聚氨酯生物膜反应器的厌氧氨氧化研究

以模拟高氨氮废水为进水,在聚氨酯填料生物膜反应器中实现厌氧氨氧化,考察了其脱氮性能。在运行稳定期,系统对氨氮、亚硝酸盐氮和总氮的去除率分别达到90.1%、89.3%和85.5%;总氮负荷最高达到17.6 kg/(m3·d)。进水亚硝酸盐氮浓度达到271.2~314.0 mg/L时会抑制厌氧氨氧化菌活性,影响厌氧氨氧化反应。进出水pH值的差值可以反映系统的脱氮效果,相对于进水pH值,出水pH值越高,说明系统的脱氮效果越好。应用电子显微镜和扫描电镜观察生物膜的形态,反应器底部生物膜颜色较浅,呈黄褐色,以丝状菌和长杆菌为主,而顶部生物膜颜色较深,呈棕红色,以短杆菌和球菌为主。     

厌氧氨氧化工艺处理低氨氮污水的影响因素研究

考察了厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺处理低氨氮污水的影响因素。结果表明,当进水NO2^--N浓度较低时,提高NO2^--N浓度可促进ANAMMOX反应的进行,而当NO2^-N浓度过高时（〉118．4mg／L）则会对该反应产生抑制作用,但此时ANAMMOX反应并没有停止,厌氧氨氧化菌仍保持较高的活性;适当增加进水的无机碳（IC）浓度可刺激厌氧氨氧化菌的生长,但过高浓度的IC会对厌氧氨氧化菌的生长带来不利影响;进水中总有机碳（TOC）的存在不利于厌氧氨氧化反应的进行;ANAMMOX菌的自养固定CO2过程会导致周边环境呈碱性,为保证反应的顺利进行,应当控制反应器中的pH值。     

硝化生物膜启动厌氧氨氧化反应器的研究

研究了以自养型硝化生物膜启动厌氧氨氧化反应器的可行性。试验结果表明,采用先培养自养型硝化生物膜再启动厌氧氨氧化反应器的方法,可在110d内成功启动厌氧氨氧化反应器,200d时反应器对NH4^＋-N和NO2^--N的去除负荷分别达到0．526kg／（m^3·d）和0．536kg／（m^3·d）。启动初期的出水pH值低于进水pH值,到后期则出水pH值高于进水pH值。第110—200天时去除的NH4^＋-N和NO2^--N的量与NO3^--N的生成量之比为1：1．1：0．33;稳态运行时反应器内呈碱性。因此,NH4^＋-N去除量、NO2^--N去除量和NO3^--N生成量之间的比值以及反应器内pH值的变化可以指示厌氧氨氧化反应器的启动进程。     

亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺脱氮研究

以高氨氮模拟废水为研究对象，对影响亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺脱氮效果的几个因素（DO、pH、碱度、有机物浓度、NU4^＋-N／NO2^-—N值）进行了考察，以期获得组合工艺的最佳运行方式。研究结果表明，在亚硝化温度为23～26℃，HRT=1d，进水NH4^＋-N、TN浓度分别为350、420mg／L，ANH4^＋-N／ANO2^--N值为0.8～1.33的条件下，组合工艺对NH4^＋-N、TN的最高去除率分别为99．9％、90．8％，平均去除率分别为96％、76．1％。组合工艺的脱氮效率严重受限于亚硝化系统出水的NH4^＋-N／NO2^--N值及其稳定性。     

缺氧生物膜滤池的自养脱氮性能研究

在成功实现亚硝酸盐自养脱氮(厌氧氨氧化)的基础上,探讨了亚硝酸盐浓度对缺氧生物膜滤池脱氮性能的影响。结果显示,在一定范围内提高亚硝酸盐浓度可加快氨氮去除速率,当NO2--N为118.4 mg/L时氨氮去除速率达到最大;此后,进一步提高进水NO2--N浓度会对氨氮的去除产生明显的抑制作用,导致反应速率下降,但此时的厌氧氨氧化菌仍具有较高的活性;为获得良好的脱氮效果,应控制进水NO2--N/NH4 -N值为1.3。     

投加有机物提高ANAMMOX反应器脱氮效果的研究

往一套UASB生物膜厌氧氨氧化反应器中加入葡萄糖促使反应器内反硝化菌增殖,然后迫使增殖的反硝化菌进行厌氧氨氧化反应以提高反应器的脱氮效果。结果显示:在反应器进水中加入葡萄糖后,系统对亚硝酸盐氮的去除率迅速提高到90%,但对氨氮的去除率变化不大,显示出反应器内同时发生了反硝化反应和厌氧氨氧化反应;当进水中停止投加葡萄糖后,仅运行10d,系统对氨氮、亚硝酸盐氮和总氮的去除率就分别达到了90%、98%和91%,一个月后对总氮的去除率达到99%。可见,在特定环境下可迫使反硝化菌进行厌氧氨氧化反应。     

低温胁迫下包埋厌氧氨氧化污泥颗粒的脱氮性能

为解决在厌氧氨氧化反应进程中,厌氧氨氧化菌抗低温能力较差的问题,以聚乙烯醇-海藻酸钠为包埋剂包埋厌氧氨氧化污泥颗粒,采用UASB反应器研究了HRT对驯化过程中氨氮和亚硝态氮去除效果的影响,考察了温度变化对低温下包埋厌氧氨氧化菌颗粒脱氮效果的影响。结果表明,当进水氨氮浓度为50 mg/L,HRT为7 h时,投加15%包埋污泥后的UASB反应器具有较强的脱氮能力,对NH4+-N、NO2--N的去除率分别为95%和89%。相同条件下,水温从30℃阶梯式降低到14℃时,包埋厌氧氨氧化菌颗粒对NH4+-N的去除率从95%下降为70%,对NO2--N的去除率从89%下降为63%。在14℃下运行期间,调节水力停留时间为11 h可以提高脱氮效果,NH4+-N、NO2--N去除率分别在85%和79%左右。采用聚乙烯醇-海藻酸钠为包埋剂包埋厌氧氨氧化细菌,能大幅度提高低温胁迫下的脱氮性能。     

可降解硝态氮的歧化厌氧氨氧化颗粒污泥的驯化

向SBR反应器中接种成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥,在氨氮、亚硝态氮浓度均为100mg/L的条件下,按C/N值=0.1添加乙酸钠,研究乙酸钠对厌氧氨氧化菌去除氮素的影响。结果表明,在存在乙酸钠的条件下,出水硝态氮生成量为没有乙酸钠情况下的45%,对总氮的去除率提高到90%以上,有利于出水总氮浓度达到一级A标准。验证了在C/N值=0.1条件下,厌氧氨氧化反应是反应器中的主体反应,没有被反硝化反应取代。厌氧氨氧化菌可利用乙酸钠和硝态氮的代谢机制也为降低短程硝化控制难度提供了一种思路。     

短程反硝化工艺的研究进展与展望

厌氧氨氧化技术利用NO_=2^--N氧化NH_4^+-N,实现污水中氮素的高效去除,其中NO_=2^--N的产生是实现厌氧氨氧化应用的难点。短程硝化是获取NO_=2^--N的重要途径之一,但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积累。短程反硝化工艺将反硝化过程控制在硝酸盐还原的第一步来积累NO_=2^--N,可实现从反硝化途径获得NO_=2^--N为厌氧氨氧化反应提供底物,去除污水中的氮素污染物。简要介绍了短程反硝化工艺的发展背景、研究进展、启动及控制策略等,并对短程反硝化过程亚硝酸盐积累机制及其与厌氧氨氧化工艺耦合方式进行了总结,最后对其未来的研究方向进行了展望。     

常温低基质下pH值和有机物对厌氧氨氧化的影响

在采用氧化沟回流污泥成功启动上向流厌氧氨氧化生物滤池的基础上,研究了常温、低基质条件下pH值和有机物对厌氧氨氧化反应器的影响.结果表明:pH值和有机物对厌氧氨氧化反应器的影响显著.在(20±1)℃下,厌氧氨氧化反应的最适pH值为6.7～8.5.当pH值＜6.7或＞8.5时,将导致游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)的浓度分别高于8.93 mg/L和2.67×10-2 mg/L,抑制厌氧氨氧化反应.进水COD浓度的短期快速提高对厌氧氨氧化反应影响不大,但当COD长期维持在60 mg/L以上时,厌氧氨氧化反应受到明显抑制.停止投加COD,经过一段时间的运行后,生物滤池的厌氧氨氧化能力可以恢复到初始状态,对TN的去除率达到80％以上.     

A~2/O系统中强化ANAMMOX反应的可行性研究

通过采用限制DO的运行方式,在A2/O系统中富集NO2--N,从而强化厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应,提高系统的脱氮性能.结果表明,当好氧池中的DO为0.5～1.0 mg/L时,可使NO2--N的浓度提高约500%,形成有效积累,从而在缺氧池中强化ANAMMOX反应;强化AN-AMMOX反应后的缺氧池对NH4-N和TN的去除率分别提高了15%和9%,系统对TN的去除率提高了约7%;通过SPSS13.0软件分析可知,强化ANAMMOX反应的A2/O系统脱氮效果显著;但采用限制DO的运行方式对A2/O系统去除COD和TP有一定影响,其中对COD的去除率下降了5%,对TP的去除率下降了1.4%.     

Orbal氧化沟生物脱氮的中试研究

采用有效容积为330L的中试Orbal氧化沟模型处理城市污水,研究了Orbal氧化沟的同时硝化反硝化生物脱氮现象。结果表明,Orbal氧化沟具有良好的降解有机物和硝化性能;在不投加外碳源和不设硝化液内回流的条件下,通过控制DO浓度分布,可以实现氧化沟内的同时硝化反硝化,对总氮去除率平均为61%,出水总氮平均为14mg/L。经分析认为,DO浓度分布是氧化沟内同时硝化反硝化的决定因素,进水中的COD/TN是影响总氮去除率的重要因素;通过控制外沟低DO运行,可以稳定实现Orbal氧化沟的低能耗高效脱氮;多沟道串联的反应器布置方式有效防止了低DO运行带来的亚硝酸盐积累和污泥膨胀的发生。     

应用SBR实现有机废水厌氧氨氧化生物脱氮的研究

采用SBR反应器,以硝化污泥和厌氧氨氧化(ANAMMOX)颗粒污泥的混合污泥为接种污泥,以有机模拟废水为研究对象,进行了厌氧氨氧化生物脱氮工艺研究。结果表明,在控制温度为25℃,水力停留时间为12 d,pH值为7.2～8.5,进水NH4+-N为220 mg/L左右、NO2--N为138 mg/L左右、COD为294 mg/L的条件下成功启动了SBR反应器。在高氨氮、低有机物浓度的条件下,ANAMMOX菌和异养反硝化菌能够实现共存,且ANAMMOX菌仍能成为优势菌属,AN-AMMOX反应是反应器中的主导反应。镜检发现,优势菌尺寸约为1μm,呈圆形或椭圆形,成簇聚生,表面可观察到明显的漏斗状缺口,具有典型的厌氧氨氧化菌特征。污泥中形成了以厌氧氨氧化球状菌为主、其他杆状菌和丝状菌共存的微生物混培体。     

(AO)2-SBBR反硝化除磷工艺处理低碳城市污水

低碳源浓度城市污水的脱氮除磷一直是个难题，为此在AO-SBBR工艺中引入一个缺氧段而形成（AO）2-SBBR工艺，研究了AO-SBBR和（AO）2-SBBR对低碳源浓度城市污水中氮、磷的去除效果。试验结果表明：在进水BOD5／TN=3、BOD5／TP=17的情况下，（AO）2-SB．BR工艺比AO-SBBR工艺具有更好的同步脱氮除磷效果，对总磷的去除率达到了79．8％，对总氮的去除率从25．83％提高到51．26％，出水水质达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级标准。该工艺有效解决了低碳源浓度城市污水在同步脱氮除磷过程中有机物不足的问题，并在单一反应器中实现了反硝化除磷菌的增殖过程，反硝化除磷菌占聚磷菌的比例从14．82％增长到63．04％；反硝化除磷菌能够以低浓度的亚硝酸盐氮作为电子受体进行缺氧吸磷，如亚硝酸盐氮〉10mg／L则会抑制反硝化除磷菌的活性，而且这种抑制作用并不是瞬时的，至少要持续一段时间其活性才能恢复。     

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).     

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。     

Performance of high-loaded ANAMMOX UASB reactors containing granular sludge

The performance of high-loaded anaerobic ammonium oxidizing (ANAMMOX) upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactors was investigated. Two ANAMMOX reactors (R1 with and R2 without effluent recycling, respectively) were fed with relatively low nitrite concentration of 240 mg-N L⁻¹ with subsequent progressive increase in the nitrogen loading rate (NLR) by shortening the hydraulic retention time (HRT) till the end of the experiment. A super high-rate performance with nitrogen removal rate (NRR) of 74.3-76.7 kg-N m⁻³ day⁻¹ was accomplished in the lab-scale ANAMMOX UASB reactors, which was 3 times of the highest reported value. The biomass concentrations in the reactors were as high as 42.0-57.7 g-VSS L⁻¹ with the specific ANAMMOX activity (SAA) approaching to 5.6 kg-N kg-VSS⁻¹ day⁻¹. The high SAA and high biomass concentration were regarded as the key factors for the super high-rate performance. ANAMMOX granules were observed in the reactors with settling velocities of 73-88 m h⁻¹. The ANAMMOX granules were found to contain a plenty of extracellular polymers (ECPs) such as 71.8-112.1 mg g-VSS⁻¹ of polysaccharides (PS) and 164.4-298.2 mg g-VSS⁻¹ of proteins (PN). High content of hemachrome (6.8-10.3 μmol g-VSS⁻¹) was detected in the ANAMMOX granules, which is supposed to be attributed to their unique carmine color.     

硝化过程亚硝态氮氧化阶段的N_2O产生情况

为考察生活污水硝化过程的亚硝态氮氧化阶段是否有N2O产生,利用经生活污水长期驯化后的污泥和SBR反应器,在pH值为8、曝气量为60L/h的条件下,研究了不同NO2-N浓度下N2O的产生情况。试验发现,除了氨氧化阶段,NO2-N氧化阶段也是N2O的重要产生源。调节NO2-N浓度分别为81.45、65.29、40.18和16.82mg/L,结果发现随着NO2-N浓度的降低,N2O的产生量和转化率也有所降低,但当NO2-N浓度降低至1.64mg/L时,N2O的产生量和转化率却有所升高。此外,还考察了NO2-N浓度为30mg/L左右时,不同pH下N2O的产生情况。结果表明,随着pH的升高则N2O的产量逐渐减少。综合考虑运行成本和减少N2O生成量的效果,应控制pH值在7以上。     

厌氧氨氧化技术应用的挑战与对策

厌氧氨氧化可在缺氧条件下实现氨氮的高效去除,现已成功应用于高氨氮实际废水的处理,其容积氮去除速率高达9.5kgN/(m3·d)。但由于厌氧氨氧化菌生长缓慢,细胞产率低,厌氧氨氧化工艺的启动与运行较为困难,限制了其在全球的推广应用。目前,我国对该技术的研究主要处于实验室小试阶段,缺少中试及以上规模厌氧氨氧化工程的实际应用。以厌氧氨氧化工艺的工程化为目标,探讨了其在菌种、工艺及装置等方面存在的问题,提出了相应的控制对策,并在此基础上提出了厌氧氨氧化工艺工程应用的模式和产业化措施。