废水脱氮工艺浅析

论述了废水高效生物脱氮工艺进展,提出了同步硝化反硝化以及其机理分析,短程硝化反硝化及其影响因素、厌氧氨氧化以及其氨氮去除效果等新兴的高效生物工艺,以解决水体富营养化的问题.     

生物脱氮技术研究进展

传统的生物脱氮工艺存在许多不足之处,研究经济、高效、低耗的可持续脱氮工艺已成为污水处理的主要发展方向.笔者介绍了SHARON工艺、CANON工艺、ANAMMOX工艺、CAST等脱氮工艺的机理和特点,探讨了生物脱氮技术深入研究的方向.     

短程硝化反硝化生物脱氮技术

为防止湖泊和其他受纳水体富营养化的发生,各城市污水处理厂均应用新的运行方法和控制策略进行脱氮除磷.随着新的微生物处理技术的介入,污水处理设施的功效得到显著提高.短程硝化反硝化技术应用于处理高氨氮质量浓度和低C/N比污水时,在经济上和技术上均具有较高的可行性.成功实现短程硝化反硝化技术的关键是将硝化反应控制并维持在亚硝酸盐阶段,不进行亚硝酸盐至硝酸盐的转化.从不同角度对成功实现、维持和应用短程硝化反硝化技术的方法进行探讨,主要包括控制DO质量浓度、调节污泥龄、反应温度、系统pH、底物负荷、工艺运行方式、抑制剂等.     

控制pH实现短程硝化反硝化生物脱氮技术

采用序批式活性污泥法,在温度为28±1℃的条件下,通过控制反应器内初始pH为7.8~8.7开发了一种新型短程硝化生物脱氮工艺.试验结果表明:经过25 d的运行,曝气结束时出水中主要以亚硝酸盐为主,硝酸盐氮在4 mg/L以下,亚硝酸盐累积率达90%以上;在整个硝化期间游离氨(FA)质量浓度都在0.52~4.72 mg/L,均在抑制硝酸菌活性的阈值范围内.因此,控制pH实现短程硝化反硝化生物脱氮工艺的机理是利用反应体系内的高pH和高游离氨浓度对硝酸菌产生抑制,从而在硝化过程中产生亚硝酸盐积累.     

城市污水前置反硝化生物脱氮工艺的动力学计算

通过将修正后的基质动力学参数引入前置反硝化生物脱氮工艺设计，重点介绍了利用污泥龄作为设计前置反硝化生物脱氮工艺脱氮反应器容积的设计方法．此外，还介绍了前置反硝化生物脱氮工艺系统剩余污泥量、系统需氧量和系统碱度校核的计算公式．     

PNDPR-A耦合工艺处理实际污水启动和运行

短程硝化反硝化除磷串联厌氧氨氧化工艺（partial nitrification, denitrifying phosphorus removal and anammox, PNDPR-A）是一种节能高效的新型耦合工艺。为进一步降低污水处理能耗,采用实际生活污水运行PNDPR-A工艺。为适配生活污水,分3阶段（25%、50%和100%）逐步提高生活污水比例。运行初期受生活污水复杂水质影响,短程硝化反硝化除磷单元（partial nitrification, denitrifying phosphorus removal, PNDPR）NH⁺₄-N氧化率下降,NO^-₂-N积累减少,直接影响后续Anammox单元脱氮效果。针对该问题,提升PNDPR单元好氧1段10%的曝气强度,实现与人工配水时相当的NH⁺₄-N氧化率和NO^-₂-N积累效果;在阶段Ⅲ,向Anammox单元投加10～20 mg/L的NO^-     

UASB-A/O-ASBR工艺实现晚期垃圾渗滤液深度除碳脱氮

针对晚期垃圾渗滤液实现深度除碳脱氮,采用上流式厌氧污泥床(upflow anaerobic sludge blanket,UASB)-缺氧/好氧反应器(anoxic/aerobic reactor,A/O)-厌氧氨氧化反应器(anaerobic sequencing batch reactor,ASBR)组合工艺,以短程硝化-厌氧氨氧化耦合反应为依托,通过UASB实现有机物的大部分降解,在A/O中实现短程硝化,在ASBR中通过厌氧氨氧化深度脱氮.研究结果表明:当进水ρ(CODcr)、ρ(NH_4~+-N)和ρ(TN)分别为2 220 mg/L、1 400~1 450 mg/L和1 450~1 500 mg/L;最终出水分别为98、7、25 mg/L,实现了分别为95.6%、98.3%和99.5%的高去除率.故该工艺无须投加任何外碳源,最终实现化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、氨氮(NH_4~+-N)和总氮(total nitrogen,TN)的高效、深度去除.     

含氨氮废水生物脱氮新工艺

综述了传统生物脱氮的理论与工艺，以及基于微生物过程的氨氮废水生物脱氮新工艺的基：本概况、处理能力和运行条件，并对氨氮废水脱氮新工艺的应用前景进行了展望．     

MBR-SNAD工艺处理生活污水效能及微生物特征

为考察基于膜生物反应器(MBR)的同步亚硝化厌氧氨氧化反硝化(SNAD)工艺处理生活污水的可行性,在SNAD工艺稳定运行的MBR中逐步加入生活污水,同时微调曝气量及HRT等参数,考察生活污水中污染物的去除效果,通过物料衡算计算不同阶段反应器内的脱氮路径,同时通过克隆-测序技术分析了微生物种群特征.结果表明,MBR-SNAD工艺可以实现生活污水中C、N及SS的同时高效去除,总氮去除负荷达0.65 kg/(m3·d),出水氨氮小于5 mg/L;COD去除率达87%,出水COD小于50 mg/L;浊度去除率达99%,出水浊度在1 NTU以下,SS在10 mg/L以下,达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2002)的一级A排放标准.反应器中存在约12%的反硝化脱氮和88%的全程自养脱氮(CANON),实现了异养脱氮和自养脱氮的协同合作.好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌共存于系统内.MBR-SNAD是处理生活污水的适宜工艺.     

碳源受限型污水化学辅助除磷试验

对于碳源受限型城镇污水,为了获得高效的去除污水中磷的方法,采用氯化铁、硫酸铝和硫酸亚铁进行除磷试验.结果表明:相同投加条件下,氯化铁的除磷效果强于硫酸亚铁和硫酸铝,3者都能一定程度上降低污水的pH值;硫酸亚铁对污水的溶解氧影响最大.从除磷效果和运行成本上考虑,采用硫酸亚铁作为化学除磷絮凝剂,当投加量为35 mg/L时,ρ(TP)去除率为93%,出水ρ(TP)降低为0.45 mg/L.投加硫酸亚铁后,曝气池活性污泥质量浓度增大,同时污泥沉降性能增强,ρ(SVI)值减小.     

不同外碳源对污泥反硝化特性的影响

为了选择最优的反硝化外投碳源,应用SBR和A/O反应器,系统地研究了甲醇、乙醇和乙酸钠作为外碳源时污泥的反硝化特性.甲醇、乙醇和乙酸钠作为外碳源时污泥的比反硝化速率分别为3.2 mg/g·h^-1、9.6 mg/g·h^-1和12 mg/g·h^-1.甲醇和乙醇作为外碳源时污泥产率大致相同(约为0.40 g/g),而乙酸钠作为外碳源其污泥产率最高(0.65 g/g),甲醇作为外碳源时系统启动时间和驯化期长,不能迅速地响应进水水质的变化.乙醇是反硝化处理系统的最优外加碳源,具有反硝化速率高、污泥产率低、响应迅速、来源广且对环境的影响小等优点.     

以甲醇作为外碳源的生物反硝化

为了研究甲醇长期使用过程中反硝化性能的变化,按ρ_(TOC)/ρ_(N)为1.6±0.2于缺氧反硝化初投加一定量的甲醇作外碳源,以SBR间歇运行方式展开相关研究.结果显示,系统运行至37 d时即出现稳定的比反硝化速率,其由运行之初的0.378 mg NO_x-N/(gVSS.h)提高到2.406 mg NO_x-N/(gVSS.h).污泥驯化后的氮吸收速率试验发现,甲醇作碳源的ρ_(TOC)/ρ_(N)适宜范围是1.10².68.同时发现,16℃相对20℃的反硝化速率温度修正系数θ达1.07,表明温度降低对生物反硝化有较大抑制作用.从经济角度出发,甲醇投加应根据生物微环境及周围环境的变化作相应调整.     

市政污水深度回用系统中反渗透膜表面微生物污染特性研究进展

污水深度回用是世界各国解决水资源危机的战略性选择,反渗透是污水深度回用不可替代的核心技术.中水水质有其自身的污染特点,微生物污染是最复杂的污染形式,是市政污水深度回用反渗透运行过程关注的焦点,目前对生物膜形成和其对反渗透运行性能的影响还知之甚少.结合国内外反渗透膜微生物污染研究及分析的文献成果,总结了微生物污染造成渗透通量和脱盐率变化的规律;为了阐明由于微生物细胞沉积和生物膜生长造成膜性能下降的机理,对微生物污染的性质、影响因素及相关理论、污染评价方法进行了总结,重点分析了微生物和胞外聚合物(EPS)对生物膜形成的影响,并提出今后研究的方向,以期为实际工程污染的评价、预测和减轻污染提供系统指导.     

碳源对生物膜同步硝化反硝化脱氮影响

利用序批式移动床生物膜反应器研究了有机碳源对低碳氮比ρ_C/ρ_N(指ρ_COD/ρ_TN,以下同)生活污水同步硝化反硝化脱氮的影响,结果表明,在无外加碳源时,同步硝化反硝化条件下TN去除率为59.8%,COD平均去除率为83.12%,NH+4-N去除率为94.9%(最高达到99.8%);分别以淀粉、葡萄糖和甲醇为外加碳源,ρ_C/ρ_N=7时,发现投加外碳源有利于有机物、NH₄⁺-N和TN的降解和转化,NH₄⁺-N转化受碳源种类影响不大,投加淀粉时有机物降解不完全导致系统有恶化趋势,投加甲醇碳源时系统脱氮效率最高,TN去除率达84.5%,投加葡萄糖时,TN去除率为80.55%,从安全和经济方面考虑,确定投加葡萄糖较为合适.     

低温CO2 固体吸附剂的研究进展

随着全球气候变暖,CO₂的捕获、 存储与转换成为近年来国内外关注的热点问题。综述了几种常见低温固体CO₂ 吸附剂的吸附行为、 影响因素、 再生能力、 潜在的应用及存在的问题, 并对理论计算该领域的相关应用进行介绍, 展望了低温固体CO₂吸附剂的发展趋势。     

污水反硝化脱氮的固态有机碳源选择实验研究

选择7种研究较少的纤维素类物质花生壳、核桃壳、竹子、莲蓬壳、丝瓜络、原棉和稻壳作为反硝化菌的固态有机碳源,以活性污泥为接种物在锥形瓶中进行对比反硝化实验,研究了实验过程中NO3--N、NO2--N、COD、pH值的变化情况。研究结果表明,丝瓜络和原棉相对其他选择的固态有机碳源上有较高的NO3--N去除率。中间产物NO2--N的积累与NO3--N去除率相关,当NO3--N去除率>95%,无NO2--N的积累;当NO3--N去除率在40%~95%之间,容易产生NO2--N的积累;当NO3--N去除率更低时,也无NO2--N的积累。     

无有机碳源条件下Fe2+对硝化反硝化过程的影响

采用SBR反应器,接种被驯化的好氧颗粒污泥,研究无有机碳源的条件下Fe~(2+)对硝化反硝化过程的影响。实验所用Fe~(2+)的浓度范围是0.002~1 mg·L~(-1)。结果表明,Fe~(2+)对硝化反硝化过程和好氧污泥的颗粒化有一定的影响。当进水Fe~(2+)浓度设置为0.002 mg·L~(-1)、0.5 mg·L~(-1)、1 mg·L~(-1)时,氨氮转化率分别为98.4%、99%、99.2%,Fe~(2+)对氨氮的降解有些许促进作用。然而,Fe~(2+)有利于亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的生成,但对总氮影响甚微。Fe~(2+)的加入使得好氧活性污泥的Zeta电位变小,且进出水电位差变大,平均粒径变大,对好氧活性污泥的颗粒化有促进作用。     

剩余污泥碱解上清液作为反硝化碳源的回用量实验研究

考察剩余污泥碱解上清液作为反硝化碳源的反应速率,并据此初步确定上清液的回用量。对剩余污泥进行碱解发酵,选取SRT-9d的上清液,采用不同的VFA／N比值进行批式试验,考察其反硝化速率,选择出试验条件下的较优比值,并应用于实际生活污水中,与单纯生活污水脱氮对照,考察回用的可行性以及回用量的确定,提出利用阶段反硝化率粗略估计污泥碱解上清液回用量的思路。结果显示,所有比值的反硝化速率曲线均可分为4段,且随着VFA／N比值的增加,反硝化速率明显增加,pH值的变化趋势也与之对应;以VFA／N=2．47为分界点,比值继续增加,反硝化速率的增长并不大;将上清液以一定比例投入生活污水,反硝化速率明显提高,平行组6h反硝化量分别达到47．0mg／L和33．9mg／L。     

DO对低C/N比污水生物亚硝化的影响分析

采用活性污泥法SBR工艺,考察DO对亚硝化的影响。首先进行195 d的连续培养试验,得出亚硝化系统DO保持在0.2 mg/L~0.6 mg/L的范围之内,可使得到有效降解且出水亚硝化率达50%~90%;然后研究系统周期内DO的变化规律,可以考虑以12 h为一个亚硝化反应周期,若延长反应时间至16 h,将使反应有向硝酸型硝化转移的趋势;最后通过烧杯试验,得出随着系统DO浓度的升高,氨氮降解率上升、亚硝化率下降,遵循DO与氨氮降解率和亚硝化率关系的数学模式。