结晶磷回收联合A/O工艺处理猪场沼液工艺特性

厌氧发酵广泛用于猪场废水的前端处理,该过程将产生大量沼液。在中国受土地消纳能力限制,相当一部分猪场沼液不得不经处理后达标排放。猪场沼液含有高浓度污染物,目前仍缺少高效的处理工艺。化学磷回收与A/O工艺均已有较好应用基础,该研究尝试联合结晶磷回收与A/O系统设计了一套具有工程可行性的猪场沼液处理工艺,并以实际猪场沼液为处理对象,探究了该工艺的污染物去除效能与机制。A/O系统缺氧、好氧反应器水力停留时间(HRT,hydraulic retention time)分别为3.4、8.6 h,硝化液回流比为200%,结晶反应器HRT为15min。试验结果表明,所设计工艺获得了较好的污染物去除效果,TP(总磷)、NH_(4)^(+)-N、TN(总氮)、COD(化学需氧量)的去除率分别达到91.20%、94.67%、83.28%和96.18%;工艺同时实现了磷的高效回收,磷回收率(结晶单元对TP去除的贡献率)达到93.44%。缺氧、好氧单元对COD、TN、NH_(4)^(+)-N的去除贡献率分别为75.24%、47.66%、17.30%与24.76%、30.92%、62.75%;该工艺条件下,缺氧单元发生了明显的厌氧氨氧化过程,好氧单元可能通过同步硝化反硝化、厌氧氨氧化等过程实现了部分TN的去除。结晶单元主要结晶产物为MgNH_(4)PO_(4),同步去除了部分TN、NH_(4)^(+)-N,去除贡献率分别为21.39%、19.92%。该研究可为猪场沼液处理及资源回收提供参考。

不同粒径零价铁对微氧脱氮系统的影响

构建了部分硝化反硝化厌氧氨氧化(SNAD)微氧体系,并定期向体系内投加120 mg不同粒径的零价铁(ZVI),从反应器运行情况、微生物性能以及群落结构来探究不同粒径ZVI对微氧系统的影响。研究结果表明,在50 nm粒径ZVI(50 nZVI)的介导下,系统的TIN去除率最终稳定在83.591%,电子传递活性(ETSA)是接种污泥的1.48倍,均高于其他粒径ZVI的影响。越小粒径ZVI越能促进胞外聚合物的产生,有利于活性污泥结构稳定。这都源于粒径越小的ZVI更容易被微生物吸附、利用。微生物群落结构与功能分析结果表明,在粒径越小的ZVI介导下的微生物群落多样性越高,群落结构也越复杂。ZVI介导会促进对氧需求不敏感的微生物的富集,样品中主要检测出Candidatus_Brocadia和Candidatus_Kuenenia两种厌氧氨氧化菌(AnAOB),且在50 nZVI影响下丰度最高,分别为4.650%和0.692%。nZVI介导下,AnAOB与Gemmobacter和norank_f_Comamonadaceae两种兼性厌氧型反硝化菌共同作用构成SNAD的脱氮途径。而在mZVI介导下,兼性厌氧型反硝化为主要脱氮途径。

高铁列车集便器废水的同步除碳脱氮处理研究

随着铁路行业的快速发展,集便器废水处理成为近来相关部门比较关注的问题。为探究集便器废水经济高效的处理方法,研究采用短程硝化反硝化工艺+多级AO+固定生物膜活性污泥(IFAS)工艺处理实际的高铁集便器废水,评价其同步除碳脱氮的效果,验证该工艺的可行性。通过控制曝气池内的DO控制硝化反应进行至NO2--N阶段,然后在厌氧阶段将NO2--N转化为N2,实现脱氮。反应器NH4^(+)-N、TN、COD的去除率分别达到95%、90%和70%,TN负荷达到0.64 kg·N/m^(3)·d^(-1)。出水COD浓度低于400 mg/L,出水NH4^(+)-N浓度低于50 mg/L,TN浓度低于70 mg/L,达到了GB/T 31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》。短程硝化池中微生物群落分析表明,短程硝化优势菌为Nitrosomonas,在悬浮污泥和填料架占比分别为3.73%和5.88%。与传统活性污泥法相比,短程硝化反硝化工艺节省了25%的曝气能耗和45%的碳源消耗,多级AO的设计让脱碳除氮更加完全,提高出水水质,活性污泥法与生物膜法相结合,大大增加微生物的量,加快反应速率,可以节省污水处理构筑物的占地面积。从经济以及脱氮效率方面,短程硝化反硝化工艺有望成为集便器废水处理的主要工艺。相比于传统混凝土构筑物,一体化污水处理设备更适合集便器废水。

DO对SBR短程硝化系统的短期和长期影响

采用实际的生活污水,在SBR反应器内分别考察了溶解氧(DO)对短程硝化效果及污泥种群结构的短期和长期影响.结果表明,通过采用实时控制曝气时间,高ρDO(ρ(DO)=(3±0.5)mg/L)与低ρDO(ρ(DO)=(0.5±0.1)mg/L)条件下SBR系统的亚硝酸盐积累率均能达到90%以上,而低ρDO相对于高ρDO更利于提高系统的同步硝化反硝化(SND)效果,两者的平均同步硝化反硝化率(SND率)分别为45.5%和9.5%,低ρDO下最高SND率达86%.FISH的检测结果表明,实时控制模式下反应器内亚硝酸氧化菌(NOB)逐渐被淘洗,而氨氧化细菌(AOB)变为优势硝化菌群.在高ρDO运行末期,稳定的短程污泥中AOB和NOB的相对数量分别为8%～10%和不足0.5%;在低ρDO运行末期,AOB数量出现了微弱上升,增至10%～12%,而NOB进一步被淘汰,基本检测不出.可见,采用好氧曝气时间实时控制,能对短程硝化系统内污泥种群起到优化作用,且在高、低ρDO下均能实现稳定的短程硝化效果,而低ρDO更有利于系统内亚硝酸氧化菌(NOB)的淘洗、短程硝化率的提高以及系统SND效果的加强.

单一缺氧/厌氧UASB同步反硝化产甲烷与A/O组合工艺处理实际晚期渗滤液

以实际高氮晚期渗滤液为研究对象,应用缺氧/厌氧UASB-A/O组合工艺重点研究有机物和氮的去除特性,同时考察了A/O系统内短程硝化实现途径及稳定方法。试验结果表明,该生化系统可实现有机物和氮的同步、深度去除。在原液COD平均为6537mg.L-1,NH4+-N为2021mg.L-1的条件下,系统最终出水分别为300mg.L-1和15.6mg.L-1,去除率分别为95.4%和99.2%。UASB反应器的平均COD负荷为6.5kgCOD.m-3.d-1,去除速率为5.3kgCOD.m-3.d-1。在单一UASB反应器内,发生了缺氧反硝化和厌氧产甲烷的双重生化反应,UASB反应器内获得了几乎100%的反硝化率。通过高游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)的协同作用,使A/O反应器实现并维持了稳定的短程硝化,通过99%以上的亚硝化率实现高效的氨氮去除。

生活污水SNAD颗粒污泥快速启动及脱氮性能研究

采用SBR装置,接种CANON絮状污泥,通过控制沉淀时间、HRT、DO及进水基质组成(配水与实际生活污水的比例),实现具有SNAD性能颗粒污泥的快速培养,并进一步通过降基质的方式,考察SNAD颗粒污泥在处理实际生活污水时的脱氮性能.结果表明:在反应器运行至第34d时,成功培养出具有SNAD性能的颗粒污泥;颗粒粒径最大可达1103μm,最大总氮去除负荷可达1.03kg/(m^3·d);同时在降基质运行过程中,CANON脱氮始终在反应器总氮去除中占优势地位,并最终实现生活污水中氮素、有机物的同步有效去除,出水TN平均为10mg/L,出水COD平均为40mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准.

厌氧/好氧SNEDPR系统处理低C/N污水的优化运行

为实现同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的优化运行,以实际生活污水为处理对象,采用厌氧(180min)/好氧运行的SBR反应器,并通过联合调控好氧段溶解氧(DO)浓度(0.3~1.0mg/L)和好氧时间(150~240min),考察了该系统脱氮除磷特性.并结合荧光原位杂交(FISH)技术对系统优化过程中各功能菌群的结构变化情况进行了分析.试验结果表明,当系统好氧段DO浓度由约1.0mg/L逐渐降至0.3mg/L,且好氧时间由-150min逐渐延长至240min后,出水PO_4^(3-)-P浓度稳定在0.4mg/L左右,但出水TN浓度由14.3mg/L降至8.7mg/L,TN去除率由75%提高至84%.此外,随着好氧段DO浓度的降低,SNED现象愈加明显-,SNED率由34.7%逐渐升高至63.8%.SNED的加强,降低了出水NO_3^--N浓度,并提高了系统的脱氮性能和厌氧段的内碳源储存量.FISH结果表明:经127d的优化运行,系统内PAOs,GAOs和AOB(氨氧化菌)仍保持在较高水平(分别全菌的29%±3%,20%±3%和13%±3%),其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能;但NOB(亚硝酸盐氧化菌)含量减少了50%,为系统内实现短程硝化内源反硝化提供了可能.

限氧曝气实现亚硝酸型同步硝化反硝化的研究

在(19±1)℃条件下,采用SBR工艺处理低碳氮比实际生活污水,没有外加有机碳源,通过限氧曝气实现了亚硝酸型同步硝化反硝化生物脱氮(simultaneous nitrification denitrification via nitrite,亚硝酸型SND).试验结果表明,较长污泥龄下(50～66 d),通过控制曝气量使系统溶解氧处于较低水平,好氧末端ρDO<2.0 mg/L,平均ρDO≈0.65 mg/L,不仅可在常温条件下实现短程硝化,ρ(NO2--N)/ρ(NOx--N)稳定在95%以上,而且可同时在该好氧硝化系统中获得高效的反硝化效果,稳定运行后,经亚硝酸型SND途径的总氮去除率(ESND)平均为52%,最高可以达到63.1%.试验分析表明,低ρDO水平是实现亚硝酸型SND的关键因素,通过低ρDO影响硝化菌群的构成、反硝化菌的缺氧微环境以及有机物和ρ(NH4+-N)的降解特性,促进了亚硝酸型SND的形成.

SPNED-PR系统内PAOs-GAOs的竞争关系及其氮磷去除特性

为研究同步短程硝化内源反硝化除磷(SPNED-PR)系统的脱氮除磷特性及系统内聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)在氮磷去除的贡献和竞争关系,本研究以实际低C/N比(4左右)生活污水为处理对象,考察了不同浓度的溶解氧(DO)(0.5~2.0mg/L)、NO2--N(4.7~39.9mg/L)和NO3--N(5.0~40.0mg/L)对延时厌氧(150min)/低氧(180min,溶解氧0.5~0.7mg/L)运行的SPNED-PR系统氮磷去除特性和底物转化特性的影响.结果表明,DO浓度均不影响PAOs和GAOs的好氧代谢活性,且两者之间几乎不存在DO竞争.不同NO2--N浓度条件下,GAOs较PAOs更具竞争优势,NO2--N主要是通过GAOs去除的(约占58%);且GAOs所具有的高内源反硝化活性和亚硝耐受力,减弱了高NO2--N浓度(26.2~39.9mg/L)对PAOs反硝化吸磷的抑制,保证了系统的脱氮除磷性能.不同NO3--N浓度条件下,PAOs较GAOs处于竞争优势,其在NO3--N去除中的贡献比例达61.2%.此外,SPNED-PR系统的PURDO>PURnitrate>PURnitrite,PAOs对DO的优先利用保证了低氧条件下系统的高效除磷,且GAOs的内源短程反硝化特性保证了系统的高效脱氮.

固体碳源生物膜SND处理实际低碳源城市污水

采用玉米芯填料固体碳源生物膜反应器,应用同步硝化反硝化(SND)技术处理低碳氮比城市生活污水,考察反应器对实际污水的脱氮效果,并分析了反应器中沿程NH4^+-N的变化过程和微生物数量特性。结果表明,反应器稳定运行后,系统出水平均CODCr、NH4^+-N、TN分别为32.75、5.78、6.25 mg/L,平均CODCr去除率为65.41%,平均NH4^+-N去除率为78.75%,平均TN去除率为77.46%。由荧光定量PCR可知,AOB主要集中在反应器的中端部,沿程氨氧化速率呈下降趋势,与沿程氨氮浓度及其去除率变化趋势一致。

一体化A_n/O工艺处理市政污水的中试研究

以污水厂初沉池出水作为研究对象，考察了常温（8～20℃）条件下，处理规模为5m3／h的一体化厌氧／好氧生物反应器同步脱氮除磷的效果．试验中，系统脱氮始终存在同步硝化反硝化现象．通过低氧条件下亚硝酸盐的富集，系统进入稳定脱氮期．在稳定脱氮期，反应器出水亚硝酸盐平均累积率达82．52％，系统脱氮以亚硝酸盐型同步硝化反硝化的方式为主，实现了短程同步脱氮及磷和有机物的协同去除．TN，TP和COD平均去除率分别为77．4％，87．7％和90．4％．在该研究条件下，DO质量浓度的最佳控制范围是（0．25±0．10）mg／L．

高盐条件下pH对同步短程硝化反硝化脱氮性能及微生物群落的影响

本研究采用复合序批式生物膜反应器(HSBBR)处理高盐废水,考察了进水pH对反应器性能和微生物群落结构的影响。进水pH值由7.8降至6.0和5.0以及由5.0恢复到7.8,对污染物去除效能和稳定性影响较小,COD、NH^(+)_(4)-N和总无机氮的平均去除率保持在96%、99%和91%以上。进水pH改变对NO^(-)_(2)-N积累产生明显影响,pH为7.8条件下周期内NO^(-)_(2)-N最大积累量为7.07~8.15 mg·L^(-1),明显高于pH值为6.0和5.0时的值(4.81和2.23 mg·L^(-1))。进水pH由5.0提升至7.8悬浮污泥和生物膜的微生物多样性均降低。进水pH为5.0时,反应器内相对丰度前三位的菌属为反硝化菌Defluviicoccus(14.7%~27.3%)和Candidatus_Competibacter(22.7%~26.0%)及聚磷菌Candidatus_Accumulibacter(11.8%~17.8%);pH提升至7.8时,丰度为前三位的菌属是Candidatus_Accumulibacter(7.6%~40.5%)、Candidatus_Competibacter(21.3%~26.2%)和unidentified_Spirochaetaceae(2.5%~8.7%)。进水pH从5.0升高至7.8,氨氧化菌属Nitrosomonas的相对丰度由3.3%~3.8%下降到1.2%~1.3%,反硝化菌属总丰度从43.5%~52.6%下降到24.9%~33.1%;表明低pH条件下较高丰度氨氧化菌和反硝化菌的共同作用为同步短程硝化反硝化脱氮提供了保障。

表观厌氧环境下短程硝化同步反硝化的实现与特征分析

近年来,水体富营养化引起的水环境安全事件频发。总氮(TN)是引起水体富营养化的其中一个关键因素,废水脱氮处理能够有效减少TN的排放。研究采用序批式反应器(SBR),通过控制曝气量,建立溶解氧(DO)低于0.01 mg/L的表观厌氧环境,成功启动并维持了短程硝化及同步反硝化。低氨氮进水(80 mg/L)下,氨氮氧化率和亚硝酸盐氮(NO_(2)^(-)-N)转化率分别为99%和94%;高氨氮进水(160 mg/L)下,氨氮氧化率和NO_(2)^(-)-N转化率分别为98%和88%。比较分析发现,进水碳氮比(C/N)为2∶1时,短程硝化同步反硝化具有最高的成本效益,TN去除率和出水氨氮平均质量浓度分别约为50%和4.8 mg/L,去除1 g TN实际消耗4.94 g碱度(以CaCO_(3)计)。

膜曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

炭膜作为膜曝气生物膜反应器膜组件处理人工合成废水,在单一反应器内实现了同时去碳脱氮.结果表明,当进水COD和NH4+-N浓度分别为338mg/L和75mg/L,HRT为14h,炭膜腔内压力为13.6kPa时,COD、NH4+-N和TN的去除效率分别为82.5%、95.1%和84.2%.但是在反应器运行的后期TN去除效率明显下降,主要是因为高有机负荷导致无纺布上的微生物过度繁殖,严重影响了硝化过程的进行.通过荧光原位杂交和扫描电镜技术观察生物膜微生物结构,得出厌氧或兼氧菌主要分布在生物膜外层的缺氧区,而氨氧化菌主要分布在生物膜内层的好氧区.硝化细菌和反硝化细菌在生物膜内的共存实现了炭膜曝气生物膜反应器的同步硝化反硝化.

基于间歇饥饿的SNAD工艺运行

在室温下(22℃±3℃)用SBR反应器运行SNAD工艺,通过定期延长系统水力停留时间,营造间歇饥饿环境,探讨间歇饥饿策略下SNAD工艺的运行情况.结果表明,系统经过间歇饥饿运行后,好氧阶段末的NO3--N浓度降至8. 72 mg·L-1,亚硝酸盐积累率达到83. 18%,表明NOB活性得到了有效抑制,实现了亚硝化性能的提高;系统经过间歇饥饿运行后,好氧阶段末的亚氮与氨氮基质的比例得到调整,为后续厌氧氨氧化过程提供了合适底物,使出水氨氮浓度降至1. 0 mg·L-1以下,同时由于出水硝氮浓度降低,总氮去除率达到了92. 07%左右,系统处理性能提高;通过测定功能菌活性,发现饥饿后亚硝化性能提高的主要原因是饥饿期AOB活性衰减速率低于NOB及恢复期前期AOB活性恢复速率显著高于NOB.

不同溶解氧环境下氨氧化菌的氧半饱和常数比较

为了研究溶解氧(DO)浓度对实现短程硝化的影响,在小试反应器内研究了长期不同溶解氧环境下稳定运行的硝化污泥中氨氧化菌(AOB)的氧半饱和常数(K_(O2,AOB))。结果表明,长期在DO为(0.5±0.1)mg/L条件下运行的硝化污泥中AOB的K_(O2,AOB)值为(0.281±0.026)mg O_2/L,长期在DO为(2.5±0.5)mg/L条件下运行的硝化污泥中AOB的K_(O2,AOB)值为(0.064±0.008)mg O_2/L,表明其AOB对氧具有极高的亲和力,并且在高DO浓度下,可以维持较高的比氨氧化速率。两个系统的K_(O2,AOB)值均较低,说明无论低DO或高DO浓度,均可能实现短程硝化,且在高DO浓度下更容易实现短程硝化。

低温SNAD颗粒污泥工艺启动方式

为研究启动方式对同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)颗粒污泥工艺的影响,低温(12.7~18.3℃)条件下,R1和R2反应器分别通过先启动全程自养脱氮(CANON)工艺和先启动厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD)工艺的方式逐步启动SNAD颗粒污泥工艺.结果表明,R1反应器启动成功后,氨氮几乎完全去除,总氮去除率达到86.7%.低氨氮浓度运行时,出水总氮去除率下降至75.3%,出水总氮浓度在10 mg·L^(-1)左右,NOB存在过量增殖现象,出水总氮浓度超过北京市水污染物排放标准一级A规定.R2反应器启动成功后,出水几乎不含氨氮,总氮去除率在89.1%左右,略高于R1反应器.低氨氮浓度运行时,出水氨氮浓度小于1.0 mg·L^(-1),出水总氮浓度小于6 mg·L^(-1),出水氨氮和总氮浓度满足地标一级A标准.先启动SAD工艺可以在启动初期通过厌氧运行将NOB逐渐淘汰出系统内,维持了系统的稳定性,为后续曝气启动SNAD工艺提供了良好的基础,维持了反应器的稳定运行,实现出水总氮长期排放达标.

污水处理过程N_(2)O排放:过程机制与控制策略

污水处理生物脱氮过程中氧化亚氮(N_(2)O)作为直接碳排放源,其大气升温效应较CO_(2)高出265倍.因此,国际上对N_(2)O排放机制与控制策略的研究层出不穷.N_(2)O产生源于硝化与反硝化过程,主要涉及亚硝化(AOB)及其同步反硝化、常规异养反硝化(HDN)、同步异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)和全程氨氧化(COMAMMOX)等生物途径,以及硝化过程中间产物NH_(2)OH与NOH之非生物化学途径.常规硝化与反硝化(AOB+HDN)途径在正常运行工况下N_(2)O排放量并不是很大,约只占进水TN负荷的1.3%;即使是HN-AD与COMAMMOX代谢过程,两者N_(2)O产生量也不足TN负荷的0.5%.不可忽视的是AOB亚硝化及其同步反硝化,它们已被确认为是污水处理生物脱氮过程中N_(2)O排放的首要途径;AOB过程中间产物(NH_(2)OH与NOH)非生物化学过程以及AOB反硝化生物过程(主途径)共同导致的N_(2)O排放量可高达TN负荷的13.3%,主要是因为硝化过程溶解氧(DO)受限引起NO^(-)_(2)积累所诱发的AOB反硝化过程.需要特别注意的是,污水处理过程进水碳源不足而导致的HDN反硝化进行不完全情形,这会让NO^(-)_(3)反硝化止步于N_(2)O,致N_(2)O积累,其释放量可高达TN负荷的30%.此外,污泥絮凝体内部同步硝化/反硝化(SND)现象也是N_(2)O不容忽视的产生源,其释放量可高达TN负荷的7.7%,产生根源实际上是AOB反硝化.污水处理生物脱氮过程中为防止N_(2)O产生,应着力促进HDN反硝化进行完全和避免AOB反硝化过程.为此,运行过程中应控制曝气池中DO处于正常水平(~2 mg·L^(-1)),并尽可能延长污泥龄■,以避免AOB亚硝化积累NO^(-)_(2)并诱发AOB反硝化出现;同时,应及时补充进水碳源,以促进HDN反硝化进行完全至终点——N_(2).综述总结生物脱氮过程中涉及N_(2)O产生的所有机制,并根据过程机制讨论对其运行控制的策略.

厌氧氨氧化技术研究与应用反差现象归因

厌氧氨氧化(ANAMMOX)因无需氧气和有机物而被视为可持续污水处理技术,以致学界对其研究趋之若鹜并愈演愈烈.然而,20多年过去了,过热的研究与少有的工程应用形成了巨大反差,这一现象耐人寻味.因此,有必要对产生这种反差现象的原因进行理性分析,以期获得对ANAMMOX技术工程应用场景以及运行瓶颈的清晰信息.分析表明,ANAMMOX工程化步履蹒跚的主要原因为应用场景误区与运行控制难度.ANAMMOX技术定位于高氨氮(NH_(4)^(+))、低有机物(COD)浓度厌氧消化液或类似工业废水,即属于应用场景较小的小众技术.再者,实现ANAMMOX的关键是前端与之匹配的亚硝酸氮(NO_(2)^(-))积累,而这恰恰成为其运行成败的关键.尽管存在着多种让NO_(2)^(-)积累的方法,但实现其稳定运行最后均归结为精准的控制技术,因为ANAMMOX本身以及NO_(2)^(-)积累所需要的环境窗口均十分狭窄.另一方面,ANAMMOX过程本身并不产生强温室气体-氧化亚氮(N_(2)O,温室效应为CO_(2)的265倍),但无论是短程硝化(PN)还是短程反硝化(PD)均涉及N_(2)O释放且量并不低,这就让原本可持续的ANAMMOX工艺蒙上了应用阴影.因此,对ANAMMOX的研究应适当降温,即使是针对性的应用场景也应重新评估其碳排放问题.

高效脱氮除磷耦合技术物料平衡系统的构建

为了明确系统中反硝化脱氮的具体途径,在传统活性污泥工艺物料衡算方法的基础上,构建了基于短程硝化、同步硝化反硝化和反硝化除磷耦合技术的新型物料平衡系统。以AAO工艺为例,计算了系统稳定运行期间,碳、氮和磷的物料流向,量化了反硝化的5种脱氮途径。结果表明,通过物料衡算推导,系统短程硝化(PN)效率为64.36%。同步硝化反硝化(SND)效率为57.37%;反硝化除磷(DPR)效率为7.82%。对反硝化途径的分析发现,通过亚硝酸盐型同步硝化反硝化去除的氮占32.7%,而作为除磷电子受体得到去除的氮占11.4%。