短程反硝化生物过程及工艺研究进展

短程反硝化是基于全程反硝化发展而来的新型脱氮工艺,通常指在微生物作用下仅将硝酸盐还原成亚硝酸盐的生物过程,可为厌氧氨氧化技术提供稳定的亚硝酸盐作为反应基质,实现废水高效低耗脱氮,具有较大发展潜力。聚焦于短程反硝化生物过程及工艺,就其生物过程特性、亚硝酸盐积累机制、功能微生物、耦合工艺、反应装置及关键参数等进行系统综述,并简要探讨了短程反硝化存在的问题及未来发展方向,以期为该工艺的发展和应用提供理论和技术支撑。     

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。     

新型短程硝化反硝化工艺处理高浓度氨氮废水

研发了一种新型短程硝化反硝化工艺——ANITATMShunt,它通过特殊的自控系统来控制N2O的释放。采用500 L的SBR中试装置处理消化污泥脱水上清液,经过18个月的稳定运行表明:通过短程硝化反硝化途径可以实现90%的脱氮率,并且释放的N2O不足总脱氮量的0.7%。将通过pH值、温度和在线监测的NO-2-N浓度实时计算的亚硝酸浓度与亚硝酸浓度设定值进行比对,以便对曝气过程进行调控,从而抑制了N2O的释放并实现了对SBR短程硝化反硝化工艺的自动控制。同时证实了在低溶解氧条件下,由氨氧化菌(AOB)在短程硝化反硝化过程中产生的N2O并非与高亚硝酸盐浓度有直接关系,而是与游离亚硝酸浓度有关。     

改良型CAST工艺短程生物脱氮的实现与破坏

以改良型CAST反应器处理实际生活污水,研究了系统实现短程生物脱氮的条件及其稳定性。结果表明:控制曝气量为0.5 m3/h、温度为(28±0.5)℃、污泥龄为15 d,成功地在改良型CAST反应器内快速实现了短程硝化;继续降低曝气量至0.4 m3/h,短程硝化稳定维持了128个周期,在此阶段系统内亚硝态氮积累率均值为73.43%,最高可达86.08%,总氮去除率为69.35%,较全程硝化的脱氮效率提高了18.45%,且污泥沉降性能良好。研究还发现,降低进水总氮浓度会导致亚硝态氮积累率下降甚至破坏短程硝化,且短程硝化一旦被破坏,即使再次提高进水总氮至原浓度并调节温度和曝气量至最有利于短程硝化的条件,系统的短程生物脱氮性能在长期内仍不能恢复。     

短程硝化-反硝化生物脱氮

短程硝化－反硝化生物脱氮法是将硝化控制在形成亚硝酸阶段,阻止亚硝酸的进一步硝化,然后直接进行反硝化。这一方法可以克服传统生物脱氮法存在的问题,其关键是在硝化阶段维持ＨＮＯ２长久稳定地积累。本文结合国内外研究,对形成ＨＮＯ２积累的条件和影响因素进行了分析,探讨了实现短程硝化的途径。     

低温对稳定短程硝化体系的影响

为了考察低温对短程硝化进程的影响,采用序批式间歇反应器(SBR)处理氨氮废水,在常温(25℃)条件下驯化出稳定的短程硝化污泥体系后,研究温度(25、20、15、10、5℃)对短程硝化系统的影响。试验结果表明,随着温度的降低,短程硝化效果受到的影响逐渐增大,氨氮去除率和亚硝酸盐氮积累率由25℃时的96.5%和95.2%逐渐降低到5℃时的17.3%和6.9%,且低温对于氨氧化菌(AOB)的影响要大于亚硝酸盐氧化菌(NOB);温度降低只是延长体系中COD降解时间,对反应器最终降解COD未造成明显影响;短程硝化体系在短时间内处于低温条件时,低温不会破坏短程硝化系统,当温度升高时,系统可以重新恢复良好的短程硝化效果。     

全程硝化与短程硝化的特性对比研究

为了深入了解全程硝化和短程硝化的异同,采用SBR反应器研究了全程硝化和短程硝化的脱氮除磷特点。结果表明,在曝气量一定的情况下,短程硝化的DO上升速率大于全程硝化的,而全程硝化的氨氮降解速率大于短程硝化的。全程硝化过程中亚硝态氮的浓度始终较低,而短程硝化的亚硝态氮浓度则逐渐升高且增加速率保持稳定。全程硝化和短程硝化的硝态氮浓度都是从某一时间之后以恒定的速率增长。全程硝化过程中,亚硝态氮的积累率先短期升高之后逐步下降;在短程硝化中,亚硝态氮积累率逐渐上升,在好氧吸磷结束后亚硝态氮积累率保持稳定。     

SBR法短程硝化反硝化处理生活垃圾机械脱除水

生活垃圾机械脱除水是通过高压挤压等方式从新鲜生活垃圾中快速分离出的混合液,其经厌氧处理后的出水具有高氨氮、低C/N值等特征,为此,利用序批式反应器(SBR)通过短程硝化反硝化途径对其氨氮进行去除,利用高氨氮浓度下的高游离氨(FA)条件对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性进行抑制,实现SBR中短程硝化与亚硝态氮的稳定积累。研究结果表明,在室温条件下,控制p H值为7.5~8.0、DO1 mg/L,逐步提高氨氮浓度至700 mg/L,可实现系统中亚硝态氮的有效积累,氨氮去除率和亚硝态氮积累率分别为92.2%、90.9%左右。将短程硝化出水进一步进行反硝化处理,TN去除率高达98.8%。     

实时控制下短程生物脱氮的实现及其稳定性研究

采用小试SBR反应器处理实际生活污水，研究了实时控制条件下短程生物脱氮的实现和稳定性。结果表明，系统在实时控制条件下运行67d，实现了较为稳定的短程硝化反硝化，亚硝酸盐积累率（NO2^--N／NOx^--N）〉80％；在此基础上将系统改为定时运行，短程硝化则逐步受到破坏，证明了实时控制对短程硝化的维持具有重要作用。此外，考察了在实时控制条件下温度和短时高氨氮负荷对短程生物脱氮稳定性的影响。结果表明，在平均温度为20℃，亚硝酸盐积累率有所降低但仍可稳定地维持在60％以上；高NH4^＋-N冲击负荷对短程生物脱氮系统的影响较小，系统恢复能力较强，恢复后的亚硝酸盐积累率〉70％，表明实时控制条件下的短程硝化反硝化具有一定的稳定性。     

CANON工艺中N_2O的释放途径及影响因素

N_2O是一种强温室气体,而污水脱氮是N_2O释放的重要人为源。污水生物脱氮过程不仅增加了N_2O的释放潜能,且极有可能从水中转嫁到大气中。CANON作为一种新型脱氮工艺,在处理高氨氮废水时有其独特的技术优势,已广泛用于实际污水处理中,但是进一步的研究发现,该脱氮过程中N_2O的释放量却不容乐观。在微生物机理上,分别从短程硝化、厌氧氨氧化以及反硝化阶段分析N_2O可能的产生途径,并对NH_4~+-N、NO_2~--N、曝气量等关键影响因素进行了讨论。在综合分析CANON中N_2O的产生机理和影响因素的基础上,提出优化系统运行控制条件,避免NO_2~--N的积累和低DO浓度,培养适应高NO_2~--N浓度的微生物种群,实现N_2O的减量化。     

生物沸石滤池去除微污染水源水中氨氮的挂膜启动

对沸石滤料生物滤池处理微污染水源水中低浓度氨氮的挂膜启动性能进行了研究。试验结果表明,挂膜过程可以根据氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度的变化分为三个阶段：初期沸石发挥本身对铵离子的吸附交换性能,氨氮去除率达88％以上;中期开始出现生物硝化作用,亚硝酸盐积累明显,硝酸盐出水浓度不稳定,氨氮去除率稳定,但下降至65％左右;后期硝化反应稳定进行,亚硝酸盐迅速转化为硝酸盐,氨氮去除率稳定在60％以上。生物沸石滤池挂膜同时应考察亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度变化,在出水亚硝酸氮明显积累后又稳定降低,且硝酸盐氮稳定积累时方可认为挂膜成功。进出水pH值的变化可以指示硝化反应的进行程度和生物膜形成阶段。     

SBR中海水对短程硝化的影响

采用SBR工艺研究了海水进入城市污水处理系统后,对氨氮去除率和短程硝化的影响．试验结果表明,在较高游离氨情况下,生活污水中海水比例为0％时,并未出现短程硝化;生活污水中海水比例为30％时可以实现短程硝化,而且氨氮的去除率并未明显降低．应用该法处理海水冲厕污水是可行的．     

在悬浮填料床工艺中对硝化实施自动控制的研究

在分析悬浮填料床硝化反应机理的基础上,为悬浮填料床中试装置设计、配备了自动控制系统,通过在线检测溶解氧和氨氮浓度来实现对硝化反应过程的实时控制。中试结果表明,控制系统运行稳定、反应灵活,处理出水中的氨氮浓度保持稳定,并达到了控制要求。此外,该自动控制系统还优化了曝气过程,使曝气量减少了约20％,降低了运行成本。     

AO—MBR工艺短程硝化处理高氨氮废水试验研究

采用AO—MBR工艺短程硝化处理高氨氮废水,系统可以快速启动实现全程硝化。结果表明,AO—MBR工艺在温度为24～32℃,pH值为7．8～8．4,好氧池DO降至0．5mg／L时,运行21天后全程硝化转变为稳定的短程硝化,氨氮去除率和亚硝酸盐氮积累率均大于90％;接种后及硝化类型转变时污泥浓度会大幅降低,运行中后期污泥浓度基本保持稳定。     

组合生态系统氨氮去除最佳单元及其去除机制研究

通过考察稳定塘-湿地组合生态处理系统各单元对氨氮去除速率的差异，提出了去除氨氮的最佳单元类型，分析了该单元对氨氮的主导去除机制。结果表明，在该组合生态处理系统中，水深为1．0m左右、大量生长浮萍等水生植物及溶解氧浓度较高的水生植物塘是去除氨氮的最佳单元。在水生植物塘中，生物吸收（有机氮固定）作用是低温期去除氨氮的主导机制，同步硝化反硝化作用则是高温期去除氨氮的主导机制。     

喷射环流反应器同步硝化反硝化机理的研究

喷射环流反应器在好氧条件下具有良好的脱氮性能,其对氨氮和总氮的去除率分别达到80%和70%以上,且两者的去除率成正比.试验测定了反应器出水中NOx^--N的含量,结果表明出水中的氮主要以氨氮和亚硝酸盐氮的形式存在,证明该反应器在硝化过程中实现了对亚硝酸盐的积累.反应器的脱氮效果随进水C/N值的增加而提高,证明了异养硝化细菌的存在.对废水处理过程中产生的废气进行气相色谱分析,结果表明废气中氮气的含量比空气的增加了0.24%,证明反应器中发生了反硝化反应.综合试验结果表明,喷射环流反应器中的脱氮机理为亚硝酸盐型同步硝化反硝化.     

硫酸软骨素废水治理与有机氮的影响

硫酸软骨素废水中蛋白质含量虽然较高,但氨氮测定值较低,导致有机氮问题在设计时容易被忽视。另外,在常规的厌氧 /好氧处理工艺中,水中蛋白质经厌氧段时会发生氨化反应,导致废水氨氮含量升高,出水难以达标。实践表明,采用生物硝化反硝化工艺可以有效解决废水中有机氮的脱除问题。     

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。     

异养硝化菌的分离及其强化活性污泥脱氮效果

为提高水处理过程中的脱氮率，实现好氧条件下对总氮的去除。通过试验分离出一株异养硝化菌，该菌株为白色革兰氏阴性球状菌。将该菌扩大培养后接种于活性污泥系统并进行了处理模拟废水的试验。结果表明：该菌能在好氧条件下分别代谢氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮，并通过好氧反硝化实现对总氮的去除。用该菌株强化的活性污泥系统对以氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮为惟一氮源的模拟废水进行处理，4h的总氮去除率分别为85％、60％、70％。     

异养硝化菌强化饱和基质材料降解水体氨氮的研究

将优势菌技术运用于饱和基质材料中,考察基质材料对水中氨氮的吸附特性以及微生物原位强化饱和基质材料后对氨氮的降解效果。试验结果表明,沸石对氨氮的吸附量高于活性炭。对氨氮含量为110mg／L的模拟富营养化水体进行360h动态吸附后,沸石和活性炭吸附后出水中氨氮平均含量分别为73．3l和89．18mg／L,沸石显示出作为基质材料的优越性。对饱和基质材料进行异养硝化茵强化96h后,沸石柱和活性炭柱出水氨氮平均含量分别降低8．58和17．31mg／L,并且活性炭和沸石表面形成稳定的生物膜。因此,对富营养水体在基质吸附基础上进行微生物降解的方法是可行的。