氧化还原介体对短程反硝化细菌亚硝氮积累影响研究

【目的】亚硝酸盐的稳定获得对于厌氧氨氧化工艺的研发和应用具有重要意义。期望通过筛选投加合适的氧化还原介体将反硝化控制在亚硝氮的阶段,实现稳定的短程反硝化,并优化反应条件进一步增加亚硝氮的积累量,为厌氧氨氧化工艺应用提供一种新的亚硝氮供给方式。【方法】通过序批式试验分别考察了不同浓度2-羟基-1,4萘醌(ME)、蒽醌(AQ)和1-氯蒽醌(1-AQ)的投加对短程反硝化细菌亚硝氮积累的影响,并且通过酶促动力学实验对其影响机制进行了深入探索,最后通过16S rDNA分析,对短程反硝化细菌菌群群落结构进行了深入分析。【结果】首先,相比对照,投加75μmol/L AQ和1-AQ分别导致亚硝酸盐氮的积累量提高了74.8%和1.06倍,但是ME的投加几乎没有增加亚硝氮的积累;其次,试验结果表明,当投加C/N比为2时,亚硝氮积累量最多,使得投加1-AQ效果最好,亚硝氮积累量最高达到了52.98 mg/L(初始硝氮为100 mg/L);再次,酶促动力学试验揭示了1-AQ使得亚硝酸盐迅速积累的原因在于其提高了69.13%的硝酸盐还原酶活性,却仅仅将亚硝酸盐还原酶活性提高了36.74%;最后,16S rDNA结果显示,本试验所用菌群中具备短程反硝化能力的菌群有Yersinia frederiksenii、Thauera、Hydrogenophaga、Trichococcus、Klebsiella和Dechloromonas。【结论】合适的氧化还原介体投加能够明显增加短程反硝化细菌亚硝氮的积累量,氧化还原介体筛选的关键在于其对硝酸盐还原酶活性的增加速率高于亚硝酸盐还原酶。

不同碳氮比下污水反硝化过程中亚硝氮积累的特性研究

以乙酸钠为碳源,在不同的碳氮比(COD/NO_3^--N)条件下,通过控制反应器中反硝化时间,将NO_3^--N仅还原至NO_2^--N,实现NO_2^--N的稳定积累.结果表明,反硝化时间从60 min缩短至20 min,NO_3^--N还原速率和NO_2^--N积累速率分别增大至0.417 g·g^(-1)·h^(-1)(以VSS计,下同)和0.402g·g^(-1)·h^(-1).经过108 d的培养,NO_2^--N的积累率为95%.反硝化活性随碳氮比的增大而增大,而较低碳氮比更有利于NO_2^--N的稳定积累.在反硝化亚硝氮积累过程中,当碳源充足时,由于电子受体NO_3^--N和NO_2^--N相互竞争碳源,NO_3^--N的存在会抑制NO_2^--N的还原,从而导致NO_2^--N积累;而当碳源不足时,基质限制使NO_3^--N优先还原,导致NO_2^--N的积累.微生物宏基因组测序结果表明,培养污泥中的优势菌群为Thauera(71.85%),该菌仅能将NO_3^--N还原为NO_2^--N,从而导致NO_2^--N的积累.

不同碳源条件下污水处理反硝化过程亚硝态氮积累特性的研究进展

在常见的污水处理中,由于C/N比较低,造成反硝化过程碳源不足,进而影响脱氮效果,所以有必要在反硝化阶段外加碳源以保证充分的反硝化。研究表明,多种有机物质可以作为反硝化外加碳源,同时研究还发现反硝化过程中会产生亚硝态氮积累现象,而亚硝态氮可以为ANAMMOX工艺提供电子受体。结合现有对不同碳源条件下污水处理反硝化过程的研究,描述了反硝化过程亚硝态氮积累特性,并对其积累机制进行一定分析。

以ORP作为SBR反硝化过程亚硝态氮积累过程控制参数

为避免序批式活性污泥法(SBR)工艺生物脱氮反硝化过程毒性更大的亚硝态氮(NO2--N)排入受纳水体,以缺氧/厌氧上流式厌氧污泥流化床(UASB)预处理的实际垃圾填埋场渗滤液为研究对象,考察了以氧化还原电位(ORP)作为SBR反硝化过程NO2--N积累控制参数的可行性.结果表明:对于4种不同N初始的ρ(NO3--N),NO 2--N均实现明显积累,积累速率分别为0.117、0.136、0.235、0.068/d.反应过程中,ORP曲线先后出现NO 3--N和NO 2--N拐点,表明硝态氮和亚硝态氮还原反应结束.对于有明显亚硝态氮积累的反硝化过程,仅以NO 3--N作为反硝化速率(rDN)的单值函数是不准确的,应以总氧化态氮计,如以NO 3--N作为底物,将其定义为'名义'rDN.温度分别为14.2、13.9℃低温,5种不同n(C)/n(N)条件下,亚硝态氮均积累,亚硝态氮峰值点为速率平衡点.当n(C)/n(N)低于理论值时,相对NOx--N→N2的全程反硝化碳源不充足,但相对于NO3--N→NO2--N的转化碳源充足.

污泥发酵耦合反硝化系统亚硝态氮积累特性

接种污泥发酵耦合反硝化系统污泥,以剩余污泥发酵上清液中有机物作为反硝化过程电子供体,通过批次试验研究碳氮比（ρ（COD）/ρ（NOx--N）及pH对反硝化过程N-NO2积累的影响。试验结果表明：在初始ρ（NO3--N）为30 mg/L,ρ（COD）/ρ（NOx--N）为1-3时,NO2---N积累量和积累速率随（ρ（COD）/ρ（NOx--N）增加明显升高,继续提高（ρ（COD）/ρ（NOx--N）对NO2--N积累影响很小,在反应过程中最大积累量达到（18.85±1.13）mg/L;p H对反硝化过程N-NO2？积累有明显影响,p H=7时N-NO2？积累速率最大,而NO2--N积累量按p H顺序依次为：p H=9,6,8,7。另外,本试验考察的污泥发酵耦合反硝化系统污泥在反硝化过程中亚硝态氮积累率（wNAR）维持在78%--95%范围内,并且反应初始（ρ（COD）/ρ（NOx--N）对其影响很小,可能是由于该系统的长期碳源电子供体有限,反硝化和发酵条件的引入导致反硝化菌合成硝态氮还原酶能力远远大于亚硝态氮还原酶的还原酶能力。

渗滤液短程硝化反硝化生物脱氮影响因素研究

在适当的条件下，渗滤液也可发生典型的短程硝化反硝化反应；在试验中发现硝化反应并不是在曝气一开始就发生．而是在经过一段时间的吸附降解后才发生．同时实验结果显示发生短程硝化的最佳pH值为8.0-9.0，温度维持在25℃或25℃以上。

进水C/N对部分反硝化NO2-积累和微生物特性的影响

采用缺氧/好氧间歇运行模式,考察进水碳氮比(C/N=5.0,3.3,2.5,2.0)对部分反硝化过程亚硝态氮(NO_(2)^(-))积累特性和污染物降解规律的影响,同时结合高通量测序,探究微生物多样性和功能菌群的演变规律.结果表明,C/N为2.5时,系统获得最佳处理效果,出水NO_(2)^(-)浓度为27.18mg/L,亚硝态氮转化率(NTR)高达67.96%;分析典型周期各污染物的降解规律发现,尽管4组工况均在缺氧30min时NO_(2)^(-)积累达到峰值(最高值分别为4.86(C/N=5.0),16.52(C/N=3.3),30.16(C/N=2.5),20.28(C/N=2.0)mg/L),但COD降解速率的不同直接影响了反硝化进程,且只有在低C/N条件(C/N=2.0~2.5)才能维持稳定的NO_(2)^(-)积累.高通量测序结果表明,除了Thauera(2.67%~24.04%)、Terrimonas(4.94%~21.19%)、Saprospiraceae(5.34%~13.50%)等常规功能菌属外,Flavobacterium(28.23%)是C/N为2.5时维持高NO_(2)^(-)积累的优势菌属.结合部分反硝化工艺的运行特点,探讨了NO_(2)^(-)作为中间产物的相关耦合工艺的应用可行性.

新型反硝化深床滤池深度脱氮效能与影响因素研究

以北京市某污水处理厂高效沉淀池出水为原水,采用中试规模的新型反硝化深床滤池进行生物处理,考察了反硝化深床滤池填料层高度、滤速、C/N和温度对硝态氮去除效果的影响。结果表明,2.9 m滤料层相对于1.9 m滤料层,脱氮效果更好,硝态氮去除率提高12%~20%,去除单位硝态氮消耗乙酸钠大约降低0.5~3.0 mg。滤料层高度为1.9 m时,硝态氮去除率随着滤速的提高而降低,当滤速从4.38 m/h逐步提高到8.13 m/h,去除率由81.71%降低到45.18%,滤速6.25 m/h是脱氮效果和碳源利用效率降低的突跃点。随着C/N的增加,滤池对硝态氮的去除率升高,低C/N时易出现亚硝态氮积累。反硝化深床滤池在冬季适宜以低滤速运行以保证出水水质;夏季则可适当提高滤速,提高处理能力。

高氨氮废水短程硝化启动研究

实验选用合肥经开区某污水处理厂的好氧池污泥作为接种污泥,经过厌氧反应器处理的养猪场废水作为进水,在序批式反应器(SBR)内进行反应.经过氨氮负荷提高阶段,pH调节阶段,投加缓冲物质阶段的三阶段连续实验,将氨氮去除率和亚硝态氮积累率分别提高至90.7%和88.9%,短程硝化启动成功.最后计算出水的游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)并用平行因子法(PARAFAC)分析出水水样中的荧光物质.

晚期垃圾渗滤液实现短程硝化影响因素分析

利用SBR反应器，探讨了溶解氧（DO）、温度和pH值对晚期垃圾渗滤液实现短程硝化的影响．结果表明：DO质量浓度为0．75mg／L左右时，短程硝化效率较高，大于该值时硝化类型有向全程硝化转变的趋势，低于该值时最大氯氧化速率下降较大；当DO质量浓度保持在0．75mg／L左右时，降低温度和pH值，最大氨氧化速率下降，但亚硝氮积累率仍保持在较高水平．低溶解氧情况下，由于DO的抑制作用，硝酸菌没有表现出较亚硝酸菌更适应较低温度或pH值环境的特性，DO是实现晚期垃圾渗滤液短程硝化的控制因素．当DO为0．75mg／L左右，pH值为6．5～8．0，温度为25～27℃时，可以达到96％以上的氨氮去除率及98％以上的亚硝氮积累率，在此条件下最大氨氧化速率为0．097-0．12s／（gVss·d）．

晚期垃圾渗滤液短程硝化影响因素研究

采用固定化微生物曝气生物滤池（I-BAF），探讨了水力停留时间（HRT）、游离氨（FA）、pH、溶解氧（DO）对晚期垃圾渗滤液短程硝化的影响和碳氮比（C／N）对同步脱氮的影响。试验结果表明，在HRT为2d，对应氨氮负荷为0．26～0．3g／L·d，保持出水FA在1mg／L以上，pH在7．9左右，DO控制在1．3±0．2mg／L时，最利于实现短程硝化。DO是影响短程硝化的决定性因素，DO〉1．6mg／L时，短程硝化可能向全程硝化转化。投加碳源NaAc并控制C／N在1．6～2．2，可以使部分亚硝氮直接通过同步反硝化去除，提高总氮去除率。

反硝化过程特性探析

氮素污染是水体富营养化的主要诱因之一,已引起世界各国的普遍关注。反硝化技术是经济有效的废水脱氮手段,也是当前环境工程领域的研究热点之一。探明反硝化过程特性,将有助于废水生物脱氮技术的控制和优化,促进新型生物脱氮技术的研究和开发。本文从酶学的角度,考察了反硝化过程的酶促反应特性,从连串反应动力学的角度,探讨了反硝化过程的亚硝酸积累现象及其抑制作用,从化学反应计量学的角度,分析了反硝化过程的致碱现象及其抑制机制,并提出了相应的控制对策。

低温SBR反硝化过程亚硝态氮积累试验研究

采用SBR法处理经缺氧/厌氧UASB预处理的渗滤液,在SBR反硝化过程观察到明显的亚硝态氮积累现象.在此基础上,为深入了解反硝化过程亚硝态氮积累的机制,考察低温条件下5种类型碳源(甲醇、乙醇、乙酸钠、丙酸钠和葡萄糖)对SBR反硝化过程亚硝态氮积累的影响.结果表明,在温度为13.9℃情况下,甲醇、乙醇、乙酸钠、丙酸钠为反硝化碳源时,系统内均发生明显的亚硝态氮积累.此外,4种不同初始NO3--N浓度(64.9、54.8、49.3、29.5 mg/L)还原过程中,NO2--N最大积累浓度分别为37.8、21.5、25.2、18.8 mg/L,积累速率(N/VSS.t)分别为0.117、0.136、0.235、0.068 g/(g.d),并且ORP曲线先后出现"nitrateknee"和"nitrite knee"2个拐点,可分别指示NO3--N、NO2--N还原反应结束.

供氧充足环境下SBBR实现短程硝化的控制研究

在供氧充足条件下对序批式生物膜反应器SBBR实现短程硝化的途径和机理进行研究.以垃圾渗滤液为处理对象,控制反应器主要环境参数为:溶解氧(DO)5 mg/L,pH 7.0,温度(t)25℃,采用全排水方式,进水周期为12 h.通过数学推导和模型分析,确定以游离氨FA、CO2和HNO2浓度为直接控制因素,进水周期为间接控制因素,在SBBR反应器中实现了有效的短程硝化.结果表明,在氨氮NH4+-N容积负荷0.52 kg/(m3.d),NaHCO3浓度1.5 mg/L的进水条件下,NH4+-N转化率达到89%,NO2--N积累率达到83%,短程硝化作用显著.由此得出FA浓度是供氧充足情况下实现亚硝态氮NO2--N积累的关键因素,CO2作为氨氧化细菌AOB的碳源,则具有进一步提升反应器性能的作用.

低温SBR反硝化过程亚硝态氮积累的动力学研究

严格控制试验条件，以缺氧／厌氧UASB预处理的实际垃圾填埋场渗滤液为研究对象，考察了低温条件下SBR反硝化过程中亚硝态氮的积累。结果表明：在温度为13．5～15．5℃的低温条件下，对于4种不同的N03^--N初始浓度（64．9、54．8、49．3、29．5mg／L），NO2^--N均实现了明显积累，最大积累浓度分别为37．8、21．5、25．2、18．9mg／L。在反应过程中，ORP曲线先后出现“硝酸盐膝”和“亚硝酸盐膝”两个拐点，指示NO3^--N和NO2^-—N还原反应的结束。对于有明显亚硝态氮积累的反硝化过程，仅以NO3^--N作为反硝化速率的单值函数是不准确的，应以总氧化态氮（NOx^-—N=NO2^-N＋NO3^--N）计，如仅以NO3^--N为底物，则应定义为“名义反硝化速率”。

短程硝化最优曝气时间控制与硝化种群调控

为确定实现短程硝化的最优曝气时间,采用3个平行的序批式间歇反应器(SBR)处理生活污水,在pH为7.9～8.0时,"氨谷"出现前t/2、t/4、t/8(t为曝气时间)停止曝气,实现短程硝化.运行145 d后,系统亚硝态氮积累率分别提高到50%、65%、90%.荧光原位杂交技术(FISH)定量分析表明,反应器中氨氧化菌(AOB)的比例都有不同程度提高,3#SBR最为显著,AOB、亚硝酸盐氧化菌(NOB)占全菌的比例分别为3.89%、0.27%,AOB为硝化菌群中的优势菌.最优曝气时间控制协同游离氨(FA)抑制作用可能是快速实现和维持短程硝化的主要因素.

短程硝化过程影响因素与控制条件分析

控制硝化反应条件,使硝化反应只进行到亚硝态氮阶段并实现稳定的亚硝态氮积累,是短程硝化反硝化稳定运行的关键。通过详细阐述影响硝化过程中氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌生长的重要因素,对SHAR-ON、OLAND、CANON、SBR、A/O、MBR、曝气生物滤池等工艺的短程硝化控制条件进行了分析,并指出了短程硝化反硝化工艺的技术优势和应用价值。

碳源类型对SBR反硝化过程NO_2^--N累积的影响

以厌氧预处理的城市垃圾渗滤液为对象,采用序批式活性污泥法(SBR)反应器,通过向四个平行SBR反应器分别投加甲醇,乙醇,乙酸钠,丙酸钠和葡萄糖5种碳源,基于批次试验,考察了碳源类型对生物脱氮反硝化过程亚硝态氮(NO_2^--N)累积的影响.试验表明:除葡萄糖外,以甲醇,乙醇,乙酸钠和丙酸钠为碳源时,NO_2^--N均发生明显累积.在NO_2^--N积累段,以乙醇为碳源的NO_2^--N累积速率和硝态氮(NO_3^--N)还原速率最快,以甲醇和丙酸钠为碳源时NO_2^--N累积速率和NO_3^--N还原速率最慢.在NO_3^--N还原段,除葡萄糖外,4种碳源(甲醇,乙醇,乙酸钠和丙酸钠)均获得了彻底反硝化.

A/O-MBR系统的短程生物脱氮污水处理工艺研究

利用生物强化技术,通过接种短程硝化菌和亚硝酸反硝化菌于反应器中,构建了A/O-MBR短程生物脱氮污水处理工艺系统,并考察启动期和不同HRT下的运行效果。结果表明:A/O-MBR短程生物脱氮污水处理工艺启动时间短;在不同水力停留时间(HRT)时,MBR中的亚硝氮积累比率均能维持在0.95以上;AN具有很好的反硝化性能,出水NO2-和NO3-浓度均低于3mg/L。分析认为MBR中氨氧化菌维持优势地位是该工艺可实现良好的短程生物脱氮的原因。

UASB反应器中高盐含氮废水脱氮过程研究

通过实验研究了在不同盐质量浓度、碳氮比和HRT条件下，高盐含氮废水的反硝化过程中碳源加入、TN、NO3-N和NO2-N的变化规律．分析结果表明：废水反硝化污泥在UASB反应器中经过驯化后可以适应氯离子质量浓度为O～20g／L的盐质量浓度环境．脱氮性能随着HRT增加和进水C／N增加而提高；而NO2-N积累也随着HRT增加和进水C／N增加而降低．经过优化反应条件，较适宜的条件为进水C／N=3：1，HRT=7．08hr．