污水处理系统中厌氧氨氧化细菌的富集策略

厌氧氨氧化(Anammox)工艺有利于实现可持续的污水生物处理,自发现以来就引起了人们的极大兴趣,与传统的生物脱氮技术相比,其优势在于节约充氧电耗与外加碳源所需的运行费用,以及较低的剩余污泥产量。然而,厌氧氨氧化细菌(AnAOB)的生长速率极其缓慢,限制了Anammox工艺的大规模应用。综述了以往富集AnAOB的研究,主要介绍了以下3个方面:接种污泥选择、载体与反应器设计以及外加化学物质。该文将有助于研究人员规划和设计一个合适的AnAOB富集策略,有利于拓宽Anammox工艺在污水生物处理中的应用。

高密沉淀-超滤深度处理过程有机物变化及膜污染分析

超滤技术被广泛应用于城镇污水深度处理,但膜污染导致的通量衰减问题始终是制约超滤处理效率的主要瓶颈之一。研究利用生化池、二沉池、高密池和超滤出水探究了城镇污水深度处理过程中溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)的组成和变化,采用紫外光谱、荧光光谱、傅里叶变换红外光谱等多种技术手段对高密沉淀-超滤组合工艺的超滤膜污染进行化学结构、污染物组成分析研究。结果显示,深度处理可去除多种有机物,二沉池出水、高密池出水、超滤出水的溶解性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)质量浓度分别为7.43 mg/L、5.98 mg/L、3.32 mg/L,超滤对DOC截留率达44.5%。此外,深度处理工艺可以显著降低二级出水中蛋白质组分和腐殖质的荧光强度。在模拟废水条件下,探究了高密池出水典型污染物的膜污染机制。高密池出水中的蛋白质和多糖是造成膜污染的主要物质,在经过多批次过滤、反洗试验后依然残留于膜表面,其中残留质量由大到小依次为蛋白质(1.04 mg)、多糖(0.32 mg)、腐殖酸(0.07 mg)。研究表明,深度处理过程的膜污染机制与DOM密切相关,多糖与蛋白协同作用可导致更为严重的膜污染并形成致密且不易脱落的滤饼层,含多糖和蛋白质的模拟废水在第二和第三周期开始时的膜比通量比第一周期开始时分别降低了71%和72%。

科研与实践相结合推进水处理综合实验教学体系创新的探索

社会和行业的快速发展对污水处理专业人才的知识水平和实践能力提出了更高的要求,将科研与实践相结合推进综合实验教学体系改革已成为必然趋势。污水处理综合实验课程教学体系创新应充分发挥实践性、自主性、探索性、手段多样性和与时俱进的显著特色,将学科发展前沿和研究热点等以案例形式引入教学,推进创新型、有特色的实验教学体系建设。

A/O工艺污水处理厂醛酮化合物释放特征及风险评价

对北京市某A/O工艺城市污水处理厂各处理单元释放的挥发性醛酮类有机化合物的释放通量及环境空气浓度进行长期监测,评估了空间尺度上4种典型醛酮化合物的排放特征,同时计算了各工艺单元暴露风险值,评估醛酮化合物对工作人员及周边居民的危害性。结果表明,污水处理厂中挥发性醛酮化合物排放通量由大到小依次为:好氧池1段、好氧池2段、好氧池3段、缺氧池、初沉池、二沉池。生物曝气池是各处理单元中醛酮化合物日排放量占比最大的处理单元,4种醛酮气体的占比达57.81%以上。各处理单元环境空气中醛酮化合物的环境质量浓度也均不相同,总质量浓度变化范围在30.44~1230.79μg/m^(3),其中甲醛的质量浓度最低,为2.46~71.36μg/m^(3),乙醛质量浓度最高,为59.32~1454.44μg/m^(3)。各处理单元排放的乙醛存在致癌风险。

污水处理厂碳中和运行技术研究进展

全球变暖导致的自然灾害频发是当今世界关注的主要问题之一,各国纷纷制定了各自的碳中和目标。污水处理行业本应是绿色家族的一员,但如今却是碳排放和耗能大户,其低碳转型迫在眉睫。文中从节能和开源两个角度详细介绍了实现污水处理厂碳中和运行低碳转型的技术;如节能方面可以应用低能耗的碳氮两段法(新型AB工艺)、提高设备性能和设备运行的供需平衡;开源方面可以开发污水中的化学能和物理热能。研究可以为实现污水处理行业低碳转型提供借鉴。

主流城市污水部分厌氧氨氧化技术的研究与工程化应用

厌氧氨氧化(Anammox)技术在低氨氮浓度城市污水处理中的应用是现今污水生物处理领域研究和工程前沿。城市污水短程硝化/厌氧氨氧化(Partial Nitrification/Anammox,PN/A)工艺的可行性在实验室得以验证,但长期稳定维持仍然缺乏有效策略,实现较为理想的主流厌氧氨氧化(Mainstream Anammox)面临诸多挑战。近年,短程反硝化耦合厌氧氨氧化(Partial Denitrification/Anammox,PD/A)作为新型污水处理技术逐渐受到关注。短程反硝化驱动的部分厌氧氨氧化机理在中国西北某城市污水处理厂主流区得以证明。强化城市污水处理厂厌氧氨氧化菌原位富集,可有效提高脱氮效果并降低处理成本。基于主流城市污水部分厌氧氨氧化(Partial Anammox)的思路,为污水提质增效提供了新的技术路线,具有重要研究价值与工程应用意义。

集成电路废水的达标排放、资源回收和再生处理

集成电路产业是支撑经济社会发展的战略性、先导性产业,其用水量和排水量均较高。分析了集成电路废水的水质特征,主要包括各生产环节产生的含氨、含氟、酸碱、有机、含铜和研磨废水。针对含不同物质废水,总结了废水达标排放、资源回收和再生处理技术的应用现状与研究进展。在废水达标排放方面,实际工程中常采用混凝沉淀、过滤和吸附等处理含氟、含铜和研磨废水;采用活性污泥法、膜生物反应器、水解酸化和内循环厌氧反应器等处理含氨和有机废水;近年来磁混凝和高级氧化等技术也备受关注。在资源回收方面,目前主要采用超滤和电渗析等技术回收氟、铜和四甲基氢氧化铵等。废水回用方面,主要采用混凝沉降,膜生物反应器和膜过滤技术;反渗透技术是废水再生处理的核心,其目标是制备工业纯水用于集成电路制造。最后针对集成电路废水处理系统现存的问题,建议完善废水分类分质收集系统;强化去除重金属和难降解有机物,降低废水的生物毒性;使用预处理、污堵监测、膜清洗、开发新型膜材料等方法控制反渗透膜的污堵。

多模式AO-MBR工艺在地下污水处理厂的应用

北方某设计规模为6万m^(3)/d的地下式污水处理厂,采用多模式AO-MBR工艺,出水水质满足《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB11/890-2012)中B标准要求。项目建设总投资为46276万元。单位水量处理总成本为3.26元/m^(3),其中可变成本为0.918元/m^(3),固定成本为2.342元/m^(3)。自投入运营以来,设计工艺处理高效且稳定,出水COD、TN、NH_(3)-N、TP平均排放浓度为13 mg/L、10.6 mg/L、0.24 mg/L、0.2 mg/L,平均去除率分别为93%、78.6%、99.5%和96%。水厂高质量保证所在规划服务区域的再生水供应,有效保障该地区再生水资源可持续利用。

面向碳中和的污水低能耗脱氮及氮回收技术探讨

为应对严重的水污染问题,污水排放标准越来越严格。污染物的深度去除,通常需要消耗大量的电能并经常性投加大量的化学药剂,这导致污水厂间接碳排放量巨大,环境效益降低,违背低碳可持续发展的原则。污水碳中和的达成可通过节能降耗、资源回收以及自身产能来实现。在能源紧缺,实现碳中和迫在眉睫的背景下,全面推进节能降耗技术的应用是最现实且有望短期实现的策略。脱氮是目前城市污水处理厂的关键任务,能耗占比大,本文即针对现有的污水脱氮途径和技术,从降低能源消耗以及实现资源回收两个方面出发,对能耗低、具有可持续性且具有应用前景的工艺进行总结。重点对厌氧氨氧化工艺(Anaerobic ammonium oxidation, Anammox),以及能实现能源回收的CANDO(Coupled aerobic-anoxic nitrous decomposition operation)工艺进行更为全面系统的综述,指出现有的技术问题和研究瓶颈,以期为污水脱氮技术的低碳发展及工程应用提供参考。

同步硝化反硝化SBBR处理低C/N比生活污水的启动与稳定运行

以低C/N比实际生活污水为处理对象,聚氨酯海绵填料为生物载体(填料填充率25%),采用逐步提高氮负荷的方式,在较短的时间内(98 d)成功启动了同步硝化反硝化(simultaneous nitrification and denitrification,SND)的序批式生物膜反应器(sequencing batch biofilm reactor,SBBR)。实时定量PCR(real-time qualitative polymerase chain reaction,real-time q PCR)结果表明系统内硝化菌得到富集。在稳定运行期间,系统对有机物及氮的去除效果良好,平均出水COD、4NH-N+、TN分别为38.28 mg·L-1、1.23 mg·L-1、8.23 mg·L-1。微生物将大部分碳源以聚羟基脂肪酸酯(poly-β-hydroxyalkanoate,PHA)的形式储存至体内,系统内3NO-N-的去除主要通过内源反硝化作用,且反硝化过程基本无2NO-N-积累,平均SND率为70.57%,TN去除率高达82.95%。由于硝化反应和反硝化反应在同一反应器内同时进行,反硝化过程产生的碱度可补充硝化过程消耗的碱度,维持系统内p H的相对稳定。此外,可以通过DO和p H的变化判断SND的进行状态,有效地控制反应时间,节省动力消耗。

反硝化聚磷菌的培养富集及处理生活污水的稳定运行

在厌氧-好氧交替运行的序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)中,以C/P比大于50的实际生活污水为进水,成功驯化富集聚磷菌,平均厌氧释磷量为15 mg·L^-1,出水PO4^3--P浓度稳定小于0.5 mg·L^-1。在系统运行的第74 d调整运行模式为厌氧-缺氧-好氧,在缺氧开始时短期投加NO3^--N配水以驯化培养反硝化聚磷菌。保持系统内NO3^--N浓度不变,在进水COD浓度为250 mg·L^-1时,反硝化除磷效果最佳,平均反硝化除磷量占除磷量的比为87.1%。不同pH下反硝化除磷速率的小试证明,在pH=7.0时得到最大的比吸磷速率2.1 mg P·(g VSS·h)^-1。此时调整NO3--N进水为另一个全程硝化反应器的出水,并加大排水比增加缺氧初的进水量使得反应器内缺氧时的pH接近7.0,与未改变pH时对比表明前者在缺氧段反硝化除磷速率加快。反应器共运行160 d,稳定完成COD的去除与反硝化除磷过程。

短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺处理低C/N比生活污水

为快速实现低C/N比生活污水高效低耗稳定脱氮,在常温条件下,对短程硝化-厌氧氨氧化工艺的启动及脱氮性能进行研究,在常温,高DO(2.5 mg·L-1)条件下,采用实时控制结合神经网络模型预测控制可快速启动短程硝化,亚硝积累率达到95%以上。由于生物膜的独特结构可为厌氧氨氧化(Anammox)菌提供良好的厌氧环境,因此选用生物滤池来实现厌氧氨氧化,启动期间克服了温度变化的影响,第173天后,NH4+-N和NO2--N去除率达到90%以上,TN去除率达到80%,Anammox滤池成功启动。后续将短程硝化与厌氧氨氧化耦合,通过逐步提高滤速启动耦合系统,Anammox滤池滤速可提高到0.5 m·h-1,总氮容积负荷达到0.75 kg·m-3·d-1。系统出水TN平均浓度为8 mg·L-1,实现了短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺稳定高效地处理生活污水。

污水生物处理系统中全程氨氧化菌的研究进展

全程氨氧化过程(complete ammonia oxidation,comammox),即在单一微生物comammox菌作用下,直接将氨氧化为硝酸盐的过程.全程氨氧化过程的发现打破了硝化过程分为2个步骤的固有看法,表明硝化过程可由单一微生物催化完成.Comammox菌对微生物氮素代谢、地球氮素循环和污水脱氮处理等研究领域均产生了重要影响.概述comammox菌的发现过程,总结归纳comammox菌的生理生态特征及环境分布特点,重点分析污水生物处理系统中comammox微生物存在的可能性及对氮素迁移转化的潜在影响.Comammox菌在低氧和低氨氮环境中具有竞争优势,对于短程硝化和厌氧氨氧化脱氮工艺的稳定性可能存在显著影响.最后针对污水生物处理系统中comammox菌的研究方向进行了展望.

部分短程硝化SBR实现低C/N比生活污水碳源的充分利用

为实现低C/N比生活污水中碳源的充分利用,以部分短程硝化SBR为研究对象,通过减少进水输入碳源的量和增加反硝化利用碳源的量两方面来提高碳源利用率(反硝化利用碳源的量与总进水碳源的量的比值),分别考察了进水量、排水比、曝气时间、沉淀时间、曝气后搅拌时间对碳源利用率的影响。结果表明,排水比由50%变为35%,碳源利用率由15.1%提高到24.8%;曝气时间由2 h增加到2.25 h,碳源利用率由24.8%提高到27.5%;曝气后增加1.5 h的搅拌过程,碳源利用率又提高了3.8%,此时出水的亚硝态氮积累率(NAR)为94.8%,2 4NO-N/NH-N-+为1.7,表明了系统稳定的短程硝化效果,且能为同步厌氧氨氧化-反硝化(SAD)工艺提供更适宜的进水。通过调节以上运行参数,部分短程硝化SBR对于低C/N比生活污水的碳源利用率得以提升,节省了后期曝气去除有机物的能耗,进而削弱好氧异养菌的生长,有效避免好氧异养菌过度增殖对氨氧化菌(AOB)的冲击,维持系统稳定的短程硝化效果。

四种碳源条件下城市污水处理厂尾水深度脱氮的性能与微生物种群结构

城市污水处理厂出水符合一级A排放标准,其中含有的硝酸盐氮仍可能引起敏感水域水质恶化,故仍需进一步开发尾水深度脱氮技术.研究采用乙酸钠、葡萄糖、甲醇、乙醇4种碳源作为外加碳源,探究序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)悬浮污泥系统进行城市污水厂尾水深度脱氮的可行性.试验结果表明:在进水硝酸盐质量浓度约为15 mg/L、硝酸盐氮容积负荷率为0.03 kg/(m^(3)·d)的条件下,分别投加4种不同的碳源,SBR均能达到97.80%以上的NO_(x)^(-)-N去除率,出水ρ(NO_(x)^(-)-N)<1 mg/L.4个系统实现稳定深度脱氮所需的COD/ρ(N)分别为5、12、6和7,对应去除1 g NO_(x)^(-)-N的碳源量分别为7.35、12.00、4.00和3.37 g,其中乙醇为碳源时投加量最低而葡萄糖为碳源时最高.使用原位全周期方法测得的4个系统平均氮去除速率分别为0.72、0.19、0.32和0.73 kg/(m^(3)·d),其中乙醇和乙酸钠为碳源时反应速率最高而葡萄糖为碳源时最低.碳源种类对微生物种群组成具有显著影响.经过78 d的培养之后,乙酸钠和葡萄糖系统污泥与接种污泥相比种群结构简单,乙酸钠为碳源时微生物以Firmicutes门为主(94%),葡萄糖为碳源时微生物以Actinobacteria 门(45%)和Patescibacteria 门(44%)为主.与之相反,甲醇、乙醇系统中微生物种群的多样性比起种泥有所上升.

污水处理厂PPCPs的污染现状与去除技术

近年来,药品和个人护理品(PPCPs)作为一类新兴有机污染物在环境中被广泛报道。传统的污水处理厂处理工艺难以有效去除污水中的PPCPs,残留在污水处理厂出水中的PPCPs及其代谢物进入水环境会严重威胁人类健康和生态环境。介绍了PPCPs的类别、性质以及水环境中PPCPs的赋存水平及其潜在危害,提出风险熵法(RQ)是国内外普遍使用的风险评价方法;跟踪了近20年来PPCPs在污水处理厂的来源与分布,分析了不同国家和地区的污水处理厂不同处理工艺各处理单元对PPCPs的去除效果;指出一些先进技术已有效应用于污水处理厂污水中PPCPs的去除,如高级氧化技术、膜过滤技术、活性炭吸附技术,并对各种技术去除PPCPs的优势和瓶颈进行了分析。

进水量和硝化液回流量对A2N2系统处理低ρ（C）/ρ（N）实际生活污水的影响

为了实现低ρ(C)/ρ(N)比实际生活污水有效的脱氮除磷,以A-SBR和N-SBR构成的双污泥反硝化除磷系统(A2N2)为研究对象,重点研究反应器在不同进水量(用进水比表征)和硝化液回流量(用内交换比表征)条件下对各污染物的去除情况. A-SBR单元厌氧1. 5 h,缺氧2 h,好氧10 min,而N-SBR硝化单元一次硝化和二次硝化时间分别为4、1 h,A-SBR和N-SBR单元的曝气量恒定,N-SBR填料填充率为66%.在此条件下,通过改变进水比R1(70%、75%、80%)和内交换比R2(70%、75%、80%),做了9个平行试验.试验结果表明:在不同的进水比和内交换比条件下,A2N2系统都能稳定而高效地将有机物去除,各阶段平均COD去除率均在80%以上.而在TN的去除性能上有较大的差异,去除率为61. 67%~78. 3%.在进水比和内交换比分别为70%和80%时,A2N2系统脱氮效果达到最佳,平均TN去除率高达78. 3%,平均出水TN质量浓度为9. 2 mg/L,在除磷方面,内交换比由70%增加到80%,反硝化除磷率保持在99%以上,出水磷质量浓度在0. 1 mg/L以下.

部分短程硝化同步除磷耦合Anammox实现生活污水高效脱氮除磷

为实现低碳氮比生活污水高效脱氮除磷,构建了部分短程硝化同步除磷(SPNPR)耦合Anammox系统,探究了其长期运行性能、污染物转化路径和菌群结构。结果表明,系统脱氮除磷效果良好,且低温时可稳定维持,平均总氮和PO_(4)^(3-)-P去除率分别为90.7%和94.2%。PO_(4)^(3-)-P与大部分COD被SPNPR反应器去除,同时其可为Anammox提供合适的进水NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(-)-N。氮主要被Anammox生物膜反应器去除,其中Anammox发挥主要作用,并存在一定的反硝化作用,该反应器中主要功能微生物为Candidatus_Brocadia、反硝化菌和可分解难降解有机物的菌属。SPNPR反应器中Nitrosomonas与聚磷菌的丰度较高,未检测到亚硝酸盐氧化菌,并存在丰度较高的耐寒菌属,其可在低温时产生防冷冻的胞外聚合物(EPS),保证了反应器良好的SPNPR作用。EPS分析发现,低温时反应器中EPS含量大幅增加,尤其是紧密结合型EPS,其可减缓低温等对微生物的危害,促进系统稳定运行。

基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水同步脱氮除磷工艺研究进展

低碳氮比城市污水的高效低耗同步脱氮除磷是水污染防治的重点和难点问题,开发和应用低碳高效的脱氮除磷技术和工艺具有重要经济和环境效益。本文总结了同步脱氮除磷技术的发展历程,重点探讨了基于厌氧氨氧化强化的城市污水同步脱氮除磷新工艺和新技术,包括基于传统除磷与全程自养脱氮耦合工艺、反硝化除磷与厌氧氨氧化自养脱氮耦合工艺、部分厌氧氨氧化强化同步脱氮除磷等。其中基于部分厌氧氨氧化同步脱氮除磷的工程案例表明:短程反硝化耦合厌氧氨氧化可实现厌氧氨氧化菌的富集,同时解决低温对脱氮除磷性能的抑制。该技术利用原水碳源,在不同尺度的研究中均体现出深度的脱氮除磷效果。本文还比较了不同工艺的技术特点及工程应用前景,对未来研究的重点提出了展望,可为后续主流城市污水氮磷同步去除工艺的开发与优化提供参考。

利用羟胺实现城市污水短程硝化最优投加点选择

模拟缺氧/好氧(A/O)模式运行的序批式活性污泥法(SBR)处理系统,探究利用羟胺实现城市污水短程硝化的投加点优化.批次实验发现,溶解氧存在会降低羟胺对亚硝酸盐氧化菌(NOB)抑制效果的(20±0.5)%.此外,相较于未经缺氧处理和延长缺氧时间(>15min)处理,缺氧时间为1~5min可提高NOB活性抑制率13%~25%.长期试验表明,在缺氧段末投加羟胺的短程硝化系统维持NO_(2)^(-)-N积累率92%以上,而在好氧阶段投加羟胺的系统NO_(2)^(-)-N积累率逐渐降低.qPCR分析证明,羟胺投加点为缺氧段末可在充分抑制NOB基础上,降低对氨氧化菌(AOB)的抑制作用,从而有利于AOB成为优势菌群结构.本研究为优化羟胺投加点和稳定维持短程硝化提供理论基础.