相对于厌氧系统稍有降低,但各系统均达到了60%以上的高VSS减量水平,其中NO₃^--N型系统VSS减量67.9%,在各NO_x^--N系统中最高。综上,NO₃^--N型初沉污泥厌氧发酵系统能同时取得相对最好的反硝化脱氮及污泥减量性能。     

反硝化颗粒污泥处理不锈钢酸洗废水研究

采用以厌氧絮状污泥作为接种污泥的上流式厌氧反应器，通过调整其水力停留时间和水力条件等关键因素培养反硝化颗粒污泥，开展其对不锈钢酸洗废水脱氮研究。研究结果表明，上流式厌氧反应器以甲醇作为碳源运行42 d后，形成了成熟的反硝化颗粒污泥；成熟的反硝化颗粒污泥边缘清晰、表面包裹大量杆菌，单颗污泥沉降速率可达198～273 m/h，粒径为1～6 mm，反硝化速率最高可达2.79 gN/(gVSS·d)；在反应器NO₃^--N容积负荷为2.0～2.44 kg/(m³·d)时，NO₃^--N平均去除率为98.03%,NH₄⁺-N平均去除率为89.76%,TN平均去除率为97.81%；最终出水的氨氮及总氮可同时满足《钢铁工业水污染物排放标准》(GB 13456-2012)的间接排放标准和《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)的C级排放标准。本工艺相比传统反硝化工艺能够节约碳源30%左右。     

包埋有机缓释碳源强化二级出水的深度脱氮

针对污水处理厂深度脱氮受制于进水碳氮比偏低的问题，以玉米芯和聚己内酯（PCL）为原料制备有机缓释碳源处理二级出水，比较了包埋微生物（二沉池菌悬液）与非包埋情况下的脱氮表现。结果表明，当进水硝态氮为5 mg/L（低浓度），10 mg/L（中浓度）和20 mg/L（高浓度）时，包埋菌悬液是强化脱氮效率的有效手段。当处理进水硝态氮低于10 mg/L时，包埋菌悬液缓释碳源的脱氮效果均较好，硝态氮去除率达97.34%以上。当进水硝态氮大于20 mg/L时，释碳量高的碳源仍能稳定脱氮，同时因较高的碳源利用效率，包埋碳源具有最佳总氮去除，去除率为88.80%。制备包埋活性污泥菌悬液的固态缓释碳源时，采用十二烷基硫酸钠（K12）发泡增加碳源的比表面积，可强化脱氮微生物的附着增殖，与活性污泥微生物相比，长期运行中出现了的反硝化功能菌属Methyloversatilis，丰度为16.06%。     

不同碳源条件下A/O-MBR的脱氮性能对比研究

碳源是影响脱氮效果的关键因素之一。在A/O-MBR中进行了葡萄糖、乙酸钠和厨余发酵液的脱氮性能对比。结果表明:3种碳源条件下反应器对NH4+-N的去除率都较高,达到98%以上;以葡萄糖为碳源时,反硝化作用不够彻底,TN去除率只有60%,而乙酸钠和厨余发酵液的反硝化作用明显,TN去除率达到80%。通过批式实验得出,葡萄糖的比反硝化速率最低,乙酸钠和厨余发酵液的比反硝化速率较高,且相当;同时,葡萄糖的反硝化COD利用效率也比乙酸钠和厨余发酵液低,说明其脱氮能力低于后两者。     

不同S/N对硫自养短程反硝化亚硝酸盐积累特性试验研究

短程反硝化是一种厌氧氨氧化基质NO₂^--N获取的新型途径。在自养短程反硝化系统中，以硫代硫酸钠作为底物，在不同的硫氮比(S^2-/NO₃^--N)的条件下，通过控制水力停留时间、温度，将NO₃^--N还原至NO₂^--N，成功实现自养短程反硝化系统中NO₂^--N的积累。实验结果表明，三个S/N表现出不同的NO₂^--N的积累，S/N为1:1.14时，NO₃^--N的去除率稳定在75%左右，NO₂^--N的积累率(NTR)几乎为零；S/N为1:1.71时，NO₃^--N的去除率维持在40%～50%之间，NTR增长到8%左右；S/N为1:2.28时，NO₃^-     

集成式铁基质生物膜反应器自养反硝化深度脱氮

以污水厂处理水为研究对象，采用铁基质生物载体与生物膜耦合实现高效自养反硝化脱氮。考察停留时间（HRT）对系统脱氮效能的影响，通过动力学及微生物群落结构分析，揭示耦合技术的脱氮机理。结果表明：HRT为8 h，对一级A和一级B污水厂处理水，总氮(TN)平均去除率分别为95.41%和92.55%，TN处理负荷分别为0.48 kg TN/(m³·d）和0.58 kg TN/(m³·d），硝化过程氨氮(NH₄⁺-N)饱和常数分别为1.17 mg/L和0.72 mg/L，反硝化过程硝氮(NO₃^--N)饱和常数分别为0.87 mg/L和0.67 mg/L。出水水质分别达到《地表水环境质量标准》Ⅲ类、Ⅴ类水质标准。铁基质生物载体与生物膜耦合系统中微生物优势菌属为Maritimimonas、Rhodobacter和Sphaerotilus, 均为自养反硝化菌，证实了铁基质生物载体可为自养反硝化菌提供电子，实现生物自养反硝化脱氮。     

不同电子受体配比对反硝化除磷特性及内碳源转化利用的影响

以A²/O-生物接触氧化(biological contact oxidation,BCO)系统反硝化除磷活性污泥为研究对象,通过投加不同浓度的NO₂^--N和NO₃^--N(30 mg·L^-1),考察了反硝化聚磷菌(denitrifying polyphosphate accumulating organisms,DPAOs)在不同电子受体配比(NO₂^--N:NO₃^--N0, 0.2:0.8, 0.4:0.6, 0.5:0.5, 0.6:0.4)条件下的脱氮除磷特性。结果表明:乙酸钠为DPAOs用于反硝化除磷的理想碳源,且其浓度为200 mg·L^-1时最佳;仅以NO₃^--N为电子受体进行缺氧吸磷反应时,NO₃^--N的投加量为30 mg·L^-1时较为合适;以NO₂^--N作为电子受体,未经 驯化的DPAOs,短时间内很难利用NO₂^--N,但低浓度的 (6 mg·L^-1)不会影响DPAOs以 作电子受体进行反硝化除磷;同时,NO₂^--N对于DPAOs吸磷作用的抑制程度明显强于 反硝化作用,当NO₂^--N浓度达到18 mg·L^-1时,吸磷反应基本停止;此外,较高浓度的NO₂^--N不仅会抑制聚羟基脂肪酸酯(poly-β-hydroxyalkanoate,PHA)的分解利用,且会使PHA分解产生的能量较多地用于储存糖原(glycogen,Gly),而所分解利用的PHA中90%以上为聚-β-羟基丁酸酯(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)。     

3种单一及其混合碳源的生物反硝化脱氮效能

分别以乙酸钠、乙醇、葡萄糖及其两两混合物作为外碳源,对生活废水进行生物反硝化研究。结果表明,不同碳源系统均出现了NO2^--N的短时间积累,与单一碳源系统相比,对应混合碳源系统NO2^--N最大积累量较低。从培养初始至120 min时,随培养时间增加,单一和混合碳源系统中NO3^--N含量均大幅降低,乙酸钠、乙醇、葡萄糖、乙酸钠+乙醇、乙醇+葡萄糖、乙酸钠+葡萄糖系统的平均反硝化速率分别为6.9、5.1、4.3、7.2、5.7、6.0 mg/(g·h),至120 min时,各系统NO3^--N去除率分别为100%、77.8%、64.8%、100%、78.4%、85.1%。乙酸钠、乙酸钠+乙醇、乙酸钠+葡萄糖系统NO3^--N去除率分别在120、120、210 min时达到100%。从脱氮效果、碳源成本、环境风险角度,乙酸钠+.葡萄糖更适合作为工程应用上的外碳源。     

驯化后的聚糖菌对NO2——N和NO3——N内源反硝化速率的影响

在序批式（sequencing batch reactor,SBR）反应器中,通过分段厌氧-好氧（厌氧后排水）运行方式,在以葡萄糖为碳源、P/C比小于2/100的条件下,成功实现了聚糖菌（glycogen accumulating organisms,GAOs）的驯化富集,厌氧段磷酸盐的释放量（phosphorus release amounts,PRA）稳定在1.0 mg·L^-1以内,胞内糖原（glycogen,gly）含量是初始阶段的1.2倍。驯化后的GAOs分别以NO₂^--N、NO₃^--N为电子受体经厌氧-缺氧运行方式,可进行内源反硝化反应过程。GAOs在内源反硝化过程中依次利用胞内的聚β-羟基戊酸酯（poly-β-hydroxyvalerate,PHV）、聚β-羟基丁酸酯（poly-β-hydroxyvalerate,PHB）和gly作为内碳源。在22℃时,反硝化聚糖菌（denitrifying glycogen accumulating organisms,DGAOs）以NO₂^--N、NO₃^--N为电子受体平均比内源反硝化速率分别为0.067 g N·（g VSS）^-1·d^-1、0.023 g N·（g VSS）^-1·d^-1,常温短程内源反硝化速率约是全程内源反硝化速率的3倍。     

固液碳源对反硝化脱氮及污泥产量影响研究

分别用乙酸钠和聚己内酯作为外加碳源,对反硝化滤池中固液碳源对污水厂出水脱氮的反硝化效果和污泥产量进行了对比研究。结果表明,液体碳源的反硝化速率更快,可达到2.19 g/(L·d),氮去除率最高可达到95%以上,固体碳源的反硝化速率低于液体碳源,受HRT的影响更大。固体碳源中NO2^--N几乎不积累,液体碳源更容易积累且积累量与HRT有关,2种碳源中均存在异化性硝酸盐还原成铵反应,但出水NO2^--N和NH4^+-N含量均未超标。固体碳源的出水COD稳定低于50 mg/L,当HRT缩短时,液体碳源出水COD存在超标的风险。液体碳源的浓缩污泥产量和单位污泥产量分别为固体碳源的3倍和1.6倍。使用固体碳源可以有效减少污泥的产生。     

炼油废水中好氧反硝化菌的筛选及降解特性

为了提高炼油废水生物处理装置的反硝化性能,从武汉石化污水处理厂的活性污泥中筛选出一株好氧反硝化菌AD10,经生理生化及16SrDNA序列分析,将其鉴定为假单胞菌属。通过单因素实验研究了该菌的最适培养条件:以丁二酸钠为碳源,C/N=14,温度30℃,初始pH=6.0,摇床转速200r/min。在此条件下,ρ(NO₃^--N)=556.81mg/L时72h的去除率为97.2%,且耐受的硝酸盐氮质量浓度达到654.00mg/L。菌株AD10培养11.5h,对ρ(NO₃^--N)=140.31mg/L和ρ(TN)=141.62mg/L的去除率分别为95.8%和93.9%,其反硝化速率高于大部分已发现的好氧反硝化菌,检测到的ρ(NO₂^–-N)≤2.30mg/L,未出现明显的积累,菌株AD10能够进行完全反硝化。     

新型厌氧水解酸化-短程反硝化厌氧氨氧化工艺同步处理生活污水和含硝酸盐模拟废水

构建新型厌氧水解酸化（AnHA）-短程反硝化厌氧氨氧化（PD/A）工艺,实现了低碳氮比模拟生活污水和低浓度硝酸盐模拟废水的同步和高效处理。通过控制进水NO₃^--N/NH₄⁺-N=1.2、COD/TN=2.36,调控生活污水分段进水比为3∶7,AnHA反应器HRT=3.2h,AnHA-PD/A系统实现了94.78% TN去除,相应出水TN浓度仅为5.47mg/L,远低于我国城镇污水处理厂一级A排放标准。稳定运行期间,PD-Anammox过程作为AnHA-PD/A系统内最为主要的氮素去除过程,其对系统TN去除贡献率高达95.87%。气相色谱结果表明,乙酸作为AnHA出水主要有机成分（43.65%）,即优质碳源供给极大地促进了PD/A系统内NO₂^--N供给过程。微生物高通量测序表明,Commamonas和Omatilinea作为AnHA系统内相对丰度最高的水解和酸化菌属,在大分子有机物的降解产酸过程中发挥重要作用,相应丰度分别为2.97%和3.74%;PD/A系统内主要优势功能菌属为Candidatus Brocadia和Thauera,相应丰度分别为2.93%和7.37%。     

包埋型单宁酸铁制备及吸附催化脱氮性能研究

单宁酸铁(TA-Fe)具有吸附催化脱氮性能,包埋型TA-Fe可解决其固液分离问题。采用海藻酸钠(SA)制备包埋型SA/TA-Fe,并对其特性进行表征,同时评价SA/TA-Fe的吸附催化脱氮性能,以及制备条件对SA/TA-Fe的吸附催化脱氮性能的影响。结果表明,SA/TA-Fe具有明显孔隙结构且TA-Fe存在于孔隙表面,但比表面积明显下降。SA/TA-Fe对NH4⁺-N和NO₂^--N均具有吸附能力,但吸附能力低于TA-Fe,同时对NH4⁺-N的吸附能力大于NO₂^--N。包埋后TA-Fe对吸附NO₂^--N的影响更为显著。SA/TA-Fe对NH4⁺-N和NO₂^--N具有吸附催化能力,可同步提高NH4⁺-N和NO₂^--N的去除量。采用20 g/L的SA溶液,按照TA-Fe和SA质量比为2:1,交联时间为12 h,制得的SA/TA-Fe对NH4⁺-N和NO₂^--N的吸附催化去除效果最佳。     

Bioaugmentation of two-stage aerobic sequencing batch reactor with mixed strains for high nitrate nitrogen wastewater treatment

Mixed strains Delftia sp.YH01 and Acidovorax sp.YH02, with capability of heterotrophic nitrification-aerobic denitrification, were introduced into a two-stage aerobic sequencing batch reactor to enhance NO₃^--N removal. With optimal C/N of 8, efficient NO₃^--N removal was achieved at initial NO₃^--N concentration of 2000 mg·L^-1. Meanwhile, the massive accumulation of NO₂^--N was avoided during the long operation. Compared to the one-stage aerobic sequencing batch reactor, the removal efficiency of NO₃^--N and TN in the two-stage aerobic sequencing batch reactor was increased by 36.5% and 42.7%, which respectively was 93.8% and 88.4%. Microbial community study showed that the mixed strains have the stronger viability and can synergistically denitrify with the indigenous microorganisms in system, such as Azoarcus, Uncultured Saprospiraceae, Thauera, Paracocccus, which could be major contributors for aerobic denitrification. The proposed technology was shown to achieve high-efficiency treatment of high NO₃^--N wastewater through aerobic denitrification.     

氮浓度对新型生物电化学-颗粒污泥反应器运行的影响

探讨了新型生物电化学-颗粒污泥反应器在不同进水氮浓度下的脱氮效能与产电性能，并从颗粒污泥的关键酶活性、胞外聚合物组分以及微生物群落分布等角度系统研究了其影响机制。结果表明，COD、NO₃^--N、NO₂^--N和溶解性甲烷在第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段（进水NO₃^--N和NO₂^--N浓度分别为60 mg·L^-1和20 mg·L^-1、100 mg·L^-1和40 mg·L^-1、140 mg·L^-1和60 mg·L^-1、180 mg·L^-1和80 mg·L^-1）均得以有效去除，其中COD去除率在第Ⅳ阶段效果最佳，去除率达96%以上，NO₃^--N出水浓度在第Ⅱ阶段更为稳定，其去除率达99%以上，NO₂^--N去除率在各阶段均达99%以上；该反应器最大的功率密度与输出电压值为第Ⅳ阶段的4号格室，分别为471.2 mV·m^-3和608.1 mV。污泥疏松型胞外聚合物（LB-EPS）中多糖与蛋白含量最高为第Ⅱ阶段的5号格室，分别为13.7 mg·g^-1和14.7 mg·g^-1；1号格室污泥中辅酶F₄₂₀活性最低，进水氮浓度的增大提高了污泥中蛋白酶活性。由第Ⅰ阶段至第Ⅳ阶段，该反应器中变形菌门（Protebaoteria）相对丰度减少，而绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）和浮霉菌门（Planctomycetes）相对丰度增加；具有脱氮作用的陶厄氏菌属（Thauera）在1号格室减少了8.64%，但该反应器脱氮效果未受到影响；甲烷丝状菌属（Methanothrix）在4号格室相对丰度增至12.3%，表明产甲烷菌可在该反应器中与其他菌群联营共存。