高效气提环流式生物脱氮反应器在污水厂扩建改造中的应用

西北某污水处理厂扩建改造一期工程处理规模为5000m^(3)/d,采用高效气提环流式生物脱氮反应器(DIAB)工艺,所用反应器基于厌氧-缺氧-好氧(AAO)推流式生物反应器与升流式厌氧污泥床(upflow anaerobic sludge bed,UASB)反应器特点进行改良,由多级环状结构构成,利用三相分离器结构设计实现水、气、污泥分离,利用曝气尾气作为动力来源,实现混合液的无动力回流。总水力停留时间为21 h,其中厌氧区、缺氧区和好氧区停留时间分别为1.5、8.5 h和11 h,混合液悬浮固体(MLSS)质量浓度为5500 mg/L,平均BOD5污泥负荷为0.1 kg BOD5/(kg MLSS·d),混合液回流比为300%。污水厂采用该工艺完成改造运行后实际出水水质可稳定达到一级A标准。扩建工程单位处理成本为0.454元/m^(3)、生物处理区占地面积为0.161 m2/m^(3),与相似规模传统AAO工艺相比较处理成本和占地面积分别减少了24.3%和25.8%,在出水水质、运行成本方面均有明显改善,与相似规模循环式活性污泥(CASS)工艺相比较占地面积相似,但处理成本减少约20%,出水水质优于CASS工艺,尤其在脱氮方面表现出色。DIAB工艺脱氮效率及碳源利用率较高,脱氮效果好,碳源投加及回流设备用电电耗低,适用于土地、工期受限,以及进水低碳氮比条件下污水处理厂的扩建、应急建设。

污水生物脱氮外加碳源的开发与应用

外加碳源在污水生物脱氮过程中发挥着重要作用。根据外加碳源参与生物反硝化反应的作用机制及利用速率的差异性,可将其分为速效碳源、缓释碳源和迟效类碳源,其中后两者合称为复合型碳源。文章第一部分总结了速效碳源的不同种类对反硝化性能和污泥性状的影响。第二部分阐述了以天然植物基质浸出液和可生物降解聚合物为代表的缓释碳源。第三部分介绍了以餐厨垃圾发酵液、污水厂污泥水解液及高浓度有机废水发酵液为代表的迟效碳源。基于降低脱氮成本和废物资源化利用等目的,概述这两类复合碳源的制备过程、生物脱氮性能以及实际应用的可行性等方面内容,提出其质量和性能提升的潜在路径。最后指出建立新型复合碳源的综合性能评价体系是开发利用生物脱氮用新型外加碳源的前提和保障。

低强度超声波在污水生物脱氮中的研究进展

“双碳目标”背景下新型生物脱氮工艺更具有碳减排潜力。然而,以厌氧氨氧化工艺为代表的新型生物脱氮工艺在维持稳定运行状态方面受多种因素影响,导致脱氮效率不稳定,限制了其实际应用与推广。低强度超声波技术作为一种清洁高效的物理方法具有促进污泥活性、筛选微生物菌群的特点,与生物方法相结合可提高整体脱氮效果。论文围绕低强度超声波在强化生物脱氮性能中的作用展开讨论,介绍了超声波生物效应机理,分析了声能密度、辐照时间、超声频率等影响生物脱氮的因素,并从氮转化速率、污泥活性、微生物群落及污水生物脱氮的潜在机理方面综述了低强度超声波在污水生物脱氮中的应用,旨在为低强度超声波在脱氮实际应用中提供支撑。

水力负荷对内循环生物脱氮装置脱氮效能影响及其机理

循环水养殖系统(Recirculating Aquaculture Systems,RAS)中高溶氧浓度、低碳氮比等特点限制生物滤池反硝化性能,造成NO_(3)^(-)-N累积,危害养殖动物健康,给水产养殖尾水达标排放带来挑战。本研究使用内循环生物脱氮装置对海水循环水养殖尾水进行处理,探究了水力负荷(HLR)分别为1、2和3 m^(3)/(m^(2)·d)条件下装置中水质指标的变化情况,并在每阶段试验结束后取PCL和K3填料样本进行高通量测序,对其微生物群落特征及功能基因预测结果进行统计分析。结果显示:装置稳定运行期间,HLR为2 m^(3)/(m^(2)·d)时,NO_(3)^(-)-N平均去除率最高,为67.31%±3.03%;NO_(3)^(-)-N去除负荷随HLR的升高而上升,在HLR为3 m^(3)/(m^(2)·d)时,达55.38±6.13 g·N/(m^(3)·d)。门水平上,PCL样本与K3样本中的优势菌群均为变形菌门(Proteobacteria);属水平上,具有反硝化功能的红杆菌科未知属( unclassified_f__Rhodobacteraceae )和鲁杰氏菌属( Ruegeria )在PCL填料与K3填料生物膜中均占据主导,这2种微生物为影响装置脱氮效能的关键属水平微生物。功能基因预测结果表明,当HLR升高时,参与反硝化作用的硝酸盐还原酶(EC 1.7.99.4)、亚硝酸盐还原酶(EC 1.7.2.1)、一氧化氮还原酶(EC 1.7.2.5)和一氧化二氮还原酶(EC 1.7.2.4)的丰度升高。研究表明,生物脱氮装置可将HLR定为2 m^(3)/(m^(2)·d),并在装置中定植、培养红杆菌科未知属和鲁杰氏菌属这2种细菌。该研究成果可为实际生产中生物脱氮装置HLR的设计提供参考,为相关脱氮效能的研究提供新思路。

葡萄籽纳米铁介导微氧污泥床生物脱氮性能研究

针对微氧活性污泥技术面临的启动周期长、氮去除效率低等问题,通过投加采用葡萄籽提取物为原材料制备的纳米铁(Grape Seed-nano iron,GS-nFe)构建了GS-nFe介导的微氧活性污泥新体系,从而实现了运行效能的提高。研究结果表明,GS-nFe的单个粒径范围在50~300 nm;反应器在投加GS-nFe后,平均出水NH_(4)^(+)-N、TIN和COD去除率分别维持在89.48%、76.24%和79.39%,GS-nFe的投加使得厌氧氨氧化菌属的相对丰度由1.98%增至2.87%。此外,norank_f_norank_o_C10-SB1A的相对丰度占比由1.59%增至3.02%,其可与好氧反硝化菌、铁自养反硝化菌、厌氧氨氧化等菌属共同协作,提高生物脱氮效能。

新型生物脱氮技术及其相关酶系的研究进展

水中氮素浓度过高会导致水体富营养化,而新型生物脱氮技术有多种耦合手段,可以针对不同的氨氮浓度进行使用,因此在水体氮素污染处理领域具有广阔的应用前景。本文系统介绍了新型生物脱氮技术的反应通路、研究进展及优缺点;并对不同反应路径中生物脱氮酶的作用机制、酶活测定和研究现状等进行了系统的阐述,最后对新型生物脱氮通路上的生物脱氮酶进行总结归纳,对生物脱氮酶的未来提出展望。本综述旨在为提高新型生物脱氮技术在水体氮素处理中的效率及相关生物脱氮酶的研究提供理论依据。

硫化物在新型生物脱氮工艺中的作用研究进展

硫化物是环境中常见的电子供体,也是废水生物处理过程中一些关键微生物的强抑制剂。综述了硫化物在短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、混合营养型反硝化等新型生物脱氮工艺中作为抑制剂对脱氮性能的抑制机理和抑制作用,以及其作为电子供体在新型生物脱氮工艺及基于硫化物驱动的自养反硝化耦合工艺和相关组合工艺中所起到的作用,列举了以硫化物为基础的废水反硝化处理新工艺在实际工程中的应用,说明了其较传统工艺在减少污泥产量和能源需求方面具有的显著优势,最后对硫化物用于脱氮的研究方向进行展望,提出未来继续探索如何巧妙地将其与传统污水处理工艺相结合实现综合应用,对推动新型生物脱氮工艺的持续进步和优化,实现高效、可持续和经济的废水处理具有重要的意义。

预处理-厌氧处理-MAP-生物脱氮组合工艺高效处理餐厨垃圾渗滤液工程

上海某区产生的餐厨垃圾渗滤液油分、固体悬浮物含量大,同时有机物、氨氮和总磷浓度高,属于难处理有机废水。本工程采用预处理-厌氧反应器-磷酸铵镁(magnesium ammonium phosphate,MAP)反应器-生物脱氮组合工艺处理餐厨垃圾渗滤液,处理能力达到100 m^(3)/d。预处理采用三相分离机分离浮渣油脂等物质。厌氧处理阶段通过两级厌氧处理工艺强化废水有机质降解去除。组合工艺系统对水量水质变化有较强抗冲击负荷能力。工程运行表明,组合处理工艺出水平均COD_(Cr)质量浓度为245 mg/L,氨氮质量浓度为6 mg/L,总氮质量浓度为40 mg/L,总磷质量浓度为4 mg/L,出水水质达到了上海市《污水综合排放标准》(DB 31/199—2018)的三级纳管标准。工程吨水处理成本为134.57元,进一步表明预处理-厌氧反应器-MAP-生物脱氮组合工艺是处理餐厨垃圾渗滤液的有效方法。

聚丙烯纳塑料影响生物脱氮和功能基因的机制

选取聚丙烯纳米塑料(PP NPs)为研究对象探究其对生物脱氮的影响.通过检测各反应器中水质指标、氮转化功能基因丰度和污泥系统脱氮过程中物质代谢含量,并采用Pearson相关性分析及线性回归模型分析等方法,探索不同浓度PP NPs(1~100mg/L)对生物脱氮和功能基因的影响及机制.结果表明,随着PP NPs浓度升高,抑制作用增强.低浓度PP NPs对脱氮性能的影响较微弱,100mg/L PP NPs影响下出水COD、出水氨氮、好氧末端硝酸盐氮去除率分别降低到85%,91.4%,66%.qPCR表明,除nirK基因和norB基因外,其余氮转化功能基因的丰度随PP NPs浓度的升高而逐渐降低,其中16S rRNA,amoA,nxrA,narG,napA,nirS,nosZ基因分别最高降低6.82%,23.78%,26.25%,14.56%,24.90%,26.37%,21.04%.随着PP NPs浓度升高,细胞内ROS和LDH含量分别最高增加了33.36%,13.55%,污泥细胞氧化应激状态严重,导致细胞膜结构受损、细胞活性下降.Pearson相关性表明,理化参数与部分功能基因之间存在较强的相关性.1mg/L PP NPs胁迫下,好氧末端硝酸盐氮与功能基因的负相关性变为正相关性.1~100mg/L PP NPs胁迫下,出水氨氮与nxrA、nirK、norB基因间呈不同程度的正相关性.线性回归模型表明,amoA和nxrA是氨氧化和硝化的关键驱动因素,nirS是亚硝酸盐还原的关键驱动因素,nosZ和narG是反硝化的关键驱动因素.该研究从分子生物学角度揭示PP NPs对生物脱氮的影响及机制.

镉离子对养殖废水生物脱氮性能及功能基因的影响

选取了养殖废水中的重金属污染物镉离子为研究对象,为揭示其对生物脱氮系统的影响。检测氮转化功能基因丰度,确定功能基因与理化参数相关性并分析镉离子胁迫下生物脱氮的驱动因素。实验结果表明,镉离子显著抑制生物脱氮性能,硝化过程对于镉离子的敏感性相比于氨氧化过程更强。细菌16S rRNA和氮转化功能基因的丰度随镉离子浓度的升高而显著降低,其中出水氨氮、好氧末端硝酸盐氮浓度都与功能基因呈较强的相关性。此外,硝化和氨氧化水平、NO_(2)^(-)-N的氧化能力、完全反硝化水平是生物脱氮性能的关键驱动因素,分别对氨氮去除率、亚硝酸盐氮积累率、反硝化阶段硝酸盐氮去除率有显著影响。本研究从分子生物学角度揭示镉离子对于生物脱氮的影响,为金属离子对于生物脱氮系统的影响研究提供了理论依据。

污水处理厂深度处理生物脱氮技术及影响因素

当进行污水处理厂深度处理生物脱氮技术研究时,从不同的环境来源采集分离样品,使用专业的试剂和方法,从采集的样品中提取菌株的基因组DNA。提取出的DNA会经过纯化,然后利用PCR技术扩增其中的16Sr DNA基因并进行微生物的表型鉴定,即通过观察微生物的形态,进一步补充基因鉴定的结果。对处理后的污水进行水质指标检测,例如pH值、溶解氧、氨氮等。试验结果表明,污水处理厂深度处理生物脱氮技术影响因素有3种,碳源、碳氮比、温度,当丙酸钠为唯一碳源时,氮去除率可达85.2%;当最佳碳氮比C/N为7时,氮去除率为94.5%;当温度为20℃~32℃时,氮基本去除率均达到95%以上。

水体中典型抗生素磺胺甲恶唑对生物脱氮的影响及机制解析

为了探究磺胺类抗生素对污水生物脱氮的影响及相关机制,采用序批式生物反应器(SBR)工艺运行模式,投加不同剂量磺胺甲恶唑(SMX),评估了SMX对全程生物脱氮性能的影响。结果表明,低浓度(0.1 mg/L)SMX对生物脱氮性能污泥特征影响不显著,而高浓度SMX(>0.5 mg/L)降低了生物脱氮效率,提高了污泥胞外聚合物(EPS)含量、降低污泥浓度、抑制了生物硝化和反硝化过程。SMX在生物脱氮系统内去除受初始SMX浓度影响,且初始SMX浓度越高,SMX的去除效率越低。当SMX为2.0 mg/L时,化学需氧量(COD)、氨氮和总氮(TN)去除效率分别下降至76.5%~79.2%,80.6%~84.6%和71.6%~73.4%,EPS含量提高至89.8~91.3 mg/g,污泥蛋白质与多糖比值提高至2.91~2.97,污泥浓度降低至3.41~3.52 g/L。高浓度SMX显著抑制了硝化和反硝化过程,从而导致生物脱氮效率下降。研究结果丰富了SMX在水体内全程生物脱氮系统内影响行为,为SMX风险管控提供一定借鉴。

厌氧氨氧化技术在高效生物脱氮中的探索应用

氮污染是当前环境问题中备受关注的焦点。它对土壤、水体和大气产生了负面影响。废水处理领域广泛采用了生物脱氮技术来应对这一问题。然而,传统的生物脱氮技术存在能耗高和碳排放量大的问题,因此迫切需要一种低碳和能源高效的生物脱氮技术。研究和实践表明,厌氧氨氧化技术在低碳和能源高效生物脱氮方面具有巨大的应用潜力。与传统技术相比,厌氧氨氧化技术不仅能有效降低能耗和碳排放量,还能节约大量化学药剂的使用。同时,它还能提高脱氮效果并降低处理成本,为污水提质增效提供了新的技术路线。因此,厌氧氨氧化技术具有重要的研究价值和工程应用意义。

基于生物脱氮的烟气脱硝污水净化技术研究

在对烟气进行脱硫脱硝处理的过程中会产生大量的高氮、高盐污水,污水中的总氮含量较高,目前净化处理技术存在着净化工艺流程长、效率低、净化效果差不足。基于此,提出了一种新的基于生物脱氮的氧气脱硝污水净化处理技术,以缺氧-好氧-好氧三段式生物滤池为核心,实现了利用耐盐微生物对污水的反硝化处理。实际应用表明,该技术对水中硝酸盐氮的平均祛除率达到了93.7%,净化费用比优化前降低了74.6%。

生物脱氮技术在城市污水处理中的应用策略

随着城市化进程的加快,城市人口增多,城市污水排放量越来越多,对城市生态环境造成了极大的污染和破坏,尤其是生活污水中的氮、磷含量较高,引起水体富营养化,致使水生生物缺氧死亡。因此,为了优化城市水体环境质量,需要对生物脱氮技术进行优化应用,有效降低污水中的氮、磷含量,且要求脱氮技术效率较高,不会造成二次污染,在城市污水处理中发挥了重要作用。文章主要对生物脱氮技术在城市污水处理中的应用策略进行分析,进而提升城市污水处理效果,促进城市建设与环境保护的协调性开展。

全程自养生物脱氮工艺机理及影响因素分析

全程自养生物脱氮工艺(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)具备有机碳源投加少、能耗低、占地面积小、操作简单等优点,成为污水处理领域的重要研究对象。因此综述了全程自养生物脱氮工艺的机理、影响因素,分析了温度、pH、溶解氧(dissolved oxygen,DO)、基质浓度等因素对脱氮效果的影响,为全程自养生物脱氮工艺优化提供参考。

生物表面活性剂强化城镇污泥水解液提高生物脱氮性能的探究

为强化生物反硝化脱氮效率,在中温条件下开展了生物表面活性剂烷基多苷(APG)强化污泥厌氧发酵水解液提高生物脱氮的探究。结果表明,APG的最佳剂量为0.15 g/g(以固体含量计),挥发性脂肪酸和溶解性COD的最大产量分别为3415 mg/L和4289 mg/L。发酵液作补充碳源能提高生物脱氮工艺内COD和总氮(TN)的去除效率分别至94.2%~96.3%和94.2%~95.3%,显著高于空白和乙酸盐作补充碳源组别。发酵液能影响生物脱氮污泥特征,提高污泥内有机质含量,挥发性悬浮固体(VSS)/总悬浮固体(TSS)提高至0.69~0.75,而降低胞外聚合物(EPS)的含量至58.5~64.2 mg/g。发酵液提高了活性污泥内微生物的丰度和多样性,与生物脱氮相关微生物Proteobacteria、Chloroflexi和Bacteroidetes的相对丰度分别提高至31.2%、24.3%和18.5%。本研究结果为污泥的资源化利用和强化生物脱氮提供了一定的理论依据。

微生物脱氮机理与应用研究进展

当前我国水体氮污染情况不容乐观,脱氮微生物由于具有环保、高效的脱氮特性在水体脱氮领域拥有极大的开发与应用价值。研究综述了硝化作用、反硝化作用、厌氧氨氧化作用、完全氨氧化作用等微生物脱氮技术,系统地阐释了各脱氮途径的内在机制,全面介绍了各脱氮技术的研究与应用现状,并对微生物脱氮技术综合分析,旨在全面分析脱氮微生物研究与应用的关键问题,为提升微生物脱氮效能提供参考依据和研究思路。

微生物固定化技术及其强化生物脱氮研究进展

许多研究致力于用生物脱氮技术去除污染水体中的氮。微生物固定化是采用物理或化学的方法,将微生物截留在某一特定区域的技术。该技术既可保证功能微生物在适宜条件下快速增殖,使其具有较高的抵御外界不利环境因素的优势,同时可提高功能微生物与本土微生物的竞争力。生物脱氮技术与微生物固定化技术相结合具有很大的应用潜力。综述了几种传统微生物固定化方法和新型微生物固定化方法的分类、原理、优缺点、应用范围及前景。在此基础上,以凝胶包埋法为例,介绍了微生物固定化技术强化生物脱氮的机理,如为微生物提供相应保护,加快微生物生长富集速度,在凝胶球内外形成不同浓度的溶解氧,以及额外提供功能微生物和营养物质等。以凝胶包埋法加快厌氧氨氧化菌生长富集速度,利用凝胶球内外溶解氧浓度差实现短程硝化-厌氧氨氧化为实例进行阐述。最后对微生物固定化技术强化生物脱氮目前存在的问题进行总结并提出展望,开发成本低廉且稳定性强的固定化材料具有重要意义。

厌氧耦联二级缺氧-好氧工艺强化生物脱氮除磷的探究

针对传统A^(2)/O工艺处理低C/N废水过程中氮磷去除不理想的现状,开发了厌氧耦连二级缺氧-好氧工艺(AMAO)强化低C/N生活废水的新工艺。结果表明在低C/N进水中,AMAO工艺能较好去除COD、氨氮和总磷,在稳定时期,出水COD、氨氮和TP的去除效率分别为94.6%~96.2%、94.2%~95.6%和92.1%~93.5%,均高于传统A^(2)/O工艺。多级缺氧好氧交替强化了脱氮除磷微生物代谢。在污泥特征方面,AMAO工艺污泥浓度大致为4.5~4.6 g/L,胞内聚合物聚羟基脂肪酸酯(PHA)的含量大致为5.4~5.6 mmol/g,高于传传统A^(2)/O工艺。微生物群落分析表明AMAO工艺内相对丰度前四的为Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)、Nitrospirae(硝化菌门)和Acidobacteria(酸杆菌门)。本研究结果为低C/N生活废水的高效处理提供了一定的技术支撑。