后置反硝化生物脱氮除磷工艺在水处理中的应用

介绍了AOAO、SBR、MSBR、氧化沟、DEPHANOX等后置反硝化生物除磷脱氮工艺的流程及处理效果。该工艺由于聚磷微生物经过厌氧释磷后进入生化效率较高的好氧环境 ,其在厌氧池形成的吸磷动力可以充分地得到利用 ,故有较好的除磷效果。但碳源不足制约了系统的脱氮效果 ,在解决好反硝化脱氮碳源问题的条件下 ,该工艺也能取得较好的同时脱氮除磷效果 ,且操作简便 ,运行费用低 ,将有较好的应用前景。

复合硫基质驱动自养反硝化脱氮除磷效能与微生物群落结构

针对单一硫基质驱动自养反硝化性能的缺陷,采用单质硫(S^(0))与天然铁硫矿石(FeS、Fe_(1-x)S、FeS_(2))两种矿物作为生物填料,构建3组复合硫基质填充床反应器(B1、B2、B3),探究了启动与稳定运行期间反应器对市政尾水深度脱氮除磷的效果与微生物群落结构的特征。结果表明,3组反应器均表出现较高的脱氮性能,NO_(3)^(-)-N去除率均随反应器水力停留时间(HRT)的延长而提高,当反应器HRT分别为1h(B1)、12h(B2)和9h(B3)时,均实现20mg/L NO_(3)^(-)-N完全去除。PO_(4)^(3-)-P与脱氮过程中产生的铁离子形成铁磷沉淀物而被去除,且PO_(4)^(3-)P的去除率与脱氮效果呈正相关。复合硫基质反应器的SO_(4)^(2-)/NO_(3)^(-)低于单一硫基质自养反硝化系统,硫酸盐产生量相应降低,且pH保持在6.3以上,无需添加pH缓冲剂。微生物群落结构分析表明,Thiobacillus(硫杆菌属)和Ferritrophicum(铁氧化菌属)是3组反应器中硫自养反硝化菌的优势菌属,在B1、B2和B3反应器的相对丰度分别为16.07%和31.24%、30.07%和50.19%以及30.20%和11.62%。复合硫基质提高了微生物群落丰度和物种多样性,从而表现出良好的脱氮除磷效果。

黄铁矿-硫自养反硝化生物滤池同步脱氮除磷

基于黄铁矿的自养反硝化(PAD)工艺具有成本低,产泥量少等优点,是一种具有前景的低C、N比废水脱氮除磷技术。然而,与其他硫基自养反硝化(SAD)工艺相比,PAD的动力学较慢,限制了其工程应用。为此,构建了黄铁矿、硫单质为填料的自养反硝化生物滤池(PSAD-BF)和黄铁矿为填料的硫化钠驱动的自养反硝化生物滤池(SAD-BF),PSAD-BF的硝酸盐去除负荷和去除率均高于SAD-BF,FeS_(2)和S^(0)之间的相互作用加速了反硝化过程并维持了酸碱平衡,减少了硫酸盐的产生,同时通过生成FePO_(4)和Fe_(3)(PO_(4))_(2)(OH)_(2)去除磷酸盐。长期运行结果表明:在HRT为3~12 h时,PSAD-BF对总氮和磷酸盐的去除率达到90%~100%,最高反硝化速率可达600 mg/(L·d)。PSAD-BF是一种很有前途的实现铁硫耦合自养反硝化除磷的工艺。

定向调控电子受体强化好氧颗粒污泥内源反硝化脱氮除磷

为强化内源反硝化作用,加强对有限碳源的高效利用,设置了1组厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)和3组不同好氧时间分配的厌氧-两级短时好氧/缺氧(A/(O/A)_(2))序批式反应器,探究定向调控电子受体下污泥的颗粒化及反硝化聚糖菌(DGAOs)的富集情况.结果表明,采用两级短时好氧/缺氧的反应器好氧颗粒污泥结构更加致密、沉淀性能更好,缺氧段及好氧段电子受体更充足,DGAOs储存内碳源的能力得以强化,系统中反硝化聚糖菌和DGAOs对碳源的竞争达到平衡状态,系统有更高的内源反硝化脱氮率,实现了深度脱氮除磷.其中,两级短时好氧时间分配时间为前段60min/后段30min的R2的脱氮除磷效果最好,DGAOs含量最高,且颗粒沉降性能最佳.第45d,R2的COD、TN、TP去除率分别达到90.52%、85.71%、92.73%,内源反硝化效率达到58.59%,具有良好的污染物去除效果.

硫化物对厌氧氨氧化耦合自养脱硫反硝化工艺脱氮除硫效能的影响

以成熟Anammox颗粒污泥与产甲烷颗粒污泥作为接种物实现了硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化(SADA)工艺快速启动,探究了不同硫化物负荷对SADA工艺脱氮效能的影响及其脱硫机理.结果表明:较高硫化物负荷(>1.50g S/(L·d))对耦合系统中An AOB无显著抑制作用,相应的系统脱氮效率连续运行1.5个月后趋于稳定.当将硫化物浓度降为零,耦合系统的总氮去除率(TNRE)仍能达到88.1%,相应的化学计量比R_(s)(1.23±0.13)与R_(p)(0.33±0.08)亦与Anammox理论值近似,表明解除高硫化物负荷胁迫条件后SADA系统中Anammox颗粒污泥仍能实现生物脱氮过程.当解除高硫化物负荷胁迫1.5个月后,在较低硫化物负荷条件下(0.30g S/(L·d))恢复硫化物胁迫,耦合系统出水NO_(3)^(-)降低,相应的R_(p)降至0.21,表明SADA系统仍能较好地实现同步脱氮除硫,兼具硫自养反硝化和厌氧氨氧化的双重功效.系统存在的产甲烷颗粒污泥降低硫化物对An AOB抑制,缩短了SADA工艺启动时间,且能在重新引入硫化物后快速激活脱硫反硝化过程.通过颗粒污泥形态分析和高通量测序菌群解析可知:不同硫化物胁迫条件下,SADA系统中仍能实现An AOB(如Candidatus Kuenenia,16.9%)和硫氧化菌(如Thiobacillus,31.6%)的共存富集,且能实现高硫化物负荷条件下较高的TNRE(>60%)和硫单质产率(95.2%).

好氧反硝化细菌Burkholderia sp.ZH8的脱氮特性与生物强化作用

针对传统生物脱氮处理含氮废水工艺流程复杂、脱氮效率低的问题,从实验室运行稳定的生物滤池筛选得到一株好氧反硝化菌株ZH8,该菌株具有较强的异养硝化和好氧反硝化能力.通过形态学、生理生化特征及16S rDNA序列分析,鉴定菌株ZH8为伯克氏菌(Burkholderia sp.).单因素试验表明,好氧反硝化菌株ZH8的最佳培养条件为:碳源为丁二酸钠,C/N为15,温度为30℃,转速为160r/min和pH值为7~8.此外,菌株ZH8不仅能以NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N或NO_(2)^(-)-N分别为单一氮源进行生长,而且在混合氮源条件下也可实现同步硝化反硝化作用.通过全基因组分析,菌株ZH8的异养硝化脱氮为谷氨酸脱氢酶途径的铵同化过程,好氧反硝化途径为:NO_(3)^(-)-N→NO_(2)^(-)-N→NO→N_(2)O→N_(2),碳代谢途径包括三羧酸循环、乙醛酸循环、糖酵解和戊糖磷酸.在采用纯菌ZH8为菌种培养的生物膜反应器中,反应运行至8~15d即可完成挂膜,系统可维持高效稳定的脱氮性能,NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N及TN的去除率均可达到90%以上.该菌株为生物处理领域提供了新型菌种资源,能够有效处理含氮废水,具有实际应用价值.

矿源比对自养反硝化深度脱氮除磷性能的影响

针对自养反硝化技术常规滤料出水中SO_(4)^(2-)浓度高、不能同步除磷的问题,通过批次实验探究复合矿源滤料自养反硝化(MSAD)的脱氮除磷性能。对矿源滤料硫铁矿(FeS_(2))和菱铁矿(FeCO_(3))在不同质量配比下脱氮除磷效果进行分析。结果表明,相比于单一FeS_(2)为电子供体,复合矿源(FeS_(2)和FeCO_(3))表现出更高的NO_(3)^(-)-N去除速率、较低的硫酸盐浓度和稳定的pH。在驯化结束后稳定运行的第4天,m(FeS_(2))∶m(FeCO_(3))=2∶1系统脱氮性能最佳,NO_(3)^(-)-N的去除率为93%;TN的去除率为86%;m(FeS_(2))∶m(FeCO_(3))=1∶1系统总磷去除效果达到最优(65%)。物种分析证明复合矿源中硫自养反硝化的微生物种类占主导地位。

反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统深度脱氮对比研究

对比分析了反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统在不同进水条件和不同水力停留时间(HRT)下的脱氮效果。结果表明,当进水COD较高即外部碳源较为充足时,反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统脱氮效果接近;而当进水总氮浓度较高即外部碳源受限时,生物膜系统的脱氮效果优于颗粒污泥系统。在不同的HRT条件下(3~6 h),反硝化生物膜系统的深度脱氮效果均优于反硝化颗粒污泥系统,且当HRT=5 h时,两系统的脱氮性能均达到最高。实验结果表明反硝化生物膜系统在脱氮性能方面略胜一筹。但是,结合经济性和去除性能进一步分析可知,与生物膜系统相比,颗粒污泥系统具有占地面积小、无载体成本等低成本的显著优势,在既有工艺出水深度脱氮的工程实践中,可优先选择反硝化颗粒污泥工艺,并可通过控制颗粒粒径和系统运行参数等措施强化脱氮性能。

纳米塑料对好氧/缺氧生物反硝化脱氮系统的影响探究

为了探究纳米塑料(NPs)对好氧/缺氧生物反硝化脱氮性能的影响,设置四组序批式反应器(SBR),通过控制进水NPs含量(0~2000μg/L),在30~35℃环境下考察了NPs对SBR内污染物去除和生物脱氮性能、污泥特征及微生物群落特征的影响。结果表明,低浓度NPs未能影响生物脱氮,而超过500μg/L NPs降低了污染物及生物脱氮性能。高浓度NPs降低了污泥内混合液总悬浮固体浓度及有机质占比,并降低了污泥沉降性。NPs能提高污泥胞外聚合物含量并增加其内蛋白质和多糖含量,在2000μg/L NPs内,EPS含量提高至105.2~112.5 mg/g,PN和PS含量分别提高至70.9~71.8 mg/g和39.8~42.5 mg/g。典型周期研究发现NPs促进了NO_(2)^(-)-N和NO_(3)^(-)-N的积累。高浓度NPs降低了比耗氧速率,抑制微生物代谢。微生物群落结果研究表明NPs降低Proteobacteria、Bacteroidota的相对丰度。研究结果为生物脱氮系统处理含NPs废水提供了一定的理论依据。

短程反硝化用于污水脱氮的机制、影响因素和工艺研究进展

短程反硝化可以将硝酸盐部分还原并实现亚硝酸盐的积累,是厌氧氨氧化反应获取亚硝酸盐底物的重要途径,在污水高效低耗脱氮中具有较大的应用潜力,成为近年来的研究热点。首先从短程反硝化的生物过程及相关微生物菌群类型方面介绍了短程反硝化的作用机制;随后针对碳源、C/N、环境条件、重金属等方面总结了影响短程反硝化过程的因素,并阐述了近几年短程反硝化工艺在实际污水脱氮过程中的工艺研究;最后,探讨了现阶段短程反硝化研究过程中存在的问题,并对工艺的优化启动策略进行了展望,以期为该工艺在污水脱氮中的进一步发展和应用提供理论支撑。

单一碳源及复合碳源在生物反硝化中的脱氮效能研究

随着国家污水排放标准的提升,污水处理厂生化池需要投加碳源来提高总氮去除率,做好生物反硝化,实现出水达标排放。研究生化系统使用单一碳源或者复合碳源进行生物反硝化时总氮和硝态氮去除效率,可以为污水处理厂选择碳源提供参考,提高生化系统总氮去除率,降低污水处理厂运行成本。

基于六偏磷酸钠-Fe^(2+)的铁盐脱氮反应器运行性能及微生物学特征研究

以实验室高效反硝化反应器中的反硝化污泥作为接种污泥,启动自养型六偏磷酸钠-Fe^(2+)脱氮反应器,试验采用模拟废水通过88 d的不间断运行,研究了铁盐脱氮工艺的脱氮效能及其微生物学特性。结果表明,当反应器硝态氮容积负荷为0.42 kg/(m^(3)·d)时,最高稳定氮去除负荷为0.41 kg/(m^(3)·d);当Fe^(2+)容积负荷为4.92 kg/(m^(3)·d)时,最大铁去除负荷为2.77 kg/(m^(3)·d)。反应器稳定运行时硝态氮、Fe^(2+)的去除率分别达94.6%、52.6%,最佳效能可维持28 d。反应器运行到第82天时,颗粒污泥由黄色变为灰褐色,颗粒解体,污泥比活性逐渐升高,比反硝化活性由0.71 mg[N]/(g[VSS]·h)升高到2.3 mg[N]/(g[VSS]·h),同比上升224%;比铁氧化活性由7.3 mg[Fe]/(g[VSS]·h)升高到15 mg[Fe]/(g[VSS]·h),同比上升105%。六偏磷酸钠-Fe^(2+)脱氮作为一种新型自养反硝化技术,不仅增强了活细菌的生物活性和反硝化活性,还延长了铁盐脱氮污泥反硝化的高效期。

不同碳氮比(C/N)等单因素对反硝化除磷菌脱氮除磷性能的影响分析

对污水处理中反硝化除磷菌在不同碳氮比(C/N)及其他环境因素(如pH、溶解氧、温度)影响下的脱氮除磷性能进行深入分析。从菌种选择与培养、模拟废水配置、实验设计与数据分析等方面进行论述,旨在揭示碳氮比及上述环境因素如何调控脱氮除磷过程。提出基于实验数据的优化策略,以及相应的数学模型,用于预测不同参数对脱氮除磷效率的具体影响。此研究达到提高污水处理效率和降低运营成本的效果,解决现有污水处理技术中脱氮除磷过程效率低下和环境因素影响不明确的问题。通过系统的实验方法和详尽的数据分析,为污水处理系统的设计和操作优化提供科学依据和实践指导,推动污水处理技术的发展与环境保护事业的进步。

无机-有机基质配置对反硝化生物滤池脱氮除磷效能的影响机制

以火山岩-聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)、黄铁矿-PHBV为基质分别构建反硝化生物滤池R_(1)和R_(2)系统,考察系统间脱氮除磷的效果差异,并探究微生物群落结构特征以揭示其影响机制。结果表明,R1系统具备更好的氮负荷抗冲击能力,而R2系统的PO_(4)^(3-)—P去除率远高于R1系统,这主要是由火山岩和黄铁矿的物理形貌和化学组成差异所导致的。高通量测序结果表明,尽管R_(1)系统具有更好的氮负荷抗冲击能力,但R_(1)系统的反硝化细菌的相对丰富度低于R_(2)系统,说明黄铁矿更有利于系统反硝化菌属的优势形成。研究结果可为生物滤池中基质优化配置提供新思路,为开发高效同步脱氮除磷的生物滤池系统提供新策略。

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。

一株耐碱好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮性能

为改善强碱环境下微生物脱氮效率低下的问题,从上海市稻田土壤中分离出一株具有强碱适应能力的好氧反硝化菌。经细胞形态学观察及16S rDNA分析,鉴定其为琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii),并命名为琼氏不动杆菌5-2。结合单因素影响试验考察该菌株在不同环境条件下的脱氮效果,发现其在一定pH值(7.0~12.0)及盐质量浓度范围(10~30 g/L)内,均能保持较高的硝氮去除率(>90%)。在以乙酸钠为碳源、硝酸钾为氮源、碳氮质量比(m(C)/m(N))值为12、温度为35℃、转速为90 r/min、初始pH值为10.0、初始硝氮质量浓度为41.07 mg/L的条件下培养120 h后,该菌株对硝氮及总氮的去除率分别为97.83%及65.85%,同时,对该菌株好氧反硝化相关酶活性及基因进行检测。研究结果表明,琼氏不动杆菌5-2具有高效好氧反硝化能力,有望应用于处理实际含氮废水。

低氮浓度下的硫自养反硝化深度脱氮研究

构建硫自养反硝化反应器分别探究污水处理厂二级出水的深度脱氮与尾水的极限脱氮。研究结果表明,在DO的质量浓度低于0.5 mg/L,HRT为15 min的条件下,二级出水TN的质量浓度由10 mg/L左右稳定降至5 mg/L以下,出水TN可达到昆明市地方标准DB5301/T 43—2020《城镇污水处理厂主要水污染物排放限值》中A级标准;在DO的质量浓度低于0.5 mg/L,HRT为20 min的条件下,尾水TN的质量浓度由6 mg/L左右稳定降至1 mg/L以下,出水TN可达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水标准。采用高通量测序对反应器内微生物群落结构进行分析,结果表明在属水平上硫自养反硝化优势菌群有Thiobacillus和Sulfurimonas。

一株嗜碱兼性好氧反硝化菌Marinobacter sp.B3的分离鉴定及脱氮性能研究

为获得反硝化脱氮效率较好的菌株,实验从海水螺旋藻培养体系中分离获得一株嗜碱兼性好氧反硝化菌,通过观察细菌形态以及16S rRNA基因序列的同源性分析,鉴定该菌株为海杆菌属,命名为Marinobacter sp.B3。为明确该海杆菌的反硝化性能及氮转化途径,研究开展了溶解氧(DO),碳氮摩尔比(C/N),pH和温度等不同单因素对反硝化性能影响实验和氮平衡实验。单因素影响实验结果表明,当硝酸钾(KN0_(3))作为唯一氮源,NO_(3)^(-)-N的初始浓度为100 mg/L,盐度32,振荡速度为150 r/min(初始DO质量浓度是5.6 mg/L),C/N=10,pH=8.0±0.2,温度为35℃时,可获得最大脱氮效果。氮平衡实验结果得出,在好氧环境下,有20.11%的NO_(3)^(-)-N转化为胞内氮,5.58 mg/L的NO_(3)^(-)-N转化为其他形态(NO_(2)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N和有机氮),74.72%转化为N2释放;厌氧环境下,有26.65%的NO_(3)^(-)-N转化为胞内氮,72.86%的NO_(3)^(-)-N转化为气态产物释放。最终实验结果表明,Marinobacter sp.B3在好氧和厌氧条件下,48 h对NO_(3)^(-)-N的去除率分别为99.89%和93.80%,具有较好的反硝化脱氮能力,且在好氧条件下NO_(3)^(-)-N去除效率更高,在海水工厂化循环水养殖尾水处理方面具有良好的应用前景。

咖啡果胶水解液作为反硝化碳源的脱氮试验研究

以咖啡果胶水解液作为外加碳源,通过分析不同HRT和m(COD)/m(TN)(记作C/N)下反硝化生物滤池(DNBF)的脱氮效果和反应器中微生物的群落特征,探究了咖啡果胶水解液的脱氮性能,并将其与传统碳源乙酸钠进行比较。研究结果表明,咖啡果胶水解液系统的最佳HRT=1 h,最佳C/N为6,在此条件下,当进水TN、NH4+-N分别为(33.97±2.06)、(3.09±0.19)mg/L时,咖啡果胶水解液系统可将出水TN和NH4+-N分别降至(3.12±0.59)mg/L和(2.19±0.14)mg/L,出水NO3--N稳定在1 mg/L以下,NO3--N去除率达到97.13%,NO_(2)--N无明显累积,单位质量COD反硝化去除的NO3--N为0.22 g/g,接近于对照组乙酸钠的反硝化能力。咖啡果胶水解液系统中的微生物多样性优于乙酸钠体系,Zoogloea、Ignavibacterium、unclassified_Prolixibacteraceae、Longilinea等降解有机物的功能微生物和反硝化功能微生物大量存在,保证了咖啡果胶水解液作为碳源的反硝化效果。

序批式生物膜反应器强化苯胺废水脱氮的特性及机理研究

采用序批式生物膜反应器(SBBR)处理600 mg/L的苯胺废水,并与序批式活性污泥反应器(SBR)进行对比。结果表明:两组反应器对苯胺均能达到100%的去除效果,但SBBR的总氮去除效率更高。SBBR的硝化以异养硝化为主,同时也存在一定程度的自养硝化;反硝化过程是外加碳源缺氧反硝化。高通量测序结果表明,SBBR的活性污泥和生物膜能更好地兼容苯胺降解菌群和脱氮功能菌群的生长和发育,从而保证苯胺废水的脱氮。