异养/硫自养集成短程反硝化工艺影响因素研究

为保证厌氧氨氧化(Anammox)过程的亚硝态氮(NO2--N)稳定来源,提升自养脱氮系统的运行效能。本研究采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,构建异养/硫自养集成短程反硝化系统,探究碳源浓度、pH、水力停留时间(HRT)、温度对系统的影响。结果表明,碳源浓度与系统短程反硝化效能成反比。碳源浓度为200 mg/L时NO2--N积累率(NAR)最高,此时NO_(2)^(-)-N平均积累率及其速率分别为76.99%和1.63 mg/(L·h),异养反硝化功能菌属Thauera丰度由3.26%升至19.73%。系统短程反硝化效能随pH的升高先升后降,pH为8.0±0.5时NAR最高,此时NO2--N平均积累率及其速率分别为79.46%和1.90 mg/(L·h);HRT与系统短程反硝化效能成反比。当HRT=9.7左右时NAR最高,此时NO2--N平均积累率及其速率分别为77.35%和1.68 mg/(L·h)。温度与系统短程反硝化效能成正比,与Thauera、Terrimonas等反硝化功能菌属丰度成反比。当温度在35℃左右时NAR最高,此时NO_(2)^(-)-N平均积累率及其速率分别为71.21%和1.68 mg/(L·h)。集成短程反硝化为自养脱氮工艺提供NO2--N的过程具有NAR高且运行稳定性强等优点,更适用于自养脱氮工艺稳定高效运行,为该领域提供更多思考。

短程硫黄/硫铁矿自养反硝化脱氮性能研究

为了解决异养反硝化处理低n(C)/n(N)废水需外加有机碳源和硫黄自养反硝化硫酸盐产量较高的问题,启动了短程硫黄/硫铁矿自养反硝化反应器并探究其脱氮性能,通过批式试验考察了n(S)/n(N)、初始pH、硫铁矿和石灰石等因素对脱氮性能的影响.结果表明,短程硫黄自养反硝化总氮(TN)去除率稳定在96%以上,比完全硫黄自养反硝化的实际硫酸盐产量减少大约40%.在氮容积负荷(以NO_(2)^(-)-N计)为0.40 kg/(m^(3)·d)时,短程硫铁矿自养反硝化的TN去除率高达98%,进一步解决了以S^(0)为电子供体时硫酸盐产量较高的问题.短程硫黄自养反硝化在n(S)/n(N)=2.5、初始pH=8时脱氮效果较好;FeS_(2)+NaHCO_(3)组合脱氮效果最好;CaCO_(3)在减少出水中硫酸盐产量和碱度缓释方面具有优势.Thiobacillus是硫自养反硝化反应器的主要功能菌属,相对丰度在13.2%以上.

硫自养短程反硝化探究及响应面法回收单质硫

以实验室成功启动的硫自养短程反硝化污泥作为接种污泥,通过批次试验分别探究HRT、pH值和温度对反应过程的影响.研究表明,控制条件参数HRT为5h、pH值为7.5、温度为30℃时,亚硝酸盐和单质硫积累效果最佳,分别达到92.53%和59.36%.对以上最佳参数条件下运行的污泥取样进行微生物高通量分析,Proteobacteria菌门丰度达到91.44%,是自养反硝化的主要菌门,Thiobacillus菌属丰度为66.04%,是实现硫自养短程反硝化过程中稳定单质硫和亚硝酸盐的主要贡献者.对反应出水中的生物单质硫进行絮凝沉淀回收,响应面优化结果表明,絮凝剂PAC投加量为7.73mL/L、pH值为4.53、搅拌速度为220r/min为生物单质硫絮凝的最佳匹配参数.平行试验验证得平均单质硫絮凝率(SFE)为88.1%.

无机硫自养反硝化处理污废水工程应用进展

系统阐述了以无机硫为电子供体的硫自养反硝化系统中微生物特性,分析了不同反应器中硫自养反硝化微生物的优势菌属、无机硫源氧化还原过程中涉及的功能酶,介绍了加快硫自养反硝化启动的方法,如减少S~0颗粒的粒径、外加磁场、添加硫代谢中间产物或牛血清蛋白等,重点归纳了近年来硫自养反硝化国内外的实际工程应用的情况,并展望了硫自养反硝化技术未来的发展方向,旨在为硫自养反硝化体系发展提供借鉴和参考。

硫自养反硝化工艺亚硝酸盐积累研究进展

厌氧氨氧化(Anammox)由于具有不需外加碳源、污泥产量少、运行费用低等优势,被认为是一种最为高效、经济的污水生物脱氮新技术。然而,亚硝酸盐(NO_(2)^(-)-N)积累是Anammox发生的必要前提。研究表明:短程硝化存在亚硝酸盐氧化菌活性难以稳定抑制的问题,而异养短程反硝化又存在需要外加碳源、碳排放量大等问题。近年来,硫驱动的短程自养反硝化(SPAD)作为一种NO3--N还原为NO_(2)^(-)-N的新方法,因其具有不需要投加有机碳源、经济成本低、环境友好等优势而受到广泛关注。基于此,结合大量国内外文献,全面介绍了SPAD的工艺原理、NO_(2)^(-)-N积累影响因素、脱氮过程副产物、关键菌群和功能基因,并系统总结了SPAD处理效能,最后对各种类型SPAD工艺的经济性能进行了比较分析并提出了未来的研究展望。

不同S/N对硫自养短程反硝化亚硝酸盐积累特性试验研究

短程反硝化是一种厌氧氨氧化基质NO_(2)^(-)-N获取的新型途径。在自养短程反硝化系统中,以硫代硫酸钠作为底物,在不同的硫氮比(S2-/NO_(3)^(-)-N)的条件下,通过控制水力停留时间、温度,将NO_(3)^(-)-N还原至NO_(2)^(-)-N,成功实现自养短程反硝化系统中NO_(2)^(-)-N的积累。实验结果表明,三个S/N表现出不同的NO_(2)^(-)-N的积累,S/N为1:1.14时,NO_(3)^(-)-N的去除率稳定在75%左右,NO_(2)^(-)-N的积累率(NTR)几乎为零;S/N为1:1.71时,NO_(3)^(-)-N的去除率维持在40%~50%之间,NTR增长到8%左右;S/N为1:2.28时,NO_(3)^(-)-N的去除率保持在了35%左右,而NTR持续增长到43%。反硝化速率随S/N的增大而增大,而较低碳氮比更有利于NO_(2)^(-)-N的稳定积累。经高通量测序分析得出,硫自养短程反硝化进程中存在Thioacillus、Thermomonas、Ferritrophicum等所属功能菌种。

HABR系统实现固相异养与单质硫自养集成反硝化试验

采用连续流运行方式，将含NO3^--N的原水依次通过HABR（复合式厌氧折流板反应器）内添加木屑（第1系统）和硫磺颗粒（第2系统）的2个系统，在温度为（25±1）℃的条件下，将NO^--N容积负荷由72g／（m^3·d）逐渐提高至80和96g／（m^3·d），在不需投加传统型外加碳源的条件下实现了固相异养与单质硫自养的集成反硝化．结果表明：进水NO^--N容积负荷为96g／（m^3·d）时，系统NO3^--N总去除率达到99．0％，第1系统和第2系统对NO^--N的去除率贡献各为50．0％；系统出水P（CODMn）为5．74～10．05mg／L，P（S04^2-）为405～870mg／L，并且没有NH4^＋-N和NO^--N的积累．第1系统产生的碱度能部分中和第2系统内产生的酸，进水、第1系统、第2系统出水pH分别为7．5、7．5—7．6、6．5-7．2，使硫自养反硝化系统呈现出较强的pH平衡能力，不需外加石灰石调节碱度即可为反硝化细菌提供较适宜的中性生存环境．系统在pH平衡能力和NO^--N去除效果2个方面均表现出良好的协同作用，并且通过集成反硝化作用弥补了2个系统单独运行时反硝化过程效率低的缺点，较传统异养型生物反硝化降低了运行成本．

单质硫自养反硝化研究现状及展望

介绍了单质硫自养反硝化原理,综述了单质硫自养反硝化工艺的接种污泥种类、影响因素、反应器形式及联合工艺的研究现状,并探讨了今后的研究方向和前景。

自养反硝化工艺的单质硫积累条件研究

利用3.2 L的厌氧膜生物反应器对产物为S0的自养反硝化工艺控制条件进行研究。实验中S/N比控制为2.5,氮负荷为0.07~0.08 kg·m-3·d-1时,分别研究HRT和pH值对底物去除以及单质硫积累的影响。反应器在进水硫化物浓度和NO3--N浓度分别为110和20 mg·L-1情况下运行,在pH值为7时,HRT分别为7.41和6.83 h时对NO3--N和硫化物的去除率基本无影响,分别为93%和100%,但对单质硫的积累有显著影响。HRT为6.83 h时,单质硫的积累率最大,为61%。pH为7.5、7、6.5和6时,对NO3--N和硫化物的去除率基本无影响,较低的pH（pH=7）有利于单质硫的积累,积累率可达62%左右,但进一步降低pH对单质硫积累率提高的帮助不大,仅能提高至65%。

短程硝化反硝化+厌氧氨氮化+硫自养反硝化工艺处理老龄填埋场渗沥液中试工程设计

采用短程硝化反硝化+厌氧氨氧化+硫自养反硝化工艺用于老龄填埋场渗沥液,对佛山高明苗村白石坳垃圾卫生填埋场的垃圾渗沥液进行中试工程设计,设计处理规模12 m^(3)/d,出水水质达广东省地方标准《水污染排放限制》(DB44/26-2001)中第二时段一级标准与《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)表2的较严值,解决传统生化工艺处理过程中的碳源投加量大、污泥产生量大等问题,为优化该场渗沥液处理工艺以及降低处理成本提供理论支持,也为同类项目提供参考。

新型单质硫自养生物膜反应器脱氮性能研究

在上流式反应器中添加尼龙填料,并以小颗粒单质硫和NaHCO_3作为底物构建自养高效脱氮系统。在(35±1)℃下,经过70 d运行,在HRT为2.4 h、进水NO_3^--N浓度为150 mg/L时,达到1.3 kg/(m^3·d)的最大稳定脱氮能力。启动初期,应该缓慢提高进水NO_3^--N负荷来驯化反应器。S/N(摩尔)批次试验发现,在最佳摩尔比为10时,NO_3^--N的转化率为90%;而摩尔比低于10时,NO_3^--N转化速率随着单质硫粉浓度增大而增大,且摩尔比为1.1时,会出现NO_2^--N积累。由于传质效率低和单质硫流失问题,连续流反应器中S/N(摩尔)比宜在5.5以上,防止出现NO_2^--N积累。当进水NO_3^--N浓度为150 mg/L、HRT为2.4 h时,控制温度从(35±1)℃缓慢降至(20±0.5)℃,反应器脱氮能力稳定在1.4~1.5 kg/(m^3·d),说明本反应器对温度下降适应性较强,具备常温下高效运行的能力。

硫源对反硝化脱氮性能及微生物群落结构的影响

为探究不同硫源驱动下硫自养反硝化系统的脱氮性能及各自优缺点,该文采用UASB反应器研究进水NO_(3)^(-)-N浓度、水力停留时间对负载型单质硫(PFSF)自养反硝化系统和硫代硫酸钠(Na_(2)S_(2)O_(3))自养反硝化系统脱氮性能的影响,并从微生物群落结构角度分析2个系统种间协同竞争作用。结果表明:(1)相同条件下,Na_(2)S_(2)O_(3)自养反硝化系统脱氮性能、抗负荷能力、稳定性优于PFSF自养反硝化系统。(2)Na_(2)S_(2)O_(3)系统和PFSF系统优势菌属均为Thiobacillus和Sulfurimonas,自养脱氮菌属丰度分别为49.92%和47.54%,Na_(2)S_(2)O_(3)系统微生物群落结构比PFSF系统更复杂。(3)两系统均具有稳定的微生态平衡,Na_(2)S_(2)O_(3)系统中自养反硝化菌和混合营养反硝化菌存在协同作用,PFSF系统中自养反硝化菌和厌氧氨氧化菌存在协同作用,同时存在微生物种间的硫循环过程。(4)从经济成本角度分析,PFSF系统的经济性优于Na_(2)S_(2)O_(3)系统。研究显示,Na_(2)S_(2)O_(3)和PFSF为电子供体的自养反硝化系统均有良好的生物脱氮性能,且PFSF系统更经济。该文为负载型单质硫自养反硝化脱氮技术的实际应用提供理论支持。

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO3^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/(m^3·d);SBR周期内NO2^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO3^--N还原为NO2^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO2--N还原为N2过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO3^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/(kg VSS⋅d),硫自养反硝化污泥NO2^--N降解速率为0.117kg N/(kg VSS⋅d),污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.

废水短程碳氮硫同步脱除工艺可行性研究

分别考察了部分短程和完全短程模式对反硝化脱硫单元运行效果的影响。结果表明,当短程硝化率由25%增加到40%、再到55%时,亚硝酸盐未对混养反硝化脱硫单元效能产生任何抑制作用;在亚硝酸盐浓度为190mg.L-1的完全短程模式下,混养反硝化脱硫单元仍然保持较好的碳、氮和硫的脱除效能,硫化物和有机物去除率高达100%左右,单质硫产率100%,亚硝酸盐去除率80%以上。表明短程碳氮硫同步脱除工艺系统具有可行性。

单质硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化脱氮

通过在厌氧氨氧化(ANAMMOX)连续流反应器中添加单质硫,试图引入单质硫自养短程反硝化(short-cut S0-SADN)来强化ANAMMOX过程中NO^-3-N的去除.在温度为(33±2)℃,pH为7.8~8.2条件下,探讨不同的进水NH^+4-N/NO^-2-N比对耦合系统中氮素转化以及NO^-2-N竞争特性的影响.结果表明,在不同的进水NH^+4-N/NO^-2-N比(1∶1.3、1∶1.5、1∶1和1∶1.1)下,耦合系统的TN平均去除率分别达到了96.78%、97.21%、94.68%和97.72%,均远远大于ANAMMOX理论TN最高去除率89%.其中,在进水NH^+4-N/NO^-2-N比为1∶1或1∶1.1条件下,耦合系统能够实现单质硫自养短程反硝化耦合ANAMMOX深度脱氮的稳定运行.在最佳进水NH^+4-N/NO^-2-N比1∶1.1、NH^+4-N和NO^-2-N浓度分别为240mg·L^-1和265mg·L^-1条件下,TN去除速率达到1.50kg·(m^3·d)^-1,ANAMMOX和S0-SADN途径的TN去除率分别稳定在(95.68±1.22)%和(2.04±0.77)%.在整个运行过程中,ANAMMOX在底物NO^-2-N的竞争过程中一直占据着绝对的优势,ANAMMOX菌的活性(以NH^+4-N/VSS计)稳定在(0.166±0.008)kg·(kg·d)^-1.

单质硫颗粒尺寸及反应器类型对硫自养反硝化反应器启动的影响

室温下(19~24℃),采用硫自养反硝化生物膜反应器和厌氧污泥反应器,接种厌氧活性污泥,研究了反应器类型和单质硫尺寸对硫自养反硝化反应器启动的影响.结果表明,生物膜反应器经过65 d运行后获得稳定的脱氮效能,在进水NO^-_3-N浓度为150 mg·L^(-1),HRT为3.3 h,NO^-_3-N去除率为91%,TN去除率为77%,TN去除速率为0.67~0.83 kg·(m3·d)^(-1).对于厌氧污泥反应器,随着进水NO^-_3-N负荷的提高,污泥产气量的增加导致了污泥上浮.在进水NO^-_3-N浓度为185 mg·L^(-1),HRT为3.3 h的条件下,获得最大去除速率1.1 kg·(m3·d)^(-1),但是出水NO^-_3-N浓度的增加导致出水水质恶化,且污泥上浮严重影响了反应器的稳定运行.分别采用0.8 mm、3.0 mm的单质硫颗粒作为反应器启动的电子供体,于批试反应器中进行试验.试验结果表明,采用0.8 mm的单质硫颗粒能够获得较高的NO^-_3-N、TN去除率,出水NO^-_2-N浓度也明显低于采用3.0 mm的单质硫颗粒作为电子供体的反应器.

硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮条件控制研究

采用全混式厌氧搅拌罐,研究自养条件下,厌氧氨氧化与硫自养反硝化共同存在时,前者对系统中硫酸盐的产生和碱度消耗的影响.投加单质硫颗粒50 g·L^(-1),接种厌氧氨氧化颗粒污泥100 g·L^(-1)(湿重),控制温度35℃±0.5℃,搅拌强度120r·min-1,p H为8.0~8.4.启动硫自养反硝化阶段,进水硝酸盐浓度为200 mg·L^(-1),水力停留时间为5.3 h,反应器硝态氮负荷达0.56~0.71 kg·(m^3·d)^(-1).硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化反应过程中,添加60 mg·L^(-1)氨氮后,硝态氮负荷仍维持在0.66~0.88kg·(m^3·d)^(-1),氨氮负荷为0.27 kg·(m^3·d)^(-1).反应体系内单位硝酸盐转化产生的硫酸盐Δn(SO^(2-)_4)∶Δn(NO^-_3)由1.21±0.06降低至1.01±0.10,Δ(IC)∶Δ(NO^-_3-N)由0.72±0.1降低至0.51±0.11,出水p H值由6.5上升至7.2.序批试实验优化反应条件:在搅拌强度G_T值为22~64 s^(-1),p H值为8.08时,耦合反应Δn(NH^+_4)∶Δn(NO^-_3)最高达到0.43,硝酸盐转化速率提升60%,过高搅拌强度(搅拌速度G_T值>64 s^(-1))、不适宜的p H值(最适p H值为8.02)环境都会起同步转化效率的降低.

硫自养反硝化处理高含氟光伏废水可行性

为了研究硫自养反硝化处理高含氟光伏废水的可行性,室温(20~25℃)下,采用驯化后的硫自养反硝化生物膜反应器,探究了不同进水F-浓度对硫自养反硝化脱氮效能的影响.结果表明,当进水F-浓度为0~700 mg·L^(-1)时,随着F-浓度的提升,反应器的脱氮效能逐渐提升,且当F-浓度为700 mg·L^(-1)时,可获最大TN去除速率1.0 kg·(m3·d)-1.当进水F-浓度在700~900 mg·L^(-1)时,经短期驯化,TN去除速率可稳定在0.81~0.87 kg·(m^3·d)^(-1).当进水F-浓度提升至900 mg·L^(-1)以上时,反应器的TN去除速率随进水F-浓度的提升而下降,最低至0.4~0.5 kg·(m^3·d)^(-1).以光伏废水为研究对象,在进水F-浓度为800 mg·L^(-1)左右,进水NO_3^--N浓度为390~420 mg·L^(-1),HRT为8.8 h的条件下,经50 d运行后,获得稳定的脱氮效能,TN去除速率为1.1 kg·(m^3·d)^(-1),出水TN为15~25 mg·L^(-1),达到污水接管排放标准.采用传统反硝化工艺和硫自养反硝化工艺脱氮处理光伏废水的成本分别为2.468元·t^(-1)和2.072 8元·t^(-1),硫自养反硝化工艺更节约脱氮处理成本.

SASD-A体系构建及进水不同S/N对脱氮工艺的影响机制

为了解决低碳或无机类工业废水中硝酸盐和氨氮含量高且难去除的问题,本实验采用厌氧反应器,接种普通厌氧颗粒污泥,以Na2S2O3为电子供体,通过逐渐提升进水NO_(3)^(-)-N浓度的方式快速启动硫自养短程反硝化过程(SASD),然后,在此基础上加载附着厌氧氨氧化(Anammox)菌的填料,控制温度为(30±1)℃,经过147天的运行,构建了硫自养短程反硝化与厌氧氨氧化耦合工艺(SASD-A)。阐明了SASD和Anammox之间的相互作用和脱氮贡献率,探究了进水不同S/N (S2O32-:NO_(3)^(-)-N)浓度比值对(SASD-A)体系脱氮效能的影响机制及微生物种群响应特性。结果表明:不同进水S/N比对SASD-A工艺脱氮性能影响明显,当进水S/N比为3/1时,NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N和TN的去除率分别为91.49%、90.81%和91.44%。不同S/N对SASD-A耦合体系中功能菌属的相对丰度有着直接的关系,与脱氮功能相关的主要优势菌属有Limnobacter (2.85%~4.71%),Denitratisoma (1.01%~1.99%),Candidatus_Brocadia (2.28%~18.81%),norank_f_Bacteroidetes_vadin HA17 (6.68%~10.81%),norank_f_PHOS-HE36(6.93%~11.47%)等。批次实验表明,在SASD-A体系中,硫氧化菌以还原性Na2S2O3为电子供体,将其转化为S0和硫酸盐,同时将水体中硝酸盐还原为亚硝酸盐,产生的亚硝酸盐和氨氮在有厌氧氨氧化菌的作用下发生反应,生成气态氮,厌氧氨氧化在脱氮过程中占主导地位。

厌氧氨氧化菌种类及其与各类功能菌在ANAMMOX系统内的协作

对目前所发现并报道的共计6个属27种厌氧氨氧化菌进行了总结,结合厌氧氨氧化与短程硝化、短程反硝化、反硝化、厌氧甲烷氧化以及硫自养反硝化5类耦合脱氮工艺,介绍了厌氧氨氧化菌与氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌、反硝化菌、硫自养反硝化菌以及厌氧甲烷氧化菌之间的相互协作过程,比较了各工艺的优势与不足,归纳了5类耦合工艺的研究重点与难点。认为可以通过多参数在线监测技术的开发及各耦合工艺模型的建立,以达到对反应工况实时控制;同时随着对各生化反应电子传递链,以及基于厌氧氨氧化的污水处理工艺内各功能菌群的协作关系的深入了解,存在问题将迎来更优化的解决方案。