控制污水生物处理过程中N_2O的释放

文章通过对国内外污水生物脱氮过程中氧化亚氮(N2O)产生途径最新研究成果的总结,着重讨论了污水生物处理过程中N2O释放的控制措施。在硝化过程中,N2O由氨氧化菌(AOB)的中间产物羟胺(NH2OH)和硝酰基(NOH)的分解以及AOB还原亚硝酸盐的过程产生;反硝化过程中,N2O还原酶(N2OR)的活性受到抑制,使得N2O不能被及时被还原而导致N2O积累。基于上述N2O产生途径提出了控制N2O释放量的控制措施:控制曝气量避免好氧硝化过程中DO浓度过低和缺氧反硝化过程中存在DO;通过延长污泥龄、增大内回流比和分段进水等措施控制硝化和反硝化过程中的亚硝酸盐浓度:缩短初沉池停留时间或投加外碳源,并选取甲醇或乙醇等易降解有机物作为碳源。今后可通过深入研究N2O产生机理和优化污水处理厂N2O释放量的准确检测,充分认识污水处理厂中N2O的产生环节,进一步指导污水厂N2O的释放控制。

苯酚对污水生物脱氮系统亚硝积累及污泥性能的影响

采用SBR缺氧/好氧反应工艺,研究了不同苯酚浓度对脱氮过程中亚硝积累与污泥性能的影响。结果表明,苯酚浓度在0～90mg·L-1变化时系统出现2次明显亚硝酸盐积累,最终稳定维持在70%±5%,低浓度(0～30mg·L-1)系统亚硝酸盐积累恢复是微生物改变自身结构及分泌胞外聚合物导致;高浓度(60～90mg·L-1)苯酚条件下亚硝积累是由于苯酚对AOB(ammonia-oxidizing bacteria,氨氮氧化细菌)和NOB(nitrite-oxidizing bacteria,亚硝酸氧化细菌)抑制作用引起的微生物种群改变形成。氨氮氧化速率和氮氧化物生成速率由10.85mg N.(g MLSS)-1.h-1和10.12mg N·g(MLSS)-1.h-1降低至2.79mg N·g(MLSS)-1.h-1和2.32mg N·g(MLSS)-1.h-1,亚硝酸盐积累率和氮氧化物生成速率呈现负相关性,与苯酚浓度呈正相关;荧光原位杂交表明苯酚的抑制使得硝化菌群结构发生了变化,AOB相对数量由2.80%增加为9.30%。苯酚的可降解性使得系统污泥浓度由2500mg·L-1左右上升至5870mg·L-1。当EPS(extracellular polymeric substances,胞外聚合物)总量由67.20mg.(g VSS)-1减少至32.10mg·g(VSS)-1时,SVI从165ml·g-1降到50ml·g-1。亚硝酸盐积累、丝状菌和胞外聚合物是引起活性污泥系统SVI变化的原因,其中NAR影响最大,丝状菌次之。

两种分段进水工艺脱氮除磷性能对比

以实际城市生活污水为处理对象,调整A/O分段进水工艺结构和运行参数,对比研究了系统去碳、脱氮、除磷性能,着重分析了改进后工艺(改良UCT分段进水工艺)的脱氮除磷机理.结果表明,改良UCT分段进水工艺在进水分配比40%:30%:30%,污泥龄8～9 d,内循环和污泥循环比75%,厌氧区、缺氧区、好氧区的体积比1∶3∶6的运行条件下,可以同时获得碳、总氮、总磷的高效去除,去除率分别为(83.9±3.3)%、(83.5±1.4)%和(86.6±2.4)%,对比A/O分段进水工艺脱氮除磷性能得到了显著的提升.

低温对中试AAO-BAF双污泥脱氮除磷系统的影响

以实际城市污水为对象,研究了低温（11~15℃）对处理量约为45m3/d的AAO-曝气生物滤池（BAF）典型双污泥脱氮除磷系统的影响.研究发现,本系统的硝化在受到低温抑制后会在短时间内恢复,而同样环境条件下运行的某水厂AAO系统的硝化却一直受低温抑制.AAO-BAF系统硝化受抑制期间,其缺氧段反硝化吸磷的总量减少,缺氧末段TP浓度从1上升至4mg/L左右,但系统的好氧段可继续完成这部分剩余P的去除.批次试验发现,硝化菌停留时间的长短差异是本系统与AAO系统硝化产生差距的主要原因.在11、16、21、27和32℃下,本系统中活性污泥的厌氧释磷速率分别为6.745、8.378、13.218、11.513、9.726mg TP/（h·g MLSS）;缺氧反应过程中P去除速率分别为1.668、1.892、2.496、2.835、2.976mg TP/（h·g MLSS）,NO3--N的去除速率分别为0.786、1.112、1.761、2.614、3.464mg NO3--N/（h·g MLSS）.

AAO污水处理工艺中厌氧氨氧化效能及微生物交互作用

选取3座AAO工艺市政污水处理厂为研究对象,应用q PCR和^(15)N稳定同位素示踪技术,考察活性污泥样品中厌氧氨氧化菌丰度、速率、功能及与其他氮循环微生物的季节性交互作用.结果表明,所有样品中均能检测到厌氧氨氧化菌,其丰度为10~6~10~7copies/g VSS,速率为0.11~0.90μmol N/(g VSS·h).较自养硝化而言,异养反硝化过程不仅具有为厌氧氨氧化菌提供更多NO_2^-的潜势,还是NO_2^-的强力竞争者;而自养硝化过程中的AOB较AOA能提供更多NO_2^-.厌氧氨氧化菌对氨氧化的贡献率为2.55%~7.89%,对系统脱氮的贡献率为2.07%~6.59%,且夏季表现均高于冬季.CCA结果进一步证明环境温度是活性污泥中厌氧氨氧化表现的关键环境要素之一,而反硝化和硝化速率则是关键微生物因素.说明虽然厌氧氨氧化菌在污水生物处理系统中的丰度并不高,但依然起着不容忽视的脱氮效能,该研究结果补充了污水生物处理脱氮过程和氮素迁移转化过程中的氮平衡计算,为厌氧氨氧化在低氨氮城市污水处理领域的生产性应用提供理论支持.

中国南方城市污水厂污泥特性研究及处置对策

采用统计概率分布方法,对中国南方地区中小型污水处理厂的污泥特性、产生原因、处理处置现状进行深入分析,并结合欧盟污泥处理处置现状和未来发展趋势,对中国南方地区污泥处理处置技术的未来发展趋势进行预测,给出应对策略。

苯酚冲击负荷对前置反硝化系统脱氮的影响

采用短期静态试验和长期前置反硝化SBR工艺处理含苯酚生活污水。研究结果表明：随着苯酚质量浓度（0-175mg／L）增大，2个试验中污泥氨氧化速率均逐渐减小，短期试验中最大比基质利用速率由2．898d叫变成O．694d^-1；在前置反硝化系统中，平均氨氧化速率为4．091mg／（g·h），是静态试验（1．812mg／（g·h））的2．26倍，且氨氧化速率与苯酚质量浓度的比值为一恒定值（-0．031±0．005）；在0—5h内苯酚与氨氮同时被去除，去除率分别为24．2％和23．5％；受苯酚冲击系统硝化作用破坏后通过自身结构调整15-18d可恢复至正常水平；较高质量浓度（60-90mg／L）的苯酚毒性抑制作用使微生物形态结构受到不可逆破坏，微生物胞外聚合物中DNA质量分数由2．53mg儋增加至34．6mg／g。

污泥发酵液为碳源的反硝化过程亚硝酸盐积累

以污泥发酵液为碳源,通过批次试验研究了不同溶解性有机物的质量浓度与硝酸盐氮质量浓度之比(ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N))和分次投加碳源时反硝化过程亚硝酸盐的积累特性.试验结果表明:不同ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)条件下NO-2-N都得到积累;ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)<4时,NO-2-N的最大积累质量浓度和积累速率随着ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)的增加而增大,分别达12.83 mg/L和0.107 mg/(L·min).分次投加发酵液与1次投加发酵液相比,NO-2-N的最大积累质量浓度相差很小,但分次投加能保持稳定的NO-2-N积累.另外,以污泥发酵液为碳源的反硝化过程,反硝化过程NO-2-N的积累和发酵液的低pH导致N2O的释放与ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)成正相关.因此,在构建反硝化耦合厌氧氨氧化系统时,分次投加发酵液具有很大优势,不仅可产生稳定的NO-2-N积累,弱化有机物对厌氧氨氧化菌的抑制作用,还可减少N2O的释放.

亚硝酸盐对聚磷菌反硝化除磷代谢及N_2O产生的影响

以乙酸钠/丙酸交替为碳源的强化生物除磷(enhance biological phosphorus removal,EBPR)系统为研究对象,母反应器内种泥在厌氧/好氧的运行条件下已培养340d,聚磷菌富集纯度达到92%±3%,考察了不同浓度亚硝酸盐氮(44.64、70.3、94.33、112.36mg NO2--N.L-1)为电子受体对聚磷菌缺氧吸磷代谢的影响。结果表明,从未经缺氧驯化的高纯度聚磷菌也可以进行反硝化除磷代谢。在缺氧反应过程中NO2--N还原速率、PO34--P吸收速率、PHA降解速率随着亚硝酸浓度升高呈下降趋势,但是在初始亚硝酸盐氮浓度最高为112.36mg NO2--N.L-1条件下,代谢并未停止,此时亚硝酸盐还原速率与磷酸盐吸收速率仍可以分别达到2.61mgNO2--N.(g MLSS)-1.h-1和3.0mg PO34--P.(g MLSS)-1.h-1。聚磷菌在以细胞内PHA作为碳源以NO2--N作为电子受体反硝化除磷代谢过程中,由于初始亚硝酸盐的抑制作用使NO2--N还原速率大于N2O还原速率,从而产生大量的N2O积累。初始投加NO2--N浓度为44.64、70.3、94.33、112.36mg NO2--N.L-1时,产生的N2O占TN的比例分别为63.5%、49.0%、30.2%、24.0%。在底物充足的条件下,代谢中积累的N2O可以通过延长缺氧搅拌时间,使其转化为N2。

前置A_2NSBR工艺系统的启动特性研究

以实际低C/N生活污水(C/N为3.85)为研究对象,重点研究了按照厌氧/缺氧/硝化时序运行的新型前置A_2NSBR工艺系统的启动特性.结果表明,采用除磷A_2SBR和硝化N-SBR先单独启动后耦合运行的方式能够实现快速启动,系统在N-SBR中维持稳定的硝化,在A2SBR中实现了以NO_3^-N为电子受体的反硝化除磷,系统连续运行45d后达到稳定,各项出水指标COD、NH_4^+-N、TN、TP平均值分别为33.82mg/L、0.85mg/L、13.56mg/L,、0.3mg/L,相应的去除率分别为84.31%、98.41%、76.81%、93.87%,各项出水指标达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002》中的一级A标准.FISH实验表明,PAOs成为A_2SBR系统中的优势菌群,占全菌比例上升到14.77%.

短程硝化过程中硝化速率与N_2O产生速率的关系

N2O是3种主要的温室气体之一,污水的生物脱氮过程是N2O产生的一个主要人为来源。通过对不同条件下生活污水短程硝化过程中N2O的产生情况进行研究,考察了短程硝化过程中硝化速率(AOR)与N2O产生速率(N2OR)之间的关系。结果表明:随着DO水平的提高,AOR逐渐上升,N2OR则呈现先增加后减少的趋势;最大N2OR出现在DO为0.6 mg·L-1时,为1.29 mg N2O-N·(g MLVSS)-1·h-1。低DO水平下AOR的提高会引起N2OR的增加;但高DO水平下较高的AOR不一定产生较多的N2O。不同条件下,N2O的产生途径不同,引起N2OR的变化。在DO较低时,N2O的产生以NH2OH/NOH途径为主,AOR的提高会促进N2O产生;随着DO的增加,N2O的产生途径主要为AOB的有氧反硝化作用,此时较高的DO水平会对这一反应造成抑制,虽然反应过程中AOR较高,但N2OR处于较低水平。

温度和游离氨对颗粒与絮状污泥硝化性能影响的对比研究

采用批式试验,考察了不同温度(10、15、20、25、30℃)及室温下不同游离氨质量浓度(1.76、8.23、14.68、26.52、46.23、90.00 mg/L)对好氧颗粒污泥和絮状污泥硝化作用的影响.结果表明,随着温度的升高,好氧颗粒污泥和絮状污泥的比氨氧化速率均增大,而在相同温度下,好氧颗粒污泥的硝化能力更强,比氨氧化速率分别是絮状污泥的4.5倍(10℃)和2.5倍(30℃).游离氨的试验表明,在游离氨质量浓度为90.00 mg/L时,游离氨对颗粒污泥硝化性能无明显抑制作用,但对絮状污泥抑制作用明显,比氨氧化速率比上一梯度减小了约43%,原因是氨氧化菌均布于絮状污泥中,与氨氮接触充分,易受到抑制,而好氧颗粒污泥的表面生物特征影响氨氮传质速率,使其具有抗高氨氮负荷冲击的优势,可见颗粒污泥在维持生物脱氮系统稳定方面具有较大潜力.

温度对生物除磷颗粒污泥形成的影响

为考察温度对生物除磷颗粒污泥形成的影响,采用三个实验室小试SBR反应器考察了不同温度下生物除磷系统中颗粒污泥的形成情况、颗粒特性及磷酸盐的去除情况。结果表明,在温度条件为8、23和31℃的反应器中,PO43--P的去除率分为99%、98.8%和20.9%。其中,在8和23℃的系统中形成了生物除磷颗粒污泥,污泥的平均粒径为230和465μm,颗粒中聚磷菌占全菌比例为95.7%和97.3%;在温度为31℃的系统中,污泥以絮状体为主,平均粒径为133μm。随着温度的升高,污泥中的胞外聚合物(EPS)的含量逐渐降低,颗粒状的形成与EPS中蛋白质/多糖的比值有关。

分段进水工艺非稳态进水对污染物去除性能的影响

研究模拟污水处理厂进水以非稳态正弦曲线波动,通过调整非稳态进水平衡位置时好氧段不同的初始DO浓度,研究非稳态进水对分段进水工艺污染物去除的影响及控制策略控制参数.结果表明,通过恒定曝气量并控制好氧段初始DO浓度为2mg·L-1,出水平均COD、氨氮、总氮、总磷浓度最佳,分别为21.82,0.59,11.87和0.26mg·L-1;随着进水流量的非稳态波动,周期内出水COD以分段函数规律变化,出水氨氮、总氮和总磷以正弦曲线波动;从改良A/O 4点分段进水工程化设计角度考虑,设计总处理量的变化系数为1.25时可认为在安全系数范围内.

温度对活性污泥沉降性能与微生物种群结构的影响

为探究运行温度与活性污泥沉降性能之间的关系,采用5个带有自控设备的序批式反应器考察了不同的运行温度（15,20,25,30和35℃）对活性污泥沉降性能及微生物种群结构的影响.结果表明,采用短时进水,由于运行温度对污泥沉降性能的影响远远弱于底物浓度的影响,且系统中的优势丝状菌以Type 0041和Type 0092为主,所以5个系统均未发生污泥膨胀现象;采用长时进水,5个系统均发生了丝状膨胀现象,温度与低底物浓度的相互作用导致污泥的SVI值随运行温度（15~30℃）的增加而升高,而运行温度为35℃时污泥的SVI值要低于30℃的情况.同时不同的运行温度下污泥胞内胞外贮存特性及优势丝状菌的种类差异较大.

不同碳源种类对好氧颗粒污泥合成PHA的影响

影响好氧颗粒污泥稳定性的因素众多,其中碳源种类的不同会造成好氧颗粒污泥合成聚羟基烷酸酯（PHA）的不同,进而影响其稳定性能.采用混合碳源驯化培养的好氧颗粒污泥进行试验.考察了厌氧条件下,乙酸钠等八种碳源对好氧颗粒污泥合成PHA的影响.结果表明,颗粒污泥对乙酸钠和蔗糖具有较好的转化能力,合成PHA的量分别为102.19mg COD/g·VSS和70.58mg COD/g·VSS,显著高于其他碳源的PHA合成量（5～26mg/g·VSS）.故以蔗糖和乙酸钠作碳源均有利于颗粒污泥稳定性能的维持,而当以甲醇作碳源时好氧颗粒污泥的贮存能力最差。

镁粉投加对剩余污泥碱性发酵的影响

考察不同镁粉加入量对剩余污泥在20℃,pH=10条件下发酵的影响。研究结果表明:镁粉的投加对剩余污泥的溶解无太大影响,但可以提高污泥的产酸量,且干污泥中最佳的镁粉投加量为0.01 g/g。各种镁粉投加量条件下,产酸组成由大到小顺序均为乙酸,丁酸,异戊酸,丙酸,异丁酸,戊酸。污泥发酵产生的发酵液中氨氮的浓度在镁粉投加量为0.01 g/g时最高,不投加镁粉时最低;而发酵液中正磷酸盐的浓度随着镁粉投加量的增多而减少。

盐度对垃圾渗滤液亚硝酸型反硝化动力学特性的影响

为了考察在盐度影响下亚硝酸型反硝化动力学特性,采用长期处理垃圾渗滤液的SBR反应器内具有良好短程生物脱氮特性的活性污泥进行亚硝酸型反硝化批次试验,通过函数拟合确立动力学方程及动力学参数,研究结果表明:盐度的突升或突降都会使比反硝化速率减慢,并且影响程度随初始ρ(NO-2-N)的增加而增大,在盐度为10 g/L,初始ρ(NO-2-N)为100 mg/L时,比反硝化速率(以N计)达最大值16.28 mg/(gVSS·h).活性污泥系统中微生物的比反硝化特性在各盐度下均符合Andrews模型,且盐度的升高和降低会使系统的最大比反硝化速率μmax和半饱和常数Ks下降,抑制常数Ki上升.在10 g/L盐度下,μmax(以NO-2-N计)=22.57 mg/(gVSS·h),Ks=20.71 mg/L,Ki,min=613.32 mg/L.

缺/好氧条件下亚硝酸盐的存在对污泥沉降性能的影响

在3个配备自控系统的序批式反应器(SBR)中,以乙酸钠为碳源,分别在缺氧和好氧阶段向SBR-1和SBR-2投加亚硝酸盐,以SBR-3作对照,研究缺氧及好氧条件下亚硝酸盐的存在对污泥沉降性能的影响。研究结果表明:在缺氧及好氧条件下,亚硝酸盐的存在均能引发丝状菌污泥膨胀,其中在在缺氧条件下存在亚硝酸盐时易发生更严重的污泥膨胀;亚硝酸盐能刺激菌胶团菌所分泌的胞外聚合物中多糖比例增加,引起菌胶团菌贮存能力降低,使丝状菌在底物竞争中占优势,且使系统除磷效果严重恶化,导致污泥沉降性能变差;SBR-1和SBR-2发生污泥膨胀时,优势丝状菌均为Thiotrix nivea。

温度对亚硝酸盐剩余污泥发酵耦合反硝化系统性能的影响

在剩余污泥发酵系统中引入亚硝酸盐,构建亚硝酸盐型剩余污泥发酵耦合反硝化系统,考察温度对亚硝酸盐型剩余污泥发酵耦合反硝化系统发酵性能、反硝化性能和污泥减量性能的影响。研究结果表明:在35℃时,反硝化能力相对较高,平均反硝化速率为10.6 mg/(g·d);不同温度系统发酵性能由高到低依次为35℃系统、25℃系统、45℃系统、55℃系统;在35℃时污泥减量性能最佳,其VSS去除率达31.5%。