不同曝气方式下亚硝化反应器的启动及N2O释放

在常温下〔(20±1)℃〕利用SBR反应器处理低碳氮比实际生活污水,考察连续曝气和间歇曝气方式下亚硝化过程的启动及N_2O的释放。控制SBR反应器DO处于较低水平,并在pH"氨谷"点出现时停止曝气。结果表明,连续曝气和间歇曝气方式分别运行100、75 d后均实现了亚硝化过程。间歇曝气方式下更易实现亚硝化过程。连续曝气和间歇曝气模式下的N_2O转化率分别为12.2%、8.10%。AOB的好氧反硝化过程是N_2O释放的主要途径。间歇曝气模式下的缺氧阶段能够减少好氧段NO_2~-积累,降低好氧反硝化过程底物浓度,减少N_2O释放。     

不同盐度生活污水硝化及N_2O释放特性

以14 L序批式活性污泥反应器(SBR)处理含盐生活污水,控制曝气体积流量60 L/h、时间300 min,考察不同盐度(NaCl)SBR内微生物活性变化,并确定反应器脱氮及N_2O释放特性。结果表明,盐度对各菌群抑制程度亚硝态氮氧化菌(NOB)氨氧化菌(AOB)碳氧化菌。盐度10 g/L,AOB和NOB受抑制程度较低,而N_2O还原受明显抑制,N_2O产率由盐度0时的5.14%增至10 g/L时的7.96%。盐度增至20 g/L,AOB和NOB均受到明显抑制,系统内亚硝化率达90%以上。系统淘洗出NOB,由全程硝化转变为短程硝化过程。NO_2~--N大量积累和AOB相对含量增加,为低含氧条件下AOB的好氧反硝化提供了条件,高盐度对氧化亚氮还原酶活性抑制也导致了系统N_2O释放量增加。     

曝气强度对SBBR同步生物脱氮及N_2O释放影响

以生活污水为处理对象,采用碳纤维填料制成序批式生物膜反应器(sequencing batch biofilm reactor,SBBR),采用N_2+O_2联合曝气的方式,通过改变N_2和O_2的比例,稳定系统内DO浓度为1.5 mg/L,考察不同曝气强度(30、20和10 L/h)下系统脱氮性能及N_2O释放特性。异养菌和硝化菌共生于生物膜内,异养菌位于外层,硝化菌位于内层,曝气强度降低有利于外部异养菌大量增殖,生物膜厚度增加。曝气强度为30 L/h和10 L/h条件下,SBBR系统NH_4~+-N去除率分别为95%以上和79.2%±1.6%,同步脱氮效率分别为46.2%±2.6%和62.1%±2.3%,N_2O产率分别为6.25%±0.6%和2.93%±0.43%。缺氧阶段,反硝化过程和PHA(聚β–羟基烷酸酯)积累同时发生;好氧阶段,PHA呈先增加后减少的趋势。初始阶段增加的PHA为后续同步发生的反硝化过程提供了电子供体。AOB的好氧反硝化过程和异养菌反硝化过程均可导致N_2O的产生。曝气强度降低导致水力剪切力下降,生物膜内缺氧范围扩大,缺氧区N_2O停留时间延长,利于其反硝化减量。曝气强度由30 L/h降至10 L/h,微生物胞外聚合物(EPS)分泌减少,PS/PN(多糖/蛋白质)由8.59 mg/mg降至6.58 mg/mg,生物膜致密性降低,碳源和N_2O以扩散形式进入缺氧区域能力增强,N_2O释放量降低。     

电子受体及投加方式对反硝化除磷及N_2O释放影响

接种普通活性污泥,以乙酸钠和硝酸钾为基质,在厌氧/缺氧SBR系统中成功启动了反硝化除磷,单周期脱氮、除磷效率分别达到99.95%和72.07%,N_2O转化率(N_2O释放量/去除的TN量)为16.41%。在此基础上,以厌氧末污泥为对象通过批式实验对比研究了NO_2~--N及其投加方式对反硝化除磷及N_2O释放的影响,结果表明,一次性投加NO_2~--N时,脱氮、除磷效率分别下降至55.44%和33.54%,N_2O转化率达到25.08%;当改变亚硝氮的投加次数分别为4、3、2次时,N_2O转化率分别为27.05%、23.93%和27.25%,除磷效率分别达到81.82%、80.70%和56.56%。结果表明,分多次进水并控制较低的NO_2~--N浓度,可大幅提高反硝化除磷效率,而且不会导致N_2O转化率增大。     

限时曝气下pH对SBR亚硝化快速启动及其过程影响

限时曝气条件下,采用SBR反应器处理模拟氨氮废水,通过pH控制实现了SBR系统快速亚硝化启动,并对不同pH下氨氧化过程进行了研究,考察了pH对氨氧化过程中DO变化规律、游离氨及氨氧化速率的影响。结果表明,在pH为7.59~8.12时,可实现氨氧化菌和亚硝态氮快速富集和积累,亚硝态氮积累率可达95%以上;通过pH调节可控制进水游离氨(FA)浓度及氨氧化过程中DO需求,进而影响选择性亚硝化过程。     

2种曝气工艺下老龄垃圾渗滤液部分亚硝化对比研究

在间歇曝气(开/停时间为1.5 min/0.7 min)与连续曝气2种工艺条件下,采用序批式活性污泥法(SBR)对老龄垃圾渗滤液进行了部分亚硝化试验。结果表明,间歇与连续曝气均能实现渗滤液的部分亚硝化作用;间歇阶段与连续曝气稳定期的氨氮、COD、TIN去除率、NO2--N生成率分别为84.51%、66.97%、66.12%、16.84%与74.40%、53.31%、37.74%、36.22%。连续曝气能提高氨氮处理负荷,间歇曝气能产生更多以异养反硝化作用为主的氮损失。固定时间运行SBR亚硝化系统控制使出水m(NO2--N)/m(NH4+-N)波动较大。连续曝气稳定期的NO2--N污泥转化负荷率(m(NO2--N)/[m(VSS).t])为55.7 g/(kg.d),是间歇曝气阶段的6倍左右。     

不同C/N下SBBR脱氮过程N_2O释放及胞外多聚物变化

在(20±2.0)℃条件下,利用序批式生物膜反应器(sequencing batch biofilm reactor,SBBR),考察不同碳氮比(C/N=3.0、5.0、8.0和10.0)下同步脱氮(simultaneous nitrification and denitrification,SND)过程N_2O释放及胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)变化。C/N由3.0增至10.0,异养菌大量增殖,曝气阶段DO降低,系统硝化性能受到抑制,SBBR系统出水NH_4~+由0.5 mg/L以下增至(7.85±1.42) mg/L,N_2O产量由(2.68±0.17)mg/L降至(1.02±0.12) mg/L。C/N=8.0,TN去除率最大为80.4%±3.5%。反应初期,微生物体内聚β-羟基烷酸酯(PHA)增加,可为后续反硝化过程提供电子供体。AOB好氧反硝化和低氧条件下异养菌反硝化过程均可导致N_2O产生。C/N降低,SBBR内部缺氧区域减少,N_2O还原过程减弱,释放量增加;C/N增加,N_2O扩散进入生物膜内缺氧区域,促进其减量。C/N由3.0增至10.0,微生物EPS分泌由(57.6±5.6) mg/g VSS降至(32.7±3.2) mg/g VSS,其中,TB-EPS含量占65.8%～68.8%。低C/N下,紧密型EPS(TB-EPS)中多糖(PS)含量增加,生物膜更加密实,N_2O扩散进入缺氧区阻力增加,释放量增加。     

不同DO下SBBR亚硝酸型同步脱氮及N_2O释放特性

在(20±2.0)℃条件下,以实际生活污水为处理对象,以碳纤维为填料(填充率35%),利用序批式生物膜(sequencing batch biofilm reactor,SBBR)反应器,通过限氧曝气,成功实现了亚硝酸型同步生物脱氮(simultaneous nitrification and denitrification,SND)过程。荧光原位杂交技术(fluorescence in-situ hybridization,FISH)半定量表明,氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria, AOB)是硝化系统中的优势菌种。微生物将外碳源以聚β–羟基烷酸酯(poly-β-hydroxyalkanoate,PHA)的形式储存在体内,作为后续反硝化过程所需内碳源。DO=0.5 mg/L,SBBR系统NH_4~+-N和TN去除率分别为95%以上和80.4%,SND效率达77.9%。出水NO_x~--N小于10mg/L,且以NO_2~--N为主。DO=2.0、1.2和0.5 mg/L时,系统N_2O释放量分别为1.38、2.39和1.65 mg/L。AOB的好氧反硝化过程和低氧条件下以PHA作为内碳源的NO_x~--N反硝化过程,都会导致N_2O释放。低DO水平是实现亚硝酸型同步脱氮过程和降低N_2O释放的关键因素。低DO促进了AOB的竞争优势,形成了良好的缺氧微环境,降低了COD降解速率,为反硝化过程提供外碳源作为电子供体,从而降低了N_2O释放量。     

Cu2+和Fe3+对同步硝化反硝化过程N2O释放特征的影响

针对废水中金属离子Cu2+和Fe3+对同步硝化反硝化(SND)污水处理过程污染物去除及温室气体氧化亚氮(N2O)释放特征的影响进行了研究,并分析了其影响机理.结果表明,适宜浓度下Cu2+和Fe3+均能够强化SND过程脱氮效率;然而,长期Fe3+的投加抑制了反应器中聚磷菌的生长和活性,从而使系统中总磷去除率下降2.3％～...     

不同曝气推流式亚硝化试验研究

为探讨不同曝气对模拟生活废水亚硝化的影响,常温(22~25℃)下在两组相同的廊道推流式反应器(R1、R2)中,沿程曝气方式为好氧/缺氧/好氧/缺氧,曝气总量为6 L?min?1,分别采用渐减曝气、渐升曝气研究了3个不同曝气量梯度(R1为4.0~2.0、4.5~1.5、4.8~1.2 L?min?1,R2为2.0~4.0、1.5~4.5、1.2~4.8 L?min?1)下模拟生活废水的亚硝化。结果表明,在曝气总量相同的条件下,渐升曝气有利于提高COD去除率及总氮去除率,当曝气量梯度为1.5~4.5、1.2~4.8L?min?1时,出水COD可达到一级A标准;而渐减曝气的氨氮去除负荷及氨氧化率略高,当曝气量梯度为4.8~1.2 L?min?1时,平均氨氧化率为58.6%,平均亚硝化率在95%以上,出水NO2?-N/NH4+-N比例均值为1.34,符合厌氧氨氧化工艺进水对NO2?-N/NH4+-N比例要求。     

pH对生物膜同步硝化反硝化脱氮及其N_2O产量的影响

采用自制连续流生物膜反应器,控制进水pH在6.0~8.0,考察pH对生物膜SND脱氮效果和N_2O产量的影响。结果表明,NH4+-N去除率随pH的升高而提高,pH由6.0升高到8.0时,NH4+-N去除率由70.66%提高到95.56%;TN去除率随pH的升高先升高后下降,当pH为7.5左右时,TN去除率达到70.98%,生物膜SND效果为佳。pH对N_2O的产量影响较大,pH为6.0时,系统N_2O产量最大,转化率也最高,为3.54%左右。随着pH的升高,系统中N_2O的释放量逐渐降低。pH=6.0时N_2O的产量是pH=8.0时的2.4倍左右。从SND脱氮效果和控制N_2O产量2方面考虑,将进水pH控制在7.5左右比较合理,既可以达到良好的脱氮效果,又可以减少N_2O的产量。     

新型生物脱氮工艺中N_2O产生及释放研究进展

N_2O是重要的温室气体之一,微生物作用是大气中N_2O的主要产生源.大量污水脱氮工艺的研究及应用表明,生物脱氮过程中N_2O主要产生于微生物的硝化和反硝化代谢过程.近年来,许多新型生物脱氮工艺已逐步应用到实际污水处理中.本文阐述了硝化、反硝化阶段N_2O的产生机理,并分析了传统生物脱氮工艺及同步硝化反硝化、 短程硝化-反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷等新型工艺中N_2O的产生量及其影响因素,提出在追求高脱氮效率的同时,优化系统运行条件及种群结构,可在一定程度上降低系统N_2O的产量及危害,为新型生物脱氮工艺实际运行过程中降低N_2O的产量提供参考.     

匹配厌氧氨氧化型亚硝化的调控过程研究进展

叙述了近年来关于匹配型亚硝化过程的研究成果,阐述了匹配型亚硝化控制过程中的生化机理、化学计量比,总结了启动方式以及反应器类型、碱度、p H、DO、水力停留时间等的影响,分析了匹配型亚硝化反应过程中微生物的群落结构和动态变化,认为通过控制ρ(NO_2~--N)/ρ(NH_4~+-N)能够达到适宜厌氧氨氧化的优化基质比,该过程是实现部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺实际应用的难点。认为需要进一步的探讨和研究的内容有:维持长期稳定的匹配型亚硝化满足Anammox的进水基质需求;从分子生物学的角度进行改良,降低各影响因素对AOB的不利影响;驯化抗冲击负荷能力强且对实际工程应用环境适应性高的AOB,以求为PN-Anammox联合工艺的规模化应用提供条件。     

短程硝化过程中NO_2~-对NH_4~+及NH_2OH氧化产生N_2O的影响

N2O是一种强效的温室气体,而污水生物脱氮过程是N2O产生的一个主要人为来源。在本研究中,向生物处理出水中投加NH+4、NH2OH及NO-2,研究了NO-2对NH+4及NH2OH氧化过程中N2O产生的影响。试验结果表明,NH+4及NH2OH氧化过程的最初30 min内(总反应时间180 min)产生的N2O占总N2O产生量的25%以上。在NH4+或NH2OH氧化完成前的30 min内,N2O的净产生量仅有0.2 mg·L-1。NH2OH的氧化是短程硝化开始阶段产生N2O的途径,此后NH+4或NH2OH氧化为AOB提供还原NO-2电子,引起的反硝化作用是产生N2O的主要途径。在实际生活污水短程硝化试验过程中,由于部分COD的存在,在低氧条件下,可能会出现异养菌的反硝化作用。同时,由于氧气及NO-2对氧化亚氮还原酶(NOS)的抑制,使得在生活污水进行短程硝化时,N2O的净产量比上述出水试验时增加了17%以上,总产量最高达到了11.07 mg·L-1。这一途径对N2O产生的贡献也是不容忽视的。     

曝气强度对SBBR同步生物脱氮及N2O释放影响

以生活污水为处理对象,采用碳纤维填料制成序批式生物膜反应器（sequencing batch biofilm reactor,SBBR）,采用N₂+O₂联合曝气的方式,通过改变N₂和O₂的比例,稳定系统内DO浓度为1.5 mg/L,考察不同曝气强度（30、20和10 L/h）下系统脱氮性能及N₂O释放特性。异养菌和硝化菌共生于生物膜内,异养菌位于外层,硝化菌位于内层,曝气强度降低有利于外部异养菌大量增殖,生物膜厚度增加。曝气强度为30 L/h和10 L/h条件下,SBBR系统\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除率分别为95%以上和79.2%±1.6%,同步脱氮效率分别为46.2%±2.6%和62.1%±2.3%,N₂O产率分别为6.25%±0.6%和2.93%±0.43%。缺氧阶段,反硝化过程和PHA（聚β–羟基烷酸酯）积累同时发生;好氧阶段,PHA呈先增加后减少的趋势。初始阶段增加的PHA为后续同步发生的反硝化过程提供了电子供体。AOB的好氧反硝化过程和异养菌反硝化过程均可导致N₂O的产生。曝气强度降低导致水力剪切力下降,生物膜内缺氧范围扩大,缺氧区N₂O停留时间延长,利于其反硝化减量。曝气强度由30 L/h降至10 L/h,微生物胞外聚合物（EPS）分泌减少,PS/PN（多糖/蛋白质）由8.59 mg/mg降至6.58 mg/mg,生物膜致密性降低,碳源和N₂O以扩散形式进入缺氧区域能力增强,N₂O释放量降低。     

低氧条件下生物反硝化过程中N2O的产量

利用SBR反应器,控制曝气量为0.3 L·min-1,通过改变N2∶O2比例,调节反硝化过程中DO浓度,以连续投加乙醇作为反硝化碳源,考察了低氧条件下NO-3N反硝化过程及N2O的产量。结果表明,DO对反硝化菌的活性具有明显的抑制作用。DO由0增至0.7 mg·L-1,NO-3N还原速率由18.12 mg N·(g MLSS)-1·h-1降至11.37 mg N·( gMLSS)-1·h-1,系统N2O产量由0.23 mg·L-1增至1.74 mg·L-1。其原因为：(1)较高的NO-2N浓度导致系统反硝化速率降低,N2O积累并释放;（2）DO对N2O还原酶活性具有明显的抑制作用。降低缺氧-好氧生物脱氮过程中缺氧反应器内部DO含量,是减少生物脱氮过程中N2O产量的关键因素。     

SBR工艺中pH值与DO对硝化过程中N2O释放的影响

试验采用SBR反应器处理模拟生活污水,考查溶氧DO与pH值对硝化过程中N2O释放量与硝化效率的影响.结果表明,在温度为28～30℃、反应器内MLSS约3500mg/L.水力停留时间为8.4 h、污泥停留时间为25 d时,pH值与DO水平对N2O的积累和硝化效率起着重要的作用.在pH值为9、DO为2 mg/L时产生的N2O量最小,其最大释放浓度为3.59μL/L,氨氮的转化效率为94.36%.在此条件下,既能减排N2O这种温室气体和减少能耗,又有很好的硝化效率,为污水厂生物脱氮过程中温室气体N2O的减排与构建清洁的废水处理工艺奠定了基础.     

短程硝化过程中硝化速率与N2O产生速率的关系

N₂O是3种主要的温室气体之一,污水的生物脱氮过程是N₂O产生的一个主要人为来源。通过对不同条件下生活污水短程硝化过程中N₂O的产生情况进行研究,考察了短程硝化过程中硝化速率(AOR)与N₂O产生速率(N₂OR)之间的关系。结果表明:随着DO水平的提高,AOR逐渐上升,N₂OR则呈现先增加后减少的趋势;最大N₂OR出现在DO为0.6 mg·L^-1时,为1.29 mg N₂O-N·(g MLVSS)^-1·h^-1。低DO水平下AOR的提高会引起N₂OR的增加;但高DO水平下较高的AOR不一定产生较多的N₂O。不同条件下,N₂O的产生途径不同,引起N₂OR的变化。在DO较低时,N₂O的产生以NH₂OH/NOH途径为主,AOR的提高会促进N₂O产生;随着DO的增加,N₂O的产生途径主要为AOB的有氧反硝化作用,此时较高的DO水平会对这一反应造成抑制,虽然反应过程中AOR较高,但N₂OR处于较低水平。     

不同温度下短程硝化过程温室气体释放研究

采用SBR反应器启动短程硝化工艺处理高氨氮污水,分析不同温度对短程硝化工艺氮转化过程及温室气体释放特征的影响。结果表明,随温度的降低,氨氮去除和亚硝酸盐的积累受到明显抑制。短程硝化过程释放的温室气体主要集中于曝气阶段,且以CO_2和N_2O为主。反应器在25℃和15℃条件下运行时,温室气体的释放量分别减少了31%和61%。短程硝化工艺中N_2O的释放占总温室气体的96%以上,是最主要的温室气体。     

不同碳源反硝化过程NO2-及N2O积累特性

利用SBR反应器,以NO_3~-为电子受体,分别投加乙酸钠、乙醇、甲醇作为电子供体,控制初始C/N为5,考察不同负荷条件下反硝化过程中NO_2~-和N_2O的积累过程。结果表明,不同进水NO_3~-浓度下,3种碳源均有NO_2~-积累且持续至反硝化结束,而且均会出现N_2O的积累和还原过程。与乙酸钠相比,高浓度甲醇具有生物毒性,提供电子速率较低,无法满足亚硝态氮还原酶和氧化亚氮还原酶对电子的需求。以易生物降解有机物作为电子供体,提高其提供电子速率,能有效降低系统N_2O积累并防止其在后续好氧阶段的释放。