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。     

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。     

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。     

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。     

碳氮比对AAO-BAF工艺运行性能的影响

AAO-BAF工艺由厌氧-缺氧-好氧反应器和曝气生物滤池组成,属于外硝化反硝化除磷工艺。以实际生活污水为处理对象,通过调节进水COD浓度(从211 mg·L^-1增加到675 mg·L^-1),研究了进水COD和TN的比(C/N)对AAO-BAF工艺运行性能的影响。结果表明,进水有机物浓度低或高,可以通过限制厌氧释磷量或竞争AAO反应器缺氧区的NO₃^-,从而影响工艺的反硝化除磷效果。当进水C/N大于4,小于7时,AAO-BAF工艺对COD、TN和PO₄^3-的去除率分别可达86%、78%和90%以上。很高的C/N(如9.5)会使缺氧区内存在大量挥发性脂肪酸(VFA),导致普通反硝化菌迅速消耗反硝化聚磷菌(DPAOs)的电子受体NO₃^-。     

长泥龄改良A2/O工艺的短程硝化反硝化除磷

为解决传统A²/O工艺硝化与除磷泥龄(SRT)之间的矛盾,进一步提高低C/N(P)比生活污水同步脱氮除磷效率,采用一种改良A²/O工艺在长SRT条件下处理生活污水.试验结果表明,该工艺可有效筛选和强化反应器内活性污泥,并大量富集长SRT的反硝化除磷菌(DPAO).通过亚硝酸盐氧化菌(NOB)淘洗阶段后,反应器在SRT=19.6d、A²O段污泥浓度(MLSS)=5.5 g·L^-1、水力停留时间(HRT)=8.2 h、污泥回流比(R)=90%、硝化液回流比(r)=250%、溶解氧(DO)=1.5～0.3 mg·L^-1,间歇曝气段HRT=4 h、曝气周期1 h曝气1 min(DO=0.3～0.5 mg·L^-1)、沉淀59 min条件下长期运行,COD、NH₄⁺-N、TP和TN的平均去除率分别为88.71%、99.2%、93.77%和89.52%,出水亚硝化率(NO₂^--N/NO_x^--N)可达97.2%,DPAO占聚磷菌(PAO)比为95.5%.污水中约72.96%的COD被DPAO合成PHA除磷,15.75%的COD由异养反硝化消耗,约41.96%和31.31%的N分别通过反硝化除磷和异养反硝化去除.剩余污泥主要由DPAO和反硝化菌增殖产生,分别占82.74%和17.24%,较传统脱氮除磷途径减少了58.76%的碳源消耗和44.6%的污泥排放.     

同步硝化反硝化SBBR处理低C/N比生活污水的启动与稳定运行

以低C/N比实际生活污水为处理对象,聚氨酯海绵填料为生物载体（填料填充率25%）,采用逐步提高氮负荷的方式,在较短的时间内（98 d）成功启动了同步硝化反硝化（simultaneous nitrification and denitrification,SND）的序批式生物膜反应器（sequencing batch biofilm reactor,SBBR）。实时定量PCR（real-time qualitative polymerase chain reaction,real-time qPCR）结果表明系统内硝化菌得到富集。在稳定运行期间,系统对有机物及氮的去除效果良好,平均出水COD、NH₄⁺-N、TN分别为38.28 mg·L^-1、1.23 mg·L^-1、8.23 mg·L^-1。微生物将大部分碳源以聚羟基脂肪酸酯（poly-β-hydroxyalkanoate,PHA）的形式储存至体内,系统内NO₃^--N的去除主要通过内源反硝化作用,且反硝化过程基本无NO₂^--N积累,平均SND率为70.57%,TN去除率高达82.95%。由于硝化反应和反硝化反应在同一反应器内同时进行,反硝化过程产生的碱度可补充硝化过程消耗的碱度,维持系统内pH的相对稳定。此外,可以通过DO和pH的变化判断SND的进行状态,有效地控制反应时间,节省动力消耗。     

不同NO3-浓度An/A/O-SBR系统PAOs-GAOs竞争及N2O释放特性

采用厌氧/缺氧/好氧运行的序批式生物反应器（An/A/O-SBR）,经不同NO₃^-浓度（10,20,30和40 mg/L,以氮计）长期驯化,考察了不同NO₃^-条件下An/A/O-SBR脱氮除磷及N₂O释放特性,基于不同微生物降解特性分析,确定了不同NO₃^-浓度下SBR系统内反硝化聚磷菌（denitrifying phosphorus accumulating organisms,DPAOs）和聚糖菌（glycogen-accumulating organisms, GAOs）竞争关系。结果表明：随NO₃^-浓度增加,总氮（TN）去除率由90%以上降至41.3%,TP去除率呈先增高后降低的趋势,N₂O产率（N₂O_emission/NO_x^-_removal）分别为1.68%、4.17%、8.92%和14.28%。An/A/O-SBR内微生物呈PAOs和GAOs共存的污染物降解特性,高浓度NO₃^-缺氧吸磷过程出现NO₂^-积累,抑制DPAOs活性,GAOs碳源竞争能力增强,NO₃^--N由10 mg/L增至40 mg/L,厌氧阶段PAOs的COD耗量比例由33.5%降至25.1%,相应GAOs的COD耗量由59.3%增至74.1%。DPAOs-GAOs共生体系内,反硝化过程NO₂^-/HNO₂积累耦合反硝化聚糖菌比例增加,加剧了高NO₃^-下An/A/O-SBR内N₂O释放。     

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^-     

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。     

溶解氧对长距离输水管道水质影响

为保证长距离输水管道输送水水质,采用管道模拟反应器考察了溶解氧（DO）对输水管道水质影响以及曝气充氧后水质恢复情况。结果表明：DO降低影响氨氮（NH₄⁺-N）的去除,DO浓度越低越不利于NH₄⁺-N的去除,且曝气充氧后恢复越缓慢,DO=0.5 mg·L^-1和DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行95 h后,NH₄⁺-N去除率分别由90%降到21%和85%,曝气充氧54 h和3 h后恢复;DO浓度降低导致亚硝酸氮（NO₂^--N）积累明显增加,DO浓度越低,NO₂^--N的积累越严重,且曝气充氧后恢复越缓慢,DO=0.5 mg·L^-1的反应器在运行95 h后,出水NO₂^--N由0.02 mg·L^-1增加到0.354 mg·L^-1,曝气充氧54 h后恢复,DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行32 h后,出水NO₂^--N达到最大值0.112 mg·L^-1,曝气充氧4 h后恢复;DO浓度降低使水中UV₂₅₄升高,DO=0.5 mg·L^-1和DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行2 h后,出水UV₂₅₄分别增加了70.8%和20.8%,均在运行32 h后恢复,且曝气充氧后保持稳定。因此,DO对长距离输水管道水质具有重要影响,可采用DO实现对水质的调控。     

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。     

Simultaneous removal of nitrogen and phosphorus from swine wastewater in a sequencing batch biofilm reactor

In this study, the performance of a sequencing batch biofilm reactor (SBBR) for removal of nitrogen and phosphorus from swine wastewater was evaluated. The replacement rate of wastewater was set at 12.5%throughout the exper-iment. The anaerobic and aerobic times were 3 h and 7 h, respectively, and the dissolved oxygen concentration of the aerobic phase was about 3.95 mg·L?1. The SBBR process demonstrated good performance in treating swine wastewater. The percentage removal of total chemical oxygen demand (COD), ammonia nitrogen (NH4+-N), total nitrogen (TN), and total phosphorus (TP) was 98.2%, 95.7%, 95.6%, and 96.2%at effluent concentrations of COD 85.6 mg·L?1, NH4+-N 35.22 mg·L?1, TN 44.64 mg·L?1, and TP 1.13 mg·L?1, respectively. Simultaneous nitrification and denitrification phenomenon was observed. Further improvement in removal efficiency of NH4+-N and TN occurred at COD/TN ratio of 11:1, with effluent concentrations at NH4+-N 18.5 mg·L?1 and TN 34 mg·L?1, while no such improvement in COD and TP removal was found. Microbial electron microscopy analysis showed that the fil er surface was covered with a thick biofilm, forming an anaerobic–aerobic microenvironment and facilitating the removal of nitrogen, phosphorus and organic matters. A long-term experiment (15 weeks) showed that stable removal efficiency for N and P could be achieved in the SBBR system.     

Influence of nitrogen concentration on operation of a novel bio-electrochemical-granular sludge reactor

The performance of nitrogen removal and electricity generation of a novel bio-electrochemical-granular sludge reactor at different influent nitrogen concentration was investigated. The impact mechanism of granular sludge, key enzyme activity, extracellular polymer composition and microbial community distribution were systematically studied. The results showed that COD, NO₃^--N, NO₂^--N and dissolved methane were efficiently removed in stages Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ and Ⅳ (Influent NO₃^--N and NO₂^--N concentrations were 60 and 20 mg·L^-1, 100 and 40 mg·L^-1, 140 and 60 mg·L^-1, 180 and 80 mg·L^-1, respectively). The removal efficiency of COD was the highest in stage Ⅳ, and it was above 96%. The effluent concentration of NO₃^--N was the most stable at stage Ⅱ, and the removal efficiency was over 99%. The NO₂^--N removal efficiency was above 99% in each stage. In stage Ⅳ, the maximum power density and output voltage was 471.2 mV·m^-3 and 608.1 mV at the fourth compartment, respectively. The polysaccharide and protein content of LB-EPS was the highest in stage Ⅱ of the fifth compartment, 13.7 mg·g^-1 and 14.7 mg·g^-1, respectively. Coenzyme F₄₂₀ activity was the lowest in the first compartment. The protease activity of the sludge was increased due to the increase of influent nitrogen concentration. From stage Ⅰ to stage Ⅳ, the relative abundance of Protebaoteria was decreased, while the relative abundance of Chloroflexi, Firmicutes and Planctomycetes were increased. Although Thauera with denitrification effect was decreased by 8.64% in the first compartment, the nitrogen removal was still well in the reactor. The relative abundance of Methanothrix was increased to 12.3% in the fourth compartment, indicating that Methanothrix could co-exist with other bacteria in the reactor.     

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。     

外源磷缺乏对厌氧氨氧化脱氮效能影响

通过批次实验和UASB反应的连续实验考察了在不同缺乏外源磷的程度时,厌氧氨氧化颗粒污泥对基质氮的去除情况以及出水磷含量的变化。结果表明,批次实验中,PO₄^3--P的质量浓度在2.3~0 mg/L对厌氧氨氧化颗粒污泥的脱氮效能没有明显的消极影响,而当PO₄^3--P的质量浓度为1.0 mg/L时基质去除率93.160%比进水PO₄^3--P的质量浓度2.3 mg/L的实验组的高3.93百分点。在连续实验中,外源PO₄^3--P的质量浓度在2.3~0 mg/L时,对NH(4)⁺-N和NO₂^--N的去除没有消极影响,NH(4)⁺-N和NO₂^--N去除率始终保持在99.68%和99.69%左右;当进水PO₄^3--P的质量浓度为0时,出水NO₃^--N含量稍有减少,PO₄^3--P的质量浓度约为0.222 mg/L。     

不同填料的厌氧氨氧化污泥挂膜性能比较

向厌氧氨氧化反应器内投加填料形成生物膜有利于污泥的持留,然而有关填料本身的不同特点对厌氧氨氧化生物膜生长影响的报道较少。将两种不同密度的悬浮塑料填料和两种不同密度的海绵填料置于同一反应器内,进行厌氧氨氧化污泥的挂膜,结果发现海绵填料的单个填料氨氮平均去除速率和亚硝态氮平均去除速率整体高于悬浮塑料填料,所挂污泥的EPS含量整体也高于悬浮塑料填料,并且挂膜速度也相对较快。在挂膜30 d后,单个小密度海绵填料便可检测出氨氮和亚硝态氮去除速率,且Δ（NO₂^--N）/（NH₄⁺-N）值接近1.32。在挂膜105 d后,单个小密度海绵填料的氨氮平均去除速率为0.123 mg·L^-1·h^-1,亚硝态氮平均去除速率为0.160 mg·L^-1·h^-1,值为1.30,最为接近理论值1.32,厌氧氨氧化活性为最佳,并且其所挂污泥的厌氧氨氧化菌丰度值在4种填料中最大,为1.73×10¹⁰ copies·（g dry sludge）^-1,总体来看小密度海绵填料的挂膜效果更好。