以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷影响因素的研究现状

以亚硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷拥有能耗低、需氧量少等优点,但其反应受多重因素影响。综述了将NO2--N作为电子受体的反硝化除磷机理,同时概述了底物种类、NO2--N质量浓度、泥龄、污泥驯化方式等分别对亚硝化反硝化除磷的影响,当有机底物为乙酸盐,NO2--N质量浓度低于30 mg/L,泥龄15 d,温度在20~30℃时,能获得较好的亚硝化反硝化除磷效果,并在此基础上对该领域的研究提出了展望。     

反硝化除磷技术及其影响因素分析

反硝化除磷技术是目前国内外污水脱氮除磷研究领域的新热点.基于其高效低能耗特性,探讨反硝化除磷的基本原理、介绍几种典型工艺、总结反硝化除磷的影响因素.通过分析认为NO3-和NO2-均可以作为最终电子受体进行缺氧吸磷,提出结合亚硝酸盐型硝化技术以实现短程硝化后的反硝化除磷,从而进一步达到节能降耗的目的.     

不同电子受体稳定除磷的驯化及性能比较

在SBR反应器中分别培养以O2、NO3-、NO2-为电子受体的除磷菌,考察它们的驯化过程、吸磷效果,比较各自系统稳定运行时的除磷能力、PO43-P变化过程及优势。试验结果表明:一个月后PAO能够稳定除磷,经过三个月左右筛选出单独以NO3-及NO2-为电子受体的反硝化聚磷菌,稳定后的系统具有良好的反硝化除磷能力;而以O2为受体的吸磷效果要优于反硝化除磷方式,NO3-的效果次之,NO2-在脱氮效果上要优于NO3-,但除磷性能却相对低;稳定周期下以O2为电子受体的平均厌氧释磷量在20 mg.L-1左右,NO3-及NO2-平均释磷量分别为17 mg/L及12 mg/L,吸磷量分别为1 mg[P]/0.08 mg[O2]、1 mg[P]/51.47 mg[NO3-N]及1 mg[P]/119.26 mg[NO2-N]。     

不同电子受体对生物除磷效果的影响

试验对不同电子受体对生物除磷的影响和各自优势进行了研究。在3个SBR反应器中,分别考察了以NO3--N和NO2--N为电子受体的反硝化除磷现象,以及传统以O2为电子受体的生物聚磷现象。试验结果表明传统生物聚磷在吸磷效果上要优于两种反硝化除磷方式,但后两者的耗氧量和碳源需求减少。以NO3--N为电子受体的反硝化除磷在除磷效果上要优于以NO2--N为电子受体的反硝化除磷,但脱氮效果差。     

亚硝氮为电子受体缺氧吸磷的试验研究

为进一步了解反硝化除磷菌,以SBR反应器在厌氧/好氧条件下培养的聚磷菌为对象,进行批次试验,研究了不同浓度NO_(2-)~--N对缺氧吸磷过程的影响。结果证实:NO_(2-)~--N可以作为缺氧吸磷的电子受体,但吸磷速率比好氧吸磷低,吸磷量比好氧吸磷少。反应开始时的NO_(2-)~--N/P对反应过程影响很大,该试验中NO_(2-)~--N/P为0.60时缺氧吸磷量和吸磷速率均达到最高。低于该值时,吸磷量和吸磷速率随着氮磷比的提高而增加,NO_(2-)~--N消耗完时,体系出现"二次释磷"现象;高于该值时,吸磷量和吸磷速率随着氮磷比的提高而减少。NO_(2-)~--N浓度达到80mg/L时,没有发现对反应的抑制作用。     

NO3^-、NO2^-作为反硝化除磷最终电子受体的研究初探

为探讨反硝化除磷工艺较适合的电子受体,采用序批式反应器(SBR),在厌氧/缺氧条件下,分别利用NO-3、NO-2两种电子受体进行反硝化除磷的静态对比试验研究,考察两者之间的不同脱氮除磷特性.结果表明,在反硝化除磷过程中,硝酸盐必先转化为亚硝酸盐后才能继续反硝化为氮气;在低温状态下,亚硝酸盐反硝化除磷茵体的活性较硝酸盐反硝化除磷茵体更强;同等条件下,亚硝酸盐为电子受体时的平均厌氧释磷速率约是硝酸盐为电子受体时的两倍,缺氧吸磷速度则相当.亚硝酸盐在一定程度上可以充当生物除磷的最终电子受体.     

电子受体和MLSS对反硝化除磷的影响

采用序批式活性污泥法进行污水处理试验,考察电子受体的浓度和种类、MLSS对反硝化聚磷污泥脱氮除磷效果的影响。结果表明硝酸盐浓度的提高有利于除磷,但过高的硝酸盐浓度（40 mg/L）,会导致脱氮效果降低,进而影响下一周期的厌氧释磷效果;在较低的亚硝酸盐浓度下（5 mg/L）,有少量摄磷;当亚硝酸盐浓度大于20 mg/L时,对反硝化除磷有明显的抑制作用;随着MLSS增加,厌氧释磷量和缺氧摄磷量均增加;单位MLSS释磷量和单位MLSS摄磷量均与MLSS变化趋势相反;当MLSS大于11．3 g/L时,MLSS的增加对厌氧释磷量和缺氧摄磷量影响不大。     

好氧聚磷污泥反硝化除磷特性研究

以培养成功的好氧聚磷污泥为研究对象,考察其在硝酸盐或亚硝酸盐存在下的反硝化除磷特性。结果表明,好氧聚磷污泥在在未经厌氧/缺氧驯化条件下已具有良好反硝化聚磷特性。好氧聚磷污泥可利用硝酸盐作为电子受体进行脱氮除磷,在硝酸盐耗尽后停止聚磷,在一定的浓度范围内聚磷量与硝酸盐消耗量具有线性关系。在以亚硝酸盐作为电子受体的条件下,好氧聚磷污泥与反硝化聚磷污泥具有相似特点:在初始亚硝酸盐浓度较低情况下可少量聚磷,在其浓度较高时聚磷受到抑制。亚硝酸盐有可能为解偶联剂,在其还原的过程中并不耦合发生聚磷。反硝化速率随着其硝酸盐或亚硝酸盐初始浓度的升高而降低。     

一株反硝化聚磷菌的筛选与特性研究

采用富集培养基,结合蓝白斑筛选、poly-P染色等实验,从污水处理厂污泥中分离出8株反硝化聚磷菌;再经硝酸盐还原产气及脱氮吸磷效能实验,筛选到1株高效反硝化聚磷菌N_(14);经16SrDNA基因序列分析及生理生化实验,将其鉴定为Klebsiella sp.,命名为Klebsiella sp. N_(14)。菌株在合成污水中好氧培养24 h后,上清液磷浓度从81 mg/L降到12.4 mg/L,除磷率为88.5%,硝酸盐氮浓度从180 mg/L降到15 mg/L,亚硝酸盐氮浓度从94 mg/L降低到6.7 mg/L,脱氮率为84.7%。菌株生长最适pH是8,最适温度是30℃,最佳碳源为乙酸钠。     

SUFR脱氮除磷系统中反硝化聚磷菌的性能研究

对螺旋升流式反应器(SUFR)脱氮除磷系统中高PHB及低PHB含量的污泥在有无外碳源及硝酸盐条件下的反硝化吸磷／释磷性能进行了试验研究。结果表明：(1)反硝化聚磷菌约占全部聚磷菌总量的72．4％,同时加入碳源和磷酸盐的反硝化速率高于只加入碳源的反硝化速率,约有37％～39％的脱氮作用是由反硝化聚磷菌完成的;(2)当有外碳源存在时,反硝化速率是无外碳源时的1.6倍左右,PHB含量高的污泥表现出反硝化吸磷现象,PHB含量低的污泥表现出反硝化释磷现象;(3)在缺氧条件下,吸磷量与消耗PHB的比值为0．71～0．86,低于在好氧条件下的1．08。     

亚硝酸盐对聚磷菌反硝化除磷代谢及N2O产生的影响

以乙酸钠/丙酸交替为碳源的强化生物除磷(enhance biological phosphorus removal, EBPR)系统为研究对象,母反应器内种泥在厌氧/好氧的运行条件下已培养340 d,聚磷菌富集纯度达到92%±3%,考察了不同浓度亚硝酸盐氮(44.64、70.3、94.33、112.36 mg NO₂^--N·L^-1)为电子受体对聚磷菌缺氧吸磷代谢的影响。结果表明,从未经缺氧驯化的高纯度聚磷菌也可以进行反硝化除磷代谢。在缺氧反应过程中NO₂^--N还原速率、PO₄^3--P吸收速率、PHA降解速率随着亚硝酸浓度升高呈下降趋势,但是在初始亚硝酸盐氮浓度最高为112.36 mg NO₂^--N·L^-1条件下,代谢并未停止,此时亚硝酸盐还原速率与磷酸盐吸收速率仍可以分别达到2.61 mg NO₂^--N·(g MLSS)^-1·h^-1和3.0 mg PO₄^3--P·(g MLSS)^-1·h^-1。聚磷菌在以细胞内PHA作为碳源以NO₂^--N作为电子受体反硝化除磷代谢过程中,由于初始亚硝酸盐的抑制作用使NO₂^--N还原速率大于N₂O还原速率,从而产生大量的N₂O积累。初始投加NO₂^--N浓度为44.64、70.3、94.33、112.36 mg NO₂^--N·L^-1时,产生的N₂O占TN的比例分别为63.5%、49.0%、30.2%、24.0%。在底物充足的条件下,代谢中积累的N₂O可以通过延长缺氧搅拌时间,使其转化为N₂。     

抗生素对耐药型反硝化菌反硝化过程的影响

外加碳源可以提高反硝化速率,进而提高脱氮效果。本研究以甲醇为外加碳源对反硝化污泥进行培养,通过对仅投加甲醇、加甲醇和抗生素(氧氟沙星)的接种污泥进行长期培养,比较研究了抗生素对加抗生素和不加抗生素的活性污泥反硝化过程的影响。结果表明添加较低浓度抗生素时,反应终止时非耐药菌硝酸盐浓度均在50 mg/L以下,耐药菌硝酸盐浓度接近50 mg/L,添加高浓度抗生素时两种污泥硝酸盐浓度均大于50 mg/L。抗生素对亚硝酸盐的影响较小,亚硝酸盐浓度范围在0.24～2.34 mg/L。     

NO_2~--N对反硝化除磷系统运行效能的影响

通过改变反硝化聚磷菌(DPAOs)的电子受体类型,考察了不同浓度的NO_2--N作为电子受体时其对反硝化除磷系统运行效能的影响。试验结果表明,在合适的进水NO_2--N浓度范围内,DPAOs经过驯化后能够以NO_2--N为电子受体进行反硝化除磷反应;在短程反硝化除磷系统中,NO_2--N的抑制浓度为30 mg·L-1,当系统进水中的NO_2--N浓度大于30 mg·L-1时,系统的除磷作用及PHA的合成作用均会受到抑制,系统的反硝化效果和COD去除效果亦会出现较为明显的变化,究其原因可能与系统中GAO开始占据优势有关;在短程反硝化除磷系统中,厌氧释磷量与缺氧吸磷量有着良好的线性关系,而对于NO_2--N对DPAOs的抑制机理,笔者将在后续试验中进行深入分析和探究。     

废水生物除磷电子受体及工艺研究进展

论述分析了废水生物除磷电子受体从氧到硝酸盐和亚硝酸盐的衍变过程及其相应的典型工艺形式,提出并建立了连续流亚硝化/反硝化聚磷生物除磷新工艺。该工艺具有两个关键点,一个是亚硝化段内亚硝酸盐的稳定积累,另一个是缺氧段中以亚硝酸盐为电子受体超量摄取磷。与常规的反硝化除磷技术相比,亚硝化/反硝化聚磷生物除磷工艺中引入了短程硝化技术,更加节约能耗、减少污泥排放量,具有重大的理论意义和应用价值。     

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)。     

长/短HRT联合低/高曝气实现短程硝化反硝化脱氮除磷

为了实现从同步硝化反硝化除磷向短程硝化反硝化除磷颗粒的转变，以颗粒污泥为接种污泥，采用低C/N比的人工配水，通过长/短HRT下的低/高曝气强度交替策略驯化短程硝化反硝化除磷系统。本策略能够维持更高的游离亚硝酸（FNA）浓度和持续时间，在抑制好氧聚磷菌的同时富集反硝化聚磷菌（denitrifying phosphate accumulating organisms, DPAOs）；此外，利用氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌（nitrite oxidizing bacteria, NOB）的亲氧能力差异产生亚氮积累，为DPAOs提供电子受体，最终实现短程硝化反硝化除磷。结果表明，第60天时采用低/高曝气策略的颗粒污泥中\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{-}型DPAOs占比达45%，NOB 活性下降至3.28mgN/(gMLVSS·h)。在处理低碳源污水时，低/高曝气强度模式相较于恒定曝气强度模式展现出了更强的适应性和稳定性。稳定期出水COD浓度在50mg/L以下，出水总氮（TN）和总磷（TP）浓度分别低于15mg/L和0.5mg/L，TN去除率达94.54%，TP平均去除率为96.90%。     

反硝化除磷污泥系统驯化及其性能影响因素研究综述

传统生物脱氮除磷工艺存在碳源竞争、溶解氧需求大和菌群结构竞争等诸多问题,反硝化同步脱氮除磷能够在缺氧条件下以硝酸盐为电子受体,在脱氮的同时进行超量聚磷,实现氮磷同步去除,具有节约碳源、能源、污泥产量低等优点,符合污水处理工艺节能减排的绿色发展理念。反硝化聚磷污泥的驯化是运行反硝化同步脱氮除磷工艺的前提,文中综述了一步法、两步法和三步法这3种主要反硝化聚磷污泥的驯化方式,并对比分析研究进展。其中,一步法驯化具有运行操作简单、驯化速度快的特点;提出温度、pH、碳源种类及浓度、电子受体种类及浓度、污泥浓度、污泥龄的建议范围;同时提出同步反硝化除磷还需对碳源、电子受体等影响因素的作用机理等问题深化研究。     

一株反硝化聚磷菌生长及脱氮除磷特性

为进一步探讨反硝化除磷机理,试验采用前期分离一株典型的反硝化聚磷菌,研究其生长及除磷脱氮特性。利用纯菌和反应器静态模拟试验考察了不同电子受体对脱氮除磷效率的影响。该反硝化聚磷菌的生长曲线比较典型,其潜伏期不足1h,对数生长期约为14h,菌株除磷过程中吸磷与硝氮去除呈良好的线性关系,对硝氮和亚硝氮两种电子受体都能利用,该菌株相对亚硝酸盐敏感性低,不同的电子受体并未对菌株除磷效果有明显的影响,吸磷率都达到60%以上。反应器静态模拟实验验证了在反应器内存在的主要优势DPB菌对两种不同电子受体都能利用,与菌株实验结果一致。     

MLSS和温度对以NO_2~--N为电子受体的反硝化除磷的影响研究

对经过长期培养驯化的以NO-2-N为电子受体的反硝化聚磷污泥进行静态烧杯试验,研究了MLSS和温度等因素对反硝化除磷系统处理效果的影响。结果表明,MLSS浓度过高或过低都会影响系统对PO34--P的去除效果,MLSS为4 000 mg/L左右时,系统的除磷效果最佳。系统运行的最佳温度为20℃左右,此时系统对PO34--P的去除率达到了89.14%。     

一株短程反硝化除磷菌的鉴定与生物学利用

依据短程反硝化除磷原理,在SBR装置中加入厌氧池污泥,采用厌氧/缺氧工艺,投入亚硝酸盐以富集短程反硝化除磷菌（SDPB）,并进行SDPB的筛选、分离,采用传统与现代分子生物学鉴定相结合手段确定其分类地位,同时进行不同营养条件和环境条件下菌的生物学利用研究。结果表明：该菌株为一株新的兼性厌氧菌株,具有同步短程反硝化和除磷功能。通过细菌形态、生理生化指标、培养特征和16S rDNA序列进行同源性比较,鉴定该菌株为不动杆菌属,相似性高达99.3%,该种尚未见文献报道。Gi菌的最佳碳源为乙酸钠。此菌不仅可以利用NO^-₂也可以利用NO^-₃为电子受体。Gi菌的最佳pH值为7。温度为25℃时的反硝化除磷效果最好,适宜的温度为20～35℃。当温度为10℃时微生物生长受到抑制,温度高于35℃时活性下降。磷、氮的最高去除率分别可达82.94%和82.99%。