为耦合厌氧氨氧化产生NO_2~-的城市污水中试研究

厌氧氨氧化技术因其节省曝气能耗和有机碳源等突出优势,被认为是迄今为止最经济高效的污水脱氮工艺.然而该技术尚未实现主流城市污水处理的工程化应用,其瓶颈在于厌氧氨氧化所需基质亚硝酸盐(NO_2~-)难以稳定获取.目前普遍采用的短程硝化方法在主流条件下难以维持稳定的NO_2~-积累.短程反硝化是指将废水中的硝酸盐还原为亚硝酸盐(NO3-→NO_2~-)的过程.短程反硝化技术具有长期稳定的NO_2~-积累特性,反应速率快,节省有机碳源,是为厌氧氨氧化菌提供底物NO_2~-的新途径.基于此,本研究通过中试规模试验研究验证短程反硝化为厌氧氨氧化提供底物NO_2~-的可行性.结果表明,接种的城市污水处理厂剩余污泥具有一定的短程反硝化潜势,以城市污水及其硝化液为进水,通过对进水比例和水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)等参数进行调控,成功启动了短程反硝化系统.长期试验结果表明,短程反硝化产生NO_2~-的性能逐渐提高,NO3-还原为NO_2~-的转化率(nitrate translation rate,NTR)高于75%,且在低温(13. 7～16. 2℃)条件下仍具有较高的产亚硝酸盐性能,低温阶段平均NTR可达62. 3%.本研究为解决城市污水厌氧氨氧化脱氮过程底物NO_2~-难以稳定获取的问题提供了思路和方法,对短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术在城市污水处理领域的推广应用具有重要意义和研究价值.     

以ORP作为SBR反硝化过程亚硝态氮积累过程控制参数

为避免序批式活性污泥法(SBR)工艺生物脱氮反硝化过程毒性更大的亚硝态氮(NO2--N)排入受纳水体,以缺氧/厌氧上流式厌氧污泥流化床(UASB)预处理的实际垃圾填埋场渗滤液为研究对象,考察了以氧化还原电位(ORP)作为SBR反硝化过程NO2--N积累控制参数的可行性.结果表明:对于4种不同N初始的ρ(NO3--N),NO 2--N均实现明显积累,积累速率分别为0.117、0.136、0.235、0.068/d.反应过程中,ORP曲线先后出现NO 3--N和NO 2--N拐点,表明硝态氮和亚硝态氮还原反应结束.对于有明显亚硝态氮积累的反硝化过程,仅以NO 3--N作为反硝化速率(rDN)的单值函数是不准确的,应以总氧化态氮计,如以NO 3--N作为底物,将其定义为"名义"rDN.温度分别为14.2、13.9℃低温,5种不同n(C)/n(N)条件下,亚硝态氮均积累,亚硝态氮峰值点为速率平衡点.当n(C)/n(N)低于理论值时,相对NOx--N→N2的全程反硝化碳源不充足,但相对于NO3--N→NO2--N的转化碳源充足.     

上向流厌氧氨氧化生物滤池的启动与脱氮性能

利用上向流陶粒滤池反应器进行了厌氧氨氧化工艺的启动与性能研究.以A/O除磷工艺出水为试验原水,先以自然挂膜的方法启动好氧硝化生物膜,再通过自然筛选和人工诱导的方式将其转化为厌氧氨氧化生物膜,7个月后实现了厌氧氨氧化工艺的启动,TN去除负荷达到了6.8 kg/(m~3·d),微生物表观比生长速率为0.0018h~(-1).试验表明,上向流的运行方式有利于提高厌氧氨氧化生物滤池的脱氮性能,最高TN去除负荷达到12.37 kg/(m~3·d),比目前文献所报道的最高值还要高出很多.另外,试验滤池厌氧氨氧化过程的化学计量学和COD去除特性表明该过程中存在一定程度的异养反硝化过程,且对滤池的厌氧氨氧化脱氮有利.     

硫自养反硝化同步脱氮除硫启动试验

目的 研究单一反应器内硫自养反硝化同步脱氮除硫的启动方法 及过程,同时考察脱氮除硫效果.方法 选择厌氧生物滤池为生物反应器,采用普通厌氧消化污泥为接种污泥,以自配的含S2--S和NO3--N的废水为进水,进水容积负荷分别为0.24 kg/(m3·d)、0.105 kg/(m3·d),经过15 d的间歇运行和15 d的连续运行,对硫自养反硝化的启动过程进行研究.结果 经过30 d的运行启动,S2--S和NO3--N的去除率基本稳定在90%及80%以上,去除负荷分别为0.238 kg/(m3·d),0.093 3 kg/(m3·d),S0及NO2--N的生成率分别为75%与64%左右.结论 反应器在短时间内成功筛选并富集了硫自养反硝化菌,S2--S和NO3--N达到很高的去除负荷,硫自养反硝化反应器成功启动.     

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.     

不同污泥龄厌氧氨氧化菌的脱氮效能及其动力学特性

为研究不同污泥龄(SRT)条件下厌氧氨氧化菌的脱氮效能和动力学特性,采用一组SBR反应器研究梯度降低污泥龄过程中系统的NO2--N去除负荷(Nr)和NO2--N污泥负荷(Ns),并对各阶段厌氧氨氧化过程动力学特性进行分析.结果表明,污泥龄由21 d梯度降低到12 d,Nr由0.590 kg/(m3·d)降低到0.493 kg/(m3·d),单位MLVSS Ns由0.178 kg/(kg·d)提升到0.297 kg/(kg·d),系统整体的脱氮性能有所下降,但单位质量的厌氧氨氧化菌脱氮效率显著提升;采用莫诺(Monod)模型可以较好地模拟不同污泥龄运行阶段厌氧氨氧化菌的动力学行为,动力学分析表明,随着污泥龄的降低,NO2--N的最大比降解速率vmax由0.406 d-1提高到0.826 d-1,半饱和常数Ks由23.3 mg/L增加到95.3 mg/L,梯度降低污泥龄能够筛选纯化生长速率较快的厌氧氨氧化菌菌种,提升NO2--N的最大比降解速率,但厌氧氨氧化菌对底物的亲和性会逐渐变差,稳定性降低.     

pH值和DO对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

目的 研究pH和DO对厌氧氨氧化脱氮性能的影响,考察在pH和DO的变化下NH4+-N、NO2--N的去除情况.方法 控制反应器的温度为30℃,HRT为48 h,保证进水NH4+-N的质量浓度为100 mg/L、NO2--N质量浓度为132 mg/L.结果 当pH=8时为最适值,氨氮和亚硝态氮的去除率最高为84.31％和88.43％;一定量的DO对厌氧氨氧化反应脱氮性能的抑制作用是可逆的,DO浓度不会对厌氧氨氧化菌造成破坏性的伤害,只是抑制了其活性.结论 厌氧氨氧化反应是一个致碱反应,出水的pH值与进水pH值相接近,而且DO对厌氧氨氧化反应脱氮性能的抑制作用是可逆的,这为厌氧氨氧化反应能够高效脱氮的推广和提供了理论依据,为实际的工程应用提供了参考条件.     

单级生物膜法脱氮机理及影响因素

文章结合近年来在脱氮机理上的研究与发展,主要介绍了单级生物膜法脱氮中的同步硝化-反硝化以及短程硝化-反硝化机理;重点讨论了两种脱氮机理发生的条件及各种影响因素;以期说明单级生物膜法的极具发展潜力的脱氮工艺.     

无纺滤布生物膜反应器对厌氧氨氧化脱氮负荷提高的实现

采用无纺滤布生物膜反应器,研究了厌氧氨氧化工艺脱氮负荷提高的可行性.研究结果表明,封存污泥经过15 d培养,可成功实现厌氧氨氧化活性恢复,氨氮去除率可以指示活性恢复程度.厌氧氨氧化无纺滤布ASBR反应器具有较高的脱氮潜能,试验阶段氮容积去除负荷最高可以达到2.06 kg/(m3·d).     

HRT对3DBER-S工艺深度脱氮同步去除PAEs的影响

为研究三维电极生物膜硫自养耦合脱氮(3DBER-S)工艺同步脱氮去除邻苯二甲酸酯(PAEs)的运行特性,分别针对3个水力停留时间(HRT)梯度(12 h→6 h→3 h),研究了耦合系统内总氮(TN)、PAEs去除及硫酸盐、pH变化情况,并分析了系统脱氮途径及PAEs去除能力.结果表明：在不同HRT下,TN去除率在95%左右,出水TN平均质量浓度均在2 mg/L以下;PAEs的平均去除率均超过80%,其中,邻苯二甲酸二丁酯( DBP)的平均去除率达97%以上,邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)的平均去除率在83%以上.系统的最佳水力停留时间为6 h,该时段系统出水TN维持在0.80 mg·L-1左右,符合《地表水环境质量标准》中郁类水质标准的限值(1.5 mg/L);DBP、DEHP的平均去除负荷分别为594.79、188.13 mg/(m3·d).在3DBER-S系统内,单质硫和阴极产生的H2能够弥补由于HRT缩短、进水NO3--N负荷增加所导致的反硝化电子供体相对不足问题,维持系统高效稳定的脱氮效率;同时,由于填料吸附、生物降解以及化学氧化等作用协同共存,对PAEs具有较强的去除能力.     

浸入式吹氮过程中氮在不锈钢液中的溶解

采用插入钢液内部的吹氮管进行浸入式吹氮方法,研究了304、316和420不锈钢液中氮的溶解度及温度和氮气分压的影响。得到了三个品种的不锈钢,在不同温度和氮气分压下氮的溶解度数据,并对氮的溶解度计算模型进行了验证。结果表明：（1）304不锈钢在1 540℃和1 580℃,100 kPa下的溶解度分别为0.234%和0.206%;316不锈钢在1 500℃、1 540℃和1 580℃、100 kPa下的溶解度分别为0.22%、0.2%和0.17%;420不锈钢在1 510℃和1540℃、100 kPa下的溶解度分别为0.14%和0.13%。温度升高氮的溶解度降低。（2）316不锈钢在1 540℃下,氮气分压分别为20、40、60、80和100 kPa时的溶解度分别为0.10%、0.14%、0.16%、0.18%和0.20%。不锈钢液中氮的溶解度与氮气分压的平方根成正比。     

氨氮污染地下水的动态实验研究

目的研究浑河流域水文地球环境化学特征对地下水中氮表现形式的控制机理,为地下水修复与水源开发建设提供科学的理论指导.方法通过室内动态实验模拟污染河流中的氨氮渗入地下后的迁移转化过程.实验土柱中装填入浑河流域第四纪松散沉积物在110 m深的钻孔地质剖面中有代表性的岩层,通过间歇监测水样中氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、铁离子、锰离子、氯离子、高锰酸盐指数、pH值等指标随时间的变化,分析三氮转化的机理及周围环境因素对其的影响作用.结果研究结果表明在地下水pH<7,高含量铁、锰离子所营造的还原性环境中氨氮是污染地下水的主要氮素形态.用统计的方法分析各指标变化趋势发现:氨氮与环境中的锰、高锰酸盐指数呈正相关;与硝酸盐氮负相关.结论区域水文地球化学场与饱水岩层的岩性和结构对氮转化的方向有决定作用.     

咪唑啉型含氮硼酸酯的合成

合成了两种咪唑啉型含氮硼酸酯(MBN-1和MBN-2),并对产品的结构进行了表征,同时分析了产品的水解稳定性、油溶性、热稳定性以及摩擦学性能。结果表明:与MBN-1相比,MBN-2具有较好的热稳定性,分解温度达到280℃,水解稳定性大于30d,可以较好地溶解在基础油中,对铜片无腐蚀,当其在基础油中的质量分数为2%时,MBN-2能明显减轻钢球表面磨损。     

焦化蜡油碱性氮化物的脱除

采用一种复合脱氮剂脱除碱性氮化物,去除焦化蜡油(CGO)中的碱性氮化物。考察了反应温度、反 应时间、剂油质量比等条件对轻质油收率和碱性氮化物脱除率的影响。实验结果表明,反应温度为72 ℃,剂油质量 比为0.025,搅拌速度为300r/min,反应时间为30min,沉降时间为15min,轻质油收率为94.23%,碱性氮化物脱除 率为85.62%。     

环渤海盐碱化潮土区小麦-玉米轮作体系氮肥用量对氮肥利用率的影响

采用田间小区试验,研究了环渤海盐碱化潮土区高、中、低产田小麦-玉米最佳施氮量,以及不同施氮水平对小麦-玉米产量、氮肥贡献率和氮肥利用率的影响。结果表明:对于高、中、低产田,小麦的适宜施氮量分别为225,225,180kg/hm2,玉米的适宜施氮量分别为225,180,135kg/hm2;氮肥贡献率在低产田和中产田上大于高产田;氮肥吸收利用率为低产田>中产田>高产田,氮肥吸收利用率和氮肥偏生产力随氮肥用量增加而降低;高、中、低产田土壤供氮能力在冬小麦茬口分别为82.2%,77.8%,76.8%,在夏玉米茬口分别为81.9%,77.7%,75.9%。     

氮在硼氮复合渗中的作用机理

分析研究试验了氮对渗硼层深度、显微硬度、相结构的影响.结果表明,当氮的加入量为1.5wt%时,氮的渗入对后续渗硼过程有阻碍作用,而当添加量为5wt%时,氮对渗硼有催渗作用;另外,氮的渗入有利于强化过渡区,从而使硬度梯度变缓,有利于得到单一的Fe2B相.     

汽油中碱性氮的脱除

采用盐酸抽提法、液－固吸附法、络合法脱除汽油中的碱性氮,并对脱除效果进行了考察。结果表明,对盐酸抽提法,最佳盐酸浓度应控制在０．０５～１．０ｍｏｌ·Ｌ－１,最佳抽提时间为２０ｍｉｎ;对液－固吸附法,液固比控制在１～５,碱性氮脱除效果最好;对络合法,络合剂浓度控制在１５％～２０％为最佳。在以上条件下碱性氮脱除率均可达９０％以上。     

化学法去除废水中亚硝酸根的研究

实验以不稀释的高浓度亚硝酸根废水为处理对象,以处理后废液中氮元素低于排水标准为界定值,讨论可直接进行处理的废液的最大质量浓度.同时改变处理条件,在可处理范围内找到最小残留质量浓度时对应的条件:搅拌速度25 r/min,流入时间30 min以上,后处理时间10min,物质添加量的摩尔比在1.0～1.1之间.并把实验结论用于实际工厂废水进行检验.     

潜流人工湿地植物根区氮转化细菌及脱氮效果

用平板稀释涂布法和多管发酵法,测定了某潜流人工湿地根区氮转化细菌的数量,研究了人工湿地根区氮转化细菌的数量与TN去除效果的关系,测试结果:氨化细菌为5.0×104~4.6×106CFU/g,亚硝化细菌为53~600 MPN/g,反硝化细菌为120~1500 MPN/g,表现为氨化细菌是优势细菌,亚硝化和反硝化细菌数量较少。沿水流方向各级湿地单元根区氮转化细菌呈递减趋势(即第一级湿地单元>第二级湿地单元>第三级湿地单元);同级不同植物湿地单元中氮转化细菌数量无明显差异。湿地单元TN去除率低,氮转化细菌数量与TN的去除率关系不明显。     

厌氧氨氧化污泥包埋固定化及其脱氮效能

为维持水中厌氧氨氧化菌生物量,采用水性聚氨酯(WPU)对厌氧氨氧化污泥进行包埋固定化,同时对比聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)以及PVA-SA包埋后颗粒的机械稳定性和厌氧氨氧化性能.结果显示:4种包埋颗粒均表现出良好的厌氧氨氧化性能,WPU颗粒生物活性最好,机械稳定性最高,相比其他几种材料具有明显的优势,适合作为厌氧氨氧化包埋材料.在WPU包埋颗粒的连续流实验中,通过不断降低水力停留时间(HRT)的方式增加容积负荷,当容积负荷为1.697 kg/(m3·d)时,WPU包埋颗粒仍能达到80%总氮(TN)去除率,并且在100 d内没有观察到出水SS增加和颗粒碎裂的现象,表明WPU包埋颗粒具有很强的抗负荷冲击能力和厌氧氨氧化性能,并且在长期运行中能保持良好的污泥截留能力和稳定性.通过16S r DNA-Cloning分析发现:WPU包埋颗粒内厌氧氨氧化菌主要是Candidatus Brocadia fulgida(JX243641.1),包埋材料作为载体,起到保护厌氧氨氧化菌和提高生物量的作用,但对菌体本身和菌群结构没有影响.