单级自养脱氮生物膜SBR工艺的启动研究

于生物膜SBR反应器中接种普通好氧活性污泥和厌氧污泥,在温度为(30±2)℃、pH值为7.5~8.5、DO值为0.8~1.0 mg/L和HRT为24 h的条件下,进行了处理中低浓度氨氮(60~120 mg/L)废水的单级自养脱氮工艺的启动研究。结果表明,经过污泥驯化期、亚硝化选择期和污泥适应期三个较为典型的阶段后,亚硝化率达到了77%,脱氮能力为40%。异养菌被淘汰而自养型细菌开始富集时的特征污泥絮体为杆状,而稳定的亚硝化系统建立并具一定自养脱氮功能时的特征污泥絮体则呈花瓣状。     

新型控制模式下短程硝化/厌氧氨氧化法处理污泥水

针对现有短程硝化/厌氧氨氧化组合工艺在实际运行过程中存在的控制模式固定等问题,提出了DO、pH值和氨氮联合控制的新型控制模式.采用短程硝化/厌氧氨氧化一体式SBR工艺处理污泥水,通过在线电极实时监测和PLC系统控制,初期以间歇曝气方式运行可实现SBR的快速启动,后期采用连续曝气方式,脱氮速率迅速提升.经过79 d的连续运行,平均脱氮速率可达0.60 kgN/(m3·d),对TN的去除率最高为95.1％.     

短程硝化/厌氧氨氧化联合工艺处理含氨废水的研究

在SBR中接种普通好氧活性污泥,通过控制运行条件来实现短程硝化,同时提高厌氧生物转盘系统中厌氧氨氧化的氮负荷,使之与SBR出水中NO2--N的积累量相匹配,并将二者组合形成短程硝化/厌氧氨氧化自养脱氮工艺.处理含氨废水的试验结果表明:在SBR的进水NH4+-N为150～250 mg/L、温度为(28±2)℃、pH值为7～8、DO<1 mg/L的条件下,可实现稳定的短程硝化,NO2--N积累率达85%以上,NH4+-N负荷达0.129 kgN/(kgVSS·d),AOB和NOB的数量之比为103:1.将短程硝化出水加入NH4+-N后作为厌氧氨氧化反应器的进水,在(40±1)℃下可以达到自养脱氮的目的,对NH4+-N、NO2--N和TN的去除率分别达86%、97%和90%以上,TN容积负荷为0.488 kgN/(m3·d).     

短程硝化/厌氧氨氧化一步法自养脱氮中试研究

一步法自养脱氮工艺在高氨氮废水处理中具有运行能耗低、不需外加碳源等优点。利用总容积为50 m3的SBR反应器处理高氨氮废水,成功实现了短程硝化/厌氧氨氧化一步法自养脱氮。反应器对不同氨氮浓度(350~4 300 mg/L)的废水均表现出良好的处理效果,对氨氮与总氮的平均去除率分别达到95%和90%以上。同时,还研究了反应器运行的主要影响因素、污泥粒径分布及微生物群落结构。结果表明,系统内形成了红色的厌氧氨氧化颗粒,且颗粒的比例随运行逐渐增加;而维持合理的溶解氧和氨氮浓度是实现高负荷脱氮的关键因素。     

单级自养脱氮颗粒污泥启动及其胞外聚合物性能

接种城市污水厂硝化污泥,采用模拟生活污水培养出单级自养脱氮颗粒污泥,脱氮率稳定在84.3%左右。在不同曝气量和进水总氮浓度的条件下,研究了接种硝化污泥和自养脱氮颗粒污泥中EPS的化学结构和组分变化及其对污泥沉降性能的影响,并分析了EPS与出水氮浓度之间的关系。结果表明:接种污泥中结合型EPS(BEPS)和溶解型EPS(SEPS)含量分别为82.28和17.91 mg/g VSS,自养脱氮颗粒污泥中BEPS和SEPS分别为112.72和7.83 mg/g VSS,后者BEPS所占比例较大,SEPS的含量较少。这是由于BEPS在颗粒污泥中相对稳定,并且低进水COD浓度造成颗粒污泥SEPS含量降低,从而使得颗粒污泥絮凝结合能力更好。接种污泥的EPS主要组分为多糖(70.83%),而成熟自养脱氮颗粒污泥的EPS主要成分为蛋白质(83.72%)。自养脱氮颗粒污泥的SVI为54.72 m L/g,泥水分离效果较好。SVI与EPS的相似变化趋势反映了EPS对自养脱氮颗粒污泥絮凝沉降的重要影响。     

絮状-颗粒污泥单级自养脱氮系统启动及菌群结构分析

利用序批式反应器(SBR),以连续微量曝气方式快速启动单级自养脱氮系统,并对启动调控措施及稳定运行过程进行研究。结果表明,在连续微量曝气条件下,控制系统DO为0.24~0.35 mg/L、进水NH_4~+-N为50 mg/L、HRT为3 h、温度为28~32℃时,成功启动了单级自养脱氮系统。稳定运行时TN去除率保持在85%左右,平均容积去除负荷达到0.18 kg N/(m~3·d)。随着系统脱氮性能的提升,短程硝化与厌氧氨氧化酶促反应的关键酶AMO、HDH活性不断提高,稳定运行时分别为4.24μmol NO_2~-N/(mg Pro·min)和0.45μmol Cyto-c/(mg Pro·min)。采用16S r DNA高通量测序技术对不同时期的微生物种群结构进行检测后发现,絮状和颗粒污泥样品中Candidatus Brocadia(AAOB)相对丰度分别从1.9%、33.5%增加到5.8%、46.5%,Nitrosomonadaceace(AOB)主要存在于絮状污泥中,相对丰度从2.8%增至7.3%。     

自养脱氮ANITA~(TM) Mox MBBR与IFAS运行启动经验

自养脱氮工艺ANITA~(TM) Mox MBBR利用移动填料的生物膜发生短程硝化和厌氧氨氧化反应进行脱氮。通过工程实例运行数据发现,ANITA~(TM) Mox MBBR工艺脱氮负荷为1.2 kg N/(m3·d),其脱氮负荷与生物膜内基质的传输有关,如生物膜密度、厚度、温度、基质浓度。为改善基质传输速率,提高脱氮的效率,威立雅研发了由悬浮活性污泥和固定生物膜相结合的ANITATM Mox IFAS工艺,其将短程硝化和厌氧氨氧化反应从同一生物膜中分离,大部分氨氧化菌(AOB)集中在活性污泥中,提高了溶解氧的利用率;而厌氧氨氧化菌An AOB集中在填料生物膜上,改善了基质的传递速率。ANITA~(TM) Mox IFAS工艺运行时所需溶解氧浓度低,仅为0.2~0.5 mg/L。但实际运行数据(50 m~3ANITA~(TM) Mox IFAS反应器)显示,其脱氮负荷是ANITA~(TM) Mox MBBR工艺的2~3倍。     

高氨氮废水稳定亚硝化技术研究

以人工配制的含氮废水为研究对象,通过控制反应器内废水的pH8.48、碱度1 439 mg/L、DO0.1 mg/L、氨氮容积负荷为0.27 kg/(m3.d),在长污泥龄(106 d)活性污泥亚硝化系统中成功实现了反应器出水NH4+-N与NO-2-N的浓度比例接近1∶1的稳定亚硝化积累结果,为早日能够运用亚硝化/厌氧氨氧化生物脱氮工艺实现高效生物脱氮提供了科学依据。     

低碳城市污水脱氮工艺中硝化颗粒污泥的培养

为了实现低碳城市污水高效深度脱氮，构建短程反硝化/厌氧氨氧化+硝化颗粒污泥脱氮工艺，研究硝化颗粒污泥的培养策略。结果表明，采用上向流污泥床（USB）反应器以序批式运行，并逐步缩短沉淀时间，成功培养出了硝化颗粒污泥，其中90.52%的污泥颗粒粒径>0.5 mm；颗粒污泥的沉降速度随着粒径的增大而增大，0.5～0.9 mm粒径的颗粒污泥平均沉降速度为15.66 m/h。颗粒污泥形成后，USB反应器的氨氮容积去除速率达到1.31 g/（L·d）。短程反硝化厌氧氨氧化+硝化颗粒污泥工艺的脱氮性能分析结果表明，该工艺脱氮效率高、有机碳源需求量低，适合处理低碳城市污水并实现深度脱氮。     

单级自养脱氮SBR处理消化污泥上清液研究

在瑞士联邦供水、废水处理及水资源保护研究所(Eawag)一个容积为400L的SBR中,对富合氨氮的消化污泥上清液进行了为期半年的自养脱氮(厌氧氨氧化)工艺稳定运行试验.结果表明,在同-SBR反应器中实现了亚硝化和厌氧氨氧化反应,在脱氮能力为680gN/(m3·d)及水力停留时间<1d的情况下,该反应器对氮的去除率>90%.试验结果还表明,该工艺可通过检测和控制电导率、pH或亚硝酸盐等参数达到稳定运行.     

常温下缺氧氨氧化生物滤池启动试验研究

采用3个相同的生物滤池,分别接种好氧硝化生物膜、厌氧反硝化生物膜、厌氧反硝化生物膜+厌氧活性污泥混培物,常温条件下,通入pH值为7.5的模拟低氮废水,分别经过129、100和129 d,3个缺氧氨氧化生物滤池均成功启动.装置运行进入稳定期后,通过减少水力停留时间、提高氮负荷的方法,加快缺氧氨氧化茵富集,并研究其脱氮能力.启动成功后,3个生物滤池对总氮的平均去除率分别为55％、65％和65％,平均容积负荷分别为0.03、0.07和0.035 kgN/( m3·d),其中接种厌氧反硝化生物膜的生物滤池启动最快、性能最好.     

城市污水双泥龄复合脱氮工艺的脱氮机理分析

基于部分厌氧氨氧化的双泥龄复合脱氮工艺能实现自养脱氮和异养脱氮的耦合，在城市污水低成本高效脱氮方面表现出良好的应用潜力。为进一步探究该工艺的脱氮机理，对运行2年的中试反应器开展了脱氮途径解析与优化、主要脱氮功能菌活性测定以及微生物群落结构分析。结果表明，间歇曝气可以促进短程硝化和厌氧氨氧化过程的耦合，当曝气量为20 mL/min[DO为（0.18±0.03） mg/L]时，脱氮效率最高；厌氧氨氧化菌（AnAOB）主要分布在生物膜上，活性为44.60mg/（gVSS·d），检测到的AnAOB为Candidatus Brocadia，相对丰度为0.28%；氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）主要分布在悬浮污泥中，活性分别为61.53、86.95 mg/（gVSS·d），检测到的AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira，相对丰度分别为0.10%、2.10%。     

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2 mg/L,SBR周期平均DO值控制为2 mg/L。与对照系统相比,2 mg/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。     

平均粒径对好氧颗粒污泥脱氨效果的影响

将R1和R2间歇序批式反应器（SBR）中平均粒径大小分别为1 300 μm和900 μm的脱碳好氧颗粒污泥接种硝化活性污泥,以提高系统氨氮脱除率。试验结果表明,R2中的小平均粒径好氧颗粒污泥,经2周后氨氮脱除率达到90%以上;而R1中的大平均粒径好氧颗粒污泥,经3周半后氨氮脱除率才达到相同水平。平均粒径小的好氧颗粒污泥比表面积大,接种活性污泥附着量大,渗透接种至颗粒污泥中快,因而系统氨氮脱除速率增加迅速。系统周期分析表明,虽然R1中大粒径好氧颗粒污泥0.033 d-1 的硝化速率小于R2中小颗粒污泥0.060 d-1 的硝化速率,其10 g/l 的污泥浓度大于小粒径颗粒污泥6 g/l的污泥浓度,从而导致两个系统的氨氮脱除时间相同,即2.5 h。由于R1中大粒径好氧颗粒污泥内部缺氧区相对小粒径好氧颗粒污泥大,其脱氮效率（64.7%）相对小颗粒污泥脱氮效率（57.3%） 高一些。     

应用SBR实现有机废水厌氧氨氧化生物脱氮的研究

采用SBR反应器,以硝化污泥和厌氧氨氧化(ANAMMOX)颗粒污泥的混合污泥为接种污泥,以有机模拟废水为研究对象,进行了厌氧氨氧化生物脱氮工艺研究。结果表明,在控制温度为25℃,水力停留时间为12 d,pH值为7.2～8.5,进水NH4+-N为220 mg/L左右、NO2--N为138 mg/L左右、COD为294 mg/L的条件下成功启动了SBR反应器。在高氨氮、低有机物浓度的条件下,ANAMMOX菌和异养反硝化菌能够实现共存,且ANAMMOX菌仍能成为优势菌属,AN-AMMOX反应是反应器中的主导反应。镜检发现,优势菌尺寸约为1μm,呈圆形或椭圆形,成簇聚生,表面可观察到明显的漏斗状缺口,具有典型的厌氧氨氧化菌特征。污泥中形成了以厌氧氨氧化球状菌为主、其他杆状菌和丝状菌共存的微生物混培体。     

折流板生物膜自养脱氮反应器的启动特性

以模拟生活污水为原水,向新型复合式折流板反应器中接种厌氧氨氧化污泥,控制反应器温度为(30±1)℃,进水NH+4-N浓度为35～65 mg/L,p H值为7.3～7.5,历时110 d成功启动自养脱氮反应器。反应器包括6个单元格,启动阶段控制反应器前3个单元格为好氧,曝气量分别为0.4、0.3及0.2 L/min,而控制后3个单元格为缺氧环境,通过采用这种前程减量曝气、后程不曝气的方式来实现生物膜自养脱氮反应器的快速启动。在反应器稳定运行阶段,出水NH+4-N和TN平均浓度分别为2.76、11.51 mg/L,平均去除率分别达到95%和75%,反应器氮负荷达到了0.23 kg/(m~3·d)。     

低碳源城市污水的低氧同步脱氮除磷研究

采用SBR工艺辅以污泥外循环厌氧释磷后排放富磷上清液的方法,对低碳源城市污水的脱氮除磷效果进行了研究.结果表明:降低曝气量、控制低DO状态可以减少碳源的有氧氧化程度,提高脱氮效果;回流至SBR反应器厌氧段的外循环释磷污泥,可以利用SBR系统的硝酸盐进行反硝化吸磷,保证了系统的除磷效果.对于COD<200 mg/L、COD/TN<5、COD/TP<25的低碳源污水,在SRT为60 d、曝气量为2.5 m3/(h·m3)、曝气段平均DO为0.2 mg/L的情况下,对氨氮、总氮、总磷的平均去除率分别为82%、61%、95%,出水水质达到了<城镇污水处理厂污染物排放标准>(GB 18918-2002)一级B标准的要求.     

SNAD-MBBR处理垃圾渗滤液厌氧出水的脱氮研究

利用移动床生物膜反应器(MBBR)对亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)工艺处理垃圾渗滤液厌氧出水的脱氮效果进行了研究。SNAD-MBBR反应器内投加K3填料,控制温度为33～35℃、DO为0. 03～0. 1 mg/L、pH值为7. 5～8. 0、HRT为12 h,试验一共进行了152 d,在进水总氮负荷逐渐增加过程中相应调节曝气量以获得最佳去除效果。结果表明,在该工艺条件下进水总氮负荷为0. 9 kg/(m~3·d)时,TN去除率仍可达88%。当进水总氮负荷继续提高至1 kg/(m~3·d)时,由于进水中的有机物浓度较高以及多种异养好氧菌的繁殖,抑制了亚硝化及厌氧氨氧化过程,致使反应器脱氮效率明显降低,仅为20%左右。     

接种污泥对厌氧氨氧化反应器启动特性的影响

采用两套相同的ASBR系统,分别接种好氧硝化污泥和自养反硝化污泥,在模拟废水的pH值为7.6～7.9、温度为32 ℃的条件下,分别运行176 d和170 d后,均成功启动了厌氧氨氧化反应器.在稳定运行阶段,其总氮容积负荷分别为0.147和0.11 kgN/(m3·d),对总氮的平均去除率分别为84.81%和81.57%.两组反应器内氨氮和亚硝态氮的减少量与硝态氮的生成量之比分别为1:1.08:0.31和1:1.18:0.33.接种了好氧硝化污泥的反应器启动更快,且对氨氮的去除效果更好.     

单级自养脱氮反应器效能与微生物群落结构的相关性

于稳定运行但效能有明显差异的2套序批式生物膜反应器单级自养脱氮系统,研究了微生物群落结构的PCR-DGGEr、eal-time PCR等现代分子生物学特点及其运行效能与之的相关性。结果表明:运行效能好的反应器活性污泥及生物膜浓度较高,微生物群落结构差异较大,二者相似性为58.3%,溶解氧在活性污泥及生物膜内的分布特点为各类微生物及其代谢创造了良好环境,系统中好氧氨氧化菌AOB及厌氧氨氧化菌ANAMMOXz在数量上绝对占优,各类细菌的协同代谢使系统总氮去除率达到80%以上。运行效能相对较差的反应器,由于在反应器启动过程中没有将亚硝酸氧化菌NOB完全"洗脱",系统中出现NO3-积累,且系统挂膜不理想,生物膜浓度低,生物膜与活性污泥微生物群落结构相似性为100%,优势功能菌单一,从而造成运行效能较低,总氮去除率仅为20%~30%。维持SBBR自养脱氮系统微生物群落结构的稳定及平衡性,生物膜是关键性因素。