短程硝化最优曝气时间控制与硝化种群调控

为确定实现短程硝化的最优曝气时间,采用3个平行的序批式间歇反应器(SBR)处理生活污水,在pH为7.9～8.0时,"氨谷"出现前t/2、t/4、t/8(t为曝气时间)停止曝气,实现短程硝化.运行145 d后,系统亚硝态氮积累率分别提高到50%、65%、90%.荧光原位杂交技术(FISH)定量分析表明,反应器中氨氧化菌(AOB)的比例都有不同程度提高,3#SBR最为显著,AOB、亚硝酸盐氧化菌(NOB)占全菌的比例分别为3.89%、0.27%,AOB为硝化菌群中的优势菌.最优曝气时间控制协同游离氨(FA)抑制作用可能是快速实现和维持短程硝化的主要因素.     

DO对SBR短程硝化系统的短期和长期影响

采用实际的生活污水,在SBR反应器内分别考察了溶解氧(DO)对短程硝化效果及污泥种群结构的短期和长期影响.结果表明,通过采用实时控制曝气时间,高ρDO(ρ(DO)=(3±0.5)mg/L)与低ρDO(ρ(DO)=(0.5±0.1)mg/L)条件下SBR系统的亚硝酸盐积累率均能达到90%以上,而低ρDO相对于高ρDO更利于提高系统的同步硝化反硝化(SND)效果,两者的平均同步硝化反硝化率(SND率)分别为45.5%和9.5%,低ρDO下最高SND率达86%.FISH的检测结果表明,实时控制模式下反应器内亚硝酸氧化菌(NOB)逐渐被淘洗,而氨氧化细菌(AOB)变为优势硝化菌群.在高ρDO运行末期,稳定的短程污泥中AOB和NOB的相对数量分别为8%～10%和不足0.5%;在低ρDO运行末期,AOB数量出现了微弱上升,增至10%～12%,而NOB进一步被淘汰,基本检测不出.可见,采用好氧曝气时间实时控制,能对短程硝化系统内污泥种群起到优化作用,且在高、低ρDO下均能实现稳定的短程硝化效果,而低ρDO更有利于系统内亚硝酸氧化菌(NOB)的淘洗、短程硝化率的提高以及系统SND效果的加强.     

非单一因素控制条件下短程硝化反硝化的系统稳定性研究

采用SBR工艺以水产品加工废水为研究对象,控制进水游离氨（FA）浓度为4.61 mg/L,研究高游离氨条件下短程硝化反硝化过程,对比试验结果表明：1号反应器只控制进水游离氨浓度,在运行70 d以后,转变为全程硝化,说明单一因素控制短程硝化反硝化并不稳定;2号反应器高进水游离氨条件下,控制DO为1～2 mg/L和进水pH为8.4±0.1,亚硝酸盐积累率稳定在92%以上,现已运行130 d以上,短程硝化反硝化运行稳定,表明通过非单一因素控制可实现短程硝化反硝化稳定运行.     

快速启动短程硝化过程起始pH值对亚硝酸盐积累的影响

为利用实际生活污水快速启动短程硝化,试验采用3个SBR装置在温度为25℃、ρDO=2 mg/L、曝气时间分别为T/2、3T/4、7T/8(T为从曝气开始到"氨谷"出现的时间)时考察亚硝酸盐积累的情况.运行12个周期后,3个反应器中的亚硝酸盐积累率分别为5%、2%、5%.反应器混合液初始pH值从小于7.5水平调节到7.7~8.0,稳定运行几个周期后发现,亚硝酸盐积累率分别提高到了50%、47%、70%,曝气时间为7T/8时的反应器中的亚硝酸盐积累率上升速率最快,成功启动短程硝化.结果表明,在适当的曝气时间下,利用反应体系内pH对硝化菌群结构的影响及FA对硝酸菌的抑制作用可以提高亚硝酸盐积累率,快速启动短程硝化.     

碳氮比对生物反硝化中N_2O产量的影响

利用间歇式反应器(sequencing batch reactor,SBR),以乙醇作为外加碳源,考察不同化学需氧量(chemicaloxygen demand,COD)与氮的质量浓度的比值对全程和短程反硝化脱氮过程中N2O产量的影响.全程反硝化过程中,调节ρ(COD)/ρ(N)为1.56、2.83、4.56、6.01和10.0,短程反硝化中调节ρ(COD)/ρ(N)为1.51、2.45、3.33、4.13和9.7.结果表明,全程和短程反硝化的最佳ρ(COD)/ρ(N)分别为6.01和4.13,硝酸盐和亚硝酸盐完全被还原,反硝化过程中几乎没有N2O产生,1 g混合液悬浮固体(mixed liquor suspended solids,MLSS)每天还原的硝态氮和亚硝态氮分别可达0.077和0.089 g.在碳源充足的条件下,反硝化速率不再随着有机物的增加而增加.在低ρ(COD)/ρ(N)时,短程反硝化过程中N2O产量远大于全程反硝化过程,最高可达0.607 mg/L.在碳源不足时,亚硝酸盐对氧化亚氮还原酶(N2O reductase,N2OR)的抑制作用和ρ(COD)/ρ(N)不足是影响系统N2O产量增加的主要原因.     

短程硝化过程影响因素与控制条件分析

控制硝化反应条件,使硝化反应只进行到亚硝态氮阶段并实现稳定的亚硝态氮积累,是短程硝化反硝化稳定运行的关键。通过详细阐述影响硝化过程中氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌生长的重要因素,对SHAR-ON、OLAND、CANON、SBR、A/O、MBR、曝气生物滤池等工艺的短程硝化控制条件进行了分析,并指出了短程硝化反硝化工艺的技术优势和应用价值。     

盐度对垃圾渗滤液亚硝酸型反硝化动力学特性的影响

为了考察在盐度影响下亚硝酸型反硝化动力学特性,采用长期处理垃圾渗滤液的SBR反应器内具有良好短程生物脱氮特性的活性污泥进行亚硝酸型反硝化批次试验,通过函数拟合确立动力学方程及动力学参数,研究结果表明:盐度的突升或突降都会使比反硝化速率减慢,并且影响程度随初始ρ(NO-2-N)的增加而增大,在盐度为10 g/L,初始ρ(NO-2-N)为100 mg/L时,比反硝化速率(以N计)达最大值16.28 mg/(gVSS·h).活性污泥系统中微生物的比反硝化特性在各盐度下均符合Andrews模型,且盐度的升高和降低会使系统的最大比反硝化速率μmax和半饱和常数Ks下降,抑制常数Ki上升.在10 g/L盐度下,μmax(以NO-2-N计)=22.57 mg/(gVSS·h),Ks=20.71 mg/L,Ki,min=613.32 mg/L.     

NaCl盐度对SBR工艺短程硝化反硝化的影响

利用序批式活性污泥反应器(sequencing batch reactor,SBR)研究了NaCl盐度、水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)和进水负荷对短程硝化反硝化的影响.结果表明,在pH、温度和溶解氧(dissolved oxygen,DO)质量浓度分别为7.5～8.5、30～35℃和0.5～1 mg/L的条件下,当NaCl盐度、进水化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)和氨氮质量浓度分别为5.8～25.0 g/L、450～550 mg/L和35～45 mg/L时,NO2--N累积率大于50%.在NaCl盐度14.5 g/L的条件下,当HRT为6.21 h,进水中每天1 kg悬浮物中所含的CDD和氨氮量分别为5.03×10-2和2.24×10-3kg时,亚硝酸盐累积率高于99%.高盐环境下控制HRT、有机负荷与氨氮负荷可实现短程硝化反硝化,实现短程硝化的耐盐极限为25 g/L.     

基于厌氧氨氧化工艺的脱氮菌耦合试验

采用2个SBR反应器,分别培养了含有硝酸盐反硝化菌和亚硝酸盐反硝化菌的活性污泥,同时接种具有厌氧氨氧化(ANAMMOX)功能的活性污泥,研究了异养反硝化菌与ANAMMOX菌的协同代谢效能.结果表明,亚硝酸盐反硝化菌的异养反硝化性能要好于硝酸盐反硝化菌,而与ANAMMOX菌的耦合效果则相反,在好氧运行条件下,2个反应器同时具有较好的硝化功能,2个反应器中亚硝酸盐的累积率分别为62.2%和87.3%.     

氮负荷对短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜系统脱氮性能的影响

短程反硝化作为厌氧氨氧化反应基质亚硝酸盐(NO2--N)获取的新途径,近年来受到广泛关注.短程反硝化与厌氧氨氧化耦合的污水脱氮工艺具有重要应用潜力.然而,城市污水基质浓度较低且波动频繁,有效实现厌氧氨氧化菌持留与富集是该工艺稳定脱氮的关键.针对上述问题,构建了基于生物膜的短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺,采用2种结构不同的生物填料为载体,对比系统长期脱氮性能,重点考察氮负荷降低过程中系统氮素转化规律及菌群活性变化,深入分析生物膜胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)产生特性.结果表明,以含氨氮(NH4+-N)与硝酸盐氮(NO3--N)废水为处理对象,乙酸钠为有机碳源,分别采用聚氨酯海绵填料(R1)和聚乙烯空心环填料(R2)成功构建了短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜系统.进水NH4+-N与NO3--N由150 mg/L逐渐降低至50 mg/L、氮负荷由0.6 kg/(m3·d)降为0.2 kg/(m3·d)时,R1和R2维持高效稳定脱氮,低负荷阶段平均总氮(TN)去除率分别为87.6％和83.6％.厌氧氨氧化作用始终为主要脱氮途径,其占两系统TN去除的贡献率分别高达98.2％和97.4％.生物膜短程反硝化速率随氮负荷减少而降低,但高NO2--N积累特性未受影响,R1系统NO2--N积累效率达到95.1％且高于R2(89.8％),其厌氧氨氧化活性降低程度小于R2,表明聚氨酯填料更适合低负荷下该工艺长期运行.低负荷下微生物分泌更多EPS,蛋白质含量增加有助于系统应对氮负荷变化.综上,短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜工艺处理低基质废水时具有稳定高效的重要优势,为解决厌氧氨氧化应用的瓶颈问题提供了新方法,具有研究意义和应用价值.     

不同盐度对SBR工艺氨氮去除效果的影响

采用序批式生物反应器(SBR)处理模拟含盐废水,利用醋酸钠作为碳源,当DO为0.3-0.5 mg/L、温度为35±1℃、pH为7.5-8.5时,考察NaCl和KCl两种盐度对SBR工艺氨氮去除效果的影响。结果表明,当SBR反应器中无盐度添加的废水时,通过30 d的驯化,活性污泥系统氨氮去除率稳定在90%以上;SBR反应器中添加NaCl和KCl含盐废水,当NaCl盐度增加至15 g/L时,出水氨氮高于10mg/L;当KCl盐度增加至20 g/L时,出水氨氮低于5 mg/L。当NaCl盐度为10 g/L时,SBR反应器达到90%以上的氨氮去除率所需的驯化时间为3 d,相同KCl盐度下SBR反应器达到90%以上的氨氮去除率需要2 d的驯化时间。     

缺/好氧环境中Cu2+对活性污泥沉降性及脱氮性能的影响

为研究Cu~(2+)在缺氧和好氧不同环境中对活性污泥沉降性及脱氮性能的影响,在3个完全相同以缺氧/好氧方式运行的序批式反应器(SBR)中,采用以乙酸钠为唯一碳源的合成废水,待系统的硝化反硝化过程运行稳定后,SBR 1#作为对照试验,每周期分别在SBR 2#的缺氧段和SBR 3#的好氧段投加Cu SO4溶液,每次按反应器内5mg/L Cu~(2+)投加.研究结果表明:在缺氧段投加Cu~(2+)能引发污泥膨胀,而在好氧段投加Cu~(2+)并未引起污泥沉降性的恶化;在缺好氧环境中Cu~(2+)都未引起丝状菌的大量增殖;Cu~(2+)能刺激微生物分泌更多的胞外聚合物抵御Cu~(2+)的毒害作用,抑制微生物贮存聚-β-羟基烷酸酯(PHA)的能力;在SBR 2#的缺氧段投加Cu~(2+)有利于短程硝化反硝化的形成,但长期投加并不能维持短程硝化,而在SBR 3#的好氧段投加Cu~(2+)后,系统迅速丧失脱氮性能.     

SBR工艺处理含盐有机废水的试验研究

采用SBR工艺分别研究了不同盐度、不同有机负荷驯化下的活性污泥的生物相、污泥的沉降性能、COD去除率和出水浊度,结果表明,SBR工艺处理含盐有机废水有机负荷在0.15 kgCODCr/kg MLSS.d,盐度在25 g/L NaCl下运行,CODCr的去除率达到86%,而在高负荷和高盐度环境下容易诱发污泥膨胀.     

低溶解氧控制状态下污泥减量系统除磷脱氮特性

通过控制曝气量的方式研究了溶解氧对污泥减量系统除磷脱氮过程的影响。发现在低剂量2,4,5-三氯苯酚（TCP）作用下。活性污泥的内源SOUR值增加,SBR系统的低DO状态持续时间增长,周期平均DO降低,形成了有利于同时硝化反硝化SND脱氮的低DO环境。综合考虑TCP浓度对污泥减量、除磷脱氮和污泥性能的影响,TCP浓度建议为2mg／L,SBR周期平均DO值控制为2mg／L。与对照系统相比,2mg／LTCP污泥减量系统的曝气量增加了23％,剩余污泥排放量减少34．6％,出水水质与对照系统相当,实现了达标排放。表明低DO控制状态下、辅以排富磷污水除磷方式,TCP系统可以同时获得优异的除磷脱氮和污泥减量效果。     

低溶解氧污泥微膨胀前后污泥硝化活性的对比研究

为了研究低溶解氧微膨胀前后污泥硝化活性的变化,采用SBR反应器,平均DO浓度为0．6mg／L-0．9mg／L,测定污泥微膨胀前后污泥氧消耗速率曲线。结果表明：发生污泥微膨胀后,活性污泥对COD的去除能力有较大的提高,而对氨氮去除能力却有一定的下降。污泥微膨胀前后的氧消耗速率曲线显示,微膨胀前活性污泥总活性为67．72mgO2／gVSS·h,其中硝化活性为43．12mgO2／gVSS·h,占其总活性的63．67％;而微膨胀后活性污泥总活性为90．49mgO2／gVSS·h,其中硝化活性为23．98mgO2／gVSS·h,占其总活性的26．51％。低DO成为微生物生长的限制性基质,污泥微膨胀的状态下,活性污泥中丝状菌成为优势菌种,而硝化细菌成为非优势菌种,污泥的总硝化活性降低。     

Use of Tetrazolium Salt INT for Estimation of Biological Activity of Activated Sludge Cultivated in SBR Process

The tetrazolium salt 2-（4-Iodophenyl） -3-（ 4-nitrophenyl ） -5-phenyltetrazolium chloride （INT） was used as a tool fi）r estimating the activity of the electron transport system （ETS） in activated sludge in a 40 L sequencing batch reactor （SBR） and domestie sewage as the organic substrate. The activity of INT-ETS during one SBR cycle, and the effeet of the ammonia concentration and the concentration of organic matter influent on the INT-ETS activity were investigated. The results show that： the use of INT is reliable in estimating of biological activity of activated sludge of SBR system; Biological activity of organic matter biodegradation, nitrification and denitrification process in SBR system reduce orderly. Obviously, INT-ETS activity reduces from 232.59 rny/（g · h） to 190. 65 rag/（ g ·h） at first and then decreases to 113.88 my/（ g · h） when influent concentration of COD and NH4＋-N is 300 my/L and 40 mg/L respectively. In addition, various influent Nitrogen （NH4＋-N are 14.5 mg/L and 42.0 my/L） and organic shock loading （COD are 293 mg/L and 685 my/L） experimenntions cure prove that operational conditions have no obvious effect on INT-ETS variation rule. However, the time of the appearance of feature points marking different reaction phase is influenced.     

盐度对浒苔渗沥液和城市污水联合处理效果影响

盐度是浒苔渗沥液和生活污水联合处理的主要限制因素.试验中采用SBR生物处理工艺对浒苔渗沥液和生活污水进行联合处理,并考察了浒苔渗沥液与生活污水混合比例对处理效果的影响.随着浒苔渗沥液投加比例的增加,盐度含量递增,结果表明：①当盐度低于3.2 g/L时,COD处理效果未受显著影响,当盐度高于3.2 g/L时,COD处理效果影响较大;②在高盐度情况下,氨氮处理效果未受显著影响,氨氮去除率维持在90%以上,但从出水硝酸盐氮的含量来看,盐度对反硝化过程存在抑制作用;③磷酸盐处理效果受盐度影响较为显著,磷酸盐去除率持续降低,由85%降至5%;④盐度对活性污泥抑制较为明显,活性污泥浓度由初始的4.1 g/L降至末期的1.9 g/L,污泥形态和结构发生改变.