以硫-铁为基质的自养反硝化深度脱氮性能研究

通过静态批次实验,探讨了硫自养反硝化、铁自养反硝化和硫铁协同脱氮系统的脱氮性能。实验结果表明,单质硫自养反硝化过程中pH由8.46降至5.46,反应前期NO₂^--N发生积累,最高达7.14 mg/L。TN和NO₃^--N随反硝化的进行呈不断降低趋势。反应5 d时TN去除率可达100%。零价铁粉的加入可以有效起到缓冲pH的作用。在硫铁协同脱氮系统中,硫铁体积比为2∶1、1∶1时,反应体系的pH可维持在6.54～7.12之间。硫铁体积比为2∶1时脱氮效果最佳,反应72 h时TN去除率可达98.5%,NO₃^--N去除率可达100%。在铁自养反硝化过程中,pH呈缓慢升高后逐渐稳定的趋势,由8.46增至10.02。与硫自养反硝化系统和硫铁协同脱氮系统相比,铁自养反硝化系统的脱氮性能最差,反应9 d时TN和NO₃^--N的去除率分别为40.52%、48.96%,且在该体系中NH₄⁺-N...     

厌氧复合床处理模拟焦化废水的反硝化动力学

采用厌氧复合床(UBF)处理模拟焦化废水,进水中投加NaNO₃模拟硝化液回流,实现了同时反硝化/产甲烷,COD去除率达到94%,NO₃^--N去除率达到99%。取复合床下部污泥做反硝化动力学研究,在存在亚硝酸盐积累的情况下,以NO₃^--N+0.6NO₂^--N作为反硝化电子受体,采用双基质的Monod方程对实验数据进行拟合,拟合曲线与实验测定值相关性良好。其次,采用双基质的Monod微分方程组对NO₃^--N和NO₂^--N的浓度变化进行拟合,得到相关参数:硝态氮的最大比降解速率和半饱和常数分别为1.13 d^-1和2.0 mg·L^-1;亚硝态氮的最大比降解速率和半饱和常数分别为0.66 d^-1和2.5 mg·L^-1,基于硝态氮和亚硝态氮的有机物半饱和常数分别为90.8 mg·L^-1和96.8 mg·L^-1。     

NOx——N对初沉污泥厌氧发酵及反硝化性能的影响

为了解决低C/N比污水的脱氮问题,本研究将NO_x^--N引入到初沉污泥厌氧发酵系统,利用初沉污泥厌氧发酵过程释放的有机碳源完成反硝化,以达到利用初沉污泥作为碳源强化污水脱氮的目的。通过对系统中VFAs积累、NO_x^--N去除及VSS变化情况的考察,对比研究了4种不同电子受体类型初沉污泥厌氧系统发酵性能、反硝化能力。得出:在34 d的发酵期里,NO₃^--N型系统以及NO₂^--N、NO₃^--N混合型系统中没有出现明显VFAs积累,而在NO₂^--N型系统和纯厌氧系统中出现了不同程度的VFAs积累,说明在试验条件下,NO₃^--N型和混合型系统发酵过程所释放的碳源能得到较好的利用;各系统中NO_x^--N还原总量分别为1692 mg·L^-1(NO₃^--N型)、1330 mg·L^-1(混合型)、1223 mg·L^-1(NO₂^--N型),表明NO₃^--N型系统反硝化能力最强;此外,虽然各NO_x^--N系统中的VSS减量程度相对于厌氧系统稍有降低,但各系统均达到了60%以上的高VSS减量水平,其中NO₃^--N型系统VSS减量67.9%,在各NO_x^--N系统中最高。综上,NO₃^--N型初沉污泥厌氧发酵系统能同时取得相对最好的反硝化脱氮及污泥减量性能。     

反硝化深床滤柱深度脱氮效果及反硝化功能基因分析

采用石英砂、活性炭双层滤料反硝化深床滤柱处理城镇污水处理厂二沉池出水中硝酸盐氮（NO₃^--N）,研究了深床滤柱反硝化脱氮性能以及主要反硝化功能基因对进水碳氮比（化学需氧量/总氮,即COD/TN,简称C/N）的响应。结果表明,NO₃^--N平均转化率随着C/N升高,由46.5%升高至90.0%,化学需氧量（COD）平均去除率由97.2%降至76.5%。低碳氮比（C/N<6）条件下,出水亚硝酸盐氮（NO₂^--N）出现明显的积累,在C/N=4.2时,积累率达41.5%,在高碳氮比（C/N ≥ 6）条件下,NO₂^--N积累量逐渐减少,直至出水无NO₂^--N。研究表明,反硝化深床滤柱对污染物的转化主要发生在前35cm滤料深度,COD去除率和NO₃^--N转化率分别为94.0%、81.2%。采用荧光实时定量PCR技术在C/N分别为4.2、6和7条件下,对深床滤柱中反硝化功能基因napA、narG、nirK、nirS和nosZ数量进行分析,结果表明,随着C/N升高,各反硝化功能基因拷贝数也随之升高,说明增加碳源投加量可以为反硝化细菌提供更好的生长环境,有利于其生长繁殖,促进反硝化过程的进行;当narG基因拷贝数大于（nirS+nirK）基因拷贝数时,NO₂^--N会产生积累。     

不同电子受体配比对反硝化除磷特性及内碳源转化利用的影响

以A²/O-生物接触氧化(biological contact oxidation,BCO)系统反硝化除磷活性污泥为研究对象,通过投加不同浓度的NO₂^--N和NO₃^--N(30 mg·L^-1),考察了反硝化聚磷菌(denitrifying polyphosphate accumulating organisms,DPAOs)在不同电子受体配比(NO₂^--N:NO₃^--N0, 0.2:0.8, 0.4:0.6, 0.5:0.5, 0.6:0.4)条件下的脱氮除磷特性。结果表明:乙酸钠为DPAOs用于反硝化除磷的理想碳源,且其浓度为200 mg·L^-1时最佳;仅以NO₃^--N为电子受体进行缺氧吸磷反应时,NO₃^--N的投加量为30 mg·L^-1时较为合适;以NO₂^--N作为电子受体,未经 驯化的DPAOs,短时间内很难利用NO₂^--N,但低浓度的 (6 mg·L^-1)不会影响DPAOs以 作电子受体进行反硝化除磷;同时,NO₂^--N对于DPAOs吸磷作用的抑制程度明显强于 反硝化作用,当NO₂^--N浓度达到18 mg·L^-1时,吸磷反应基本停止;此外,较高浓度的NO₂^--N不仅会抑制聚羟基脂肪酸酯(poly-β-hydroxyalkanoate,PHA)的分解利用,且会使PHA分解产生的能量较多地用于储存糖原(glycogen,Gly),而所分解利用的PHA中90%以上为聚-β-羟基丁酸酯(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)。     

生物脱氮新工艺研究进展

厌氧氨氧化技术利用NO₂^--N氧化NH₄⁺-N来实现污水中氮素的高效去除,其中NO₂^-N的产生是实现厌氧氨氧化应用的难点,而短程硝化是获取NO₂^-N的重要途径之一。针对目前在实际工程中通过短程硝化难以实现长期稳定的亚硝酸盐累积的问题,介绍了厌氧氨氧化、短程反硝化工艺影响因素及工程应用的研究进展;分析了短程反硝化工艺累积NO₂^-N的过程,从而去除污水中的氮素污染物。对短程反硝化与厌氧氨氧化工艺耦合方式在处理实际废水时的可行性与应用前景进行展望。     

复合硫基质驱动自养反硝化脱氮除磷效能与微生物群落结构

针对单一硫基质驱动自养反硝化性能的缺陷,采用单质硫(S⁰)与天然铁硫矿石(FeS、Fe_1-xS、FeS₂)两种矿物作为生物填料,构建3组复合硫基质填充床反应器(B1、B2、B3),探究了启动与稳定运行期间反应器对市政尾水深度脱氮除磷的效果与微生物群落结构的特征。结果表明,3组反应器均表出现较高的脱氮性能,NO₃^--N去除率均随反应器水力停留时间(HRT)的延长而提高,当反应器HRT分别为1h (B1)、12h (B2)和9h(B3)时,均实现20mg/L NO₃^--N完全去除。PO₄^3--P与脱氮过程中产生的铁离子形成铁磷沉淀物而被去除,且PO₄^3-P的去除率与脱氮效果呈正相关。复合硫基质反应器的SO₄^2-/NO₃^-低于单一硫基质自养反硝化系统,硫酸盐产生量相应...     

同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的快速培养研究

建立有1#(实验)SBR和2#(对照)SBR对同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的快速培养情况进行研究。结果表明：投加了生物质炭的1#SBR内好氧颗粒污泥形成速度更快、结构致密稳定；生物质炭的加入对反应器性能及COD的去除率无明显影响；两个反应器内COD和总氮去除率均可达到95%和64.5%以上；在一个运行周期内未检测到NO₃^--N和NO₂^--N，反应器内发生了同步硝化反硝化。     

反硝化颗粒污泥处理不锈钢酸洗废水研究

采用以厌氧絮状污泥作为接种污泥的上流式厌氧反应器，通过调整其水力停留时间和水力条件等关键因素培养反硝化颗粒污泥，开展其对不锈钢酸洗废水脱氮研究。研究结果表明，上流式厌氧反应器以甲醇作为碳源运行42 d后，形成了成熟的反硝化颗粒污泥；成熟的反硝化颗粒污泥边缘清晰、表面包裹大量杆菌，单颗污泥沉降速率可达198～273 m/h，粒径为1～6 mm，反硝化速率最高可达2.79 gN/(gVSS·d)；在反应器NO₃^--N容积负荷为2.0～2.44 kg/(m³·d)时，NO₃^--N平均去除率为98.03%,NH₄⁺-N平均去除率为89.76%,TN平均去除率为97.81%；最终出水的氨氮及总氮可同时满足《钢铁工业水污染物排放标准》(GB 13456-2012)的间接排放标准和《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)的C级排放标准。本工艺相比传统反硝化工艺能够节约碳源30%左右。     

纳米零价铁去除水中硝酸盐氮研究进展

水中硝酸盐氮(NO₃^--N)的危害对人类健康和生态环境构成了严重威胁,纳米零价铁(nZVI)可以通过化学反应反硝化技术快速去除水中NO₃^--N,但nZVI自身易团聚,表面活性颗粒不稳定,所以在NO₃^--N还原过程中存在着氮气(N₂)的选择性较低、NO₃^--N去除率不理想的问题。通过对nZVI去除NO₃^--N技术的归纳总结,探讨了nZVI在还原NO₃^--N的基本原理,影响因素和提高去除效率和N₂选择性的改性方法。通过负载纳米材料,表面活性剂及添加还原剂等,NO₃^--N去除率和N₂选择性都会得到不同程度上的提高。不同的改性方法对nZVI的改性效果不同,也决定了nZVI复合材料对NO₃^-     

不同NO3-浓度An/A/O-SBR系统PAOs-GAOs竞争及N2O释放特性

采用厌氧/缺氧/好氧运行的序批式生物反应器（An/A/O-SBR）,经不同NO₃^-浓度（10,20,30和40 mg/L,以氮计）长期驯化,考察了不同NO₃^-条件下An/A/O-SBR脱氮除磷及N₂O释放特性,基于不同微生物降解特性分析,确定了不同NO₃^-浓度下SBR系统内反硝化聚磷菌（denitrifying phosphorus accumulating organisms,DPAOs）和聚糖菌（glycogen-accumulating organisms, GAOs）竞争关系。结果表明：随NO₃^-浓度增加,总氮（TN）去除率由90%以上降至41.3%,TP去除率呈先增高后降低的趋势,N₂O产率（N₂O_emission/NO_x^-_removal）分别为1.68%、4.17%、8.92%和14.28%。An/A/O-SBR内微生物呈PAOs和GAOs共存的污染物降解特性,高浓度NO₃^-缺氧吸磷过程出现NO₂^-积累,抑制DPAOs活性,GAOs碳源竞争能力增强,NO₃^--N由10 mg/L增至40 mg/L,厌氧阶段PAOs的COD耗量比例由33.5%降至25.1%,相应GAOs的COD耗量由59.3%增至74.1%。DPAOs-GAOs共生体系内,反硝化过程NO₂^-/HNO₂积累耦合反硝化聚糖菌比例增加,加剧了高NO₃^-下An/A/O-SBR内N₂O释放。     

驯化后的聚糖菌对NO2——N和NO3——N内源反硝化速率的影响

在序批式（sequencing batch reactor,SBR）反应器中,通过分段厌氧-好氧（厌氧后排水）运行方式,在以葡萄糖为碳源、P/C比小于2/100的条件下,成功实现了聚糖菌（glycogen accumulating organisms,GAOs）的驯化富集,厌氧段磷酸盐的释放量（phosphorus release amounts,PRA）稳定在1.0 mg·L^-1以内,胞内糖原（glycogen,gly）含量是初始阶段的1.2倍。驯化后的GAOs分别以NO₂^--N、NO₃^--N为电子受体经厌氧-缺氧运行方式,可进行内源反硝化反应过程。GAOs在内源反硝化过程中依次利用胞内的聚β-羟基戊酸酯（poly-β-hydroxyvalerate,PHV）、聚β-羟基丁酸酯（poly-β-hydroxyvalerate,PHB）和gly作为内碳源。在22℃时,反硝化聚糖菌（denitrifying glycogen accumulating organisms,DGAOs）以NO₂^--N、NO₃^--N为电子受体平均比内源反硝化速率分别为0.067 g N·（g VSS）^-1·d^-1、0.023 g N·（g VSS）^-1·d^-1,常温短程内源反硝化速率约是全程内源反硝化速率的3倍。     

表观厌氧环境下短程硝化同步反硝化的实现与特征分析

近年来,水体富营养化引起的水环境安全事件频发。总氮(TN)是引起水体富营养化的其中一个关键因素,废水脱氮处理能够有效减少TN的排放。研究采用序批式反应器(SBR),通过控制曝气量,建立溶解氧(DO)低于0.01 mg/L的表观厌氧环境,成功启动并维持了短程硝化及同步反硝化。低氨氮进水(80 mg/L)下,氨氮氧化率和亚硝酸盐氮(NO₂^--N)转化率分别为99%和94%;高氨氮进水(160 mg/L)下,氨氮氧化率和NO₂^--N转化率分别为98%和88%。比较分析发现,进水碳氮比(C/N)为2∶1时,短程硝化同步反硝化具有最高的成本效益,TN去除率和出水氨氮平均质量浓度分别约为50%和4.8 mg/L,去除1 g TN实际消耗4.94 g碱度(以CaCO₃计)。     

炼油废水中好氧反硝化菌的筛选及降解特性

为了提高炼油废水生物处理装置的反硝化性能,从武汉石化污水处理厂的活性污泥中筛选出一株好氧反硝化菌AD10,经生理生化及16SrDNA序列分析,将其鉴定为假单胞菌属。通过单因素实验研究了该菌的最适培养条件:以丁二酸钠为碳源,C/N=14,温度30℃,初始pH=6.0,摇床转速200r/min。在此条件下,ρ(NO₃^--N)=556.81mg/L时72h的去除率为97.2%,且耐受的硝酸盐氮质量浓度达到654.00mg/L。菌株AD10培养11.5h,对ρ(NO₃^--N)=140.31mg/L和ρ(TN)=141.62mg/L的去除率分别为95.8%和93.9%,其反硝化速率高于大部分已发现的好氧反硝化菌,检测到的ρ(NO₂^–-N)≤2.30mg/L,未出现明显的积累,菌株AD10能够进行完全反硝化。     

氮浓度对新型生物电化学-颗粒污泥反应器运行的影响

探讨了新型生物电化学-颗粒污泥反应器在不同进水氮浓度下的脱氮效能与产电性能,并从颗粒污泥的关键酶活性、胞外聚合物组分以及微生物群落分布等角度系统研究了其影响机制。结果表明,COD、NO₃^--N、NO₂^--N和溶解性甲烷在第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段(进水NO₃^--N和NO₂^--N浓度分别为60 mg·L^-1和20 mg·L^-1、100mg·L^-1和40 mg·L^-1、140 mg·L^-1和60 mg·L^-1、180 mg·L^-1和80 mg·L^-1)均得以有效去除,其中COD去除率在第Ⅳ阶段效果最佳,去除率达96%以上,NO₃^--N出水浓度在第Ⅱ阶段更为稳定,其去除率达99%以上,NO₂     

亚硝酸盐对聚磷菌反硝化除磷代谢及N2O产生的影响

以乙酸钠/丙酸交替为碳源的强化生物除磷(enhance biological phosphorus removal, EBPR)系统为研究对象,母反应器内种泥在厌氧/好氧的运行条件下已培养340 d,聚磷菌富集纯度达到92%±3%,考察了不同浓度亚硝酸盐氮(44.64、70.3、94.33、112.36 mg NO₂^--N·L^-1)为电子受体对聚磷菌缺氧吸磷代谢的影响。结果表明,从未经缺氧驯化的高纯度聚磷菌也可以进行反硝化除磷代谢。在缺氧反应过程中NO₂^--N还原速率、PO₄^3--P吸收速率、PHA降解速率随着亚硝酸浓度升高呈下降趋势,但是在初始亚硝酸盐氮浓度最高为112.36 mg NO₂^--N·L^-1条件下,代谢并未停止,此时亚硝酸盐还原速率与磷酸盐吸收速率仍可以分别达到2.61 mg NO₂^--N·(g MLSS)^-1·h^-1和3.0 mg PO₄^3--P·(g MLSS)^-1·h^-1。聚磷菌在以细胞内PHA作为碳源以NO₂^--N作为电子受体反硝化除磷代谢过程中,由于初始亚硝酸盐的抑制作用使NO₂^--N还原速率大于N₂O还原速率,从而产生大量的N₂O积累。初始投加NO₂^--N浓度为44.64、70.3、94.33、112.36 mg NO₂^--N·L^-1时,产生的N₂O占TN的比例分别为63.5%、49.0%、30.2%、24.0%。在底物充足的条件下,代谢中积累的N₂O可以通过延长缺氧搅拌时间,使其转化为N₂。     

硫型免烧自养反硝化填料制备及其脱氮性能研究

针对目前自养反硝化填料成本高、结构不稳定等缺点，利用硫铁矿和硫磺为主要原料通过免烧法得到硫型免烧填料(SUF)。结果表明，SUF破碎率低(4.73%)、孔隙丰富，SUF反应器启动时间短(12 d)，在提高进水NO₃^--N浓度阶段，进水NO₃^--N质量浓度在15～30 mg/L范围内，SUF反应器对NO₃^--N的平均去除率为88.14%，在进水NO₃^--N质量浓度提升至44 mg/L时，SUF反应器能够适应并迅速恢复高效运行，平均去除率为90.84%，显示出了优异的脱氮性能。相比于市售填料(CF), SUF在保证脱氮效率的同时，成本更低且结构稳定。SUF反应器中主要功能菌属为Ferritrophicum、 Sulfurimonas、 Thiobacillus等，SUF中的硫和硫化物作为电子供体被微生物利用。     

同步硝化反硝化SBBR处理低C/N比生活污水的启动与稳定运行

以低C/N比实际生活污水为处理对象,聚氨酯海绵填料为生物载体（填料填充率25%）,采用逐步提高氮负荷的方式,在较短的时间内（98 d）成功启动了同步硝化反硝化（simultaneous nitrification and denitrification,SND）的序批式生物膜反应器（sequencing batch biofilm reactor,SBBR）。实时定量PCR（real-time qualitative polymerase chain reaction,real-time qPCR）结果表明系统内硝化菌得到富集。在稳定运行期间,系统对有机物及氮的去除效果良好,平均出水COD、NH₄⁺-N、TN分别为38.28 mg·L^-1、1.23 mg·L^-1、8.23 mg·L^-1。微生物将大部分碳源以聚羟基脂肪酸酯（poly-β-hydroxyalkanoate,PHA）的形式储存至体内,系统内NO₃^--N的去除主要通过内源反硝化作用,且反硝化过程基本无NO₂^--N积累,平均SND率为70.57%,TN去除率高达82.95%。由于硝化反应和反硝化反应在同一反应器内同时进行,反硝化过程产生的碱度可补充硝化过程消耗的碱度,维持系统内pH的相对稳定。此外,可以通过DO和pH的变化判断SND的进行状态,有效地控制反应时间,节省动力消耗。     

集成式铁基质生物膜反应器自养反硝化深度脱氮

以污水厂处理水为研究对象,采用铁基质生物载体与生物膜耦合实现高效自养反硝化脱氮。考察停留时间(HRT)对系统脱氮效能的影响,通过动力学及微生物群落结构分析,揭示耦合技术的脱氮机理。结果表明:HRT为8 h,对一级A和一级B污水厂处理水,总氮(TN)平均去除率分别为95.41%和92.55%,TN处理负荷分别为0.48 kg TN/(m³·d)和0.58 kg TN/(m³·d),硝化过程氨氮(NH₄⁺-N)饱和常数分别为1.17 mg/L和0.72 mg/L,反硝化过程硝氮(NO₃^--N)饱和常数分别为0.87 mg/L和0.67 mg/L。出水水质分别达到《地表水环境质量标准》Ⅲ类、Ⅴ类水质标准。铁基质生物载体与生物膜耦合系统中微生物优势菌属为Maritimimonas、Rhodobacter和Sphaerotilus,均为自养反硝化菌,证实了铁基质生物载体可为自养反硝化菌提供电子,实现生物自养反硝化脱氮。     

双膜耦合系统（MBR-MBfR）处理低碳氮比污水实验研究

为解决实际低碳氮比废水高效脱氮问题，以MBR-MBfR双膜耦合系统为研究对象，探究不同C/N双膜系统的脱氮效果。结果表明，当C/N=2时，其对NO₃^--N、NH₄⁺-N、TN及COD的协同去除效果最好，COD、NO₃^--N、NO₂^--N、NH₄⁺-N、TN的去除率分别达到79.16%、78.40%、88.41%、77.04%和77.31%，是适合MBR-MBfR双膜耦合系统的最佳碳氮比。用于处理实际废水经过20 d的运行，结果表明，COD、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TN去除率分别达到75.88%、80.02%、76.42%和80.92%。达到较好的双膜耦合效果，为反应器高效脱氮以及去除含有有机碳的低C/N废水提供参考和技术支持。高通量测序结果表明：1)作为氨氧化菌(AOB)的亚硝基...