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.     

外碳源投量对亚硝酸型反硝化过程N2O释放影响

为实现N_2O的减量化控制或资源化利用,接种普通活性污泥,以乙酸钠和硝酸盐为基质,通过淘洗反硝化聚磷菌,在SBR中以厌氧/缺氧交替运行的方式启动內源反硝化,单周期内约50%的NO-3-N转化为NO-2-N,N_2O释放速率随着亚硝酸的积累逐渐增大,N_2O转化率(释放量占TN去除的比例)为2.04%.在此基础上,分别取缺氧末和厌氧末污泥,对比研究胞内聚合物PHB合成前后,外碳源投加量(碳氮比为0,0.75和2.50)对亚硝酸型反硝化过程N_2O释放特性的影响,结果表明,外碳源存在时,N_2O释放量随总碳源的增加呈略微减少的趋势,转化率在0.24%~1.61%;而当仅利用內源物质进行反硝化时,N_2O的转化率高达15.90%,单位SS最大释放速率达71.29μg/(min·g),释放量是其余条件下的14~26倍.表明单独利用PHB进行亚硝酸型反硝化会大幅增加N_2O的释放.     

内源反硝化过程中N2 O的产生特征

为了控制污水处理过程温室气体氧化亚氮(N2O)的排放量和提高污水处理厂产能,提出了强化反硝化过程中N2O积累,而后用N2O氧化甲烷提高燃烧产能同时减少N2O排放的方法.通过研究内源反硝化过程中N2O的产生特征得出,以硝酸盐(NO-3)作为电子受体的内源反硝化过程会出现亚硝酸盐(NO-2)和N2O的积累,且二者同时出现;当以不同质量浓度的NO-2-N(13~90 mg/L)作为电子受体进行内碳源反硝化时得出,高ρ(NO-2-N)会同时抑制NO-2和N2O的还原过程,从而使得内源反硝化过程中出现N2O的积累.基于此结果提出通过调控ρ(NO-2-N)来强化反硝化过程中N2O的积累,从而为N2O氧化甲烷提供基础.     

进水COD及投加方式对A2O-BAF工艺反硝化聚磷的影响

为了提高系统的反硝化除磷脱氮效率及碳源可利用性,主要研究了进水COD及投加方式对A2O-BAF工艺反硝化聚磷的影响.试验设计了不同的进水ρ(C)/ρ(P)(25 ～71)及COD投加方式(1次投加、3次投加、连续投加),分别考察各污染物的去除规律.试验结果表明:当ρ(C)/ρ(P)≤34时,A2O中出现磷和硝态氮的累积,去除效果恶化;当45≤ρ(C)/ρ(P)≤59时,磷的去除率稳定在90％左右,出水ρ(P)低于0.5 mg·L-1;当ρ(C)/ρ(P)≥63时,磷的去除率随ρ(C)/ρ(P)的增加而下降.当ρ(C)/ρ(P)≥39时,ρ(C)/ρ(P)的变化对COD和TN去除率影响不大,平均去除率分别高于83％和76％;当ρ(C)/ρ(P) =57时,系统处理效果最佳.相同质量浓度的COD,连续投加的方式可以提高碳源的可利用性,增加厌氧释磷量,提高缺氧反硝化除磷脱氮速率.     

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ρC/ρN(指ρCOD/ρTN,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,ρC/ρN=7时,发现投加外碳源有利于有机物、NH+4-N和TN的降解和转化,NH+4-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.     

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.     

不同碳源对反硝化过程中亚硝酸盐积累的影响

采用葡萄糖和乙酸钠对反硝化污泥进行200 d的驯化培养后,通过批次试验研究不同碳源对反硝化过程中亚硝酸盐积累的影响。研究结果表明：采用葡萄糖培养的反硝化污泥以葡萄糖为碳源,反硝化过程中亚硝酸盐积累浓度较低;n(C)/n(N)为5时,NO^-₂-N最大积累浓度仅为13.79 mg·L^-1,最大NO^-₂-N积累率为31.20%。采用乙酸钠培养的反硝化污泥以乙酸钠为碳源,反硝化过程中亚硝酸盐能快速积累,且积累浓度较高;n(C)/n(N)为3,反应至120 min时NO^-₂-N积累浓度为37.86 mg·L^-1,NO^-₂-N积累率达到72.48%;该污泥以葡萄糖为碳源,反硝化过程中亚硝酸盐积累浓度也较高;n(C)/n(N)为3,反应至240 min时,NO^-₂-N积累浓度为24.41 mg·L^-1,最大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.     

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 NOx-N/(gVSS.h)提高到2.406 mg NOx-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1.10~2.68.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.     

硝酸盐氮对反硝化除磷的影响及过程控制

针对南方地区低碳城市污水的特点,探讨了ρ(NO_3~- -N)及其投加方式对DPB反硝化除磷的影响,并利用在线监测技术提出相应的优化控制策略.结果表明,ρ(NO_3~- -N)过高或过低,均会降低DPB的反硝化除磷效率,为保证DPB的高效除磷效果,应投加适宜的ρ(NO_3~- -N);通过对V(ORP)与pH的在线监测发现,在反硝化除磷过程中,硝酸盐不足量时,pH在硝酸盐消耗完毕、缺氧吸磷结束时出现折点;NO_3~- -N足量时,pH在缺氧吸磷结束时出现平台区,pH可以指示反硝化吸磷情况,对工艺的运行工况进行优化控制.而V(ORP)未出现指示反硝化和缺氧吸磷结束的特征点,无法作为反硝化吸磷过程的控制参数;NO_3~- -N的投加方式不影响反硝化除磷效率,但随投加次数增加,尤其是连续低浓度投加的方式,更有利于提高脱氮效果,降低系统内NO_2~- -N的积累量.     

碳氮比对包埋颗粒反硝化过程中亚氮积累的影响

为了探讨碳氮比(ρ(C)/ρ(N))在反硝化过程中对于亚氮积累的影响,采用乙酸钠为碳源,在序批式实验中,通过控制进水碳氮比来研究反硝化包埋颗粒在反应过程中亚硝态氮积累的现象.实验结果表明:在反应过程中,不同的碳氮比条件下均出现亚硝态氮积累现象,且亚硝态氮积累率都表现出先升高后降低的趋势.其中,碳源充足(碳氮比为4.0~6.0)时,亚硝态氮积累率在30 min时达到最大,随后逐渐降低,反应结束时在碳氮比为4.0条件下仍有亚氮积累;当碳源不足(碳氮比为2.0~3.0)时,亚硝态氮的积累率在120 min达到最大,而后基本维持不变,说明可以通过控制碳氮比和反应时间来获得稳定的亚硝态氮积累.硝态氮和亚硝态氮的还原速率随着碳氮比的增加而逐步升高,而亚硝态氮的最大积累率与积累速率随着碳氮比的增加先升高后降低,在碳氮比为4.0时亚硝态氮的积累率和积累速率均达到最大,分别为40.8%和24.46 mg/(L·h),说明碳氮比对亚硝态氮的积累有显著影响.     

半短程硝化-厌氧氨氧化处理污泥消化液的脱氮研究

采用实验室规模的半短程硝化-厌氧氨氧化联合工艺,研究了对高氨氮、低ρ(C)/ρ(N)污泥消化液的处理能力.结果表明,在A/O反应器中,短程硝化在温度9～20℃、平均ρDO=5.4 mg/L、SRT值为30 d左右时,进水氨氮负荷0.64 kg/(m3.d)的条件下,经过29 d得以实现,通过控制游离氨ρFA>4 mg/L时,此后,从30—96 d,出水亚硝氮累积率维持在70%左右;短程硝化实现之后,进而实现了半短程硝化,出水氨氮与亚硝氮浓度比维持在1∶1.32左右;采用UASB反应器,接种由好氧颗粒污泥、厌氧颗粒污泥、氧化沟活性污泥及短程硝化活性污泥组成的混合污泥,在避光、厌氧、(30±0.2)℃、pH=7.3～7.9条件下,以污泥消化液经短程硝化处理后的出水为进水,初期进水氨氮、亚硝氮容积负荷分别为0.07、0.10kg/(m3.d),经过24d运行,氨氮和亚硝氮开始出现同步去除现象,195 d时总氮去除负荷达1.03 kg/(m3.d);待半短程硝化运行稳定和厌氧氨氧化反应成功启动后,将二者联立并运行了105 d,最终总氮去除率达到70%.     

限氧曝气实现亚硝酸型同步硝化反硝化的研究

在(19±1)℃条件下,采用SBR工艺处理低碳氮比实际生活污水,没有外加有机碳源,通过限氧曝气实现了亚硝酸型同步硝化反硝化生物脱氮(simultaneous nitrification denitrification via nitrite,亚硝酸型SND).试验结果表明,较长污泥龄下(50～66 d),通过控制曝气量使系统溶解氧处于较低水平,好氧末端ρDO2.0 mg/L,平均ρDO≈0.65 mg/L,不仅可在常温条件下实现短程硝化,ρ(NO2--N)/ρ(NOx--N)稳定在95%以上,而且可同时在该好氧硝化系统中获得高效的反硝化效果,稳定运行后,经亚硝酸型SND途径的总氮去除率(ESND)平均为52%,最高可以达到63.1%.试验分析表明,低ρDO水平是实现亚硝酸型SND的关键因素,通过低ρDO影响硝化菌群的构成、反硝化菌的缺氧微环境以及有机物和ρ(NH4+-N)的降解特性,促进了亚硝酸型SND的形成.     

碳氮比对生物反硝化中N_2O产量的影响

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(chemicaloxygen 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N2O产量的影响.全程反硝化过程中,调节ρ(COD)/ρ(N)为1.56、2.83、4.56、6.01和10.0,短程反硝化中调节ρ(COD)/ρ(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ρ(COD)/ρ(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,1 g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0.089 g.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ρ(COD)/ρ(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0.607 mg/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ρ(COD)/ρ(N)不足是影响系统N2O产量增加的主要原因.     

停留时间对ABR污泥水解酸化系统影响研究

以城市污水处理厂初沉污泥为研究对象,采用折流板反应器研究利用初沉污泥水解酸化产生碳源的可行性及其工艺特性.在温度为30℃,水力停留时间为24 h,污泥停留时间为3 d的条件下,经过30 d的试验运行,系统具备稳定产酸效果.酸化液的ρ(SCOD)和ρ(VFAs)极值分别达到1 182 mg/L和602.8 mg/L.试验表明,停留时间对系统酸化液碳源积累有重要影响,同等条件下增大水力停留时间可增加碳源的积累;而HRT大于32 h后,碳源数量增速减缓.固体停留时间在5 d时效果最佳,ρ(SCOD)、ρ(VFA)分别可达1 498 mg/L和895.3 mg/L;SRT增大到7 d时,产酸效果下降.     

交替缺氧/好氧CAST处理低ρ_(COD)/ρ_(TN)生活污水的脱氮研究

以低ρCOD/ρTN生活污水为处理对象,在连续和分段2种进水方式下分析了交替缺氧/好氧循环式活性污泥法工艺的脱氮性能及曝气需求量,并研究了分段进水方式下pH、ρDO和氧化还原电位(oxidation reduction potential,ORP)的变化规律.结果表明,连续进水方式下,系统TN平均去除率75.1%,系统因长期低负荷运行而发生污泥膨胀,污泥容积指数(sludge volume index,SVI)平均值为229 mL/g,同时,曝气量升至0.56 m3/h时,才能使NH4+-N去除率大于99%;采用分段进水方式时,系统TN平均去除率可提高至81.5%,污泥沉降性能良好,并且曝气量降至0.24 m3/h时,系统NH 4+-N去除率仍大于99%,节省了运行费用.此外,当采用分段进水时,反应区内的pH值、ρDO和ORP值曲线有较明显的变化规律,并与反应区内污染物浓度的变化有着较好的相关性.     

FNA对NO_2~-为电子受体反硝化的抑制动力学研究

为考察实际污水生物脱氮过程游离亚硝酸(free nitrite acid,FNA)对以NO2-为电子受体反硝化的抑制动力学,采用"2级UASB-A/O耦合工艺"处理城市生活垃圾渗滤液.在实现稳定短程脱氮(130 d运行)的前提下,以A/O反应器内具有良好短程生物脱氮特性的污泥,在不同ρ(NO2--N)和pH梯度下进行反硝化批次试验,基于大量试验数据确立反硝化抑制动力学模型,并通过函数拟合确定不同pH下以NO2-为电子受体的反硝化抑制动力学模型常数.在恒温且恒定pH条件下,ρ(NO2--N)与比反硝化速率rSS之间的变化曲线符合Andrews抑制动力学模型;不同pH条件下,最大比反硝化速率Rmax和半饱合常数KS差别较大,pH=8.0下的Rmax和KS最大,分别为17.8 mg/(g.h)和6.40 mg/L;当pH=6.5～8.0时,抑制常数KI随pH的升高而显著增大,而相应的ρ(FNA)(0.177～0.225 mg/L)属于同一数量级,从动力学角度验证了FNA为真正的抑制剂.     

A^2O工艺处理生活污水反硝化除磷研究

采用A2O工艺处理低ρ(C)/ρ(N)实际生活污水,研究其脱氮除磷性能和反硝化除磷特性.试验结果表明:处理低ρ(C)/ρ(N)实际生活污水时,在不设置预缺氧区、无外加碳源的情况下,A2O工艺的脱氮除磷能力受到严重影响,出水ρ(NO3--N)高达35 mg/L,TN平均去除率仅为47.1%;此时A2O工艺除磷能力较差,缺氧段有释磷现象的发生.当设置预缺氧区后,A2O工艺的脱氮除磷能力明显提高,TN平均去除率可达60.7%,PO43--P平均去除率为55.9%;此时系统存在反硝化除磷现象,缺氧段除磷率为31.4%～46.9%.在设置预缺氧区的基础上,通过外加碳源,提高进水ρ(C)/ρ(N),可进一步提高系统的脱氮除磷能力,TN平均去除率可达74.4%,出水ρ(PO34--P)小于0.5 mg/L,缺氧段除磷率高达66.2%～90.9%.同时研究了外加碳源情况下污泥内PHA成分、含量及糖原含量在A2O系统内的沿程变化趋势.经过驯化、富集,反硝化聚磷菌相对于全部聚磷菌的代谢活性从31.1%提高到74.7%.A2O工艺反硝化除磷能力的增强,提高了碳源的利用效率.     

常温低氨氮污水生物滤池部分亚硝化的实现

采用火山岩活性生物陶粒滤料反应器,在常温(8～25℃)、低ρ(NH4+-N)(60～90 mg/L)条件下,通过控制曝气,实现了NO2--N的积累,系统启动后NO2--N的累积率大于80%.结果表明:DO控制是实现亚硝化的主要途径,而游离氨(FA)抑制可作为优选氨氧化细菌(AOB)的辅助途径,水力停留时间(HRT)的调整是控制亚硝化比例的主要手段;间歇运行条件下,ρ(NH4+-N)、ρ(NO2--N)和ρ(NO3--N)的变化均具有零级反应动力学特征,且NH4+-N的转化速率为4.32 mg/(L.h),NO2--N与NO3--N的积累速率分别为3.05、0.40 mg/(L.h),根据此规律,将实现部分亚硝化的HRT确定为9～14 h.