基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水同步脱氮除磷工艺研究进展

低碳氮比城市污水的高效低耗同步脱氮除磷是水污染防治的重点和难点问题,开发和应用低碳高效的脱氮除磷技术和工艺具有重要经济和环境效益。本文总结了同步脱氮除磷技术的发展历程,重点探讨了基于厌氧氨氧化强化的城市污水同步脱氮除磷新工艺和新技术,包括基于传统除磷与全程自养脱氮耦合工艺、反硝化除磷与厌氧氨氧化自养脱氮耦合工艺、部分厌氧氨氧化强化同步脱氮除磷等。其中基于部分厌氧氨氧化同步脱氮除磷的工程案例表明:短程反硝化耦合厌氧氨氧化可实现厌氧氨氧化菌的富集,同时解决低温对脱氮除磷性能的抑制。该技术利用原水碳源,在不同尺度的研究中均体现出深度的脱氮除磷效果。本文还比较了不同工艺的技术特点及工程应用前景,对未来研究的重点提出了展望,可为后续主流城市污水氮磷同步去除工艺的开发与优化提供参考。

硫自养反硝化技术应用研究进展

介绍了利用硫基电子供体进行自养反硝化的基本原理、不同电子供体的研究和应用现状,比较了不同电子供体的应用效果、存在的不足和改进方向。指出:在今后的研究中,应加强硫自养反硝化机理、电子供体选择和反应器设计与稳定运行方面的研究,此外,还应开发硫自养反硝化与其他脱氮技术相耦合的工艺,逐步推进硫自养反硝化技术的工业化应用。

PN/A工艺应用于主流城市污水处理的研究进展

厌氧氨氧化工艺是一种经济高效的新型生物脱氮工艺,但受限于城市污水特性和自身缺陷,其在主流城市污水处理的应用过程中面临诸多挑战。总结了部分短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺应用于主流城市污水处理的优势和关键问题,重点介绍了相应改进措施,包括城市污水中高负荷有机物的去除、不利生境下功能菌群间的选择性促进与抑制及出水中硝酸盐浓度的降低。并提出了对传统活性污泥工艺进行升级改造、具有无需外加碳源、脱氮效率高等优势的新型PN/A-ED工艺设想,为城市污水处理厂的提标改造和节能减排提供参考借鉴。

处理低C/N废水的反硝化细菌及生物脱氮工艺的研究进展

目前,我国大部分生活污水、城市污水和部分工业废水中有机物含量偏低,呈现低C/N的特征,不利于大多数异养反硝化细菌的生物脱氮。因此,需要筛选适应低C/N废水的反硝化细菌,并应用于实际低C/N废水的脱氮处理。本文着重介绍了适应低C/N反硝化细菌的脱氮性能和适应机制,以及利用反硝化与其他技术相耦合的组合脱氮技术在处理实际低C/N废水中的应用。最后,探讨了处理低C/N废水面临的挑战和发展前景。

饮用水生物处理小试工艺中NH4^＋-N的非硝化去除途径分析

通过计算N和DO的质量平衡,研究饮用水生物处理小试工艺中是否存在NH4+-N的非硝化去除途径,并探讨其可能机制.结果表明,当生物流化床和生物滤池进水NH4+-N浓度大于2 mg/L时,前者进水的NH4+-N、NO2--N和NO3--N之和比出水高出0.91 mg/L,后者理论上消耗的DO比实际多约2.90 mg/L,说明这2种工艺中均有氮亏损现象发生,一部分NH4+-N通过与DO无关的非硝化作用被去除.对非硝化去除途径的分析表明,因为反应器对磷元素和有机物的利用不随氮亏损发生变化,可以排除掉同化作用和反硝化作用;因为反应器进水低碳高氮的特性和NO2--N的积累与发生氮亏损的废水生物处理系统相似,据此提出在生物膜缺氧内部发生、通过短程硝化和厌氧氨氧化的偶联(或OLAND反应)将NH4+-N和NO2--N同时转变为N2脱除的自养脱氮是饮用水生物处理中氮亏损的可能途径.

自养脱氮工艺有机物去除段与硝化段精确分离的实现与实时控制

为了实现城市污水处理过程中的节能降耗,提出了三段式城市污水自养脱氮工艺,阐述了除有机物SBR在整套工艺中的重要地位,探讨了不同曝气量与污泥浓度条件下,除有机物SBR中有机物的去除特征与规律。结果表明,在不同的曝气量及污泥浓度条件下,COD降解结束前NO2--N与NO3--N的浓度均低于0.1mg.L-1,反应器进入COD难降解阶段后,NO2--N与NO3--N的浓度快速提高,可以认为在除有机物SBR内有机物的去除和硝化过程是分步进行的,即先进行有机物的去除,而后进行硝化过程。DO曲线与pH曲线的突越点与除有机物过程的终点始终保持一致,可将其作为实时控制参数监测有机物的去除终点,对好氧曝气过程进行实时控制。

有机碳源对单级自养脱氮系统脱氮性能及微生物群落结构的影响

以不同基质的2个反应器为研究对象,考察了有机碳源对单级自养脱氮系统脱氮性能及微生物群落结构的影响,结果表明:在一定的碳氮比范围内,通过控制DO,可以实现创造适合亚硝化菌和厌氧氨氧化菌代谢的好氧和厌氧并存的微环境,提高系统的脱氮效果;2个反应器均存在多种脱氮途径,以不含有机碳源为基质时,系统主要通过亚硝化ANAMMOX途径去除氨氮,而有机碳源的加入,使得系统自养脱氮途径去除的氨氮比例下降,传统硝化反硝化途径得到强化;DGGE图谱统计结果表明,有机碳源的加入,使得系统微生物群落结构更加丰富,其中生物膜表现得尤为明显,也表明生物膜结构更有利于形成一个厌氧与好氧共存的微环境,在一个反应器内实现全部脱氮过程。

废水自养生物脱氮技术研究进展

基于短程硝化和厌氧氨氧化的自养脱氮工艺是生物脱氮领域研究的热点,它的发现为低碳氮比废水的处理提供了新的思路。近些年来,人们陆续开发了SHARON、ANAMMOX、CANON、OLAND等自养生物脱氮工艺,进一步推动了高效、低耗脱氮技术的开发和研究。从工艺原理、特点等方面,对自养生物脱氮工艺的国内外研究状况进行了总结和对比,并提出了存在的问题及发展方向。

一段式全程自养脱氮(CANON)工艺及其研究进展

自1995年厌氧氨氧化被首次证实以来,基于厌氧氨氧化反应的废水水处理技术和工艺被研究者们所亲睐并被进行了大量的研究。相对于传统的生物脱氮反应,其全程自养,大幅降低工艺所需的曝气,污泥产生量少等特点是传统脱氮方法所不可企及的。作为一种新兴工艺,近20多年以来,厌氧氨氧化在反应机理,微生物群落,应用形式等方面的研究都获得了很大的进展。相对于二段式厌氧氨氧化,一体化的全程自养脱氮工艺布局更加紧凑,也方便进行实际工程中的控制。本文在查阅文献的基础上就CANON(一段式全程自养脱氮)的机理、启动方法、运行条件及反应模型等做了介绍,对于CANON工艺在国内的研究有一定的指导意义。

生物脱氮研究的新进展——全程自养脱氮工艺

介绍了生物脱氮研究的最新进展———全程自养脱氮工艺,并全面、系统地论述和分析了全程自养脱氮工艺的机理、自养脱氮工艺实现方式及其特点与技术关键,并指出了今后应着重研究的几个方面。

净化铁锰氨生物滤池内氨氮转化途径

为考察净化铁锰氨生物滤池内NH_4^+-N的转化途径,利用氮素计量关系和沿程试验研究了净化铁锰氨生物滤池内产生TNloss(氮损失)的原因和NH_4^+-N转化途径.结果表明,净化铁锰氨生物滤池内DO消耗异常,TNloss不守恒,当进水ρ(NH_4^+-N)平均值分别为1.262、2.296、3.111 mg/L时,NLR(氮损失率)分别能达到7.89%、12.91%、17.73%.利用硝化反应和CANON(全程自养脱氮)方程式计算得出理论TNloss和TDOC(理论耗氧量),与实际TNloss和ADOC(实际耗氧量)的差值分别小于±0.030、±0.10 mg/L,各阶段NH_4^+-N通过CANON途径转化的比例分别为48.58%、60.77%、68.10%,硝化反应和CANON途径共同参与了NH_4^+-N转化.沿程试验结果表明,整个试验阶段,NO_2^--N在滤层中均有积累,并在滤层厚度为10~18 cm内出现NO_2^--N和NH_4^+-N共存的现象,进一步证明CANON途径是净化铁锰氨生物滤池内产生TNloss的原因.

厌氧氨氧化技术应用于主流城市污水处理的研究进展

长期以来,基于硝化和反硝化过程的传统生物脱氮工艺被广泛应用于废水中氮素污染物的去除,但其能耗物耗高,不能适应节能减排的时代发展要求。近年来新兴的厌氧氨氧化(Anammox)工艺,因具有低能耗、低剩余污泥量、无需外加碳源等优点而备受关注,在废水脱氮领域具有非常广阔的应用前景。综述了Anammox生物脱氮技术应用于城市污水处理的最新研究进展,探讨了主流污水处理应用Anammox所面临的挑战,并提出今后的研究重点。

新加坡最大回用水处理厂污水短程硝化厌氧氨氧化脱氮工艺

总结了新加坡樟宜回用水处理厂4次采样的结果,该厂日处理城市污水80万t.在好氧区很好地实现了部分硝化和亚硝酸盐积累,其中好氧氨氧化率平均为72.2%,亚硝酸盐积累率平均为76.0%.在缺氧区氨氮和亚硝酸盐得到了同步去除(厌氧氨氧化).物料衡算结果表明:初沉池的出水总氮的37.5%是通过自养脱氮去除,27.1%是通过传统的硝化/反硝化脱氮去除,其余部分总氮则存在于活性污泥和出水中.微生物和动力学研究表明:短悬浮或游离的厌氧氨氧化菌可存在于污泥龄较短的污水处理系统.最后从出水氮质量浓度、pH、碱度、曝气能耗及反应器容积等方面,将樟宜回用水处理厂的分段进水活性污泥法工艺与新加坡其他3个回用水处理厂的MEL/LE工艺进行了对比分析.

有机物对自养脱氮工艺影响的研究进展

自养脱氮工艺中同时存在亚硝酸化、硝酸化、厌氧氨氧化和反硝化4个过程,而有机物增加了自养脱氮工艺4个过程的脱氮复杂性,但也增加了更多的可能性。综述了有机物对亚硝酸化、硝酸化、厌氧氨氧化和反硝化的影响,整理了同步亚硝化/厌氧氨氧化/反硝化(SNAD)工艺和反硝化氨氧化(DEAMOX)工艺的最新研究进展。

泥膜混合MBBR系统自养脱氮工艺的启动研究

为了加速厌氧氨氧化菌(AnAOB)富集,解决自养脱氮工艺启动缓慢的问题,在短程硝化絮状污泥反应器中投加含有少量AnAOB的悬浮填料,构建泥膜混合移动床生物膜反应器(MBBR)系统,探讨该系统在自养脱氮启动中的作用.结果表明:①在温度为20~30℃、pH为7.8~8.2、DO浓度为0.2~0.9 mg/L的条件下,经45 d的运行,成功富集AnAOB.通过调整运行模式和曝气量,TN去除率提高至70%左右,成功启动自养脱氮工艺.②在运行过程中,曝气阶段主要发生短程硝化反应,缺氧阶段主要发生厌氧氨氧化反应.③泥膜混合MBBR系统中优势的好氧氨氧化菌(AOB)和AnAOB分别为Nitrosomonas和Candidatus_Kuenenia.Nitrosomonas主要分布于絮状污泥中,其相对丰度从42.95%减至30.98%;而Candidatus_Kuenenia主要分布于填料生物膜中,其相对丰度从5.88%增至25.90%.④泥膜混合MBBR系统中还检测出Ignavibacteriales_bacterium_UTCHB1、Pseudomonas、Denitratisoma等多种反硝化细菌,说明部分TN损失是通过内源反硝化途径实现.研究显示,基于短程硝化絮状污泥的泥膜混合MBBR系统,可以维持稳定的短程硝化,快速富集AnAOB,也可以有效缩短自养脱氮工艺的启动时间.

碳氮比对颗粒污泥CANON反应器脱氮性能和N_2O释放的冲击影响

本文以无机氨氮废水为进水,乙酸钠为有机碳源,研究颗粒污泥CANON反应器中不同C/N水质条件下,反应器内的脱氮性能和N_2O释放情况,为探索合适的C/N比在高效脱氮的同时实现N_2O释放减量化提供理论依据.结果表明,C/N在0～2. 0范围内,随C/N的提高,TN去除率和去除负荷基本呈现逐渐升高的趋势,C/N=0时TN在7h内去除量为56. 50mg·L^(-1),去除率达到49. 00%,C/N=2. 0时,TN在7h内去除量最高为71. 42 mg·L^(-1),TN去除率最高为59. 52%,但是其中CANON对于脱氮的贡献逐渐下降,反硝化作用对于系统脱氮的贡献逐渐上升.当C/N=2. 0时,ΔNO_3^--N/ΔTN=0. 086,CANON对于系统脱氮的贡献仅为51. 48%,反硝化对系统脱氮的贡献为48. 52%. C/N在0～2. 0范围内,N_2O释放量和释放比例随进水C/N增加而降低,C/N=0时,N_2O释放量和释放比例最高,分别为3. 60 mg和2. 13%; C/N=2. 0时N_2O释放量和释放比例最低且分别为1. 61 mg和0. 75%.

长、短期低温下单级自养脱氮系统的性能恢复与强化

针对低温胁迫下单级自养脱氮系统脱氮性能大幅下降的问题,分别在长期和短期低温条件下,开展单级自养脱氮反应器的性能恢复及强化策略研究。结果表明,长期低温条件下,当温度从20℃降低至15℃后,NH4+-N平均去除率从83.24%下降至70.33%,TN平均去除率从71.47%降低至51.01%。通过调整曝气模式,将全程限氧曝气调整为厌氧-限氧交替曝气,且添加侧流系统中的厌氧氨氧化颗粒污泥后,NH4+-N平均去除率和TN平均去除率分别为86.88%、73.38%,主流自养脱氮系统的脱氮性能较降温前有显著的恢复与提高。短期低温条件下,当系统直接在15℃下运行时,生物强化措施可缓解短期低温造成的不利影响,并快速恢复系统的脱氮性能;在温度梯度驯化方式下(25℃→20℃→15℃),曝气模式的调整和侧流厌氧氨氧化颗粒污泥的添加,均对低温自养脱氮系统的性能恢复具有积极作用,其中,全程限氧运行较厌氧-限氧交替运行具有更突出的恢复效果。

未来污水处理能源自给新途径——碳源捕获及碳源改向

传统活性污泥处理过程是"以能消能"、"污染物转嫁",处理过程能耗高(消耗化石燃料)并排放大量温室气体(GHG);与此同时,污水中COD蕴含的巨大有机化学能(约1.5~1.9k W·h/m^3)远远未被挖掘及利用,未来污水处理的发展方向是朝着营养物、能源及再生水"三厂合一"模式转变。污水处理过程实现"能量平衡"、"碳中和"的运行关键一是厌氧消化剩余污泥;二是在前端最大程度上实现对进水中有机碳源的捕获/分离,并采用高效厌氧消化与热电联产(CHP)耦合技术实现COD有机化学能向电能的转化,这些年已出现碳源捕获(COD Capture)与碳源改向(Carbon Redirection)技术,国外已经有工程化案例。在量化解析污水中化学潜能的基础上,提出了"碳源捕获"1.0→2.0→3.0技术路线图,综述了目前主要的污水"碳源捕获"热点技术,展示了面向未来的可持续污水处理技术路线图,以期为国内污水厂"碳中和"运行及未来可持续污水厂及生态再生水厂开发提供借鉴。

低浓度氨氮废水单级自养脱氮EGSB反应器的快速启动

将单级自养脱氮生物膜污泥作为种泥接种于膨胀颗粒污泥床反应器中,并对该反应器进行启动.在温度为(30±2)℃,p H值为7.8~8.2,DO为0.2~1.1 mg·L^(-1),上升流速为2.0~4.0 m·h^(-1)的条件下,进行了低浓度氨氮(60~100 mg·L^(-1))废水的单级自养脱氮工艺快速启动研究.结果表明,经过83 d的运行,反应器历经适应期、提高期和稳定期后,稳定运行阶段NH_4^+-N、TN去除率分别达到99.4%和80.7%.通过控制回流比和提高进水氨氮负荷维持了稳定的低DO状态,有效抑制了硝化细菌的生长,而部分亚硝化反应和厌氧氨氧化反应为主导反应并能保持高效、稳定的脱氮效果,成功实现了在膨胀颗粒污泥床反应器中单级自养脱氮过程的启动.颗粒污泥平均粒径从174μm增大到296μm.扫描电镜显示颗粒污泥表面光滑,微生物以球菌、短杆菌为主.FISH结果显示亚硝化细菌分布在颗粒污泥表面,厌氧氨氧化菌分布在颗粒污泥内部.反应器中构建了稳定的自养脱氮颗粒污泥系统.

AnMBR-Anammox耦合污水甲烷回收及自养脱氮的工艺特性研究

本研究分别启动了厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)和部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器(Partial Nitrification/Anammox, PN/A),两者达到稳态后耦合为"AnMBR+PN/Anammox"新系统,实现前段有机质甲烷化、后段自养脱氮的污水处理目的.耦合系统运行结果表明:化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)在AnMBR的去除率为96%,其中80.3%的COD在此段转化为CH4,Anammox内一定的反硝化作用进一步强化了COD去除,系统COD总去除率达97%以上;氮污染物经AnMBR处理后均以NH+4-N形态存在,再经PN/A处理后,总氮(total nitrogen, TN)平均去除率达78%;系统出水COD和TN值分别低于13和11 mg·L^-1.因此,AnMBR-Anammox耦合系统在同步实现污水甲烷回收、自养脱氮、低碳氮排放方面具有显著优势,本研究结果为开发AnMBR-Anammox耦合新工艺提供了理论依据.