同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥的储存与恢复

针对好氧颗粒污泥颗粒化时间慢等问题,进行了同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥常温储存及活性恢复实验研究.结果表明,好氧颗粒污泥经过60d的常温储存后,颗粒的结构基本能保持稳定,但是颗粒污泥的活性大幅度降低,污染物去除率仅有储存前的30%~40%.将常温储存的颗粒污泥接种到反应器中,经过一定的调控手段,可以在60d内恢复好氧颗粒污泥的功能及活性.此外,经过储存与恢复,好氧颗粒污泥的群落结构也发生了明显变化.大部分的微生物的相对丰度变化可逆,经过储存和恢复可以恢复至储存前的状态(包括Defluviicoccus(GAOs)和Flavobacterium(PAOs)),重构同步脱氮除磷的微生物群落结构.

振动MBR结合精确曝气与回流强化脱氮除磷

为探索一种利用反硝化聚磷菌(DPAOs)与反硝化聚糖菌(DGAOs)强化脱氮除磷的新工艺手段,在一座传统曝气MBR工艺的市政污水处理厂内开展了新型振动MBR工艺结合精确曝气与回流控制技术的中试研究。在膜池MLSS为12~15 g/L、膜通量为20 L/(m^(2)·h)时,振动MBR中试TMP稳定保持在10~25 kPa,膜振动电机平均电耗为0.042 kWh/m^(3),比水厂曝气MBR膜吹扫风机电耗降低了61.8%。在精确曝气与回流控制下,中试好氧池前端DO低于0.5 mg/L,后端DO保持在0.3~1.2 mg/L;前缺氧池后端硝氮保持在2~3 mg/L,厌氧池硝氮接近0 mg/L,提供了有利于内碳源合成与利用的生化环境条件。振动MBR结合精确控制显著强化了反硝化除磷与内源反硝化作用,中试缺氧吸磷量占缺氧与好氧吸磷量之和的比例超过了40%,后缺氧池内源反硝化脱氮量较水厂提升了1~3 mg/L,最终出水总氮较水厂降低了3~6 mg/L。在中试厌氧池投加乙酸钠后系统脱氮除磷效果进一步提升,出水总氮与总磷分别稳定低于5 mg/L与0.5 mg/L。中试的硝化菌、反硝化菌、DPAOs与DGAOs相对丰度分别比水厂提高了0.76%、1.15%、1.96%与0.58%,其中Dechloromonas与CandidatusCompetibacter分别为主要的DPAOs与DGAOs菌属。

NO_(x)^(-)-N积累对好氧颗粒污泥内源脱氮性能影响

好氧颗粒污泥(AGS)具有内源脱氮能力,利用其自身碳源脱氮具有降低离子型稀土矿山尾水处理成本潜力。利用单因素试验探索了亚硝态氮(NO_(2)^(-)-N,0~100 mg/L)及硝态氮(NO_(3)^(-)-N,0~100 mg/L)积累对AGS内源脱氮性能的影响。接种AGS会引入7~24 mg/L的氨氮,但不同NO_(x)^(-)-N积累浓度下AGS表现出良好的硝化性能,对氨氮去除率均接近100%。当起始NO_(2)^(-)-N≤10 mg/L时,总无机氮(TIN)的去除率在44.39%~77.6%,随着起始NO_(2)^(-)-N进一步增大至100 mg/L,反应结束时TIN去除率不足7.1%。当起始NO_(3)^(-)-N≤10 mg/L时,反应结束时TIN去除率在36.23%~83.02%,随着起始NO3--N进一步增大至100 mg/L,反应结束时TIN去除率不足4.38%。NO_(2)^(-)-N积累下AGS的脱氮性能整体强于NO_(3)^(-)-N积累下AGS的脱氮性能,主要是NO_(2)^(-)-N积累下溶解氧更低所致。

COD/N对短程内源反硝化过程中NO和N_(2)O积累的影响

利用序批式活性污泥反应器研究不同碳氮比(COD/N)(1,3,4,6)对短程内源反硝化污染物去除性能以及NO和N_(2)O积累的影响。结果表明,化学需氧量和亚硝态氮在COD/N大于3时去除效果较好。NO的积累峰值随着COD/N的增加而先增加后降低,在COD/N为4时达到最大值0.45 mg/L。而N_(2)O则呈现先降低后增加的趋势,当COD/N为3时积累峰值最小(3.7 mg/L)。NO的积累与COD/N、厌氧时间、NO和游离亚硝酸的抑制有关。N_(2)O的积累是COD/N、NO、游离亚硝酸等共同作用的结果。

AOA-O模式下好氧颗粒污泥同步硝化内源反硝化除磷

为构建同步硝化内源反硝化除磷颗粒污泥系统,设置四组厌氧/好氧/缺氧(AOA)以及不同后置曝气时间(5min、10min、20min)的AOA-O序批式反应器,探究不同运行模式下污泥颗粒化和反硝化聚磷菌(DPAOs)富集情况.结果表明,后置短时曝气的反应器颗粒污泥结构致密、沉淀性能良好,可强化内碳源储存并分泌更多的胞外聚合物(EPS),具有更高的脱氮除磷率及DPAOs占比.其中,短时曝气时间10min的R3生物量最高,平均粒径最大,达到986μm,颗粒成熟且稳定.批次试验和三维荧光分析表明其聚磷菌中45.85%为DPAOs且EPS含量最高.稳定运行期间,R3的COD、TN、TP去除率分别为94.13%、89.41%、96.11%,内碳源储存效率为98.09%,具有良好的处理性能.

泥水混合水解酸化预处理下同步硝化反硝化除磷颗粒污泥运行

为实现生活污水下同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的稳定运行,选用SBR接种人工配水培养的SNEDPR颗粒污泥,以实际生活污水和污泥经混合水解酸化预处理为进水基质,通过优化预处理单元水力停留时间(HRT)联合SBR排泥方式实现该系统稳定运行。结果表明,预处理单元HRT从12 h降至4 h时,水解酸化液提供的乙酸、丙酸质量浓度和挥发性脂肪酸(VFA)占比提高,好氧颗粒污泥(AGS)内厌氧聚羟基烷酸(PHA)储存量增加,同步硝化反硝化(SND)效率提升至58.1%,出水TN降至7.8 mg/L左右。同时,底部排泥的SBR内小颗粒占比上升、LB-EPS增加,系统沉降性能变差;顶部排泥下成熟老化的大颗粒占比上升,颗粒含水率和强度下降;而选择性排泥的SBR内颗粒粒径集中在0.5~0.9 mm,颗粒结构密实、强度高,颗粒内细菌分层分布增强SND效果,批次实验表明,NOB和GAOs活性降低,系统内以NO_(2)^(-)为电子受体的DPAOs占比提升至40.5%,同步硝化内源反硝化除磷效率得到提升。预处理单元较短的HRT联合选择性排泥处理生活污水颗粒性能稳定,系统出水TN和TP均达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中所规定的一级A标准,可实现氮磷的高效稳定去除。

AOA系统厌氧时间和溶解氧对内源反硝化脱氮速率的影响

为了探索提升基于内源反硝化的厌氧/好氧/缺氧(Anaerobic/Oxic/Anoxic,AOA)工艺脱氮效率的方法,本研究分别考察了前置厌氧时间和好氧阶段溶解氧(DO)对内源反硝化脱氮速率的影响.结果表明:在进水COD浓度为155.1mg/L时,厌氧时间为60min,缺氧阶段内源反硝化速率(EDNR)最高;在不同的进水COD条件下,控制适当的厌氧时间,当内碳源中的聚羟基烷酸酯(PHAs)积累量达到峰值时,EDNR最高;EDNR受到好氧阶段DO过量或不足的影响,当DO控制为1mg/L时,EDNR最高.通过厌氧时间优化与DO控制可将EDNR分别提高31.7%,18.4%.本研究为AOA工艺提高后置缺氧阶段EDNR提供了可行策略,有利于AOA工艺设计与运行策略优化.

基于“先泥后水”模式的重污染河道底泥碳氮硫同步去除技术研究

针对传统“水驱动泥”修复技术易返黑返臭的弊端,创新性地提出了“先泥后水”的治理模式,即基于“缓释型功能材料协同微生物反硝化强化驱动底泥耗氧物质消除”的思路,研发了底泥碳氮硫污染物同步去除技术,并进行了示范应用。结果表明:原位修复60 d后,底泥中碳氮硫污染物的去除率分别达到36%~41%、45%~58%和89%~91%,氧化层深度达到15.5~17.6 cm。新模式和新技术能有效氧化深层底泥,实现“活泥”带动“活水”,保障了河流水环境健康。

耦合内源反硝化实现厌氧氨氧化工艺深度脱氮

为实现厌氧氨氧化(Anammox)工艺的深度脱氮,在厌/缺氧运行序批式反应器(SBR)的厌氧段投加乙酸钠(100mg COD/L)实现了内源反硝化与Anammox的协同脱氮,并考察了反应器的脱氮性能和微生物种群结构变化.结果表明,耦合内源反硝化可明显提升Anammox工艺的脱氮性能,系统的总无机氮(TIN)去除率由79.07%±2.63%提高至97.00%±1.35%,出水TIN降低为(3.30±1.49)mg/L.典型周期数据表明厌氧段合成的内碳源如聚羟基脂肪酸酯可为后续内源反硝化作用提供电子供体,但不对Anammox的反应速率产生影响,基于物料平衡分析表明系统的氮素主要通过Anammox作用去除(P_(AMX):P_(EDN)=98.27%:1.73%).乙酸钠的投加刺激了系统中反硝化菌Thauera的大量增殖,但随着具有内源反硝化能力的Denitratisoma丰度上升,促进了Anammox菌Candidatus Brocadia的丰度恢复,实现了Anammox系统的深度脱氮.

强化内源反硝化脱氮及污泥减量化研究

为提高传统污水处理工艺内源反硝化脱氮效率，在系统内部实现污泥减量，设计了水解酸化/缺氧/好氧（H/A/O）生物脱氮及污泥减量化工艺.试验采用连续流处理装置，以实际生活污水为研究对象.结果表明，在进水COD（220-410 mg/L）、NH4^＋-N（36-58 mg/L）、总水力停留时间为11 h、硝化液回流比为300%、无外加碳源和碱度条件下，COD、NH4^＋-N和TN的平均去除率分别超过90%、95%和75%.在缺氧段碳源充足的条件下，随着硝化液回流比的增加，系统TN平均去除率升高；当碳源不足时，随着硝化液回流比的增加，系统TN平均去除率降低.污水经水解酸化预处理后，反硝化速率大大升高.水解酸化段利用水解酸化作用对回流剩余污泥的减量达到56.2%，污水、污泥经过水解酸化处理，大大提高了系统脱氮效率.以水解酸化作为传统的城市污水及污泥处理工艺，既可有效地改善污水的可生化性，提高系统污染物平均去除率，增强污水处理系统运行的稳定性，又可实现污水、污泥一体化处理.

城市黑臭河道底泥内源氮硝化-反硝化作用研究

氮超标是目前许多城市黑臭河道治理过程中急需解决的突出问题。在外源输入有效控制后,底泥内源氮成为水体氮污染的主要来源。硝化与反硝化过程是削减底泥氮负荷和控制内源氮释放的重要途径,从硝化与反硝化耦合作用角度探讨底泥内源氮的行为,对于有效解决黑臭河道氮超标治理难题具有重要的现实意义。对此,文章首先通过理论分析探讨了影响底泥内源氮硝化-反硝化有效耦合的重要因素,认为溶解氧水平和缺氧微环境分布是非常重要的参数,在这矛盾平衡中影响着硝化-反硝化作用的进行。其次评述了黑臭河道底泥内源氮硝化-反硝化作用的研究现状,指出对于污染严重且受人为干扰频繁的城市黑臭河道,曝气扰动是影响底泥内源硝化-反硝化作用的重要因素。为了实现对底泥内源氮的有效控释,往往需要通过选择合理的曝气条件从影响溶解氧水平和缺氧微环境分布两方面来控制硝化-反硝化反应平衡。最后探讨了今后相关研究的发展动态,包括曝气扰动的合理界定、模拟试验装置的有效构建、水动力条件下底泥硝化与反硝化性能的合理评定以及其微生物机制系统分析。

SBR处理渗滤液深度脱氮的影响因素研究

为了解决垃圾渗滤液的脱氮难题,通过改变SBR的操作模式对渗滤液进行处理.同时,试验重点考察了操作模式、曝气时溶解氧、过曝气以及渗滤液碳氮比对工艺脱氮效果的影响.研究结果表明,采用改进SBR对渗滤液进行处理,在原水COD浓度为4000mg/L左右,氨氮浓度为1000mg/L左右,总氮浓度在1100mg/L左右的条件下,不添加任何碳源,出水COD小于500mg/L,氨氮浓度小于5mg/L,总氮浓度小于40mg/L,COD、氨氮和总氮的去除率分别达到了85%、99%和95%以上.影响因素试验表明,反硝化菌中的PHA含量是影响系统脱氮效率的关键.曝气时较高的溶解氧、曝气前的厌氧搅拌以及尽量减少过曝气将提高系统的脱氮效率.同时,只要渗滤液碳氮比大于4,系统均可以对渗滤液实现深度脱氮.

A^2/O/A/MBR中试装置的除污效能研究

在A2/O工艺基础上,增加缺氧段并与膜分离相结合,构建了A2/O/A/MBR强化生物脱氮除磷中试系统,并用于处理低碳源城市污水。经过两个阶段共60d的调试后装置达到稳定运行。调试阶段的试验结果表明,在进水COD为88～440mg/L、NH4+-N为7.49～46.7mg/L、TN为15.17～47.56mg/L、TP为1.52～4.96mg/L的条件下,其出水平均浓度分别为21.36、1.09、9.62、0.19mg/L,达到了GB18918—2002的一级A标准。针对装置设计和机械故障问题,探讨了相应的解决方案,试验结果可为污水厂的提标改造提供设计和运行参考。

后置缺氧UCT分段进水工艺处理低C/N城市污水

为处理低碳源生活污水,以内碳源反硝化途径为出发点,开发了后置缺氧UCT分段进水工艺.该工艺仅在UCT分段进水最后一好氧段末端增加了后置缺氧环节,以强化微生物内碳源储存能力.在低C/N水平(平均进水C/N=3.1±1.5)的生活污水条件下,后置缺氧UCT分段进水工艺实现了平均75.3%的TN去除率,运行61d后同步硝化反硝化去除的氮量高达31.5%;运行40d后污泥内碳源储存水平比原工艺污泥提高12.2%,9小时比内源反硝化速率由零提高至5.56mg N/(g VSS?d),系统可通过好氧段同步硝化内源反硝化(SNED)提高TN去除率.污泥沉降性能有明显改善:SVI值由350m L/g降至97m L/g,而原UCT分段进水工艺污泥仍然膨胀.该工艺仅在原工艺基础上增加了一后置缺氧段,无需外加碳源和额外硝化液回流设施,有利于水厂升级改造.

改进SBR处理垃圾渗滤液深度脱氮的启动与实现

为了在去除渗滤液中有机物的同时实现深度脱氮,利用SBR法灵活多变的反应过程,采用交替曝气和搅拌至硝化结束,然后在不添加任何外碳源的条件下以充分缺氧搅拌至内源反硝化结束的方式运行SBR系统.系统通过交替硝化反硝化、同步硝化反硝化和内源反硝化的协同作用,可以在不添加任何有机碳源的条件下,使系统出水的总氮含量小于40 mg/L,去除率达到95%以上,达到中国最新颁布的渗滤液总氮的排放标准.同时,由于50%左右的总氮是利用原水碳源在内源反硝化的作用下脱除的,试验期间的污泥浓度在没有排泥的条件下始终稳定在6 g/L左右,污泥产量大幅度减少.不同操作模式下的对比试验表明:污泥中PHA的含量是决定系统脱氮效率的重要因素;硝化前的厌氧搅拌以及短间隔曝气有利于增加污泥的储碳量,提高了系统的脱氮效率;传统的持续曝气后搅拌无法通过内源反硝化实现深度脱氮.

常温短程内源反硝化生物脱氮

为了确定短程内源反硝化的特性及其影响因素,采用SBR反应器,在20℃下,对以NO3-和NO2-为电子受体的内源反硝化脱氮状况进行了对比,并对不同污泥浓度下的短程内源反硝化速率进行了研究.结果表明,短程内源反硝化速率约为全程内源反硝化速率的1.6倍;污泥浓度从4g/L变化到12g/L时,短程内源反硝化速率平均值从0.026/d增加到0.038/d;短程内源反硝化间歇运行9个周期后,活性污泥的ρ(VSS)降低约16%,反硝化速率则降低了49%.

膜生物反应器脱氮除磷工艺处理城市污水的工程应用

为强化城市污水脱氮除磷,研发了厌氧/缺氧/好氧/缺氧-膜生物反应器(A2/O/A-MBR)新工艺,并建设了设计处理规模为2万m3/d实际工程.对该工程的长期监测表明,出水COD、TN、NH4+-N和TP的平均浓度分别为20.6、6.67、1.050、.19 mg/L,优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准.后缺氧段的设置促进了内源反硝化,有效地强化了脱氮效果.膜截留对系统出水水质有一定的保障作用.A2/O/A-MBR工艺在实际工程应用中表现出良好的污染物去除效果和运行稳定性,具有良好的推广应用前景.

温度和污泥浓度对短程内源反硝化脱氮的影响

采用SBR反应器,以亚硝酸盐(NO2-)作电子受体,对温度和污泥浓度对短程内源反硝化脱氮的影响进行了研究。结果表明,在15～30℃范围内,随着温度的升高,短程内源反硝化速率逐渐增高,温度每升高10℃,反硝化速率增加3倍。温度一定时,污泥浓度增加,短程内源反硝化速率也相应增加,当MLSS从4000mg/L变化到12000mg/L时,反硝化速率从开始的0.0259gN/(gVSS·d)增加到了0.0378gN/(gVSS·d),即增大了近1.5倍,即采用较高污泥浓度可以大大节省反应时间。

驯化后的聚糖菌对NO_2^--N和NO_3^--N内源反硝化速率的影响

在序批式(sequencing batch reactor,SBR)反应器中,通过分段厌氧-好氧(厌氧后排水)运行方式,在以葡萄糖为碳源、P/C比小于2/100的条件下,成功实现了聚糖菌(glycogen accumulating organisms,GAOs)的驯化富集,厌氧段磷酸盐的释放量(phosphorus release amounts,PRA)稳定在1.0 mg·L-1以内,胞内糖原(glycogen,gly)含量是初始阶段的1.2倍。驯化后的GAOs分别以NO_2^--N、NO_3^--N为电子受体经厌氧-缺氧运行方式,可进行内源反硝化反应过程。GAOs在内源反硝化过程中依次利用胞内的聚β-羟基戊酸酯(poly-β-hydroxyvalerate,PHV)、聚β-羟基丁酸酯(poly-β-hydroxyvalerate,PHB)和gly作为内碳源。在22℃时,反硝化聚糖菌(denitrifying glycogen accumulating organisms,DGAOs)以NO_2^--N、NO_3^--N为电子受体平均比内源反硝化速率分别为0.067 g N·(g VSS)-1·d-1、0.023 g N·(g VSS)-1·d-1,常温短程内源反硝化速率约是全程内源反硝化速率的3倍。

外碳源投量对亚硝酸型反硝化过程N2O释放影响

为实现N_2O的减量化控制或资源化利用,接种普通活性污泥,以乙酸钠和硝酸盐为基质,通过淘洗反硝化聚磷菌,在SBR中以厌氧/缺氧交替运行的方式启动內源反硝化,单周期内约50%的NO-3-N转化为NO-2-N,N_2O释放速率随着亚硝酸的积累逐渐增大,N_2O转化率(释放量占TN去除的比例)为2.04%.在此基础上,分别取缺氧末和厌氧末污泥,对比研究胞内聚合物PHB合成前后,外碳源投加量(碳氮比为0,0.75和2.50)对亚硝酸型反硝化过程N_2O释放特性的影响,结果表明,外碳源存在时,N_2O释放量随总碳源的增加呈略微减少的趋势,转化率在0.24%~1.61%;而当仅利用內源物质进行反硝化时,N_2O的转化率高达15.90%,单位SS最大释放速率达71.29μg/(min·g),释放量是其余条件下的14~26倍.表明单独利用PHB进行亚硝酸型反硝化会大幅增加N_2O的释放.