不同生物脱氮路径下氧气、碳源等需求理论分析

生物脱氮是一种节约资源能源、环保安全的脱氮途径,但其反应复杂、路径众多,在不同的条件下找到合适的途径进行高效生物脱氮就成了必须要解决的问题。借助生物脱氮方程式进行理论分析,全面介绍了全程硝化+全程反硝化、短程硝化+短程反硝化、短程硝化+厌氧氨氧化和全程硝化+部分反硝化+厌氧氨氧化等四种常用的生物脱氮路径的特点,并计算了不同脱氮路径中理论的氧气、碳源、碱度的消耗量和活性污泥的产生量。研究分析发现,以CANON工艺为代表的短程硝化+厌氧氨氧化路径相比全程硝化+全程反硝化路径,可节约56%的氧气、100%的BOD_5、44%的碱度,少产生81%的污泥;全程硝化+部分反硝化+厌氧氨氧化路径相比全程硝化+全程反硝化路径,可节约42%的氧气、77%的BOD_5,少产生63%的污泥。     

短程硝化/厌氧氨氧化一步法自养脱氮中试研究

一步法自养脱氮工艺在高氨氮废水处理中具有运行能耗低、不需外加碳源等优点。利用总容积为50 m3的SBR反应器处理高氨氮废水,成功实现了短程硝化/厌氧氨氧化一步法自养脱氮。反应器对不同氨氮浓度(350~4 300 mg/L)的废水均表现出良好的处理效果,对氨氮与总氮的平均去除率分别达到95%和90%以上。同时,还研究了反应器运行的主要影响因素、污泥粒径分布及微生物群落结构。结果表明,系统内形成了红色的厌氧氨氧化颗粒,且颗粒的比例随运行逐渐增加;而维持合理的溶解氧和氨氮浓度是实现高负荷脱氮的关键因素。     

厌氧氨氧化滤池的深度脱氮性能与菌群结构分析

为了降低城市污水处理厂深度脱氮过程中有机碳源的消耗量,提出了短程反硝化/厌氧氨氧化双滤池系统,并通过试验考察了厌氧氨氧化滤池的脱氮性能及菌群结构。结果表明,厌氧氨氧化滤池在进水NH~+_4-N和NO~-_2-N平均浓度分别为9.9、9.1 mg/L条件下,出水NH~+_4-N和TN平均浓度分别为2.5、9.5 mg/L,达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准,对应的滤池HRT为15 min,容积氮去除速率为1.0 kg/(m~3·d)。滤池中的厌氧氨氧化菌属为CandidatusKuenenia和CandidatusBrocadia,相对丰度分别为4.33%和2.70%。与传统反硝化滤池相比,短程反硝化/厌氧氨氧化双滤池系统可节省有机碳源62%,同时可降低污泥产量,减少滤池反冲洗次数。     

反硝化厌氧甲烷氧化与厌氧氨氧化耦合颗粒污泥脱氮效能

采用改进的升流式厌氧污泥床(UASB)反应器,在温度为30℃条件下,逐渐缩短HRT(水力停留时间)由9.6 d到0.9 d,经过160 d运行,成功培养出反硝化厌氧甲烷氧化与厌氧氨氧化耦合颗粒污泥,采用荧光原位杂交(FISH)分析、16S rRNA分析等方法研究颗粒结构和微生物组成特征。结果表明:耦合颗粒污泥的氨氮和亚硝酸盐的脱除速率分别为588.9和523 mg·L~(-1)·d~(-1),反硝化厌氧甲烷氧化活性达95.2 mg·L~(-1)·d~(-1),出水硝酸盐质量浓度小于40 mg·L~(-1),总氮去除率达92.5%;耦合颗粒污泥平均粒径为0.76 mm,与接种厌氧氨氧化颗粒污泥相比增加了1.46倍;反硝化厌氧甲烷氧化微生物主要位于耦合颗粒污泥外层,厌氧氨氧化菌位于耦合颗粒污泥内部;主要的厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia,主要的反硝化厌氧甲烷氧化细菌为Candidatus Methylomirabilis,反硝化厌氧甲烷氧化古菌为Candidatus Methanoperedens。     

短程硝化/厌氧氨氧化/全程硝化工艺处理焦化废水

通过对短程硝化和厌氧氨氧化工艺的研究,开发了短程硝化/厌氧氨氧化/全程硝化(O1/A/O2)生物脱氮新工艺并用于焦化废水的处理.控制温度为(35±1)℃、DO为2.0～3.0mg/L,第一级好氧连续流生物膜反应器在去除大部分有机污染物的同时还实现了短程硝化.考察了HRT、DO和容积负荷对反应器运行效果的影响.结果表明,当氨氮容积负荷为0.13～0.22gNH4+-N/(L·d)时,连续流反应器能实现短程硝化并有效去除氨氮.通过控制一级好氧反应器的工艺参数,为厌氧反应器实现厌氧氨氧化(ANAMMOX)创造条件.结果表明,在温度为34℃、pH值为7.5～8.5、HRT为33 h的条件下,经过115 d成功启动了厌氧氨氧化反应器.在进水氨氮、亚硝态氮浓度分别为80和90 mg/L左右、总氮负荷为160 mg/(L·d)时,对氨氮和亚硝态氮的去除率最高分别达86%和98%,对总氮的去除率为75%.最后在二级好氧反应器实现氨氮的全程硝化,进一步去除焦化废水中残留的氨氯、亚硝态氮和有机物.O1/A/O2工艺能有效去除焦化废水中的氨氮和有机物等污染物,正常运行条件下的出水氨氮＜15 mg/L、亚硝态氮＜1.0 mg/L,COD降至124～186 mg/L,出水水质优于A/O生物脱氮工艺的出水水质.     

运行模式及C/N对强化AGS短程硝化反硝化的影响

为了强化好氧颗粒污泥(AGS)的短程硝化反硝化，对序批式反应器(SBR)的运行模式和进水C/N进行了优化。结果表明：R2(厌氧/好氧+厌氧/好氧)中的AGS培养至第56天时，丝状菌膨胀严重导致反应器暂停运行；而R1(厌氧/好氧)的污泥性能及污染物去除效果均优于R2。R1在C/N为6、7.5时短暂出现短程硝化反硝化现象，继续提高C/N至10,NO₂^--N出现明显积累，亚硝态氮积累率(NAR)达到100%，成功实现了强化AGS短程硝化反硝化脱氮的目的，系统对COD、TIN、TP的去除率分别达到95%、75%、70%以上。高通量测序结果表明，颗粒化后R1系统内的微生物群落结构与接种污泥差别较大。在属水平上，接种污泥中Candidatus＿Competibacter(0.28%)、Flavobacterium(0.03%)的相对丰度较低，R1在实现污泥颗粒化后，多种反硝化细菌如Candidatus＿Competibacter(13.53%)、Thauera(3.25%)等得到了明显富集，此外，Flavobacterium(13.66%)、Comamo...     

生物脱氮新技术

结合生物脱氮机理,介绍了同步硝化反硝化、短程硝化反硝化及厌氧氨氧化等新的生物脱氮技术的机理、影响因素、代表工艺及其技术特点,指出这些技术都具有经济、高效、低耗的优势,符合可持续发展要求,应在此基础上进一步开发适合中国国情的生物脱氮工艺。     

反硝化颗粒污泥反应器的启动试验研究

在SBR反应器中,以絮状污泥为接种污泥、醋酸钠为碳源,利用逐渐缩短沉淀时间的水力选择方法培养具有反硝化功能的颗粒污泥.研究结果表明:反应器运行30 d时,获得成熟的反硝化颗粒污泥,该颗粒污泥颜色为淡黄色或白色、平均粒径为0.2 mm、沉速在15 ～ 25 m/h之间,反应器中污泥的SVI值在50 mL/g以下;反应器运行50 d期间,对氮的去除率在95％以上,对COD的去除率在90％左右,颗粒污泥最大反硝化速率高达69.54 mgN/(g·h),该颗粒污泥反应器具有较强的脱氮能力.     

厌氧氨氧化技术应用于市政污水处理的前景分析

厌氧氨氧化是一种新型脱氮技术,具有几乎不消耗有机碳源的突出优点,采用常规脱氮技术处理市政污水时,往往面临碳源不足的问题,若将厌氧氨氧化技术应用到市政污水领域,将使得市政污水处理产生革命性的变化。以市政污水为对象,分别从厌氧氨氧化和短程硝化两方面探讨分析了应用厌氧氨氧化技术的可行性。经过分析表明,厌氧氨氧化技术应用于市政污水处理的瓶颈在于如何实现短程硝化,而市政污水进行短程硝化的手段必须结合溶解氧控制,且采用一体式反应器的CANON工艺更有利于短程硝化的实现,但是理论分析表明,通过碱度控制无法实现短程硝化;在解决短程硝化的基础上,厌氧氨氧化技术应用于市政污水基本上不存在障碍,有机物、亚硝酸盐、溶解氧等对于ANAMMOX菌的抑制作用都可找到相应的解决方法。     

短程硝化/厌氧氨氧化联合工艺处理含氨废水的研究

在SBR中接种普通好氧活性污泥,通过控制运行条件来实现短程硝化,同时提高厌氧生物转盘系统中厌氧氨氧化的氮负荷,使之与SBR出水中NO2--N的积累量相匹配,并将二者组合形成短程硝化/厌氧氨氧化自养脱氮工艺.处理含氨废水的试验结果表明:在SBR的进水NH4+-N为150～250 mg/L、温度为(28±2)℃、pH值为7～8、DO<1 mg/L的条件下,可实现稳定的短程硝化,NO2--N积累率达85%以上,NH4+-N负荷达0.129 kgN/(kgVSS·d),AOB和NOB的数量之比为103:1.将短程硝化出水加入NH4+-N后作为厌氧氨氧化反应器的进水,在(40±1)℃下可以达到自养脱氮的目的,对NH4+-N、NO2--N和TN的去除率分别达86%、97%和90%以上,TN容积负荷为0.488 kgN/(m3·d).     

SNAD-IFAS工艺对污泥消化液的处理效能

污泥消化液作为污泥厌氧处理过程的副产物,具有低碳高氮的特点,传统生物脱氮技术难以有效处理。为此,利用固定生物膜-活性污泥反应器(IFAS),考察同步硝化、厌氧氨氧化和反硝化(SNAD)工艺对污泥消化液的处理效能。结果表明,在进水NH~+_4-N浓度为400 mg/L、HRT为18 h的最佳运行条件下,SNAD-IFAS系统对NH~+_4-N、TN与COD的最大去除率分别达到92.6%、77.1%和69.4%,TN去除负荷为12.4 mg/(L·h)。菌群特性活性分析结果表明,亚硝化过程主要发生在悬浮污泥中,厌氧氨氧化与反硝化过程主要发生在生物膜上。微生物群落分析表明,HRT的变化会显著影响微生物群落结构。     

厌氧氨氧化协同反硝化处理污泥消化液试验研究

研究厌氧氨氧化与反硝化协同控制处理污泥消化液,分析微生物不同生长阶段的特性特点,并对其脱氮除碳性能进行试验研究,进行氮素平衡理论计算,证实厌氧氨氧化技术与反硝化技术协同处理低碳氮比高氨氮污泥消化液的可行性。通过添加葡萄糖等试剂,试验结果证实,在C/N比为1.5,pH值为8的条件下,厌氧氨氧化协同反硝化反应具有最佳的脱氮效果。     

新型控制模式下短程硝化/厌氧氨氧化法处理污泥水

针对现有短程硝化/厌氧氨氧化组合工艺在实际运行过程中存在的控制模式固定等问题,提出了DO、pH值和氨氮联合控制的新型控制模式.采用短程硝化/厌氧氨氧化一体式SBR工艺处理污泥水,通过在线电极实时监测和PLC系统控制,初期以间歇曝气方式运行可实现SBR的快速启动,后期采用连续曝气方式,脱氮速率迅速提升.经过79 d的连续运行,平均脱氮速率可达0.60 kgN/(m3·d),对TN的去除率最高为95.1％.     

SBBR系统短程硝化处理低碳城市污水研究

采用序批式生物膜反应器(SBBR),应用短程硝化技术处理南方地区的低碳城市污水。在进水TN为25.6～32.1 mg/L、COD为50～100 mg/L、pH值为7.1～7.6、温度为24～29℃的条件下,进行曝气量对氨氧化速率及短程硝化效果的影响研究,同时考察了SBBR反应器的生物膜特性。结果表明:在曝气量为100～200 L/h范围内,氨氧化速率随着曝气量的增加而增大;在曝气量为100～120 L/h条件下能够实现NO2--N的稳定积累和高效短程硝化,且有较明显的同步硝化反硝化(SND)过程,对TN的去除率在48.1%～60.1%之间。同时,由于生物膜复杂的食物链结构,还实现了系统的污泥减量。     

硝化颗粒污泥的培养及其硝化性能研究

在连续流上流式好氧反应器中接种厌氧颗粒污泥进行硝化颗粒污泥的培养及其硝化性能研究,结果表明,通过逐步提高进水N/C值能培养出高活性硝化颗粒污泥;进水氨氮浓度对系统的硝化性能没有显著影响,系统对氨氮的去除率85%;当氨氮容积负荷0.40kgNH4+-N/(m3.d)时,系统实现短程硝化,亚硝酸盐氮积累率平均高达83%。     

城市污水双泥龄复合脱氮工艺的脱氮机理分析

基于部分厌氧氨氧化的双泥龄复合脱氮工艺能实现自养脱氮和异养脱氮的耦合，在城市污水低成本高效脱氮方面表现出良好的应用潜力。为进一步探究该工艺的脱氮机理，对运行2年的中试反应器开展了脱氮途径解析与优化、主要脱氮功能菌活性测定以及微生物群落结构分析。结果表明，间歇曝气可以促进短程硝化和厌氧氨氧化过程的耦合，当曝气量为20 mL/min[DO为（0.18±0.03） mg/L]时，脱氮效率最高；厌氧氨氧化菌（AnAOB）主要分布在生物膜上，活性为44.60mg/（gVSS·d），检测到的AnAOB为Candidatus Brocadia，相对丰度为0.28%；氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）主要分布在悬浮污泥中，活性分别为61.53、86.95 mg/（gVSS·d），检测到的AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira，相对丰度分别为0.10%、2.10%。     

序批式运行Anammox颗粒污泥的有机碳源胁迫效应

以厌氧氨氧化颗粒污泥为研究对象，采用序批式研究方法，考察了不同高浓度COD条件下，厌氧氨氧化颗粒污泥对碳、氮的去除规律，并探究了颗粒污泥物理性状的变化。研究发现，序批式运行可以降低有机碳源对厌氧氨氧化颗粒污泥的胁迫效应，在进水NH₄⁺-N和NO₂^--N平均浓度分别为126.0 mg/L和173.2 mg/L的条件下，COD<900 mg/L时对系统脱氮除碳具有促进作用，而COD>900 mg/L时存在显著抑制作用。在COD为600 mg/L时，NH₄⁺-N和COD的去除率分别达到97.2%和87.7%，脱氮除碳效率最高。随着有机负荷的提高，厌氧氨氧化颗粒污泥从红色向黑褐色转变，粒径在1.2～2.0 mm的颗粒污泥逐渐占据主导，在COD为900 mg/L时占比达到70.0%，而后开始解体，颗粒污泥在COD为600 mg/L时沉降速度最佳，达到17.0 m/h。     

颗粒污泥的反硝化除磷研究

借助SBR反应器,采用厌氧/好氧/缺氧的运行方式,对富集的以反硝化聚磷菌（DNPAOs）为优势菌的活性污泥进行颗粒化培养,约35 d后得到了较成熟的颗粒污泥.考察了该颗粒污泥的脱氮除磷性能,结果表明：当以厌氧/缺氧方式运行时系统具有良好的反硝化除磷性能,缺氧结束时除磷率＞96%,对氨氮的去除率为95%左右;外加NO3^- -N的浓度对缺氧段的反硝化吸磷速率有一定影响;颗粒污泥中的DNPAOs可以利用内碳源进行反硝化吸磷,从而实现了同步脱氮除磷.     

废水生物脱氮新工艺研究进展

对生物脱氮新工艺进行了较全面的综述,分析了影响NO2-N积累的主要因素为游离氨、pH值、温度、溶解氧、污泥龄和有害物质,主要介绍了短程硝化反硝化、厌氧氨氧化和CANON等生物脱氮新工艺的微生物学原理,研究应用现状、发展前景以及存在的问题。     

厌氧/好氧交替下SBR的短程硝化研究

为了研究过度厌氧对短程硝化的影响,采用SBR反应器,在pH值为7.2～8.0、温度为(23±0.5)℃的条件下,通过控制不同的厌氧段时间考察了厌氧/好氧交替方式下短程硝化的特点,分析了过度厌氧对亚硝酸盐积累率、亚硝化菌和硝化菌的比耗氧速率、脱氮除磷特性、同步硝化反硝化(SND)率及污泥沉降性的影响。结果显示,两个系统对氨氮的去除率都达到了96%,亚硝酸盐积累率稳定在70%左右,即过度厌氧对短程硝化无明显影响;硝化过程中发生了明显的同步脱氮现象,而且在小于0.4 mg/L的范围内,平均溶解氧浓度越高则SND率越高;除磷率都达到了95%,过度厌氧不会增加厌氧阶段的释磷量,吸磷主要发生在好氧前0.5 h,DO浓度越高则吸磷速率越快;两个系统的污泥沉降性都得到了改善,过度厌氧对抑制丝状菌膨胀的强化作用不大。