高亚硝态氮钝化清洗废水的生物处理及过程控制

钝化清洗废水含有高浓度亚硝态氮,采用普通活性污泥难以进行生物处理。采用亚硝态氮废水富集亚硝态氮氧化菌（NOB）,以富含NOB污泥的SBR装置处理模拟化学清洗钝化废水,并提出了该处理工艺的过程控制策略。结果表明：该工艺可以在300 min内完全氧化亚硝态氮浓度高达2000 mg·L^-1的钝化废水,高浓度亚硝态氮没有对生物降解过程产生明显抑制;反应过程中DO浓度的变化与亚硝态氮氧化过程存在相关性,溶解氧浓度的移动斜率变化（DO-MSC）可作为亚硝态氮氧化过程控制参数;当DO-MSC >0.02时,亚硝态氮氧化过程结束,此时可停止曝气。批次试验结果显示在不同曝气量（0.02～0.125 m³·h^-1）和不同温度条件（15～30℃）下,DO-MSC指数均可有效指示亚硝态氮氧化终点。     

限时曝气下pH对SBR亚硝化快速启动及其过程影响

限时曝气条件下,采用SBR反应器处理模拟氨氮废水,通过pH控制实现了SBR系统快速亚硝化启动,并对不同pH下氨氧化过程进行了研究,考察了pH对氨氧化过程中DO变化规律、游离氨及氨氧化速率的影响。结果表明,在pH为7.59~8.12时,可实现氨氧化菌和亚硝态氮快速富集和积累,亚硝态氮积累率可达95%以上;通过pH调节可控制进水游离氨(FA)浓度及氨氧化过程中DO需求,进而影响选择性亚硝化过程。     

不同浓度亚硝态氮在弱碱性土壤中的转化规律研究

选取陕西省华县耕作土壤,在实验室条件下研究该弱碱性土壤在不同初始浓度的亚硝态氮(11.2,56,112,280,560 mg/kg土)存在下的氮的转化规律,并进一步阐明亚硝态氮在该土壤中的累积效应。结果表明,土壤中的亚硝态氮的累积效应随着浓度的增大不断增强,即土壤中亚硝态氮转化为硝态氮的转化时间随着亚硝态氮的初始浓度的增加而增加。但是,高浓度的亚硝态氮(560 mg/kg)向硝态氮转化过程中,从第10 d开始,亚硝态氮的转化速率明显下降,低于初始浓度为280 mg/kg时的状态,反应受到强烈的抑制作用;当调整土壤的初始pH值时,该浓度下的抑制作用也几乎不被影响。因此,对出现高浓度亚硝态氮的地区环境需要引起重视,并及时采取一定的措施,以防止其对人类健康产生进一步的影响。     

不同浓度亚硝态氮在弱碱性土壤中的转化规律研究

选取陕西省华县耕作土壤,在实验室条件下研究该弱碱性土壤在不同初始浓度的亚硝态氮(11.2,56,112,280,560 mg/kg土)存在下的氮的转化规律,并进一步阐明亚硝态氮在该土壤中的累积效应。结果表明,土壤中的亚硝态氮的累积效应随着浓度的增大不断增强,即土壤中亚硝态氮转化为硝态氮的转化时间随着亚硝态氮的初始浓度的增加而增加。但是,高浓度的亚硝态氮(560 mg/kg)向硝态氮转化过程中,从第10 d开始,亚硝态氮的转化速率明显下降,低于初始浓度为280 mg/kg时的状态,反应受到强烈的抑制作用;当调整土壤的初始pH值时,该浓度下的抑制作用也几乎不被影响。因此,对出现高浓度亚硝态氮的地区环境需要引起重视,并及时采取一定的措施,以防止其对人类健康产生进一步的影响。     

生物活性炭深度处理循环水产养殖废水研究

以经过臭氧氧化消毒→机械过滤→生物过滤的养鱼废水为原水,研究了生物活性炭对水产养殖废水中氨氮、亚硝态氮和COD深度处理的效果,并与活性炭吸附处理进行了对比研究.结果表明,在滤速14m·h-1、进水水温23.3～30.3℃、pH为7.35～8.06、溶解氧质量浓度为6.0～8.1 mg·L-1、氨氮质量浓度0.204～0.984mg·L-1、亚硝态氮质量浓度0.090～1.003 mg·L-1、COD为13.44～26.80mg·L-1的条件下,生物活性炭对氨氮、亚硝酸盐氮和COD的平均去除率分别达到85.5%、90.1%和43.8%.经生物活性炭处理后,出水氨氮和亚硝态氮浓度均达到了花鳗养殖对水质的要求,达标率分别为100%和97.6%,可以循环回用;在滤速14m·h-1,低进水氨氮、亚硝态氮浓度下,活性炭吸附对氨氮和亚硝酸盐氮几乎没有去除作用,但对COD的吸附去除率高达52.3%.     

生活污水对成熟厌氧氨氧化颗粒污泥的影响

部分短程硝化和厌氧氨氧化技术的研究主要集中在高氨氮废水方面,对低氨氮浓度生活污水的研究相对较少。使经过除碳和部分短程硝化后的实际生活污水进入厌氧氨氧化UASB反应器,探究生活污水对成熟厌氧氨氧化颗粒污泥的影响。结果表明,当厌氧氨氧化UASB反应器的进水由配水变为生活污水后,反应器出水中氨氮浓度可降到5 mg·L~(-1)以下,亚硝态氮浓度可降到1 mg·L~(-1)以下,但是硝态氮的生成量高于理论值,可能是溶解氧被带入UASB反应器使硝化作用增强。UASB反应器内厌氧氨氧化污泥颜色由红色变为红黑色,T-EPS含量减少,PN/PS由1.13增大到3.66,沉降性变好,反应器内污泥中厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia所占比例由17.7%减少为14.4%,系统内AOB和NOB菌的含量增加,如果能够降低进入UASB反应器的溶解氧,有可能会减少出水硝氮,达到较好总氮去除效果。     

ASBBR反应器厌氧氨氧化反应稳定性研究

利用已经成功启动的ASBBR反应器,通过不同的进水基质浓度,不同进水亚硝态氮、氨氮质量比和不同冲水比3个因素的交替变化,研究了厌氧氨氧化反应器脱氮效能稳定性的影响.当进水亚硝态氮与氨氮质量比在1～13的范围内变动时,对反应器内厌氧氨氧化反应的脱氮效能几乎没有影响,表明ASBBR反应器具有较高的抗负荷冲击能力.当进水后反应器内亚硝态氮质量浓度大于80mg·L~(-1)时,将导致反应器的总氮去除率下降,并且随着亚硝态氮浓度的增加,脱氯效果会越来越差.同时研究还表明水力冲击不会引起厌氧氨氧化反应器出现微生物流失,但随着水利负荷的增加,厌氧氨氧化细菌时新环境适应时间将会延长,导致相同周期内反应器脱氮效能的下降.     

硝态氮浓度对短程反硝化的反硝化速率影响研究

短程反硝化的反硝化过程是将水中的硝态氮反硝化控制在亚硝态氮阶段,亚硝态氮被直接还原成氮气的过程。硝态氮是亚硝态氮积累的来源,是影响短程反硝化过程的重要因素。通过改变硝态氮浓度,研究了不同浓度条件下的亚硝态氮的积累率,以及以短程反硝化的反硝化速率。结果表明,随着硝态氮浓度增加,亚硝态氮积累率先增大后趋于稳定,反硝化速率先增大再降低后趋于稳定,硝态氮浓度影响亚硝酸根积累率从而影响反硝化速率。实验采用双Monod方程模拟其反硝化过程动力学,根据方程可以预判不同硝态氮浓度下的反硝化速率。     

不同盐度生活污水硝化及N_2O释放特性

以14 L序批式活性污泥反应器(SBR)处理含盐生活污水,控制曝气体积流量60 L/h、时间300 min,考察不同盐度(NaCl)SBR内微生物活性变化,并确定反应器脱氮及N_2O释放特性。结果表明,盐度对各菌群抑制程度亚硝态氮氧化菌(NOB)氨氧化菌(AOB)碳氧化菌。盐度10 g/L,AOB和NOB受抑制程度较低,而N_2O还原受明显抑制,N_2O产率由盐度0时的5.14%增至10 g/L时的7.96%。盐度增至20 g/L,AOB和NOB均受到明显抑制,系统内亚硝化率达90%以上。系统淘洗出NOB,由全程硝化转变为短程硝化过程。NO_2~--N大量积累和AOB相对含量增加,为低含氧条件下AOB的好氧反硝化提供了条件,高盐度对氧化亚氮还原酶活性抑制也导致了系统N_2O释放量增加。     

纳米银颗粒对膜生物反应器运行性能及硝化细菌丰度的影响

考察了0.10 mg/L纳米银对膜生物反应器(MBR)运行、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)丰度的影响。运行试验结果表明,在投放纳米银前后,处理系统对化学需氧量(COD)平均去除率为95.4%和94.1%,处理水中的总氮(TN)以硝态氮为主,硝态氮平均质量浓度前后分别为12.5 mg/L和13.2 mg/L,因此,在纳米银颗粒影响下,MBR仍能达到普通MBR的处理效果。实时定量聚合酶链反应(QPCR)结果表明:在整个运行周期内,AOB与NOB菌群的基因数量都处于107数量级,且硝化螺旋菌Nitrospira为优势NOB;结合银离子的变化规律可知,纳米银大部分富集到污泥中,但硝化菌群的丰度没有受到长期投放纳米银颗粒的影响。     

脱氮新技术助含氨废水处理

浙江大学开发的短程硝化-厌氧氨氧化技术,适用于高浓度含氨废水的脱氮处理。经实际应用检验,该技术具有脱氮效果好、投资省、运行成本低和剩余污泥产量少、无需外加碳源等优点,值得企业关注。该技术采用高效生物硝化反应器,把一部分废水中的氨氮转化为亚硝氮,用作厌氧氨氧化的电子受体;把另一部分废水中的氨氮直接用作     

固相生长碳纳米管小球的制备及其催化降解废水的研究

以阴离子树脂为原料，通过离子交换和固相生长制备了亚毫米尺寸的碳纳米管小球。该碳纳米管具有典型的竹节状结构，含有1.55%的氮元素和2.32%的铁物种。将其用于催化臭氧氧化处理煤化工难降解有机废水，结果表明，其能大幅降低废水中化学需氧量(COD)、总磷和亚硝态氮的质量浓度，催化反应1 h内最高去除率分别达到了82.66%、72.97%和100%。     

引进厌氧氨氧化脱氮系统失效原因分析及解决途径

作为低碳节能的生物脱氮工艺，厌氧氨氧化引进国内已有十余年的历史，已有多家食品加工龙头企业从国外引进了十多套厌氧氨氧化脱氮系统。这些系统大部分运行良好，但也有少数脱氮效果不稳定，未能达到预期效果。以典型食品加工废水厌氧氨氧化处理系统为例，分析确定了该脱氮系统失效原因在于进水氨氮低于系统设计要求，难以形成稳定的亚硝氮积累，破坏了一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN-A)系统的稳定高效脱氮，导致系统出水总氮去除率下降，同时出水硝氮明显升高。为解决此难题，采用高效亚硝化反应器促进食品加工废水快速稳定亚硝化，一周后平均亚硝化率可达92.92%，平均出水亚硝氮为84.09 mg/L，平均亚硝化产率约为0.41 kg/(m³·d)，保障了厌氧氨氧化系统亚硝氮基质供应，并在小试Anammox脱氮系统实现总氮去除率达84.52%，出水总氮低于15 mg/L，平均总氮去除负荷0.56 kg/(m³·d)。研究结果可为解决当前国内食品加工厌氧氨氧化脱氮系统失效问题提供新的思路。     

MUCT工艺处理生活污水短程脱氮的实现及硝化菌群动态变化

采用连续流MUCT工艺处理实际生活污水,研究短程生物脱氮的实现,并采用实时荧光定量PCR方法(quantitative real time PCR,QPCR)分析全程脱氮向短程脱氮转变过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)的动态变化。通过降低溶解氧浓度为0.5 mg·L~(-1)和缩短水力停留时间为6 h,实现短程硝化,亚硝酸盐积累率达到90%。在短程硝化稳定运行阶段总氮去除率高达90%以上,远远大于全程阶段的74%。QPCR结果表明全程脱氮阶段水力停留时间的缩短使AOB细胞数呈现下降的趋势,NOB细胞总数稳定维持在108 cells·(g dried sludge)~(-1)。短程脱氮阶段,AOB细胞数小幅度上升,由3.17×106 cells·(g dried sludge)~(-1)增长到1.32×107 cells·(g dried sludge)~(-1),同时AOB占全菌的比例也小幅度增长。NOB的细胞数在5.9×107~1.78×108 cells·(g dried sludge)~(-1)之间波动。NOB占全菌的比例由1.44%下降到0.47%。因此,MUCT工艺处理实际生活污水的系统中NOB丰度降低及活性抑制是实现并维持短程生物脱氮的重要原因。短程脱氮运行期间由于控制低溶解氧浓度和短的水力停留时间,AOB丰度及相对含量没有显著增加,甚至下降,但不会影响氨氮和总氮的去除。     

连续流沸石SBR用于高氨氮废水的稳定亚硝化

在新型连续流沸石序批式反应器（C-ZSBR）中,以模拟废水作为进水,9 d 后成功启动 C-ZSBR。结果表明,在进水NH₄⁺-N 质量浓度为（416±12.3）mg/L 时,系统的亚硝氮积累率（NAR）在（98.05±0.5）%,出水满足厌氧氨氧化进水要求。进水氨氮负荷为 1.15 kgN/（m³·d）,亚硝氮产率为 0.57 kgN/（m³·d）。对数据进行分析,发现沸石对氨氮的吸附有利于维持较高的沸石表面游离氨（FA）浓度。FA 和游离亚硝酸盐（FNA）对亚硝酸盐氧化菌（NOB）的联合抑制是实现稳定亚硝化的关键因素。     

氨氮在两种电解质体系下的电化学氧化

以钛基氧化物涂层材料(IrO2,RuO2,TiO2/Ti)为阳极,石墨为阴极,考察了氨氮的直接电化学氧化与其在两种液相电解质体系下(存在氯离子与否)的氧化效果。检测了氨氮氧化过程中亚硝态氮和硝态氮的生成量。结果表明,当不存在氯离子时NH4+-N的电化学氧化可被忽略,但游离态氨氮(NH3-N)在约1.25V阳极电位下可发生直接氧化。当电解质中存在氯离子时,有效氯的生成使氨氮的氧化效率显著提高,在碱性体系下氨氮的去除作用包括间接电化学氧化和直接电化学氧化,但以前者为主。在两种电解质体系下均有少量硝态氮生成,而亚硝态氮仅在无氯离子体系下有少量生成。硝态氮和亚硝态氮的存在说明部分氨氮可能发生了非有效氯的间接氧化。本研究表明氨氮的电化学氧化机理与介质条件、阳极电位密切相关。     

水力负荷对人工渗滤系统除氮效果的影响

以山东半岛常见的河砂与棕壤作为滤层主要填充物质,并添加一定量能够改善滤层环境的外源物质构建人工渗滤系统;以海产养殖废水作为处理对象,比较了人工渗滤系统在不同水力负荷下的除氮效果。结果表明,在水力负荷为20cm~3·cm~(-2)·d~(-1)时,人工渗滤系统对总氮与氨氮的去除效果最好,去除率分别达到43.89%和86.09%,硝态氮及亚硝态氮的去除效果相对较差。     

SBR工艺实现长期稳定的部分短程硝化

采用SBR工艺以实际生活污水为研究对象,通过3组预实验得出实现部分短程硝化(部分4NH-N+转化为NO_2~-N-)的最佳曝气量和曝气时间,启动长期运行的部分短程硝化序批式反应器(PNSBR),在好氧阶段以最佳曝气量[7.2~12 L·(h·L)~(-1)]和曝气时间(2~3 h)曝气,持续运行110多天(450多个周期)。结果显示,出水亚硝态氮积累率稳定维持在94%~100%,表明了长期稳定的短程硝化效果;出水2NO-N-与4NH-N+的比值大部分集中在2~4之间。进一步的分析得出,在PNSBR长期运行中,一方面通过控制曝气量和曝气时间使得好氧阶段溶解氧较低,更利于AOB的生长代谢而抑制NOB的活性;另一方面排水后剩余的亚硝态氮通过利用进水中的碳源反硝化去除(本周期的内源反硝化和下周期的外源反硝化),避免了为NOB提供底物的可能,从而实现了稳定的部分短程硝化。同步厌氧氨氧化和反硝化(SAD)工艺广泛存在,PNSBR反应器作为SAD的前置反应器,可提供满足SAD运行的进水,因此部分短程硝化是一项有潜力的工艺。     

生活污水对成熟厌氧氨氧化颗粒污泥的影响

部分短程硝化和厌氧氨氧化技术的研究主要集中在高氨氮废水方面，对低氨氮浓度生活污水的研究相对较少。使经过除碳和部分短程硝化后的实际生活污水进入厌氧氨氧化UASB反应器，探究生活污水对成熟厌氧氨氧化颗粒污泥的影响。结果表明，当厌氧氨氧化UASB反应器的进水由配水变为生活污水后，反应器出水中氨氮浓度可降到5 mg·L^-1以下，亚硝态氮浓度可降到1 mg·L^-1以下，但是硝态氮的生成量高于理论值，可能是溶解氧被带入UASB反应器使硝化作用增强。UASB反应器内厌氧氨氧化污泥颜色由红色变为红黑色，T-EPS含量减少，PN/PS由1.13增大到3.66，沉降性变好，反应器内污泥中厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia所占比例由17.7%减少为14.4%，系统内AOB和NOB菌的含量增加，如果能够降低进入UASB反应器的溶解氧，有可能会减少出水硝氮，达到较好总氮去除效果。     

亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理煤气化废水的研究

为了实现煤气化废水的经济有效脱氮，分别研究了单独亚硝化及其与厌氧氨氧化组合工艺对实验室模拟废水和实际煤气化废水的脱氮性能，分析了废水中苯酚对亚硝化反应器运行的影响及其自身转化。结果表明：质量浓度为7～50 mg/L的苯酚对亚硝化系统首先产生抑制，但随着运行时间延长，系统性能逐渐恢复。在处理实际煤气化废水时，逐渐增加进水中煤气化废水的比例，废水中毒性物质对亚硝化过程的影响能够被克服，亚硝化反应器可以实现稳定运行。在亚硝化反应器中，亚硝态氮积累率达90%左右，COD去除率达98%，反硝化脱氮对总氮的去除率达到60%左右；组合工艺中亚硝化反应器和厌氧氨氧化反应器均能够稳定运行，厌氧氨氧化脱氮率维持在70%左右；实际煤气化废水亚硝化-厌氧氨氧化全程氮去除率平均达到86%。