SBR实现选择性硝化过程及动力学研究

采用序批式生物反应器(SBR)处理模拟氨氮废水,考察了SBR体系中硝化过程中氮组分和溶解氧变化规律,并对硝化动力学进行了研究.结果表明,在低溶解氧下,体系出现亚硝态氮积累;在序批式反应体系中的硝化反应呈现三阶段,即零级反应段、混合反应段和一级反应段,其硝化特性符合Monod动力学方程;根据SBR实现选择性硝化过程控制方法,实现了SBR选择性亚硝化启动,该体系氨氮出水1 mg·L~(-1),氨氮负荷达0.45 kg·kg~(-1)·d~(-1)(以每kg MLSS中的NH_4~+-N量(kg)计),亚硝态氮累积率达95%左右.     

全程自养脱氮工艺的研究

以悬浮填料床作为全程自养脱氮反应器，用不含有机碳的合成氨氮废水进行反应器的启动。系统的氨氮和总氮去除率分别达80％和60％左右。通过批式实验对全程自脱氮做进一步的研究。结果表明，通过控制反应器中DO的浓度，可以控制氨氧化和反硝化的比率；当DO为0.8mg/L时，氨氮几乎完全转化为氮气，氨氧化和反硝化在此时达到了动态平衡；在低DO情况下，氨氮和亚硝氮同时存在，氨氮和总氮的转化率都大幅度的提高，说明氨氮可以亚硝氮为电子受体，在无外加有机碳源的情况下进行反硝化。     

低碳氮比猪场废水短程硝化反硝化-厌氧氨氧化脱氮

针对低碳氮比猪场废水传统脱氮法碳源不足的问题,采用SBBR反应器进行短程硝化反硝化-厌氧氨氧化联合脱氮.实验表明,短程硝化反硝化预处理可为厌氧氨氧化创造良好的进水条件;经预处理的猪场废水厌氧氨氧化脱氮效果显著,氨氮、亚硝态氮和总氮的平均去除率分别为91.8%、 99.3%、 84.1%,废水中残留有机物未对厌氧氨氧化效果产生明显影响,氨氮、亚硝态氮、硝态氮平均变化量之比为 1∶1.21∶0.24.色质联用分析结果显示,猪场废水中有机物成分在厌氧氨氧化反应前后未发生明显变化,主要化合物为酯类和烷烃类物质;特殊功能菌种检测结果表明,实验条件下的微生物系统是一个厌氧氨氧化菌与硝化菌、亚硝化菌和反硝化菌共存的系统,厌氧氨氧化菌是该系统主要脱氮功能菌.     

亚硝化/电化学生物反硝化全自养脱氮工艺研究

开发出了针对低C/N比高氨氮废水处理的亚硝化/电化学生物反硝化全自养脱氮新工艺,并对新工艺进行了系统的研究.试验结果表明,新工艺能取得较好的脱氮效果,在溶解氧为0.5～1.2mg·L-1,pH值为7.5～8.2,温度为17～30℃,进水氨氮浓度不高于1000 mg·L-1,C/N比不高于0.5,HRT不高于32h条件下,亚硝化/电化学反硝化工艺装置运行稳定,亚硝化段膜生物反应器(MBR)出水的氨氮去除率和亚硝氮生成率均能稳定在50%左右,MBR出水中的剩余氨氮和生成的亚硝氮经电化学生物反硝化段(硫碳混合反应器)处理后,最终出水总氮去除率超过95%;出水中的SO2-4浓度不高于1280 mg·L-1.新工艺最高氨氮负荷为1.11kg·m-3·d-1.     

不同种泥的厌氧氨氧化反应器的启动及动力学特征

采用2套UBF反应器R1和R~2,R1接种好氧硝化污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,R~2接种厌氧消化絮状污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,采用逐渐提高进水亚硝氮和氨氮浓度的方式富集培养ANAMMOX菌.结果表明,R1启动时间短,仅耗时36 d就成功启动了厌氧氨氧化反应器,而R~2则需要53 d; R1和R~2脱氮效果均较好,但R1脱氮效果优于R~2且稳定.在稳定运行阶段,R1氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为99. 92%、96. 64%和81. 87%左右,R~2氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为97. 54%、94. 91%和80. 98%左右.反应器启动成功后,Candidatus Kuenenia属在所检测出的属中丰度位列前六,在R1和R~2中的相对丰度分别为3. 22%和2. 35%;改进的Stover-Kincannon基质去除模型和二级动力学模型对拟稳态阶段R1和R~2的脱氮性能均能进行较好地拟合,经计算,R1的最大基质去除速率Umax稍大于R~2,说明R1的脱氮潜力较大.     

前置反硝化曝气生物滤池处理生活污水的动力学研究

实验推导了前置反硝化曝气生物滤池工艺处理生活污水的有机物、氨氮、硝态氮的去除动力学模型,研究该工艺有机污染物去除机理和脱氮效能。填加火山岩滤料的前置反硝化曝气生物滤池工艺对生活污水具有良好的处理效果,COD,NH+4-N和TN的平均去除率分别可达到85.1%,97.0%,63.8%。     

不同种泥的厌氧氨氧化反应器的启动及动力学特征

采用2套UBF反应器R1和R2,R1接种好氧硝化污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,R2接种厌氧消化絮状污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,采用逐渐提高进水亚硝氮和氨氮的浓度的方式富集培养ANAMMOX菌。结果表明,R1启动时间短,仅耗时36 d就成功启动了厌氧氨氧化反应器,而R2则需要53 d;R1和R2脱氮效果均较好,但R1脱氮效果优于R2且稳定。在稳定运行阶段,R1氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为99.92%、96.64%和81.87%左右,R2氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为97.54%、94.91%和80.98%左右。反应器启动成功后,Candidatus Kuenenia属在所检测出的属中丰度位列前六,在R1和R2中的相对丰度分别为3.22%和2.35%;改进的Stover-Kincannon基质去除模型和二级动力学模型对拟稳态阶段R1和R2的脱氮性能均能进行较好的拟合,经计算,R1的最大基质去除速率Umax稍大于R2,说明R1的脱氮潜力较大。     

猪场废水厌氧氨氧化脱氮的短程硝化反硝化预处理研究

在常温(13～20℃)、不调节pH的条件下,采用短程硝化反硝化预处理低C/N（2左右）猪场废水,考察了反硝化与亚硝化过程,并以经过短程硝化反硝化预处理的猪场废水为进水,分析了厌氧氨氧化的脱氮效果.结果表明,采用短程硝化反硝化预处理低C/N猪场废水,可以达到去除部分COD、部分脱氮、控制出水氨氮和亚硝态氮浓度之比在1∶1左右、pH在7.5～8.0左右的目的,为厌氧氨氧化创造了进水条件,全程COD和总氮平均去除率分别为64.3%和49.1%;经过短程硝化反硝化预处理的猪场废水,其厌氧氨氧化脱氮效果稳定,氨氮、亚硝态氮、总氮的平均去除率分别为91.8%、99.3%、84.1%.     

动力学调控实现单一反应器内亚硝化与硝化过程的互相转化

通过动力学调控在单一反应器内实现了亚硝化到硝化再到亚硝化过程的转化.在小试曝气上流式污泥床(Aerated Upflow Sludge Bed,AUSB)反应器中,在20℃、DO为2～4mg·L-1的条件下,主要通过调节反应器内的pH值调控氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)比生长速率的相对大小,以无机自配水为进水时,分别在20d和25d内将反应器的亚硝化率(出水中亚硝氮与总硝态氮之比)从95%降低至15%再恢复至95%以上,期间反应器的氨氮去除率基本维持在90%以上;当以实际高氨氮废水为进水时,同样主要通过调节反应器的pH值,分别在30d和23d内实现了反应器的亚硝化率从90%降低至10%再恢复至90%的过程.     

SNAD反应器中颗粒污泥和絮体污泥脱氮特性

通过血清瓶批试研究了温度为30℃时, SNAD(simultaneous partial nitrification, anaerobic ammonium oxidization and denitrification)反应器内的颗粒污泥R1(1~2.5mm)和絮体污泥R2(0~0.25mm)的脱氮特性. 结果表明,颗粒污泥的好氧氨氮和好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.166,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.158,0.105,0.094kgN/(kg VSS×d).絮体污泥的好氧氨氮氧化活性和好氧亚硝态氮氧化活性分别为 0.180,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.026,0.096,0.108kgN/(kg VSS×d).颗粒污泥和絮体污泥都具有良好的亚硝化性能和反硝化性能.颗粒污泥的厌氧氨氧化性能良好,絮体污泥的厌氧氨氧化性能较差.扫描电镜显示,在SNAD颗粒污泥的表面主要是一些短杆菌和球状菌.在SNAD颗粒污泥中心区域主要为火山口状细菌.在絮体污泥中,同时存在短杆菌,球状菌和火山口状细菌.     

一株异养硝化-好氧反硝化细菌的分离鉴定及脱氮活性研究

从杭州市天子生活岭垃圾填埋垃圾渗滤液调节池周围土壤样品中分离到一株异养硝化-好氧反硝化细菌ZB612,通过形态学观察及16S rDNA同源性分析,初步鉴定属于根瘤菌属(Rhizobium sp.).随后研究了该菌株的脱氮能力,结果表明在初始氨氮浓度为100mg/L异养硝化培养基中,氨氮的去除效率达到90%,未出现明显的硝态氮和亚硝态氮积累,具有同步硝化反硝化特征;在亚硝酸盐反硝化体系中,亚硝态氮的去除效率达到60%.除此还考察了四种单因素 (温度、pH值、碳氮比和碳源种类) 分别对菌株ZB612脱氮效率的影响:该菌株的最佳脱氮条件为温度30℃,初始pH=7,C/N=8,以葡萄糖作为最适碳源.     

新型固定化细胞膜反应器脱氮研究

研究了一种新型的废水土生脱氮反应器，即利用固定化细胞膜将反应器一隔为二，膜的侧与好氧的氨氮废水接触，另一侧与缺氧的乙醇 水溶液（反硝化碳源）接触，固定于膜中的硝化细菌将氨氮氧化成亚硝氮和硝氮，随即被同一膜中的反硝化细菌还原成氮气。硝化细菌和反硝化细菌混合固定于膜内时的氨氧化速率约为硝化细菌单独固定时的2倍。未发现碳源重复利用对脱氮过程产生不利影响。此新型反应器 可以稳定运行50天以上。     

低溶解氧下生物膜反应器的亚硝化研究

采用生物膜反应器处理人工合成高氨氮废水,研究了低溶解氧(DO)条件反应器亚硝化反应的启动和稳定运行,并考察了不同DO浓度对硝化过程中亚硝态氮积累的影响。结果表明:在30±2℃,进水氨氮为300mg/L左右,当DO=2.0±0.1mg/L,亚硝态氮累积率在80%以上;当DO为1.2～1.5mg/L时,亚硝态氮累积率在90%以上;当DO为2.5～2.8mg/L时,亚硝态氮累积率在50%左右。因此,反应器中通过控制DO实现稳定亚硝化是可行的。     

反硝化生物滤池的挂膜与启动

研究了反硝化生物滤池的挂膜与启动过程,为反硝化生物滤池的挂膜过程提供理论依据。在滤速1．2ngh（HRT=20min）时,当反硝化生物滤池运行到第25天时,进水硝态氮质量浓度由50mg／L左右下降到25mg／L左右时,硝态氮去除负荷由1．18kg／（m^3·d）下降到1．10kg／（m^3·d）,负荷变化很小,说明挂膜成功。在反硝化生物滤池中,氨氮主要由反硝化细菌的合成作用去除,去除率不高。在碳源和硝态氮浓度都充足的情况下,反硝化反应遵循零级反应动力学规律,反硝化速率与污染物浓度无关,只与反硝化菌的数量有关。     

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮同时降解苯酚特性

研究了异养硝化-好氧反硝化菌Diaphorobacter sp. PDB3去除氨氮同时降解苯酚的特性.在最佳碳氮比7和摇床转速160r/min下,该菌在21h内对初始浓度365mg/L苯酚的降解率达94.9%,总有机碳去除率达90.8%,同时40mg N/L氨氮被完全去除,中间代谢物硝态氮和亚硝态氮逐渐积累并在后期降低.氮平衡分析表明,52.3%的氨氮转化为胞内氮,37.2%转化为氮气,菌株主要通过细胞同化作用和异养硝化-好氧反硝化作用去除氨氮.检测到羟胺氧化酶、硝酸还原酶及亚硝酸还原酶活性,表明菌株PDB3具有完整的异养硝化-好氧反硝化偶联途径.随着苯酚浓度升高,抑制作用增强,脱氮效率降低.     

海洋异养硝化-好氧反硝化菌y6同步脱氮除碳特性

从胶州湾海底沉积物中分离筛选出一株异养硝化-好氧反硝化菌株y6,通过菌株y6的形态以及生理生化特性和16S rRNA基因序列的分析,鉴定该菌株属于克雷伯氐菌属(Klebsiella sp.).在不同的环境条件下,测定菌株y6的生长情况和脱氮能力,研究其同步脱氮除碳特性.实验结果表明,菌株y6的最佳碳源为柠檬酸三钠,最适宜pH值为7.0,最适合的C/N为17.菌株y6在以NH_4C1、KNO_3和NaNO_2为唯一氮源的反应系统中均有较好的脱氮效果,去除率分别为99.67%、100%、99.20%.菌株y6在脱氮的同时能高效地去除有机物,COD的去除率分别为82.17%、95.75%和97.83%.菌株y6在硝化过程中没有亚硝态氮和硝态氮的积累.在按不同比例混合氮源的反应系统内,首先进行的是硝态氮的好氧反硝化,随后进行的是氨氮、亚硝态氮和COD的去除.在有亚硝态氮存在时氨氮的去除率略低,亚硝态氮会影响y6的异养硝化过程,异养硝化对好氧反硝化过程没有影响.     

氨氮负荷波动对城市污水短程硝化-厌氧氨氧化工艺硝态氮的影响

亚硝酸盐氧化菌(NOB)增长是导致城市污水短程硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification/anammox,PN/A)工艺脱氮效率降低的主要原因之一.采用SBR反应器研究了周期性的进水氨氮负荷变化对城市污水PN/A工艺出水硝酸盐的影响.结果表明:恒定曝气量和曝气时间,进水氨氮负荷周期性降低时,PN/A工艺出水硝态氮逐渐增长,导致系统脱氮性能下降.在硝态氮增长之后,保持进水氨氮负荷稳定,系统的脱氮性能未恢复.进一步分析表明:低氨氮浓度下,NOB对于溶解氧的竞争是出水硝态氮增长的主要原因.因此,在城市污水PN/A工艺中,为了维持稳定的脱氮性能需要控制溶解氧和出水氨氮浓度.     

异养硝化细菌Acinetobacter junii NP1的同步脱氮除磷特性及动力学分析

针对传统生物脱氮除磷过程存在工艺流程复杂、抗冲击负荷能力差、基建与运行费用高等问题,以具有高效脱氮除磷功能的异养硝化细菌Acinetobacter junii NP1为研究对象,开展其同步脱氮除磷性能、影响因子及动力学分析.结果表明,菌株NP1具有高效的异养硝化能力,氨氮最大去除率达99. 12%,反应过程只有少量的硝化中间产物积累,并且能够耐受较高的氨氮负荷.菌株NP1同时具有良好的好氧反硝化特性,能够利用亚硝酸盐和硝酸盐进行生长代谢,最大去除率分别为91. 40%和95. 10%.此外,菌株NP1异养硝化过程还伴随着同步的聚磷作用,适当的氮磷比有利于氮磷的同步去除,当氮磷比为5∶1时,最大氨氮和磷酸盐去除率分别为99. 21%和88. 35%.菌株NP1生长特性符合Logistic模型(R~2 0. 99),氮素和磷酸盐降解过程则与修饰的Compertz模型相匹配(R~2 0. 99),拟合所得氮和磷酸盐最大转化速率R_m为:氨氮硝氮亚硝氮,迟滞时间t_0为:硝氮亚硝氮氨氮.通过基质降解动力学以及氮磷去除率分析,最佳条件是碳源为琥珀酸钠、C/N=10、T=30℃以及r=160 r·min~(-1).     

SBR法短程反硝化动力学分析研究

实验室中采用SBR反应器,研究短程硝化反硝化工艺的影响因素,通过实验数据对SBR短程硝化反硝化工艺的反硝化动力学方程参数进行确定,通过维持SBR反应器内的水温,控制溶解氧浓度和氨氮浓度等反应条件,分析实验数据,最后推导出短程反硝化动力学方程式.实验中,由于反应起始和反应过程中COD和NO2--N浓度远大于饱和常数,所以短程反硝化反应近似于零级反应,亚硝酸盐氮和有机物浓度对反硝化速率影响很小,反硝化速率仅是温度和pH值的函数.     

城市生活污水SNAD工艺的启动研究

采用SBR反应器,以城市生活污水为原水,进行同步亚硝化、厌氧氨氧化、反硝化(SNAD)工艺的启动研究.首先接种厌氧氨氧化(anammox)颗粒污泥,在高曝气量下(500L/h)培养得到亚硝化颗粒污泥,然后再次接种anammox颗粒污泥,在低曝气量下(40L/h)培养得到SNAD颗粒污泥.在亚硝化稳定期,氨氮平均去除率达到94%,亚硝态氮平均积累率达到95%.在SNAD稳定期,总氮平均去除率为85%.批试实验结果表明,亚硝化稳定期亚硝化颗粒污泥的好氧氨氮和亚硝态氮氧化活性分别为为0.234和0kgN/(kgVSS×d).SNAD颗粒污泥的厌氧氨氧化总氮去除、亚硝态氮反硝化、好氧氨氮氧化、好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.158、0.104、0.281、0kg/(kgVSS×d),其中硝态氮反硝化活性在0~120min和120~360min内分别为0.061和0.104kg/(kgVSS×d).扫描电镜显示,SNAD颗粒污泥表面以短杆状菌和球状菌为主,可能为好氧氨氧化菌(AOB)和反硝化菌,颗粒污泥内部以火山口状的细菌为主,可能为anammox菌.