人工湿地功能填料火山岩对氮的吸附特征及脱氮转化过程

以某污水处理厂出水为受试污水,研究人工湿地功能填料火山岩对氨氮(NH₃-N)的静态吸附特征,并比较206天内火山岩填料系统和砾石填料系统对氮的去除性能和转化过程,为火山岩湿地填料应用提供理论参考。火山岩对NH₃-N吸附速率快,1小时内NH₃-N的去除率可以达到71.8%;温度升高时NH₃-N的去除率明显增加,而当温度降低时NH₃-N的初始浓度对其吸附去除率的影响显著增大;产地对火山岩吸附影响较小。火山岩填料系统NH₃-N平均去除率53.66%,低于砾石填料系统(69.19%);其总氮(TN)去除率(13.51%)略优于砾石填料系统(6.11%)。系统运行前期,火山岩填料系统硝酸盐氮(NO₃-N)降低而砾石填料系统逐步增加,表明砾石填料中硝化细菌更活跃,火山岩填料中反硝化细菌发育更好。鉴于此,将两种填料系统组合成运用可协同去除NH₃-N和TN。     

一种新型污水处理体系及其对废水处理效果实验

为减少污水中氮的排放,提出一种厌氧-短程硝化-厌氧氨氧化的污水处理体系,并对该污水处理体系的性能进行探讨。实验结果表明,厌氧反应器出水口的COD浓度约为82mg·L^-1;短程硝化出水口的NH₃-N浓度约为4～6mg·L^-1,NO₂-N和NO₃-N浓度分别为34～38mg·L^-1和4～6mg·L^-1;厌氧氨氧化反应器对NH₃-N去除率约为88%～92%;连接后,系统出水口的COD浓度始终小于35mg·L^-1,NH₃-N浓度低于2mg·L^-1;出水口TN含量降低至10mg·L^-1以下,达到国家一级排放A标准;与传统的厌氧废水处理工艺对比,本实验构建的污水处理体系的COD去除率可达到传统工艺的效果,且在TN处理方面具备更大优势。     

氟化物对火山石基质人工湿地处理废水性能及菌群的影响

构建了以火山石为基质的垂直流人工湿地（VFCW）系统,探究该系统在优化的水力负荷率（HLR）和碳氮比（C/N）条件下对含氟废水的处理性能以及菌群变化。结果显示,HRL 80mL/min、C/N 4.5条件下系统对有机物和氮的去除率较高。10mg/L氟化物处理导致硝酸盐氮（NO₃-N）开始出现累积（去除率为-23.1%）。20mg/L氟化物处理中总氮（TN）的去除率与0mg/L处理相比下降14.5%,NO₃-N累积加重（去除率为-52.2%）。50mg/L氟化物处理中化学需氧量（COD）、氨氮（NH₄-N）和TN的去除率与0mg/L处理相比分别下降10.0%、17.1%和28.4%,NO₃-N累积更加严重（去除率为-96.1%）。氟离子（F^-）主要与系统中钙盐、磷酸盐反应生成氟化钙（CaF₂）和氟磷酸钙[Ca₅F(PO₄)₃]沉淀而去除。50mg/L氟化物处理的菌群组成明显受到了影响,菌群多样性降低,有机物降解菌（Zoogloea）、硝化菌（Nitrospira和Nitrosomonas）和反硝化菌（Thauera、Simplicispira和Dechloromonas）等的相对丰度显著降低（p＜0.05）。比耗氧速率（SOUR）、氨摄取速率（AUR）和硝酸盐还原酶（NaR）活性均随着氟化物浓度增大而下降,在F^-浓度为50mg/L时,分别降低13.7%、18.8%和55.6%。氟化物改变了VFCW系统的菌群结构和活性,导致污染物去除率降低。氟化物对反硝化过程和反硝化菌的影响最大,其次是硝化过程和硝化菌。     

SBR工艺实现长期稳定的部分短程硝化

采用SBR工艺以实际生活污水为研究对象,通过3组预实验得出实现部分短程硝化(部分NH₄⁺-N转化为NO₂^--N)的最佳曝气量和曝气时间,启动长期运行的部分短程硝化序批式反应器(PNSBR),在好氧阶段以最佳曝气量[7.2~12L·(h·L)^-1]和曝气时间(2~3h)曝气,持续运行110多天(450多个周期)。结果显示,出水亚硝态氮积累率稳定维持在94%~100%,表明了长期稳定的短程硝化效果;出水NO₂^--N与NH₄⁺-N的比值大部分集中在2~4之间。进一步的分析得出,在PNSBR长期运行中,一方面通过控制曝气量和曝气时间使得好氧阶段溶解氧较低,更利于AOB的生长代谢而抑制NOB的活性;另一方面排水后剩余的亚硝态氮通过利用进水中的碳源反硝化去除(本周期的内源反硝化和下周期的外源反硝化),避免了为NOB提供底物的可能,从而实现了稳定的部分短程硝化。同步厌氧氨氧化和反硝化(SAD)工艺广泛存在,PNSBR反应器作为SAD的前置反应器,可提供满足SAD运行的进水,因此部分短程硝化是一项有潜力的工艺。     

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。     

镉离子对养殖废水生物脱氮性能及功能基因的影响

选取了养殖废水中的重金属污染物镉离子为研究对象，为揭示其对生物脱氮系统的影响。检测氮转化功能基因丰度，确定功能基因与理化参数相关性并分析镉离子胁迫下生物脱氮的驱动因素。实验结果表明，镉离子显著抑制生物脱氮性能，硝化过程对于镉离子的敏感性相比于氨氧化过程更强。细菌16S rRNA和氮转化功能基因的丰度随镉离子浓度的升高而显著降低，其中出水氨氮、好氧末端硝酸盐氮浓度都与功能基因呈较强的相关性。此外，硝化和氨氧化水平、NO₂^--N的氧化能力、完全反硝化水平是生物脱氮性能的关键驱动因素，分别对氨氮去除率、亚硝酸盐氮积累率、反硝化阶段硝酸盐氮去除率有显著影响。本研究从分子生物学角度揭示镉离子对于生物脱氮的影响，为金属离子对于生物脱氮系统的影响研究提供了理论依据。     

引进厌氧氨氧化脱氮系统失效原因分析及解决途径

作为低碳节能的生物脱氮工艺，厌氧氨氧化引进国内已有十余年的历史，已有多家食品加工龙头企业从国外引进了十多套厌氧氨氧化脱氮系统。这些系统大部分运行良好，但也有少数脱氮效果不稳定，未能达到预期效果。以典型食品加工废水厌氧氨氧化处理系统为例，分析确定了该脱氮系统失效原因在于进水氨氮低于系统设计要求，难以形成稳定的亚硝氮积累，破坏了一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN-A)系统的稳定高效脱氮，导致系统出水总氮去除率下降，同时出水硝氮明显升高。为解决此难题，采用高效亚硝化反应器促进食品加工废水快速稳定亚硝化，一周后平均亚硝化率可达92.92%，平均出水亚硝氮为84.09 mg/L，平均亚硝化产率约为0.41 kg/(m³·d)，保障了厌氧氨氧化系统亚硝氮基质供应，并在小试Anammox脱氮系统实现总氮去除率达84.52%，出水总氮低于15 mg/L，平均总氮去除负荷0.56 kg/(m³·d)。研究结果可为解决当前国内食品加工厌氧氨氧化脱氮系统失效问题提供新的思路。     

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。     

亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理煤气化废水的研究

为了实现煤气化废水的经济有效脱氮，分别研究了单独亚硝化及其与厌氧氨氧化组合工艺对实验室模拟废水和实际煤气化废水的脱氮性能，分析了废水中苯酚对亚硝化反应器运行的影响及其自身转化。结果表明：质量浓度为7～50 mg/L的苯酚对亚硝化系统首先产生抑制，但随着运行时间延长，系统性能逐渐恢复。在处理实际煤气化废水时，逐渐增加进水中煤气化废水的比例，废水中毒性物质对亚硝化过程的影响能够被克服，亚硝化反应器可以实现稳定运行。在亚硝化反应器中，亚硝态氮积累率达90%左右，COD去除率达98%，反硝化脱氮对总氮的去除率达到60%左右；组合工艺中亚硝化反应器和厌氧氨氧化反应器均能够稳定运行，厌氧氨氧化脱氮率维持在70%左右；实际煤气化废水亚硝化-厌氧氨氧化全程氮去除率平均达到86%。     

空气吹脱法去除焦化废水中的氨氮

焦化废水是一种典型的工业废水,通常含有浓度高且毒性大的氨氮(NH₄⁺-N),为了去除高浓度的NH₄⁺-N,采用填料吹脱柱对焦化废水进行预处理,重点考察了废水pH、废水温度(T)和气液比(R_a,w)三个因素对废水中NH₄-N和总氮(TN)去除效果的影响。同时,还将实验数据与理论计算值进行了对比分析。实验结果显示,在所选择的因素取值范围内,三个因素对NH₄-N去除效果影响的强弱顺序依次为废水pH、T和R_a,w。在废水pH=10.00,T=50°C、R_a,w=1 500、废水流速为0.8 L/min的条件下,采用本实验装置反应90 min,可以去除焦化废水中90.68%的NH₄-N以及88.65%的TN。废水中NH₄-N浓度的降低,使得焦化废水在污水厂进行处理成为可能。     

引汉济渭工程水源地三河口水库沉积物与消落带污染特征及评价

三河口水库作为陕西引汉济渭工程的重要水源地,其水质情况直接关系到关中千万人口的饮水安全。因此,研究三河口水库沉积物及消落带营养物质C、N、P的含量及分布情况对保障供水水质具有重要现实意义。2021年11月采集了三河口水库8个监测点的表层沉积物样品与消落带土壤样品,测定分析了有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)、硝态氮(NO₃^--N)、铵态氮(NH₄⁺-N)和有效磷(AP)的含量,并运行单因子污染指数法、综合污染指数法、有机氮污染指数法和有机污染指数法评价其污染程度。结果表明:表层沉积物中OM、TN、TP、NO₃^--N、NH₄⁺-N、AP质量分数分别为27 370.00、1 940.00、220.00、28.66、36.06、19.97 mg/kg;消落带土壤OM、TN、TP、NO₃^--N、NH₄⁺-N、AP质量分数分别为...     

纳米银颗粒对膜生物反应器运行性能及硝化细菌丰度的影响

考察了0.10 mg/L纳米银对膜生物反应器(MBR)运行、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)丰度的影响。运行试验结果表明,在投放纳米银前后,处理系统对化学需氧量(COD)平均去除率为95.4%和94.1%,处理水中的总氮(TN)以硝态氮为主,硝态氮平均质量浓度前后分别为12.5 mg/L和13.2 mg/L,因此,在纳米银颗粒影响下,MBR仍能达到普通MBR的处理效果。实时定量聚合酶链反应(QPCR)结果表明:在整个运行周期内,AOB与NOB菌群的基因数量都处于107数量级,且硝化螺旋菌Nitrospira为优势NOB;结合银离子的变化规律可知,纳米银大部分富集到污泥中,但硝化菌群的丰度没有受到长期投放纳米银颗粒的影响。     

电絮凝-半短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理裂化催化剂废水

裂化催化剂生产过程中产生的高盐度、高浊度、高氨氮、低C/N比废水难以处理。构建了电絮凝-半短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺,考察了该组合工艺对实际裂化催化剂废水的处理效果以及处理稳定性。结果表明组合工艺处理裂化催化剂废水具有较好的稳定性,出水水质稳定在以下水平:浊度< 30 NTU,NH₄⁺-N< 10 mg·L^-1,NO₂^--N< 3 mg·L^-1, NO₃^-< 40 mg·L^-1,COD< 100 mg·L^-1;通过进水氨氮浓度确定曝气时间的方式可以保证长期稳定的半短程硝化过程,出水NO₂^-/NH₄⁺-N比值维持在0.9～1.4之间,满足厌氧氨氧化反应器的进水要求;同时在裂化催化剂废水的高盐度胁迫下厌氧氨氧化工艺能够表现出显著的厌氧氨氧化效果。     

人工快渗系统短程硝化反硝化的协同启动及脱氮性能

为提高人工快渗(CRI)系统的脱氮性能,构建了好氧(O)/缺氧(A)两段式CRI系统处理模拟生活污水,采用NaCl-pH协同调控的方式启动短程硝化反硝化,考察了其对NH₄⁺-N、TN去除的强化效果。结果表明,进水中投加质量浓度为6 000 mg/L的NaCl运行13 d后,O-CRI反应柱的NO₂^--N积累率可达到71.7%,此时提高进水pH至8.8,NO₂^--N积累率可增高至95.5%,NaCl-pH协同调控可成功启动短程硝化。O/A-CRI系统稳定运行期间NH₄⁺-N、TN去除率均值分别达到97.6%、87.5%,比对照组分别提高了2.9、41.3个百分点。O-CRI反应柱内的脱氮功能菌以氨氧化菌(AOB)为主,其中相对丰度较高的菌属为Nitrosomonas、Nitrosospira,而以Nitrospira为代表的亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性由于被选择性抑制而致使其相对丰度大幅减小,从而保障了NO     

MBR处理高浓度氨氮废水中生物脱氮问题的探讨

在以好氧膜生物反应器(MBR)处理高浓度氨氮废水的试验研究中,针对系统获得极高生物硝化率(氨氮的去除率基本保持在99%以上)的原因、试验初期出现的亚硝态氮积累现象、试验中期总氮去除效果高于理论值的原因三个方面进行了详细分析,结果表明,MBR的运行特点是其实现完全硝化的重要保证,高浓度氨条件下的亚硝化过程是不稳定的,微生物合成代谢对总氮的去除有一定贡献。     

丙烯腈生产废水中氰及腈类化合物对硝化作用影响的模拟研究

丙烯腈生产废水存在的丙烯腈、乙腈、氰化物等有毒有害物质对活性污泥的硝化过程产生严重的抑制作用,极大的影响了废水中氨氮的去除。笔者采用SBR反应器进行生化小试模拟试验,分别研究了不同含量丙烯腈、乙腈和氰化物对活性污泥系统中硝化细菌去除氨氮效果的影响。实验结果表明,当进水丙烯腈浓度<80mg·L^-1、乙腈浓度<800mg·L^-1时,出水NH₃-N浓度低于1mg·L^-1,去除率在99%左右,对该活性污泥系统中的硝化过程基本没有抑制作用;TCN<5mg·L^-1时,NH₃-N的去除率为90%左右,对硝化过程有一定的抑制作用但较小,TCN>10mg·L^-1,NH₃-N的去除率降至60%以下,对硝化过程的抑制作用较大。     

序批式生物膜——活性污泥复合反应器与活性污泥反应器的碳氮去除研究

采用SBR反应器对比研究了序批式生物膜-活性污泥复合反应器(HSBR)与活性污泥反应器(SBR)的碳氮去除。结果表明,两反应器在COD、NH₄-N去除率方面无明显差异,但HSBR的NH₄-N过程去除速率显著高于SBR反应器,且HSBR反应器的TN去除率可达62.95%,高于活性污泥反应器39.3%。HSBR的悬浮污泥和附着污泥的比硝化速率分别为2.14 mgNH₄-N/(gTS.h)和1.16 mg mgNH₄-N/(gTS.h),比反硝化速率分别为0.16 mgNO_X-N/(gTS.h)和1.22 mgNO_X-N/(gTS.h),显示HSBR的硝化作用主要集中在悬浮污泥中,而反硝化作用则主要是由生物膜附着污泥完成。     

生活污水对成熟厌氧氨氧化颗粒污泥的影响

部分短程硝化和厌氧氨氧化技术的研究主要集中在高氨氮废水方面，对低氨氮浓度生活污水的研究相对较少。使经过除碳和部分短程硝化后的实际生活污水进入厌氧氨氧化UASB反应器，探究生活污水对成熟厌氧氨氧化颗粒污泥的影响。结果表明，当厌氧氨氧化UASB反应器的进水由配水变为生活污水后，反应器出水中氨氮浓度可降到5 mg·L^-1以下，亚硝态氮浓度可降到1 mg·L^-1以下，但是硝态氮的生成量高于理论值，可能是溶解氧被带入UASB反应器使硝化作用增强。UASB反应器内厌氧氨氧化污泥颜色由红色变为红黑色，T-EPS含量减少，PN/PS由1.13增大到3.66，沉降性变好，反应器内污泥中厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia所占比例由17.7%减少为14.4%，系统内AOB和NOB菌的含量增加，如果能够降低进入UASB反应器的溶解氧，有可能会减少出水硝氮，达到较好总氮去除效果。     

好氧脱氮过程中脱氮途径的初探

采用SBR工艺处理氨氮废水，试验结果验证了好氧反硝化的存在，在好氧脱氮总量中按照氨氮→硝态氮(包括硝基氮和亚硝基氮，以NOx-N表示)→含氮气态物这一传统生物脱氮途径进行的仅占46．5％，在扣除生化合成反应所需氮素以及游离氨解析吹脱之外，尚有半数左右的氮在硝化过程中尚未形成NOx-N之前便已转化为不明物质而丢失。     

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。