厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳研究Ⅰ:COD/NH_4^+-N对耦合反应的影响

采用ASBR反应器,通过改变进水COD/NH_4^+-N值,研究了COD/COD/NH_4^+-N对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的影响.结果表明:在COD为300mg/L,NO2--N为145mg/L时,COD/COD/NH_4^+-N是影响厌氧氨氧化对耦合反应脱氮贡献及COD/NH_4^+-N去除率的主要因素,但不会对NO2--N去除率产生影响.当COD/COD/NH_4^+-N值在1~3.25时,厌氧氨氧化对耦合反应的脱氮贡献率基本稳定在73.03%;当COD/COD/NH_4^+-N值在3.75时,厌氧氨氧化对耦合反应脱氮的贡献率开始由71.76%下降至约55%;当COD/COD/NH_4^+-N值在4.25~5.25时,厌氧氨氧化与反硝化的脱氮贡献率基本相等;当COD/COD/NH_4^+-N值在6.5~12.5时,反硝化的脱氮贡献率随着COD/COD/NH_4^+-N值的增大由51.69%增大到79.62%.耦合反应器中活性污泥的颗粒化程度不断增强,颗粒污泥的粒径主要分布在0.6~1.5mm范围内,污泥沉降性能良好.

温度对厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳的影响

采用ASBR反应器,研究了温度对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的短期影响.试验结果表明：耦合反应的活化能要小于单纯厌氧氨氧化反应的活化能,厌氧氨氧化与反硝化耦合反应可在一定程度上缓解低温对单纯厌氧氨氧化反应造成的消极影响,温度降低对厌氧氨氧化反应的影响大于对反硝化反应的影响.温度与耦合反应最大比反应速率的关系符合Arrhenius方程,在25～35℃时,耦合反应活化能为49.56k J/mol,小于厌氧氨氧化反应的活化能66.18k J/mol,且厌氧氨氧化反应为主导反应,对脱氮的贡献率约为61.29%.9～25℃时耦合反应的活化能为74.91k J/mol,小于此温度梯度下厌氧氨氧化的活化能106.40k J/mol,反硝化反应对脱氮的贡献率随温度的降低逐渐升高,9℃时,反硝化反应成为主导反应,对脱氮的贡献率约为75.10%.温度低于25℃时,反应器的容积氮去除速率（NRR）会受温度的影响.

厌氧氨氧化工艺处理含海水污水的亚硝态氮抑制及反应动力学

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,在全海水条件下,通过固定进水NH_4^+-N 110mg/L,逐渐提高进水NO_2^--N的方式研究了NO_2^--N对厌氧氨氧化脱氮的影响及抑制动力学和脱氮过程动力学.结果表明:进水NO_2^--N浓度达到170mg/L时,厌氧氨氧化反应开始受到明显抑制,NH_4^+-N的去除率下降8.41%;修正的Logistic过程动力学研究结果显示,进水NO_2^--N低于151.49mg/L会促进厌氧氨氧化反应的进行,进水NO_2^--N高于170mg/L时开始抑制厌氧氨氧化反应的进行;Luong模型适合描述全海水条件下高浓度NO_2^--N对厌氧氨氧化脱氮效能的抑制动力学.Luong模型得到的最大基质转化速率(NRR_(max))为0.53kg N/(m^3·d),出水NO_2^--N半饱和常数(KS)为0.10mg/L,净生长停止的出水NO_2^--N浓度(Sm)为338.22mg/L,Luong动力学常数(n)为0.41,相关系数为0.97801.

盐度对厌氧氨氧化工艺处理含海水污水脱氮特性的影响

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,通过逐步提高所含海水比例,研究了厌氧氨氧化工艺处理含海水污水的脱氮特性.结果表明:经过一定时间的驯化后,厌氧氨氧化菌可以在各个海水比例下保持活性并维持较高的脱氮性能.当海水比例不高于40%时,反应器的稳定性和脱氮效能几乎不受盐度提升的影响,同时厌氧氨氧化菌的活性还会得到增强,比厌氧氨氧化活性(SAA)最高时的海水比例为30%,是10%海水比例时的121.3%;当海水比例高于40%时,反应器的脱氮效能开始下降,但经过一段时间的驯化后会得到恢复,在此期间反应器对海水盐度的响应可分为敏感期、过渡稳定期和恢复期3个阶段.在100%海水比例下,反应器的NRR可达0.341kg N/(m^3·d),为10%海水比例时的73.7%,且其还有进一步提升的趋势.

基于MBBR的CANON工艺处理消化液中试启动

基于移动床生物膜反应器(MBBR)成功启动了自养脱氮工艺(CANON)处理污泥消化上清液.采用8.55m3中试系统,反应器内部填充SPR-III填料,填充率44%,通过动态流接CANON污泥(接种比例<1%),经过70d成功启动CANON工艺.运行至200d,TN去除负荷稳定在0.9kgN/(m^3·d),出水氨氮浓度均值63.9mg/L,氨氮和总氮去除率均值分别为91%和85%.进水中存在的少量有机物使系统同时存在反硝化和厌氧氨氧化两种脱氮途径,促进了总氮的去除,对总氮去除的贡献分别占5%~7%和93%~95%.通过对pH值和曝气强度的控制,防止了悬浮载体结垢,平衡了DO、曝气强度以及生物膜厚度三者之间的关系,使生物膜始终处于适宜的厚度,稳定了系统的处理效果.高通量测序表明悬浮载体上的优势菌种为氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AnAOB),其丰度整体呈增长趋势,至稳定运行期可达到17%和14%.系统无NOB存在,短程硝化效果良好,反硝化菌群丰度在2%~3%并相对稳定,进水中存在的少量有机物不会影响厌氧氨氧化菌的增殖.

悬浮载体结垢对CANON-MBBR系统影响及恢复控制探究

针对CANON-MBBR(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite-moving bed biofilm ractor)工艺悬浮载体出现的结垢现象,验证了结垢的主要成分及产生原因,采用EDTA-2Na(乙二胺四乙酸二钠)进行除垢,并采取了结构预防措施。结果表明,结垢原因为系统高pH引起碳酸钙生成并附着于悬浮载体上。投加20 mg · L^-1EDTA-2Na后结垢现象随反应器运行逐渐消失,系统总氮去除负荷在80 d 内由0.27 kg N ·(m^3 · d)-1恢复至0.83 kg N ·(m^3 · d)^-1,恢复率接近100%,针对曝气情况下反应器高度与系统碱度吹脱程度存在负相关,为防止碱度吹脱造成系统pH上升引起结垢,对反应器池体进行加高,系统pH降至正常水平,有效防止了结垢的生成,系统负荷保持稳定。对反应器各阶段微生物进行高通量测序分析,结果显示悬浮载体结垢导致功能微生物及种群多样性下降,结垢消除后功能微生物丰度再次上升,最终AOB及AnAOB丰度分别达到11%和23%,群落多样性略微下降,物种均一化程度趋于稳定。

有机碳源作用下厌氧氨氧化系统的脱氮效能

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,研究不同有机碳源及浓度变化对厌氧氨氧化菌活性与反应器脱氮性能的影响.实验结果表明,当葡萄糖浓度为200 mg·L^(-1)时,厌氧氨氧化活性下降84.2%;当乙酸钠浓度低于120 mg·L^(-1)时不但不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,还在一定程度上促进了厌氧氨氧化反应的进行;蔗糖对厌氧氨氧化的促进作用与乙酸钠类似,当浓度为80mg·L^(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率提高了25.0%;柠檬酸三钠对厌氧氨氧化反应几乎没有影响,当有机物浓度为80 mg·L^(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率达到最大.有机碳源对厌氧氨氧化的促进作用由大到小为:蔗糖>乙酸钠>柠檬酸三钠>葡萄糖.有机碳源作用下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的硝态氮,提高了系统总氮的去除率.

NAUTOTM自养脱氮工艺接种启动及稳定运行控制

基于MBBR开发了一种新型全程自养脱氮工艺——NAUTO^TM,采用其处理污泥厌氧消化脱水液,考察了启动和稳定运行效果。通过接种CANON悬浮载体来缩短NAUTO^TM工艺的启动时间。在接种率为10%的情况下,运行84d后对NH4^+-N的去除率即可达83.40%,总氮去除负荷超过0.90kg/(m^3·d)。系统稳定运行超过300d,出水NH4^+-N浓度低于30mg/L,氨氮和TN去除率分别达到95.06%和89.71%,TN去除负荷最高可达1.21kg/(m^3·d)。对悬浮载体的高通量测序结果显示,NAUTO^TM工艺启动成功后,氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AnAOB)都是系统中的优势菌种,稳定运行阶段丰度分别达到16.80%和23.17%,而主要干扰菌群亚硝酸盐氧化菌(NOB)和反硝化菌(DNB)被成功抑制,反硝化菌丰度仅为3.66%,几乎未检测出NOB。NAUTO^TM工艺启动时间短、运行负荷高、运行控制稳定,适合于自养脱氮的工程应用。

全海水盐度抑制下厌氧氨氧化工艺的恢复特性

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,研究了ANAMMOX反应器在全海水盐度(100%海水比例)下的抑制及恢复特性.结果表明受到盐度抑制后,ANAMMOX反应器的容积氮去除负荷(NRR)在经过了对盐度响应的敏感期、过渡稳定期和恢复期后可以再次进入稳定期,稳定期的NRR可达0.52 kg·(m^3·d)^(-1),与对照组[10%海水比例,NRR为0.462 kg·(m^3·d)^(-1)]接近.对修正的Logistic模型和修正的Gompertz模型做了改进,拓展了模型的适应性.推荐使用再次修正的Logistic模型,对受到全海水盐度抑制后的NRR恢复过程进行模拟.通过建立ANAMMOX反应器NRR恢复时间的预测公式,得到了全海水盐度下NRR的倍增周期为11.359 d.

基于MBBR的AAO和Bardenpho工艺改造效果对比

移动床生物膜反应器(MBBR)是一种高效的生物脱氮工艺,是污水厂提标改造的主流工艺之一。通过北方某污水厂的持续升级改造工程,分析了基于MBBR的AAO和Bardenpho工艺(分别记作MBBR-AAO工艺、MBBR-Bardenpho工艺)的实际运行效果。MBBR-AAO工艺和MBBR-Bardenpho工艺的实际硝化能力分别为0.158、0.208 kg/(m^(3)·d),远高于活性污泥法,而且MBBR-Bardenpho工艺的抗冲击能力更强、出水水质更稳定;两种工艺的出水TN浓度分别为(20.9±3.8)、(7.4±2.3)mg/L,对TN的去除率分别为71.4%和88.8%。MBBR-Bardenpho工艺可使出水TN低于12 mg/L,达到地表准Ⅳ类水质标准,在TN去除方面优势突出。沿程测定结果显示,MBBR-Bardenpho工艺通过增加后置缺氧区,可使好氧区出水TN进一步降低,大大提高了生化池对TN的去除效果。悬浮载体和活性污泥的高通量测序结果显示,悬浮载体对硝化菌的富集能力较强,相对丰度超过10%,主要起硝化作用;而活性污泥中反硝化菌的相对丰度较高,主要起反硝化作用。两种工艺的生化池占地分别为0.162、0.136 m^(2)/(m^(3)·d^(-1)),基于MBBR的优势,均可再次提标提量,吨水占地将进一步降低。两种工艺均有良好的除污效果,其中,MBBR-AAO工艺主要适用于常规浓度进水的一级A达标污水厂,而MBBR-Bardenpho工艺适用于出水水质要求达到地表准Ⅳ类及以上标准的污水厂。

新疆某污水厂氧化沟工艺MBBR改造效果分析

新疆某污水处理厂采用MBBR镶嵌卡鲁塞尔氧化沟进行一级A提标改造,改造为具有相对独立的缺氧悬浮载体区和好氧悬浮载体区的两段A/O池型。改造后,出水COD、BOD5、氨氮、TN均值分别为15.2、5.0、0.94、6.73 mg/L,稳定达到一级A标准,MBBR强化了系统的抗负荷冲击能力和出水稳定性,并能较好抵御低温的影响。低温下对悬浮载体进行硝化和反硝化小试,结果表明,在10~12℃下,好氧区悬浮载体的硝化负荷达到0.117 kg/(m^3·d),缺氧区悬浮载体的反硝化负荷达到0.13 kg/(m^3·d),表现出较好的处理效果。高通量测序结果显示,Nitrospira(硝化螺旋菌属)是系统内的优势硝化菌群,其在悬浮载体上的占比为8.51%,而在污泥中的占比仅为1.09%。生化池的电耗为0.27 kW·h/m^3,药剂投加成本为0.2043元/m^3,悬浮载体使用寿命大于15年,无需补充悬浮载体。

基于纯膜MBBR的CANON工艺稳定运行及抗冲击性分析

应用CANON-MBBR系统处理实际污泥厌氧消化脱水液,考察了系统的稳定运行控制策略。结果表明:稳定期间,系统出水ρ(NH+4-N)稳定低于25 mg/L,去除率>96%;出水ρ(TIN)<70 mg/L,去除率>87%。系统维持纯生物膜运行,无须进行污泥回流与菌种的补投,实现了稳定的自养脱氮过程。运行期间,考察了水量、DO及温度对系统稳定性的影响,结果表明:在进水流量为80 m^(3)/d(为平稳期1.33倍)、ρ(DO)高达2~4 mg/L和24℃低温条件下系统依然保持较高的脱氮性能。高通量测序结果表明,系统优势氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AnAOB)分别为Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia,其相对丰度均值分别为6.5%和30.2%,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的相对丰度始终低于0.1%,NOB被成功抑制。悬浮载体生物膜实现了AOB和AnAOB的高效富集,系统较低的AOB丰度限制了系统脱氮能力的进一步提升。

纯膜MBBR+A/O双泥系统用于制药废水脱氮工程

某制药废水处理厂进行扩容提标改造时面临的难题有氨氮去除率高、进水有毒有害物质浓度高、无新增用地、水质水量波动大以及工程施工困难等。采用纯膜MBBR工艺对系统进行原池改造,将已有A/O活性污泥脱氮工艺改造为纯膜MBBR+A/O脱氮双泥系统。实际运行效果显示,纯膜MBBR可有效削减进水氨氮负荷,硝化能力达到0.45 kgN/(m^(3)·d),正常运行系统出水氨氮<5 mg/L,实现了药厂提质增产的目标,保障了实际出水水质的稳定性。面对进水pH冲击、二氯甲烷冲击、长期低基质运行后进水负荷激增冲击等,纯膜MBBR系统受影响程度小,展现了较强的抗毒能力和快速恢复能力。纯膜MBBR池仅通过曝气即可实现系统的充氧、悬浮载体良好流化,风机电耗为1.0~1.8 kW·h/m^(3),占全厂总电耗的20%~35%。纯膜MBBR工艺具备负荷高、耐冲击能力强的优势,适用于高氨氮工业废水的处理。