亚硝酸盐为电子受体反硝化除磷工艺的可行性

采用序批式反应器(SBR),以亚硝酸盐为电子受体,探讨了厌氧/缺氧条件下反硝化除磷工艺的可行性,并通过间歇实验考察了亚硝酸盐浓度、进水COD浓度和进水pH值对反硝化除磷工艺的影响.结果表明,亚硝酸盐作为电子受体的同步脱氮除磷过程是完全可以实现的,控制NO₂^--N浓度为35±5mg/L、厌氧段进水pH值为8.0±0.1,缺氧段进水pH值为7.2±0.1、COD浓度为400mg/L时,反硝化除磷效果最佳.     

A2O-BAF工艺反硝化聚磷效果的影响因素

为了提高系统的反硝化除磷脱氮效率,采用静态试验考察了厌氧反应时间和厌氧段COD对A2O-BAF工艺反硝化聚磷效果的影响,同时对缺氧阶段反硝化聚磷量与脱氮量之间的关系进行了探讨.试验结果发现,在试验范围内,随着厌氧反应时间和厌氧段COD的增加,厌氧释磷量均增加,反硝化聚磷量,净聚磷量和硝氮去除量亦都随之增加,但是反硝化聚磷量与释磷量的比值基本维持不变.在2组8个不同的试验条件下,缺氧段反硝化聚磷量和脱氮量之间均呈现出良好的线性关系,系数为1.007~1.053,R2为0.992~0.997,反映了A2O-BAF系统中污泥的固有特性.     

碳源和硝态氮浓度对反硝化聚磷的影响及ORP的变化规律

利用间歇试验研究了反硝化除磷过程中有机碳源和硝态氮浓度对厌氧放磷和缺氧吸磷的影响,同时对反硝化除磷过程ORP的变化规律及以其作为控制参数的可行性作了探讨.试验结果表明:厌氧段碳源COD浓度越高(100～300mg/L),放磷越充分,则缺氧段反硝化和吸磷速率越大;但当碳源COD浓度高达300mg/L时,未反应完全的有机物残留于后续缺氧段对缺氧吸磷产生抑制作用.随着缺氧段硝态氮浓度升高(5、15、40 mg/L),反应初期反硝化和吸磷速率也随之升高;当硝态氮耗尽后,系统由缺氧吸磷转变为内源放磷,且随着初始硝态氮浓度的增高,这个转折点的出现时间向后延迟.ORP可作为厌氧放磷的控制参数,在缺氧吸磷过程可预示反硝化的反应程度,但是无法作为吸磷过程的控制参数.     

多点交替进水阶式A2/O工艺强化脱氮除磷

为强化CMICAO(多点交替进水阶式A2/O)工艺的脱氮除磷性能,通过调整进水C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕、进水端厌氧池和缺氧池的进水流量比对CMICAO工艺参数进行优化,考察其对氮、磷去除的影响. 结果表明:试验条件下,C/N的提高可增强SND(同步硝化反硝化)作用,氮的去除效果也随之提高,C/N≥7时,前好氧池同步硝化反硝化率达到61%,出水ρ(TN)≤9.0 mg/L;在相同工况下,较低的C/N下反硝化除磷现象更明显. 综合考虑,C/N在5~7范围内,可取得较好的整体脱氮除磷效果. 优化工艺进水碳源分配可提高碳源利用效率,氮、磷的去除效果受进水流量比的影响较大,当厌氧池和缺氧池进水流量比为2.0时,可强化缺氧池的反硝化除磷作用,TN和TP去除率分别为75%和92%,出水ρ(COD_Cr)、ρ(NH+₄-N)、ρ(TN)和ρ(TP)分别为28.7、1.9、9.2和0.27 mg/L,通过优化实现了CMICAO工艺对氮、磷去除的强化.      

同时硝化/反硝化除磷工艺的脱氮除磷效能

为实现同时硝化/反硝化除磷(SNDPR),在序批式活性污泥反应器(SBR)中,采用厌氧/好氧和厌氧/缺氧/好氧2种运行模式驯化污泥,并考察了厌氧/低氧模式下SNDPR过程中COD、PHB、TP、TN、DO和电化学参数的变化规律。结果表明,经2阶段驯化,反硝化聚磷菌比例提升至85.9%,硝化速率达5.97 mg(/L.h),实现了反硝化除磷菌和硝化菌的良好共存;在厌氧/低氧模式下,SNDPR对低碳城市污水具有良好脱氮除磷效果,TP、TN和COD去除率达到93.7%、79%和87.7%;PHB与COD降解、TN降解和TP吸收有良好的相关性,也是SNDPR过程的碳源驱动力;pH和ORP曲线上"谷点"预示厌氧释磷结束,pH曲线"折点"指示SNDPR结束。     

A/A系统反硝化除磷的强化及其稳定性研究

利用厌氧/缺氧(A/A)SBR,试验研究了选择和富集反硝化除磷菌(DPB)的条件.结果表明,采用电子供体和电子受体充分分开的两段进水方式运行,当厌氧段进水COD与缺氧段投加硝酸盐质量浓度为300 mg.L-1、50 mg.L-1,pH值约为7.0时,DPB可快速成为系统中的优势菌群,系统可达到良好的反硝化聚磷效果;将前述系统改变为一段进水方式运行后,系统仍具有良好的反硝化聚磷效果.在进水磷浓度同为20 mg.L-1下,在缺氧段投加磷的运行方式比在厌氧段投加磷的运行方式更能提高系统的除磷能力.     

进水C/N对A~2/O-BCO工艺反硝化除磷特性的影响

采用厌氧/缺氧/好氧与生物接触氧化工艺组成的双污泥系统(A~2/O-BCO)处理实际生活污水.通过投加乙酸钠调节进水碳氮比(C/N=2.44~8.85),考察了系统的反硝化除磷特性.试验结果表明:进水有机物主要是通过改变硝化性能(即缺氧段反硝化负荷)以及聚-β-羟基链烷酸脂(PHA)的贮存和利用,进而影响系统的脱氮除磷效果.当进水C/N为4~5时,COD、TN和PO_4~(3-)-P去除率分别达到88%,80%和96%,实现了有机物、氮和磷的同步高效去除.碳平衡分析表明,A~2/O反应器去除的COD占去除总量的71.86%~77.28%,BCO反应器去除的COD仅占2%~12%,碳源的高效利用是A~2/O-BCO工艺在低C/N条件下实现深度脱氮除磷的重要原因.此外,通过进水C/N与曝气量、硝化液回流比、厌/缺氧反应时间等相关性的分析,提出了系统的优化运行策略.     

多点交替进水阶式A2/O工艺氮磷去除途径

为分析CMICAO(多点交替进水阶式A2/O)工艺处理实际生活污水时对氮、磷的去除机理,基于物料衡算方程,计算各反应池内污染物质量浓度,并与实测值进行对比,分析氮、磷的去除途径,提出强化工艺脱氮除磷的方法.结果表明,试验条件下,出水中ρ(TP)、ρ(TN)和ρ(氨氮)分别为(0.41±0.08)、(10.24±0.40)和(2.07±0.30)mg/L.除微生物同化作用外,系统中的氮主要通过好氧硝化、缺氧/厌氧反硝化及SND(同步硝化反硝化)途径去除,阶段一3#反应池、阶段二2#反应池和阶段三1#反应池的SND率分别达到37%、52%和58%左右.磷通过聚磷菌厌氧/缺氧释磷、好氧吸磷和反硝化除磷途径去除,阶段一4#池的反硝化吸磷量达到3 mg/L左右.降低好氧池ρ(DO)和改变缺氧池与厌氧池的进水量比例可强化脱氮除磷效果.     

反硝化脱氮除磷系统的碳源利用特性

为了探明反硝化脱氮除磷工艺的碳源利用特性,通过SBR工艺对反硝化聚磷菌进行驯化在不同碳源浓度下,研究了反硝化脱氮除磷过程中的碳源利用特性。结果表明,反硝化脱氮除磷系统在厌氧段碳源转化过程中有一个饱和碳源,该研究中系统MLSS为3 000 mg/L时厌氧阶段饱和碳源浓度为250 mg/L COD。厌氧段进水碳源浓度低于该系统饱和碳源时,缺氧段总氮、磷去除随着厌氧段进水碳源浓度提高而增加,当进水碳源浓度超过饱和碳源时,总氮去除随着碳源浓度提高而进一步提高,但总磷去除率下降。说明缺氧段胞外碳源对系统脱氮有促进作用,但对除磷有抑制作用。厌氧进水碳源浓度达到饱和碳源时系统除磷效果最好,且脱氮所需的碳源利用效率最高此时系统COD(m)/NO_3~-N(m)值为3.3左右。     

改进分段进水A/O生物脱氮工艺强化生物除磷

采用分段进水A/O中试处理系统处理低C/N生活污水.为实现同步脱氮除磷,对分段进水A/O工艺进行改进并对改进前后系统的脱氮除磷效率进行评价.改进前分段进水A/O工艺平均TN去除率为66.52%,TP去除率为29.74%;改进后的分段进水A/O工艺不仅可以稳定地实现同步脱氮除磷,在三段进水比为0.45∶0.35∶0.20时,系统平均TP去除率达89.81%,且由于反硝化除磷的强化节省部分碳源,TN去除率达73.61%,比改进前提高7.09%.为验证不同阶段聚磷菌及反硝化聚磷菌在系统内的选择增殖情况,试验对不同运行阶段的活性污泥进行静态厌氧放磷、好氧及缺氧吸磷试验,结果表明,工艺经过改进后,聚磷菌及反硝化聚磷菌均得到较大程度地选择富集.采用改进工艺,污泥最大比好氧吸磷速率[P/(MLSS.t)]由2.34 mg/(g.h)提高到10.67 mg/(g.h),最大比缺氧吸磷速率由0.33 mg/(g.h)提高到2.81 mg/(g.h).     

SBR双颗粒污泥系统脱氮除磷性能研究

以模拟废水为研究对象,对SBR双颗粒污泥系统的脱氮除磷性能进行了考察.试验结果表明,A₂N双颗粒污泥系统能使硝化菌和聚磷菌分别在各自最佳的环境中生长,有利于系统脱氮除磷的稳定和高效运行,可控制性也得到了提高.在COD为300 mg·L^-1条件下,系统对COD的平均去除率达到78.8%,大部分COD被聚磷菌用来合成PHA;当溶解氧控制在3.55~4.90 mg·L^-1和5.60~6.60 mg·L^-1之间时,硝化SBR对氨氮的去除率分别为87.0%和94.5%.除磷SBR仅设置缺氧段时,磷去除率为72%;增设后曝气段后,磷去除率增至85%.NO_x^--N(NO₂^--N+ NO₃^--N)的去除主要发生在缺氧段,在反硝化除磷时作为电子受体被去除,平均去除率为90.6%.     

SBR后置缺氧反硝化除磷的启动及去除性能

为实现对氮磷的高效同步去除,采用将缺氧后置的SBR工艺,以生活污水为处理对象,考察反硝化除磷工艺的启动与运行效果.结果表明,先通过短污泥龄(SRT)驯化富集聚磷菌(PAOs),再延长污泥龄并引入缺氧段,39d即可实现反硝化除磷工艺的启动,COD、TP、NH₄⁺-N、TN去除率分别为92.9%、98.4%、100%和87.6%.进水COD与TN比(C/N)对系统氮磷去除有一定影响:C/N短暂的降低幅度不超过17.65%时,氮磷去除效率并没有明显变化;当超过33.3%时,脱氮除磷性能下降,但伴随着运行时间的延长,出水COD浓度减少,反硝化除磷菌(DPAOs)在PAOs比例也会提升,这在一定程度上弥补了DPAOs反硝化脱氮效率的下降.周期实验表明,pH值与DO可以作为厌氧释磷结束与周期结束的实时控制参数,大大缩短反应时间,降低曝气能耗.     

反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的参数优化

为促进反硝化除磷与厌氧氨氧化工艺的耦合,实现污水氮、磷的同步高效去除,构建序批式反应器(Sequencing batch reactor,SBR),优化了反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的工艺参数.SBR在厌氧-缺氧-微好氧运行条件下,缺氧段投加模拟硝酸盐工业废水逐步实现了反硝化除磷过程的亚硝酸盐积累.结果表明,经过142d的培养驯化,在进水C/P比为55时,缺氧段引入NO₃^--N浓度为23mg/L时,亚硝酸盐积累率为51.01%,NO₃^--N→NO₂^--N转化率为40.22%,硝酸盐去除率为72.14%,PO₄^3--P去除率最高达88.17%.出水COD浓度低于25mg/L,COD去除率维持在90%以上.微生物群落结构分析表明,拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)为系统内优势菌门.通过参数优化实现了聚磷菌的驯化,Candidatus Accumulibacter为代表的反硝化聚磷菌丰度增加(累积丰度由1.49%增加到5.08%),以Candidatus Competibacter为代表的反硝化聚糖菌丰度增加更为明显(累积丰度由1.02%增加到15.49%),聚磷菌与聚糖菌的共同作用有利于实现除磷过程的亚硝酸盐累积.     

COD/TP比及NO_2~--N/TP对短程反硝化聚磷的影响

污水中COD/TP比和NO2--N/TP比对A/A/OSBR反硝化聚磷工艺运行有重要的影响。实验结果表明:随着COD/TP比值的增加,厌氧释磷增加、厌氧释磷速率提高。但当COD/TP比值为28.5时,过剩的碳源进入缺氧段,反硝化菌利用外碳源消耗,抑制了缺氧吸磷过程;当COD/TP比值为21时,合成的PHB不足,缺氧吸磷效率下降,而且长期在较低COD/TP比条件下运行,激发了聚糖菌与聚磷菌的竞争,聚磷菌处于竞争的劣势,反硝化聚磷能力最终消失;当COD/PO43--P为25时,短程反硝化聚磷效果最佳。NO2--N/TP比与COD/TP的比值相关联,在COD/TP=25的条件下,合适的NO2--N/TP比为3。当NO2--N/PO43--P为5时,SBR上一周期剩余的NO2-会影响厌氧释磷过程。当NO2--N/TP为1.8时,NO2-不足,会使反硝化聚磷过程不完全。     

厌/缺氧时间对好氧颗粒污泥同步硝化内源反硝化和除磷的影响

选用4组同规格SBR反应器,在A/O/A模式下以水解酸化液为进水,调整厌/缺氧时间分别为50min/170min、90min/130min、130min/90min、180min/40min,探讨颗粒污泥在不同厌/缺氧时间下脱氮除磷特性.结果表明,厌氧时间从50min延长至90min时,污泥内碳源储存量和释磷量增加,同步硝化反硝化(SND)效率提高至62.65%,TN、TP去除率分别从81.1%、 82.2%上升92.9%、98.5%.当厌氧时间从90min升至180min时,释磷量反而下降,厌氧内源性条件刺激胞外聚合物(EPS)增加造成聚羟基烷酸(PHA)合成下降,TP去除率降至88.1%;同时缺氧时间从130min降至40min,系统残留的NO_X^-较多,造成TN去除率降低至84%.机理分析表明系统中TN在好氧段由反硝化聚磷菌(DPAOs)和反硝化聚糖菌(DGAOs)利用PHA以SND方式消耗,并在缺氧段由DGAOs内源反硝化进一步去除,TP由PAOs和DPAOs去除,由批次实验估算得DPAOs占比在R2中最高,达41%,4组反应器运行期间颗粒均未发生解体,以水解酸化液为基质培养的颗粒结构完整、稳定性强.结果表明,厌/缺氧时间的适当延长有利于加强内碳源的贮存与转化,强化厌氧释磷、SND和后置内源反硝化效果,实现同步硝化内源反硝化和除磷高效稳定运行.     

强化生物除磷体系中反硝化聚磷菌的选择与富集

采用SBR反应器 ,对以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌的选择和富集作了研究 .结果表明 ,反硝化聚磷菌存在于传统的强化生物除磷体系之中 .经过 3个阶段的选择和富集 ,反硝化聚磷菌在聚磷菌中的比例从 15 %上升到 73% .稳定运行的强化反硝化生物除磷体系具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能 ,缺氧结束时体系中磷浓度小于 1mg L ,除磷和脱氮效率分别大于 94 %和 95 % .     

Characteristics of nitrogen and phosphorus removal in a sequencing batch reactor

Laboratory scale experiments were conducted to study the characteristics of N and P removal under different influent organic carbon concentration in a sequencing batch reactor (SBR) with simple anaerobic/aerobic operating mode. Experimental results indicated that, under the operating condition of influent N concentration of 89 mg/L and P concentration of 15 mg/L, when the influent C/N ratio increased from 1.5 to 6.9 (influent C/P ratio from 9 to 41), total N and P removal efficiency improved from 50% and 46% to 78% and 96% respectively. Track studies of N, P and other operating parameters demonstrated that N removal of the SBR was realized through simultaneous nitrification and denitrification (SND) in the aeration phase and anoxic denitrificaiton in the filling phase, P removal was accomplished through conventional anaerobic P release and aerobic P taken-up process. Keeping dissolved oxygen (DO) concentration during the first two aeration hours as low as 0.1-0.6 mg/L is essential for the simultaneous occurrences of nitrification, denitrification and P-taken up.     

低C/N(<3)条件下SNEDPR系统启动及其脱氮除磷特性研究

为了解同步硝化内源反硝化除磷（SNEDPR）系统处理低C/N（<3）污水的脱氮除磷特性,采用厌氧/低氧（溶解氧0.5~1.0mg/L）运行的SBR反应器,以低碳城市污水为处理对象,考察了C/N对SNEDPR启动、脱氮除磷性能优化与菌群结构变化的影响.结果表明：进水C/N由4.3提高至5.15时,系统脱氮除磷性能均逐渐增强,系统总氮（TN）和PO₄^3--P去除率最高达89.3%和90.6%;降低进水C/N <3后,系统脱氮、除磷性能均呈现先降低后逐渐升高的趋势,但低C/N对PAOs（聚磷菌）除磷性能的影响高于其对反硝化聚糖菌（DGAOs）内源反硝化脱氮性能的影响,表现为TN和PO₄^3--P去除率分别先降低至21.4%和3.4%后逐渐升高至92.9%和94.1%.系统稳定运行阶段,单位COD平均释磷量和SNED率达437.1mgP/gCOD和89.1%,出水NH₄⁺-N、NO_x^--N和PO₄^3--P浓度平均为0,4.4,0.2mg/L.经136d的运行,系统内PAOs,GAOs,AOB（氨氧化菌）和NOB（亚硝酸盐氧化菌）分别占全菌的（16±3）%,（8±3）%,（7±3）%和（3±1）%,其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能.此外,系统好氧段存在同步短程硝化内源反硝化,是实现低C/N（<3）污水高效脱氮除磷的原因.     

DPR-SNED系统处理低C/N城市污水与硝酸盐废水的运行特性

为实现低C/N城市污水与含硝酸盐废水的同步处理,采用SBR接种活性污泥,通过合理控制厌氧/缺氧/低氧时间和溶解氧(DO)浓度,实现了反硝化除磷耦合同步硝化内源反硝化(DPR-SNED)系统的启动,并对启动过程中系统的脱氮除磷特性进行了研究.结果表明采用厌氧/低氧的运行方式,控制厌氧时间为3 h,好氧段DO浓度为0. 5～1. 0 mg·L-1,60 d可实现同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的启动,出水PO_4~(3-)-P浓度0. 5 mg·L-1,系统氮磷去除率维持在90%以上,COD的去除率维持在80%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在70%和95%左右;随后改变运行方式,采用厌氧/缺氧/低氧的方式运行,缺氧段前进含硝酸盐废水,45 d可实现DPR-SNED系统的启动,缺氧末PO_4~(3-)-P浓度1. 1 mg·L-1,出水PO_4~(3-)-P浓度0. 5 mg·L-1,系统磷、COD去除率均维持在90%以上,氮去除率维持在88%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在62%和90%左右. DPR-SNED系统的成功启动后,厌氧段聚糖菌和聚磷菌对城市污水有限碳源的充分利用和强化储存,可为后续缺氧段及好氧段的脱氮除磷提供充足的内碳源.此外,DPR-SNED系统缺氧段内源短程反硝化的进行保障了系统在低C/N(4)条件下的高效脱氮.     

不同曝气强度下SBMBBR和SBR脱氮除磷性能对比研究

对比考察了不同曝气强度下序批式活性污泥反应器(SBR)和序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)的脱氮除磷效果,并分析了反应器单个周期内有机物、氮和磷的转化过程.实验结果表明,SBMBBR和SBR脱氮主要是基于好氧段发生的同步硝化反硝化(SND)及进水、搅拌阶段发生的缺氧反硝化途径实现的,而除磷是基于常规生物除磷和反硝化除磷过程而完成.曝气强度会影响SBR和SBMBBR好氧阶段SND发生的程度,最佳曝气强度下两者通过SND作用去除的TN量分别达到去除总量的47.7%和79.0%.在采用先行厌氧的运行方式,保持系统内高浓度微生物,使反应器在进水C/N比只有2.2～3.5的条件下均取得了良好的脱氮除磷效果.两者相比,SBMBBR和SBR在COD和NH4-N去+除方面没有差异,而SBMBBR的反硝化、除磷效果更优,TN、TP去除率分别达到95.4%和93.5%,较SBR分别高出10.9%和4.1%.