Effect of p （COD）/p （N） on Nitrous Oxide （ N2 O） Production in Biological Denitrification

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（chemical oxygen 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N：0产量的影响．全程反硝化过程中,调节p（COD）／p（N）为1．56、2．83、4．56、6．01和10．0,短程反硝化中调节p（COD）／p（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p（COD）／p（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,1g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0．089g．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p（COD）／p（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0．607mg／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p（COD）／p（N）不足是影响系统N2O产量增加的主要原因．     

溶解氧和污泥粒径分布对城市污水SND影响

为了进一步探讨同步硝化反硝化的反应机理,采用SBR工艺,考察溶解氧和污泥粒径分布对城市污水同步硝化反硝化的影响。结果表明：低溶解氧（平均DO-0．5～0．8mg／L）条件下,氮平衡计算证实SBR工艺发生了明显的SND现象,总氮中大约23．11％的氮是通过SND现象去除的。当DO浓度为0．5mg／L时,硝态氮生成量与氨氮的减少量之比为0．454,硝化速率与反硝化速率基本相当。当DO浓度为4．296mg／L时,硝化反应产生的氨氮的减少量与硝态氮的生成量相等,此时基本不发生SND现象。当SND发生时,污泥菌胶团颗粒的平均颗粒粒径仅为5．02μm～6μm,说明SND不是单纯的“微环境作用”的结果。     

改良UCT分段进水深度脱氮除磷工艺反硝化动力学性能

采用序批试验研究了在T=(15±1)℃条件下以生活污水、污泥水解酸化上清液、乙酸钠、甲醇、乙醇和葡萄糖为电子供体的活性污泥的反硝化性能以及pH变化规律和动力学特性.结果表明,乙酸钠的比反硝化速率和比耗碳速率最高,分别为4.13 mg/(g.h)和29.8 mg/(g.h),但其反硝化能力最低.污泥水解酸化上清液的反硝化速率与乙酸钠相当.反硝化菌需经若干周期的驯化后才能适应甲醇和乙醇电子供体.当要求直接提高反硝化速率时,不宜选择甲醇和乙醇为碳源.而葡萄糖电子供体系统在前10～120 min出现短暂的"ρ(NOx--N)还原停滞平台",当大分子葡萄糖糖酵解为小分子有机物后,反硝化过程才顺利进行,糖酵解过程是葡萄糖反硝化过程的限速步骤.此外,不同电子供体反硝化过程pH变化规律可以间接指示反硝化动力学特性,其缺氧异养菌产率系数为0.68～0.73.     

好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮过程中N2O的产生

对同步脱氮过程中影响N2O产生的条件进行了研究，结果表明，由于受反硝化反应影响，COD／NH4^ —N比值为2，3时产生较多的N2O，分别为15mg／L和25mg／L；而比值为4，5时N2O生成量较少,同样，较高的溶氧质量浓度(3，4mg／L)减小了颗粒污泥内部的反硝化区域，反应产生较多的N2O，控制DO质量浓度在1～2mg／L，有利于减少N2O的排放,脱氮过程中添加NO2—N和NO2—N，反应产生大量的N2O，最多可以达到75mg／L,实验发现，NO2—N较NO2—N更易形成N2O。     

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。     

生物膜同步硝化反硝化脱氮过程中N2O的产生量及机理分析

为了考察生物膜同步硝化反硝化脱氮过程中氧化亚氮(N2O)的释放量,以碳纤维为填料,采用SBR反应器研究了实际生活污水生物膜同步硝化反硝化过程中N2O释放量并对其产生机理进行了分析.在低溶解氧水平(0.2～1.5 mg/L)下系统同步硝化反硝化率维持在79%以上.在4个溶解氧水平0.2、0.4、1.0、1.5 mg/L下,每去除1 g氨氮N2O释放量分别为0.005、0.025、0.021、0.025 g,远低于短程硝化反硝化系统N2O释放量.1个反应周期内,N2O释放量随NH4+-N氧化而增加,NH4+-N氧化结束后,N2O释放量急剧减少.在曝气状态下,N2O释放速率与ρ(COD)呈现了较好的相关性.分析发现,生物膜同步硝化反硝化系统中N2O主要是由异养硝化和好氧反硝化产生.     

淀粉基可生物降解载体在同步硝化反硝化中的应用

针对污水生物脱氮过程低C／N的问题,采用淀粉基可生物降解载体进行生物膜脱氮研究,考察了pH、DO、温度等因素对同步硝化反硝化的影响。结果表明：在C／N=4时,淀粉基可生物降解载体可以为反硝化菌提供充足的有机碳源。在pH=8-8．5、DO=1mg／L、T=28℃时,氨氮及总氮去除率分别可以达到93％和76％。     

双污泥反硝化聚磷系统污泥的培养与驯化

以污水处理厂氧化沟污泥为泥种,采用进水低碳高磷、两阶段的运行方式进行反硝化聚磷污泥的培养,约100 d成功驯化培养出反硝化聚磷污泥.第1阶段以厌氧/好氧的运行方式驯化好氧聚磷污泥,运行约40 d,最大释磷量、最大聚磷量和最大除磷量分别可达到77.2、89.4、25.0 mg/L,表现出较强的聚磷能力;第2阶段采用厌氧/缺氧/好氧的运行方式驯化反硝化聚磷污泥,运行60 d,缺氧聚磷量占总聚磷量的百分比呈上升趋势.硝化污泥经过100 d的驯化可去除约50 mg/L的氨氮,硝化率基本稳定在98.5％以上.硝化速率本符合零级动力学方程,比硝化速率常数为0.0024h-1;好氧聚磷速率和缺氧聚磷速率基本符合一级动力学方程,速率常数分别是0.377、0.740 g/(L·h-1).利用驯化培养成功的反硝化聚磷污泥和硝化污泥进行了A2N-SBR试验,结果表明:在进水COD、氨氮和磷分别为188.0、54.8、7.25 mg/L时,去除率分别为93.5％、76.7％和94.1％,驯化培养的双污泥具有良好的脱氮除磷效果.     

优化后反硝化系统在高NO_2~-及NO_3~-环境下脱氮及N_2O释放特征

为揭示优化后的缺氧反硝化系统在处理高NO~-_2和NO~-_3废水时的脱氮效果和N_2O产生情况,采用序批式活性污泥反应器(SBR),研究优化后的污泥系统在初始NO~-_2-N浓度为300 mg/L和400 mg/L时,不同进水C/N条件下反硝化过程脱氮和N_2O产生情况,同时对比初始浓度为500 mg/L、C/N为2时,不同电子受体情况下N_2O的产生情况.研究结果表明:反硝化污泥系统优化后,反硝化速率提升了1.29倍,脱氮性能逐渐增强,N_2O累计逸出量降低了100倍,污泥系统中的脱氮优势菌群为陶厄氏菌属(Thauera),所占比例从23.5%增加到76.4%;初始NO~-_2-N浓度为300 mg/L和400 mg/L时,不同进水条件下,系统均可表现出较强的反硝化能力,反硝化过程中N_2O最大转化率仅为0.104%;初始浓度提高到500 mg/L,C/N为2,以NO~-_3-N为电子受体时,反应过程NO~-_2-N最大积累量仅为22.46 mg/L,溶解态N_2O始终维持在0.304 mg/L左右,而以NO~-_2-N为电子受体时,溶解态N_2O峰值达到0.765 mg/L,但N_2O最大转化率仅为0.066%;反硝化污泥系统优化后,对高硝氮废水可表现出较强的反硝化能力,同时反硝化过程N_2O的产量较低.     

常温短程内源反硝化生物脱氮

为了确定短程内源反硝化的特性及其影响因素,采用SBR反应器,在20℃下,对以NO3-和NO2-为电子受体的内源反硝化脱氮状况进行了对比,并对不同污泥浓度下的短程内源反硝化速率进行了研究.结果表明,短程内源反硝化速率约为全程内源反硝化速率的1.6倍;污泥浓度从4g/L变化到12g/L时,短程内源反硝化速率平均值从0.026/d增加到0.038/d;短程内源反硝化间歇运行9个周期后,活性污泥的ρ(VSS)降低约16%,反硝化速率则降低了49%.     

碱性发酵液投加率对A2 O脱氮除磷效果的影响

为解决城市污水处理厂进水碳源不足、生物脱氮除磷效果较差及剩余污泥产量较大的问题,采用不断提高碱性发酵液投加率的方式,考察了碱性发酵液对A~2O系统脱氮除磷效果的影响.研究结果表明:随着碱性发酵液投加率的不断增加,A~2O系统进水pH值不断增大,COD和NH_4~+-N去除率基本不变,而TN和PO_4~(3-)-P的去除率略微下降.外碳源全部由发酵液提供后,系统COD、NH_4~+-N、TN和PO_4~(3-)-P的去除率分别为87.00%、98.86%、79.73%和80.92%,NH_4~+-N、TN和PO_4~(3-)-P的去除量较单独投加乙酸钠时分别提高24.93%、19.05%和86.08%.     

污泥厌氧发酵物强化低碳氮比生活污水脱氮除磷

为降低使用污泥厌氧发酵物作碳源时的成本,以及简化使用步骤,研究将既不进行发酵液与污泥的分离,也不去除副产物氮和磷的污泥发酵物直接作生活污水脱氮除磷碳源的可行性.以实际低碳氮比城市生活污水为处理对象,将不同量的污泥碱性发酵物(0,20,50,100,200 mL,对应的SCOD质量依次为0,79,198,396,792 mg)作为生物反硝化脱氮和厌氧释磷的碳源,考察脱氮和释磷情况.结果表明:随着投加量的增加,反应结束时氮氧化合物(NO~-_x-N)先降低后升高,当投加量为50 mL(SCOD质量为198 mg、氮质量为12.9 mg、碳氮比为15.3)时,NO~-_x-N质量浓度最低,仅为1.2 mg/L且全部以NO~-_2-N的形式存在,对应的反硝化效率为94.9%;厌氧释磷过程随着污泥发酵物投加量的增多,释磷量不仅没有升高,反而会降低,当投加量为20 mL(SCOD质量为79 mg、氮质量为5.2 mg、磷质量为1.6 mg、碳氮比为15.3、碳磷比为49.5)时,反应结束时释磷量最多,高达23.8 mg/L.此外,通过模拟硝化过程、反硝化过程以及鉴定细胞形态,得出污泥发酵物中硝化细菌和反硝化细菌的细胞结构遭到破坏,其活性均被抑制,即发酵物的引入不影响污水脱氮除磷系统主要菌群结构的稳定性.因此,污泥厌氧发酵物直接做生活污水脱氮除磷的碳源是可行的,本研究中对于反硝化脱氮,50 mL为最佳投加量,对于厌氧释磷,20 mL为最佳投加量.     

Microbial Community Profiles Related to Volatile Fatty Acids Production in Mesophilic and Thermophilic Fermentation of Waste Activated Sludge Pretreated by Enzymolysis

酶溶剩余污泥中高温发酵过程中微生物群落动态与短链脂肪酸积累的关系研究

辛晓东¹,王冰鑫¹,洪俊明¹,赫俊国²,邱微²,陈博彦³

（1.华侨大学 环境科学与工程系, 福建 厦门 361021;

2.哈尔滨工业大学 城市水资源与水环境国家重点实验室, 哈尔滨 150090;

3. 宜兰大学 化学工程与材料工程学系（所）,台湾 宜兰 26047,中国）

创新点说明：

1） 分析了酶溶预处理对剩余污泥水解溶胞效果,并发现酶溶剩余污泥在中温发酵和高温发酵中VFA积累含量基本处于同等水平;

2） 酶溶污泥中温发酵与高温发酵体系中微生物群落结构动态差异明显;与高温发酵相比,中温发酵体系中微生物群落均匀度较为适中,有助于强化体系中产酸群落的功能性;

3） 从产能角度分析,酶溶预处理大幅提高了剩余污泥的能源回收效率,为未来污水处理厂的剩余污泥处理及能源化提供一种新思路。

研究目的：

研究酶溶法对剩余污泥的溶胞水解效能,分析酶溶污泥的中温及高温厌氧发酵产VFA的效能,并揭示发酵体系中VFA积累与产酸微生物群落动态的关系,分析酶溶预处理对剩余污泥有机质向电能转化的强化作用,为未来剩余污泥的高效处理及能源化提供一种新思路。

研究方法：

1） 通过运行厌氧生物反应装置考察酶溶污泥的厌氧产酸发酵效能;

2） 利用T-RFLP分析发酵体系中产酸菌群的群落结构动态;

3） 绘制洛伦兹曲线描述发酵体系中产酸菌群的均匀度变化;

4） 利用数据排序分析（RDA）揭示VFA积累与环境变量的相关联系。

研究结果：

1） 研究了酶溶预处理对剩余污泥水解溶胞效果,发现在180min内污泥液相中SCOD升高至8750 mg/L;中温发酵第10天,VFA含量积累超过3200 mg COD/L,与高温发酵过程中VFA累积含量基本持平;

2）中温发酵体系中微生物群落均匀度低于高温发酵过程,推测其有助于强化发酵体系中菌群的产酸功能性;

3） 酶溶预处理大幅提高了剩余污泥的能源回收效率,经估算剩余污泥的电能转化效率可达到0.75-0.82 kW h/kg VSS。

结论：

1） 复合生物酶（蛋白酶、α-淀粉酶、溶菌酶及纤维素酶）可高效提高剩余污泥的水解溶胞效果,且酶溶剩余污泥在中温发酵和高温发酵中VFA积累基本持平;

2） 发酵温度对产酸菌群结构有明显影响,中温发酵体系中微生物群落均匀度低于高温发酵过程,有助于中温发酵中VFA的快速积累;

3） 酶溶法可大幅提高剩余污泥的能源回收效率,为实现未来污水处理厂的能耗自足提供一种新思路。

关键词：剩余污泥;生物酶催化;挥发性脂肪酸;微生物群落;电能转化

     

不同条件下耐盐脱氮复合菌剂的脱氮特性

目的研究人工构建的高效耐盐脱氮复合菌剂在不同条件下的生长情况和脱氮效果,为优化培养条件、提高高盐废水的脱氮效率和处理实际废水提供运行参数．方法在转速125r／min的恒温振荡培养箱中,按6％接种复合菌剂,控制初始氨氮质量浓度100mg／L,进行36h静态脱氮试验．结果耐盐脱氮复合菌剂的脱氮最适m（C）：m（N）为15,最适氯化钠质量分数为3％,pH为7,温度为30℃．耐盐脱氮复合菌剂在氯化钠质量分数为3％～7％均能获得良好的生长和脱氮性能,脱氮率达到99．02％,反应末氨氮质量浓度低于1mg/L．结论耐盐脱氮复合菌剂具有一定耐盐性,脱氮过程中无硝态氮和亚硝态氮积累,可实现同步硝化反硝化,能提高高盐废水生物处理脱氮效率．     

ρ(C)ρ/(N)对污水反硝化过程中N_2O产生的影响

利用SBR反应器硝化结束的混合液,通过投加不同碳源量和利用内源碳源反硝化,考察了不同ρ(C)/ρ(N)对污水反硝化过程中N2O产生情况的影响.控制ρ(C)/ρ(N)分别为0、1.2、2.4、3.5、5.0和20,结果发现,不投加外碳源条件下,利用内源碳源反硝化过程反硝化率仅有10%,产生的ρ(N2O)也很低.投加外碳源控制ρ(C)/ρ(N)为1.2和2.4条件下,反硝化率分别为18.44%和33.55%,产生的ρ(N2O)同样较低,ρ(C)/ρ(N)=3.5和5.0时,反硝化率升高到了71%和91.4%,产生的ρ(N2O)也升高到0.227 mg/L和0.135 mg/L,是不加外碳源时产生量的30倍和18倍.继续提高ρ(C)/ρ(N)到20,发现反硝化率可以达到99.29%,产生的ρ(N2O)增高到了0.317 mg/L.可见,在污水反硝化过程中,虽然ρ(C)/ρ(N)过低产生的ρ(N2O)很少,但严重影响反硝化效果,要得到较高的反硝化率,需要较高的ρ(C)/ρ(N),但是ρ(C)/ρ(N)较低和过高时都会产生较高的ρ(N2O),所以,污水反硝化过程中应该控制ρ(C)/ρ(N)在5左右,既可以实现较高的反硝化氮去除率,又可减少ρ(N2O)的产生.     

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。     

电极生物膜法反硝化工艺条件及过程

为获得具有良好反硝化性能的电极生物膜,以活性污泥为出发菌株,分别以连续和间歇培养方式在石墨电极上生长电极生物膜,研究碳氮比、电流强度、pH等工艺条件对电极生物膜反硝化过程的影响.结果表明:当碳氮比小于3.0时,体系的反硝化速率与碳氮比成正比;而在3.0以后,反硝化速率的增长开始趋于缓慢;电流强度为20mA时,硝酸盐去除效率达到最大值9.26mg/(L.h),继续加大电流,硝酸盐的去除率降低;当pH等于7时,硝酸盐氮的去除负荷最大,为7.89mg/(g.h),而pH小于或大于7时,生物膜的反硝化性能均有所降低.对单纯电极法、单纯生物膜法和电极生物膜法进行比较研究,证明电极生物膜法对硝酸盐的去除是电与生物膜共同作用的结果.     

水解酸化工艺及其应用研究

对水解酸化工艺的特性,与混合厌氧和两相厌氧工艺的区别及其在改善废水可生化性的功效等进行了分析比较。利用厌氧折流板反应器对垃圾填埋场渗滤液与城市混合废水的研究表明,该工艺可有效地提高废水的ＢＯＤ５／ＣＯＤ,明显地提高可生化性的作用,促进废水的进一步好氧生物处理。     

含氮化合物对兼养脱硫反硝化的影响

为处理含有硫化物和有机物的废水,应用兼养脱硫反硝化缺氧附着生长反应器,并引入硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体.进水硫化物和有机物质量浓度分别为200 mg/L和20 mg/L,去除率分别达到99.9%和89.2%.在化学氧化和微生物氧化的共同作用下,硫化物转化为硫酸盐的比例为40%.反应器内自养反硝化与异养反硝化同时发生,异养反硝化的比例为21.76%.同时,针对亚硝酸盐负荷、亚硝酸盐与硝酸盐比例、氨氮负荷等含氮化合物参数对兼养脱硫反硝化的影响进行研究.结果表明:当NO2-负荷为50 mg/(L.d)、亚硝酸盐与硝酸盐的比为2、NH4+负荷为50 mg/(L.d)时,脱氮除硫的效果较好.     

污水生物脱氮过程中温室气体N2O的产生与控制

针对温室气体N2O在大气中含量逐年上升的趋势,现有的大量研究表明,污水生物脱氮过程中微生物的硝化及反硝化代谢过程是污水处理过程中N2O的主要产生源.从微生物学和生物化学的角度详细论述污水生物脱氮过程中N2O的生成机理,并对影响其产生量大小的因素温度、pH、溶解氧、SRT及C/N比等进行详细论述.最后从微生物种群优化和工艺运行的角度出发,初步提出降低污水生物脱氮过程中N2O逸出量的控制策略,即维持相对较长的SRT,曝气时DO充足,反硝化时保证良好的缺氧条件,并维持系统处于中性或偏碱性条件.