复合式MBR处理高氨氮废水的试验研究

利用自制的复合式膜生物反应器(HM BR),对高浓度氨氮废水进行脱氮研究.当进水COD/TN在0.5~4.9范围内时,COD,NH3-N及TN去除率均随COD容积负荷增加而升高,COD容积负荷达4.2 kg/(m3.d)以上时,COD,NH3-N及TN平均去除率分别达到91.5%,90.3%,60.2%以上;悬浮相污泥的比NH3-N降解速率为0.298 gNH3-N/(gM LSS.d);好氧混合液pH值每下降1,NH3-N浓度平均降低15 m g/L;反应器出水中可检出大量的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮,二者的浓度保持相同的变化趋势,其比值大约为1.78,表明复合式M BR的脱氮作用是通过短程硝化-反硝化途径实现的.     

常温下pH对短程硝化反硝化的影响

目的 解决对短程硝化过程影响因素pH值研究不充分及短程硝化过程中氮的缺失的问题.方法 在SBR反应器中用传统活性污泥作为种泥驯化污泥,以模拟生活污水为处理对象进行动态实验,考察pH值对系统短程硝化反硝化的影响及系统运行周期内总氮缺失原因.结果 pH＝8.5,6 h的氨氮转化速率为8.9 mg/(L·h),亚硝态氮积累率高达93%;亚硝酸盐氮积累率随反应时间逐渐降低,pH越低,下降越多,pH＝7.1时,从2 h的80%下降到6 h的75%;进水pH值越高,反硝化2 h时总氮的去除效率越高,pH＝8.5时,系统总氮的降解速率达到5.6 mg/(L·h);短程硝化过程中存在氮的缺失现象.结论 进水pH越高,氨氮降解速率、亚硝态氮积累率和总氮去除率越高,系统周期中氮的缺失主要是同步硝化反硝化作用的结果.     

不同pH值及碱性物质对短程硝化的影响

为了探究污水生物处理短程硝化过程中最佳pH值范围及适宜的碱性物质,采用序批式活性污泥法(SBR)研究模拟污水不同pH值及碱性物质对短程硝化的影响.结果表明,短程硝化反应的最适pH值为8.0,当pH值低于6.6时,短程硝化反应几乎停止.调节反应器初始pH值为8.0时,添加氢氧化物和碳酸类物质的反应器因pH值下降速度快而先后停止反应.KHCO3的酸碱缓冲能力最强,pH值降低最慢,短程硝化速率最快,平均亚硝积累速率达0.155 g/(g·d)(以可挥发性固体计算).通过添加不同碱性物质维持反应过程恒定pH=8.0时,KHCO3调节的反应器反应速率最快,最适合短程硝化反应.因此,在工程应用中,从可行高效等方面考虑,建议选择用KHCO3调节至pH=8.0促进短程硝化反应的进行.     

MBBR生物预处理工艺硝化过程动态模型的建立

采用MBBR工艺对微污染黄埔江原水硝化过程动力学和反应器动力学进行了研究.采用考虑最小基质质量浓度的M ichaelis-Menten方程,氨氮去除速率方程为N=1 879(S-0.08)/(S 1.52),各动力学参数分别为:最大氨氮去除速率Nmax为1 879 mg/(m2.d);半速率常数Ks为1.6 mg/L;最小基质氨氮质量浓度为0.08 mg/L;最大细胞比增长速率μmax为1.05 d-1.试验表明,MBBR反应器为典型的完全混合反应器,结合硝化反应动力学,建立了完全混合式原水生物预处理硝化反应器动态模拟模型.通过模型计算与实际中试运行效果比较可以得出:在低进水氨氮质量浓度条件下,模型计算值与实验数据略有差别;在中高进水氨氮质量浓度条件下,模型计算值与实验结果较为一致.模型较好地反应了工艺硝化的过程,可方便地应用于工艺的控制和管理.     

碳源对晚期垃圾渗滤液短程硝化的影响

为了考察碳源对晚期垃圾渗滤液短程硝化的影响,采用"两级UASB-缺氧-好氧系统"处理城市生活垃圾晚期渗滤液.系统进水COD质量浓度为4.3g/L左右,进水氨氮质量浓度为2.8 g/L,故COD与氨氮质量浓度之比很低,为1.5左右.首先在UASB1中实现同时反硝化与产甲烷反应,一部分COD在UASB2中进一步去除,在A/O反应器中利用残余COD进行反硝化以及NH_4~+-N的彻底硝化.试验结果表明,未投外加碳源时,原水中可降解COD几乎全部作为一级UASB的反硝化碳源被利用,A/O池缺氧段反硝化碳源不足.在A/O池的A段投加相当于1 g/L COD质量浓度的无水乙酸钠作为电子供体促进反硝化后,由于反硝化产生大量的碱度,补充了硝化所消耗的碱度,使pH值维持在一个比较合适的范围,可实现稳定的短程硝化,亚硝态氮累积率由未投加碳源时的20%提高到87%,系统出水氨氮质量浓度为0.01 g/L左右,氨氮的去除率也由未投加碳源时的92%提高到99.6%.     

氨氮生物硝化过程影响因素研究

NH3-N是源水和回用水的重要水质指标且控制十分严格．但由于其浓度比较低，生物脱氮过程中硝化菌的种类及动力学特性与高浓度氨氮系统不同，pH，温度和基质可利用性的影响规律可能也有不同．利用富集培养的硝化细菌就温度、pH和碱度对高、低浓度氨氮硝化的影响进行了研究．结果表明：低浓度氨氮硝化的温度系数（θ=1．105）大于高浓度（θ=1．099），温度对低浓度氨氮硝化的影响较高浓度大；偏碱性的环境更有利于低浓度氨氮硝化的进行，高浓度氨氮在pH-8或Alk／N-9．19左右时硝化速率达到最大，而低浓度氨氮最大硝化速率发生在pH=9或Alk／N=38．39左右．这3个影响因素对高浓度氨氮硝化过程中NH2-N的累积都有显著影响．但和温度相比，pH和碱度是影响低浓度氨氮硝化过程中NH2-N生成的主要因素．     

AO-MBR工艺短程硝化反硝化处理垃圾渗滤液中试研究

为了解决垃圾渗滤液在无外加碳源的条件下难以实现高效生物脱氮的问题,采用中试规模的A/O-MBR反应器,通过实现短程硝化反硝化去除垃圾渗滤液中的高浓度有机物和氮化物,并考察反应器系统对水质变化的适应能力以及不同进水碳氮比时的去除效果.实验结果表明:在进水氨氮质量浓度为1 500 mg/L、碳氮比为2∶1、水力停留时间(HRT)为4.21 d的条件下,COD和TN去除率均达到80%以上,说明系统实现了低碳氮比垃圾渗滤液高效生物脱氮.     

改进型生物接触氧化反应器内实现短程脱氮的实验研究

根据短程硝化反硝化生物脱氮的理论要求及生物接触反应器的工艺特性,对传统的生物接触氧化反应器进行了结构与水流流态的改进,在改进后的反应器中,利用人工含氮废水,进行了常温下短程脱氮的可行性与工艺条件的探讨.试验结果表明:在常温(20~25℃),弱碱性(pH=8),低碳氮比(C/N=3)的条件下,控制适当的溶解氧浓度(M(DO)=1.0~1.5 mg/L),可有效地实现短程脱氮的目的,亚硝态氮积累率可达70%~84%,氨氮的转化率在80%以上,说明利用生物接触氧化反应器进行短程脱氮是可行的.     

亚硝酸型硝化在生物陶粒反应器中的实现

为确定低氨氮污水处理过程中的亚硝酸型硝化的特性,采用生物陶粒反应器对其亚硝化效果和稳定性进行研究.试验结果表明,在水温20~25℃,水力负荷0.6 m3/(m2.h),气水比(3~5)∶1,进水COD负荷106~316 mg/L,氨氮负荷42.78~73.62 mg/L的条件下,反应器对氨氮的平均去除率可达到81.32%,且亚硝酸氮积累率基本稳定地保持在91%~99%.结合反应器中氮元素沿程变化分析及反应器内生物膜中微生物的计数结果表明,通过控制低溶解氧,实现了在常温条件下稳定的亚硝酸盐积累.     

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.     

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.     

运用PCR-DGGE和克隆技术对串联附积床系统生物膜菌群的分析

采用PCR-DGGE﹑克隆等分子生物学手段研究了多级串联附积床同时硝化反硝化脱氮系统生物膜菌群的时间演变,并对生物膜菌群进行同源性分析和系统发育树构建,同时讨论了生物膜菌群对系统中有机物的去除及对同时硝化反硝化脱氮的贡献.结果表明,随着时间的推移,生物膜菌群发生了较大演变而且具有高度多样性.对DGGE图谱优势条带进行分析表明,优势菌群分为5个不同的细菌类群:β-变形菌类群(β-proteobacteria)﹑γ-变形菌类群(γ-proteobacteria)、未分类菌类群(unclassified bacteria)、α-变形菌类群(α-proteobacteria)、放线菌类群(Actinobacteria).β-变形菌类群不仅在数量上占有优势,而且在有机物的降解、营养物质的去除中起着重要作用.生物膜细菌中起硝化作用的主要是亚硝化单胞菌和硝化螺旋菌;起反硝化作用的主要是施氏假单胞菌.     

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.     

晚期垃圾渗滤液MBR亚硝化系统中细菌及功能菌的多样性

为了处理晚期垃圾渗滤液,利用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)实现了稳定亚硝化.分别构建总细菌通用克隆文库和针对亚硝化功能菌氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)的功能基因——amo A基因的克隆文库,来研究稳定期亚硝化系统中微生物多样性.从16S r DNA克隆文库中随机挑选82个阳性克隆子进行序列测定,将测序结果与Genbank中已有模式菌株的序列进行比对后发现,亚硝化系统中主要有4个优势菌群,分别是Proteobacteria类群(64.65%)、未培养菌(uncultured bacterium)类群(18.3%)、Bacteroidetes类群(9.76%)、Firmicutes类群(7.32%).构建针对AOB的amo A功能基因的克隆文库,从文库中挑选73个阳性克隆子进行序列测定,经序列比对后发现在系统中仅检测到了亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和未培养菌,分别占41.1%和58.9%.这表明系统中起到亚硝化作用的微生物种群主要是亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).此外,未培养细菌的大量存在表明,系统中还存在着丰富的微生物资源等待进一步的开发利用.     

有机碳源对SNAD工艺脱氮性能及微生物种群结构的影响

为考察不同有机碳源质量浓度对亚硝化的全程自养脱氮工艺(SNAD)脱氮性能的影响,将该工艺应用到生活污水的处理中,采用MBR反应器,以葡萄糖作为有机物来源,通过逐步增大COD来实现,并运用PCR-DGGE技术研究了微生物种群结构的变化.反应器运行结果和DGGE图谱分析表明:碳氮比为0~2时,COD的增加不会抑制AOB和Anammox菌,AOB和Anammox菌的菌属种类不受影响,反而通过反硝化作用提高氮去除负荷.总氮去除率和氮去除负荷分别为67%和0.34 kg/(m3·d)左右.碳氮比为3~4及生活污水运行条件下,Anammox菌不受影响,AOB的活性受到抑制,菌属种类减少,脱氮效率下降.生活污水运行阶段,总氮去除率和氮去除负荷平均分别为73%和0.17 kg/(m3·d).Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis一直是反应器内的优势菌属,共同完成脱氮过程.     

利用间歇曝气实现短程硝化的影响因素

目的研究在短程硝化实现过程中,曝气频率、pH值、DO质量浓度对NO2--N积累的影响．方法以实际生活污水为试验水样,利用N—SBR系统内培养驯化的亚硝化细菌,在间歇曝气条件下,通过控制不同曝气频率、pH值、DO质量浓度,采用静态试验的方式进行短程硝化试验．结果在一定范围内曝气频率越短越有利于亚硝化细菌的生长,在pH值为7．5—8．0时可以实现短程硝化反应;当曝气频率为曝气15min／停曝15min、DO质量浓度为1mg／L时NO2-N积累率最高达到了94．34％．结论间歇曝气方式可以在较短的时间内完成亚硝化细菌的培养驯化,有效地实现短程硝化,减少了能源和碱度的消耗,是一种经济可行的方式．     

pH值对城市生活污水短程硝化的影响

为实现废水处理过程中的短程硝化及反硝化脱氮中亚硝酸盐的积累以控制硝化反应的类型,以试验的方式,采用SBR工艺研究了pH值对不含海水的城市生活污水和含30%海水的城市生活污水短程硝化的影响.试验结果表明:对于不含海水的城市生活污水,单纯提高pH值来提高游离氨浓度并不一定能够实现短程硝化;对于含30%海水的城市生活污水,可直接实现短程硝化;海水盐度是实现短程硝化的影响因素之一.     

晚期渗滤液短程生物脱氮的实现

在SBR反应器中利用游离氨（freeammonia,FA）、游离亚硝酸（freenitrousacid,FNA）对NOB（nitriteoxidizingbacteria,NOB）选择性抑制并耦合实时控制策略处理晚期垃圾渗滤液,成功实现持久稳定的短程生物脱氮,并研究了不同碳氮比及初始PH值对短程生物脱氮的影响。结果表明：通过FA和FNA对NOB的选择性抑制,在线检测反应中PH、DO和ORP数值,利用出现的“氨谷”、“ORP平台”“亚硝酸盐膝”等特征点作为运行操作控制时间点,准确得知反应进程,及时开始下一步操作,获得稳定短程生物脱氮。进水NH4＋-N浓度为108～177．3mg／L（平均值为138．7mg／L）时,亚硝积累率一直稳定达90％左右,乙酸钠为碳源时最佳C、N质量比为3,相对于混合液悬浮固体浓度的反硝化速率的平均值达到19．8mg·g-1·h-1NOx--N,出水NH3＋-N、NO2--N、NO3--N、TN分别小于6、2、1和30mg／L;初始PH值为8．5时,反硝化速率最大,pH介于7．5～8．5间,反硝化速率差异小于7．3％．