短程反硝化除磷技术研究进展

短程反硝化除磷技术将生物脱氮和除磷有机合二为一,是符合可持续发展的绿色技术。文章在相关文献基础上针对短程反硝化除磷技术机理、工艺作了综述和分析,以给相关研究工作者提供一些有价值的参考和帮助。     

一株短程反硝化除磷菌的鉴定与生物学利用

依据短程反硝化除磷原理,在SBR装置中加入厌氧池污泥,采用厌氧/缺氧工艺,投入亚硝酸盐以富集短程反硝化除磷菌（SDPB）,并进行SDPB的筛选、分离,采用传统与现代分子生物学鉴定相结合手段确定其分类地位,同时进行不同营养条件和环境条件下菌的生物学利用研究。结果表明：该菌株为一株新的兼性厌氧菌株,具有同步短程反硝化和除磷功能。通过细菌形态、生理生化指标、培养特征和16S rDNA序列进行同源性比较,鉴定该菌株为不动杆菌属,相似性高达99.3%,该种尚未见文献报道。Gi菌的最佳碳源为乙酸钠。此菌不仅可以利用NO^-₂也可以利用NO^-₃为电子受体。Gi菌的最佳pH值为7。温度为25℃时的反硝化除磷效果最好,适宜的温度为20～35℃。当温度为10℃时微生物生长受到抑制,温度高于35℃时活性下降。磷、氮的最高去除率分别可达82.94%和82.99%。     

反硝化除磷+短程反硝化厌氧氨氧化工艺的深度脱氮除磷效能

为经济高效地去除城市生活污水和硝酸盐废水中的氮磷元素,本研究在厌氧折流板反应器（ABR）和连续搅拌反应器（CSTR）一体式反应器中分别建立了反硝化除磷（DPR）和短程反硝化厌氧氨氧化（PDA）工艺。结果表明,反应器运行185天,在缺氧/厌氧和外加COD/NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N比仅为0.7条件下,PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P和TN的去除率高达96.91%和97.75%,最终出水PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P和TN的浓度低至0.22mg/L和3.30mg/L,意味着该系统极佳的脱氮除磷效果不依赖氧气和有机碳源量。DPR对系统PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P和TN的去除均占主体部分（99.07%和60.23%）,而PDA对总氮（TN）的去除占比呈现逐渐上升的趋势（4.53%→37.52%）。批次实验表明：①COD（300mg/L）显著抑制DPR菌活性,PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P主要是在缺氧状态下以NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N为电子受体,有机物为电子供体通过DPR途径去除;②高效短程反硝化过程（亚硝酸转化率92.25%）稳定为厌氧氨氧化供给电子受体（NO{}_{\mathrm{2}}^{-}-N）,DPR系统剩余NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N主要被NO{}_{\mathrm{2}}^{-}-N氧化去除,因此DPR+PDA系统实现了高效同步脱氮除磷效果。高通量测序表明,Accumulibacter（7.41%）是DPR系统功能性除磷菌,Thauera（7.24%）和Candidatus Brocadia（3.12%）为PDA系统关键脱氮菌。     

脱氮除磷新途径--反硝化除磷

介绍反硝化除磷的原理和两种反硝化除磷新工艺。反硝化除磷缓解了传统脱氮除磷工艺中存在的碳源紧张的矛盾 ,反硝化菌利用硝酸盐替代氧气作为电子受体进行聚磷 ,可节省曝气量、降低运行成本 ,是一种有前途的脱氮除磷途径     

传统生物除磷脱氮工艺和反硝化除磷工艺对比

介绍了传统生物除磷脱氮和反硝化除磷的机理,比较了几个有代表性的传统除磷脱氮工艺和反硝化除磷工艺。通过分析认为反硝化除磷菌(DPB)能够以硝态氮为电子受体,从而大大节省耗氧量,缓解常规工艺对外加碳源的需求。如何在不增加工艺流程复杂性的同时,在工艺中充分富集DPB是反硝化除磷的关键。     

HRT和曝气量对AAO-BAF系统反硝化除磷性能的影响

以COD/TN为4左右的生活污水为处理对象,通过调节系统进水流量和曝气生物滤池(BAF)曝气量,研究了水力停留时间(HRT)和BAF气水比对AAO-BAF反硝化除磷系统运行性能的影响。结果表明,气水比和水力负荷(HLR)对BAF的硝化性能有显著影响,BAF气水比为3:1时,NH+4去除率降低到了72%;当AAO的HRT为4 h,BAF的HLR为3 m3·m-2·h-1时,即使BAF的气水比达到8:1,也不能保证NH+4的完全去除。试验得出,AAO-BAF反硝化除磷系统的PO43-去除率与NH+4去除率存在良好的相关关系,为保证90%以上的磷去除率,NH+4去除率应该达到98%。当AAO的HRT≥6 h,BAF气水比≥4:1时,AAO-BAF系统对COD、NH+4、TN和PO43-的去除率分别可达87%、99%、80%和95%。     

HRT和曝气量对AAO-BAF系统反硝化除磷性能的影响

以COD/TN为4左右的生活污水为处理对象,通过调节系统进水流量和曝气生物滤池（BAF）曝气量,研究了水力停留时间（HRT）和BAF气水比对AAO-BAF反硝化除磷系统运行性能的影响。结果表明,气水比和水力负荷（HLR）对BAF的硝化性能有显著影响,BAF气水比为3：1时,NH₄⁺去除率降低到了72%;当AAO的HRT为4 h,BAF的HLR为3 m³·m^-2·h^-1时,即使BAF的气水比达到8：1,也不能保证NH₄⁺的完全去除。试验得出,AAO-BAF反硝化除磷系统的PO₄^3-去除率与NH₄⁺去除率存在良好的相关关系,为保证90%以上的磷去除率,NH₄⁺去除率应该达到98%。当AAO的HRT≥6 h,BAF气水比≥4：1时,AAO-BAF系统对COD、NH₄⁺、TN和PO₄^3-的去除率分别可达87%、99%、80%和95%。     

短程硝化反硝化生物脱氮技术的探讨

短程硝化反硝化技术是将硝化反应控制在亚硝酸盐阶段,不进行亚硝酸盐至硝酸盐的转化,直接进行反硝化反应。文章阐述了短程硝化反硝化的形成机理,理论研究进展,系统介绍了短程硝化反硝化影响因素与控制分析,并探讨了短程硝化反硝化生物脱氮技术需深入研究的要点     

污水脱氮除磷新工艺研究进展

随着人们对污水生物脱氮除磷过程认识的不断深入,产生了一些新的处理工艺。本文重点介绍了耦合好氧-缺氧N2O分解工艺（CANDO）、同时去除含碳有机物及氮磷营养物质新工艺（BioCAST）、上流式厌氧-缺氧污泥床工艺（UAASB）、厌氧循环流化床工艺（A-CFBBR）、双循环流化床生物反应工艺（TCFBBR）、双污泥反硝化诱导结晶工艺（A2N-IC）等6种新工艺的原理、影响因素和工艺流程特点。通过与传统工艺的相比较,对新工艺的特性进行了探讨。最后展望了污水脱氮除磷技术的发展趋势,指出经济、高效、低能耗的可持续脱氮除磷工艺是污水处理未来的发展方向。     

长泥龄改良A2/O工艺的短程硝化反硝化除磷

为解决传统A²/O工艺硝化与除磷泥龄(SRT)之间的矛盾,进一步提高低C/N(P)比生活污水同步脱氮除磷效率,采用一种改良A²/O工艺在长SRT条件下处理生活污水.试验结果表明,该工艺可有效筛选和强化反应器内活性污泥,并大量富集长SRT的反硝化除磷菌(DPAO).通过亚硝酸盐氧化菌(NOB)淘洗阶段后,反应器在SRT=19.6d、A²O段污泥浓度(MLSS)=5.5 g·L^-1、水力停留时间(HRT)=8.2 h、污泥回流比(R)=90%、硝化液回流比(r)=250%、溶解氧(DO)=1.5～0.3 mg·L^-1,间歇曝气段HRT=4 h、曝气周期1 h曝气1 min(DO=0.3～0.5 mg·L^-1)、沉淀59 min条件下长期运行,COD、NH₄⁺-N、TP和TN的平均去除率分别为88.71%、99.2%、93.77%和89.52%,出水亚硝化率(NO₂^--N/NO_x^--N)可达97.2%,DPAO占聚磷菌(PAO)比为95.5%.污水中约72.96%的COD被DPAO合成PHA除磷,15.75%的COD由异养反硝化消耗,约41.96%和31.31%的N分别通过反硝化除磷和异养反硝化去除.剩余污泥主要由DPAO和反硝化菌增殖产生,分别占82.74%和17.24%,较传统脱氮除磷途径减少了58.76%的碳源消耗和44.6%的污泥排放.     

SBR中曝气强度对除磷颗粒的影响

在3个SBR反应器(R1、R2和R3)中,好氧段分别控制气体流量为0.5、1.0和1.5 L·min^-1,研究了不同曝气强度对除磷颗粒的特性、处理性能和生物量等的影响。3个反应器在不同的曝气强度下30 d均实现了除磷污泥颗粒化,而后稳定运行30 d。试验结果表明,曝气强度对除磷颗粒的粒径、形态、含水率、沉淀性、处理效果、生物量等有着重要的影响。颗粒成熟后,R1、R2和R3中颗粒的平均粒径分别为900、1000和1150 μm,含水率分别为95.6%、94.2%和93.4%,沉淀速度分别为24～144、29～162和33～178 m·h^-1。在40 d后的运行中,R1、R2和R3中COD的平均去除率分别为95%、96%和98%,TP的平均去除率分别为97%、98%和99%。可见,曝气强度较大的反应器中形成的颗粒具有较好的沉淀性、较大的粒径、较低的含水率、较好的处理效果,且形状规则、外表光滑,而较大的生物量及较密实的结构是这些颗粒具有较优性能的主要原因。同时,测定并计算了3个反应器中第51天除磷颗粒的MLVSS/MLSS和生物活性层的厚度,高曝气强度反应器中聚磷颗粒的生物活性层厚度比较大,生物量比较高;并通过计算厌氧阶段P释放量与COD消耗量的比值,证实了本试验除磷颗粒系统中富集了大量的聚磷菌。     

A2O工艺中反硝化除磷及过量曝气对生物除磷的影响

如何有效提高城市污水厂除磷效率一直是研究的热点,而反硝化除磷菌可以在碳源不足的条件下,通过“一碳两用”的方式同时实现反硝化脱氮和吸磷作用,是一种新型高效的技术.试验以啤酒废水为研究对象,验证了厌氧-缺氧-好氧（A²O）工艺中反硝化除磷现象的存在及其对系统脱氮除磷的影响.试验结果表明,A²O系统稳定运行时,反硝化聚磷菌在缺氧区可利用在厌氧段储存的PHB大量吸磷,同时氮也得到去除,计算表明缺氧除磷量可占厌氧总释磷量的71.3%,另外可节约曝气能耗25%.无论系统进水COD浓度从200 mg•L^-1变化为400 mg•L^-1,COD、总氮和总磷去除率总能保持较高水平,平均出水总氮和总磷浓度分别小于10 mg•L^-1和0.30 mg•L^-1.另外发现,过量曝气对系统除磷具有明显的影响,导致除磷效率降低,甚至会产生不吸磷现象,系统需要经过约一个污泥龄时间才能恢复其吸磷能力,所以应加强系统曝气的控制.     

FA与FNA对两级UASB-A/O处理垃圾渗滤液短程硝化的影响

采用两级UASB-A/O组合工艺处理实际高氨氮城市生活垃圾渗滤液,在获得稳定的有机物与氮同步去除的前提下,重点考察游离氨(FA)与游离亚硝酸(FNA)对短程硝化稳定性的影响。在UASB1中进行反硝化同时产甲烷以去除部分TN和部分COD,在UASB2通过产甲烷进一步去除COD,在A/O反应器中主要实现高氨氮的短程去除和剩余COD的降解。试验共进行104 d,历经短程硝化稳定、破坏和恢复3个阶段。结果表明,当最小FA浓度控制在3.1 mg.L-1以上时,系统可维持稳定的短程硝化,NH+4-N去除率、NO-2-N积累率、TN去除率分别可达到99%、95%和86%。当FA浓度小于0.6 mg.L-1时,在原水碱度充足且过曝气的条件下,仅依靠FA对NOB的抑制作用,难于维持短程硝化,NO-2-N积累率下降到29%。前两阶段的FNA浓度均低于0.011 mg.L-1,没有对NOB起到抑制作用,而在第3阶段,FA浓度仍维持在较低浓度,但系统FNA浓度通过降低pH值而大幅度提高(最大值为0.414 mg.L-1),从而利用FA和FNA的协同抑制作用迅速恢复并维持短程硝化,NO-2-N积累率升高到92%。可见FA与FNA是实现并维持城市生活垃圾渗滤液短程硝化的重要影响因素。     

高氮豆制品废水的亚硝酸型同步硝化反硝化生物脱氮工艺

采用序批式活性污泥法,通过控制溶解氧浓度开发出处理高氮豆制品废水的新工艺.实验结果显示,当曝气阶段反应器内溶解氧浓度保持在0.5 mg•L^-1左右时,曝气过程中NO^-₂-N/NO^-_x-N的比率始终维持在93%以上,并且曝气结束时,有大约87.6%的氨氮是通过同步硝化反硝化途径去除的.因此,控制反应器内溶解氧浓度在0.5 mg•L^-1左右时,在一个反应器内同时实现了亚硝酸型硝化反硝化和同步硝化反硝化.经过理论计算和机理分析,在此溶解氧下,亚硝酸菌的比增殖速率近似为硝酸菌的2.22～2.43倍,并且低溶解氧容易在活性污泥颗粒内形成进行反硝化作用的缺氧区.因此,在常温下,只要采用溶解氧传感器控制SBR反应器内溶解氧浓度在0.5 mg•L^-1左右,就可以实现稳定的亚硝酸型同步硝化反硝化生物脱氮工艺.     

负荷对膜曝气生物反应器去除有机物和硝化的影响

讨论了在模拟生活废水的浓度阶段性变化的情况下,有机物负荷以及氮负荷对膜曝气生物反应器的有机物去除和硝化的影响。结果表明,TOC负荷和TN负荷分别从6.6 g/(m2.d)和3.2 g/(m2.d)到26g/(m2.d)和5.8g/(m2.d)变化,碳氮质量比从2.1到4.6变化时,得到94%～97%的TOC去除率。碳氮质量比从2.1到3.7变化时,硝化率约为90%;当碳氮质量比增加到4.6时,硝化率降到81%。在第一阶段,碳氮质量比为2.85,TN负荷从2.5到9.5 g/(m2.d)变化时,TOC去除率为95%。最大硝化速率和硝化率分别为7.5 g/(m2.d)和90%。和传统的生物膜比较,用膜曝气生物反应器处理废水,可同时提高有机物去除速率和硝化速率。     

硅胶膜曝气生物反应器同步短程硝化反硝化研究

以疏水性无孔硅橡胶管为膜曝气组件,通过长期的运行试验,对硅胶膜曝气生物反应器中实现同步短程硝化反硝化的可行性进行了研究。结果显示:在温度为32℃,p H为7.5~8.0,溶解氧为0.5 mg/L,HRT为12 h,进水COD为300 mg/L,NH4+-N为60 mg/L时,SMABR具有最佳去除效果,此时出水NO2--N为7.3 mg/L,NO3--N未检测到,NH4+-N、TN、COD去除率分别为82.9%、71.0%、90.0%。研究结果表明:SMABR通过改变反应条件能稳定实现同步短程硝化反硝化。