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环境工程 2024年

作者：郑晓英李汶霏张会杰胡瑞杰徐亚东韩宗朔何海东陈卫河海大学环境学院浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室江苏省水资源服务中心

为推动污水生物脱氮技术绿色转型，针对厌氧氨氧化中底物亚硝氮(NO2--N)难以稳定获得的问题，本研究利用好氧颗粒污泥(AGS)诱导其进行内源短程反硝化(EPD)，实现低碳源条件下NO2--N的积累，可为主流厌氧氨氧化的应用推广提供理论支撑。... 详细信息

为推动污水生物脱氮技术绿色转型，针对厌氧氨氧化中底物亚硝氮(NO2--N)难以稳定获得的问题，本研究利用好氧颗粒污泥(AGS)诱导其进行内源短程反硝化(EPD)，实现低碳源条件下NO2--N的积累，可为主流厌氧氨氧化的应用推广提供理论支撑。当进水化学需氧量/硝氮(COD/NO3--N)为3时，采用厌氧/缺氧/微氧条件，可实现EPD颗粒污泥的富集与稳定，NO3--N到NO2--N转化率(NTR)达到72.73%。厌氧段，消耗有机物和糖原(Gly)，合成聚羟基烷酸(PHA)，ΔPHA/ΔGly(1.30 mol C/mol C)接近聚糖菌(GAOs)模型值，说明内碳源储存主要由GAOs完成。缺氧段，NO2--N积累，并伴随PHA降低和Gly合成，硝酸盐还原酶活性显著高于亚硝酸盐还原酶活性，证明系统实现EPD过程。通过优化运行参数发现，当COD/NO3--N为4.2时，系统的NTR提高至80.01%。批次试验结果表明，pH由6.0升至9.0时，NTR升高至89.15%；温度从40℃降低到5℃时，NTR达到峰值91.16%，说明碱性和低温条件下更有利于NO2--N累积。因此，选择合适的COD/NO3--N、pH和温度，能够有效提升EPD过程的NO2--N积累效果。

关键词：内源短程反硝化好氧颗粒污泥低碳污水培养策略影响因素

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内源短程反硝化组合厌氧氨氧化工艺污水深度脱氮性能与优化调控策略

内源短程反硝化组合厌氧氨氧化工艺污水深度脱氮性能与优化调控策...

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作者：楚光玉青岛大学

学位级别：硕士

厌氧氨氧化(Anammox)作为一项新型自养脱氮工艺,是实现污水厂能源自给或输出的关键技术之一。然而Anammox工艺在主流城市污水处理中的应用仍受制于反应基质亚硝酸盐(NO-N)的稳定获取;且该过程产生约11%的硝酸盐(NO-N),也限制了其脱氮性... 详细信息

厌氧氨氧化(Anammox)作为一项新型自养脱氮工艺,是实现污水厂能源自给或输出的关键技术之一。然而Anammox工艺在主流城市污水处理中的应用仍受制于反应基质亚硝酸盐(NO-N)的稳定获取;且该过程产生约11%的硝酸盐(NO-N),也限制了其脱氮性能的进一步提高。本研究课题针以上问题,以内源短程反硝化(EPD,NO-N→NO-N)作为Anammox获取NO-N的新途径,开发了新型EPD+Anammox(EPD-AMX)组合工艺。EPD工艺能够同时完成有机物去除和NO-N的高效积累,并且EPD-AMX组合工艺能够实现氮素的深度去除。此外,通过对该工艺长期性能、优化调控、脱氮机理和菌群结构等方面进行了深入研究,可为城市污水主流Anammox工艺的推广应用提供理论基础和技术支持。本论文的主要研究内容和创新性成果表现在以下几个方面:(1)EPD工艺启动与高NO-N积累特性研究以模拟城市污水和含NO-N废水为处理对象,在单级序批式反应器(SBR)内先后采用厌氧/好氧(A/O)和厌氧/缺氧/好氧(A/A/O)的运行模式启动EPD工艺,重点考察了以乙酸钠作为碳源条件下EPD工艺(EPD)长期运行特性,并对系统内碳源PHAs转化和NO-N积累性能进行探究。试验结果表明:A/O模式下通过控制进水COD与PO-P的比值(C/P)促进聚糖菌(GAOs)选择性生长,并在120天后实现了EPD系统的启动,内碳源储存率保持在85%以上;在A/A/O模式下通过逐步提高进水NO-N浓度可以实现NO-N高效积累,系统中NO-N转化率、NO-N比反硝化速率分别为88.4%和7.41 mg N/(gVSS·h),且出水中几乎没有残余NO-N,确保了EPD过程持续提供NO-N基质。通过构建并优化EPD工艺,使之成为厌氧氨氧化获取NO-N的新途径。(2)不同进水碳源条件下EPD工艺内碳源储存与NO-N积累特性的差异性研究在另一SBR反应器内接种普通活性污泥并采用与EPD相同的运行方式,以葡萄糖作为碳源启动EPD系统(EPD),考察不同进水碳源条件下污泥内碳源储存、NO-N还原和NO-N积累差异性,并对系统内碳氮转化机制进行探究。试验结果表明:在同样的进水COD浓度下,EPD内碳源储存率(89.2%)高于EPD(85.3%);EPD中NO-N还原和NO-N积累性能高于EPD。EPD中NO-N转化率、NO-N比反硝化速率分别为88.4%和7.41 mg N/(gVSS·h),EPD内分别为82.5%和6.88 mg N/(gVSS·h)。此外,造成EPD性能差异性的根本原因在于内碳源PHAs构成不同,以乙酸钠和葡萄糖为碳源时,其PHB/PHAs分别为0.43和0.33 mol C/mol C;PHB有助于EPD实现高NTR。(3)EPD-AMX组合工艺同步处理城市污水和含硝酸盐废水脱氮特性与微生物群落特征研究采用两级SBR+UASB反应器,分别以乙酸钠和葡萄糖为碳源构建EPD-AMX新型组合工艺(EPD-AMX和EPD-AMX)处理城市污水和含NO-N废水以实现深度氮素去除,考察系统内长期脱氮性能并利用高通量测序技术对微生物群落结构进行鉴定。试验结果表明:组合工艺EPD-AMX和EPD-AMX均具有良好的脱氮性能,总氮(TN)去除率分别为88.7%和91.3%;EPD-AMX和EPD-AMX工艺系统主要通过Anammox途径进行脱氮,脱氮贡献率分别达到87.8%和89.4%;EPD在不同阶段关键功能菌发生了更迭,由Candidatus＿Competiacter转变为Defluviicoccus,且EPD相对丰度低于EPD(30.6%>25.8%);Anammox工艺检测到功能菌为Candidatus＿Kuenenia,在AMX中占16.58%,而在AMX中仅检测到2.3%,这从微观角度解释了脱氮性能的差异性。(4)基于全程硝化强化除磷/内源短程反硝化/厌氧氨氧化的新型生物膜N-SBBR+EPD-AMX工艺特性研究为了解决NO-N来源问题,开发了新型生物膜N-SBBR+EPD-AMX工艺,并以城市污水为处理对象,考察了组合工艺系统脱氮除磷性能,同时利用高通量测序完成对微生物群落结构的鉴定,分析了功能微生物菌群数量变化与工艺脱氮性能之间的相互关系。试验结果表明:N-SBBR可为EPD提供稳定的NO-N基质,而EPD可为主流Anammox提供稳定的NO-N基质,且其NTR长期稳定维持在87%左右;通过组合N-SBBR与EPD-SBBR,即可获得适合厌氧氨氧化反应的NO-N/NH-N配比,其比例维持在1.05左右;N-SBBR+EPD-AMX工艺系统TN和总磷(TP)去除率可达93.9%和74.2%,出水TN、NO-N和PO-P浓度分别低至3.6 mg/L、2.1mg/L和1.5 mg/L;高通量测序分析表明GAOs(Defluviicoccus,34.4%)和Anamm

关键词：内源短程反硝化厌氧氨氧化生物脱氮生物膜聚糖菌

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后置短程反硝化AOA-SBR工艺实现低C/N城市污水的脱氮除磷

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环境科学 2019年第1期40卷 360-368页

作者：巩秀珍于德爽袁梦飞王晓霞陈光辉王钧毕春雪都叶奇青岛大学环境科学与工程学院青岛266071

为了解厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)运行的序批式反应器(SBR)中,强化生物除磷(EBPR)与同步短程硝化反硝化(SPND)耦合,并后置短程反硝化的脱氮除磷特性,以低C/N(≤4)城市污水为处理对象,通过优化曝气量和缺氧时间,实现了低C/N城市污水的深度脱... 详细信息

为了解厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)运行的序批式反应器(SBR)中,强化生物除磷(EBPR)与同步短程硝化反硝化(SPND)耦合,并后置短程反硝化的脱氮除磷特性,以低C/N(≤4)城市污水为处理对象,通过优化曝气量和缺氧时间,实现了低C/N城市污水的深度脱氮除磷.结果表明,当好氧段曝气量由1.0 L·min-1降至0.6 L·min-1,缺氧时间为180 min时,出水PO3-4-P浓度由0.06 mg·L^(-1)降至0,出水NH+4-N、NO-2-N和NO-3-N浓度分别由0.18、18.79和0.08 mg·L^(-1)逐渐降低至0、16.46和0.05 mg·L^(-1),TN去除率由72.69%提高至77.97%;随着曝气量的降低,SPND现象愈加明显,SND率由19.18%提高至31.20%;此后,当缺氧段时间由180 min逐渐延长至420 min,出水PO3-4-P、NH+4-N和NO-3-N浓度分别维持在0、0和0.03 mg·L^(-1)左右,出水NO-2-N低至3.06 mg·L^(-1),SND率达32.21%,TN去除性能逐渐提高,TN去除率高达99.42%,实现了系统的深度脱氮除磷.

关键词：同步短程硝化反硝化(SPND) 内源短程反硝化强化生物除磷(EBPR) 聚磷菌(PAOs) 城市污水

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新型短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺研究进展

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环境科学与技术 2021年第4期44卷 54-63页

作者：陈俊江张星星王超超杨智秋吴鹏苏州科技大学环境科学与工程学院江苏苏州215009 城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室江苏苏州215009 江苏省水处理技术与材料协同创新中心江苏苏州215009

短程反硝化-厌氧氨氧化工艺因无须曝气,节省碳源,理论上可实现100%氮去除,成为近年来最具应用前景的新型污水生物脱氮技术。短程反硝化(NO_(3)^(-)-N→NO_(2)^(-)-N)又可分为胞外碳源(即外源短程反硝化,或短程反硝化)和胞内碳源(即内源... 详细信息

短程反硝化-厌氧氨氧化工艺因无须曝气,节省碳源,理论上可实现100%氮去除,成为近年来最具应用前景的新型污水生物脱氮技术。短程反硝化(NO_(3)^(-)-N→NO_(2)^(-)-N)又可分为胞外碳源(即外源短程反硝化,或短程反硝化)和胞内碳源(即内源短程反硝化)2种电子供体驱动类型,但目前鲜有研究对2种新型短程反硝化及其耦合厌氧氨氧化的专题报道。文章首先对比了短程反硝化和内源短程反硝化工艺原理;其次从反应时间、COD/NO_(3)^(-)-N比、碳源类型、温度和溶解氧等5个方面总结了2种工艺的影响因素;随后对国内外基于短程反硝化/内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化的研究进展进行综述;最后结合当前的研究现状提出目前急需解决的问题并展望了短程反硝化/内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术的发展方向。

关键词：厌氧氨氧化短程反硝化内源短程反硝化耦合工艺影响因素

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短程硝化反硝化除磷处理城市污水和硝酸盐废水的运行特性研究

短程硝化反硝化除磷处理城市污水和硝酸盐废水的运行特性研究

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作者：杜世明青岛大学

学位级别：硕士

污水的脱氮除磷是近年来国内外学者研究的热点。由于我国城市生活污水碳氮比(C/N)低、碳源严重不足的缺点,使用传统生物脱氮除磷工艺进行处理很难达到排放标准。肥料、炸药等工业所产生的硝酸盐废水也急需进行后续处理。因此,寻找一种... 详细信息

污水的脱氮除磷是近年来国内外学者研究的热点。由于我国城市生活污水碳氮比(C/N)低、碳源严重不足的缺点,使用传统生物脱氮除磷工艺进行处理很难达到排放标准。肥料、炸药等工业所产生的硝酸盐废水也急需进行后续处理。因此,寻找一种能够实现低C/N城市污水和硝酸盐废水同步处理的生物脱氮除磷工艺是很有必要的。本研究对DPR-SNED系统、DPR-SPNED系统和EPDPR系统处理低C/N城市污水和硝酸盐废水的启动及处理特性进行了探究,取得以下结果:对反硝化除磷耦合同步硝化内源反硝化(DPR-SNED)系统的启动与运行进行了探究。结果表明:采用厌氧/低氧的运行方式,控制厌氧时间为3h,好氧段DO浓度为0.5.0mg/L,60d可实现同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的启动,出水PO-P浓度反硝化除磷和内源反硝化能力,为后续EPDPR系统的启动提供了污泥源,并且该系统能够独立实现低C/N城市污水和硝酸盐废水的处理。随后对不同电子受体(NO-N和NO-N)对反硝化除磷效果的影响进行了探究。结果表明:DPR-SNED系统具有较强的反硝化除磷能力,反硝化聚磷菌可利用亚硝酸盐做为电子受体进行反硝化除磷。反硝化除磷速率随着NO-N浓度的升高而降低,降低幅度较大。当NO-N浓度为10mg/L时,磷去除速率最大。说明高浓度NO-N对反硝化除磷作用有一定的抑制作用。DPR-SNED系统利用NO-N进行反硝化除磷的能力较强,在低浓度时,反硝化除磷速率随着NO-N浓度的增大而增大,当NO-N浓度为10mg/L时,磷去除速率达到最高,随后有所降低。当NO-N浓度较低时,DPAOs相较于DGAOs更具有优势,因此在低浓度时几乎不存在NO-N的积累,当NO-N浓度较高时,DGAOs可利用NO-N为电子受体进行内源短程反硝化,实现NO-N的积累,为后续EPDPR系统的启动提供了依据。随后对反硝化除磷耦合同步短程硝化内源反硝化(DPR-SPNED)系统的启动与运行进行了研究。结果表明:在DPR-SNED系统的基础上,通过调节好氧段曝气量和曝气时间,100d可实现DPR-SPNED系统的启动。系统好氧段实现短程硝化。系统总氮去除率维持在90%以上。在系统缺氧段,强化反硝化除磷可实现95%以上的PO-P和100%的NO-N去除。对原始污泥和DPR-SPNED系统污泥进行分子生物学分析,可以得出:厌氧/缺氧/好氧的运行方式和低DO浓度可有效抑制NOB从而实现短程硝化,AOB(约4.5%)的比例超过NOB(约1.4%)的比例是实现短程硝化的关键。属于GAOs(约5.5%)的菌属有利于系统实现SNED,占主导地位的PAOs(约7.5%)有助于系统实现反硝化除磷作用。与DPR-SNED系统相比,优化运行后的DPR-SPNED系统的曝气时间和曝气量有所降低,但总氮去除率仍维持在较高水平,节约了能源,提高了反应效率。最后对内源短程反硝化除磷(EPDPR)系统的启动与优化运行进行探究。结果表明:系统采用厌氧/缺氧的方式运行,并通过调节进水方式(厌末排水)和逐步提高缺氧段进水NO-N浓度以及延长缺氧运行时间的方式,100d可实现EPDPR系统的启动。系统出水PO-P浓度小于0.5mg/L,系统具有良好的反硝化除磷能力。COD去除率维持在较高水平(90%)。出水NO-N小于0.5mg/L,亚硝酸盐积累率达到65%。出水NH-N:NO-N约为1:1,可连接厌氧氨氧化。

关键词：低C/N城市污水硝酸盐废水反硝化除磷短程硝化内源短程反硝化

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反硝化除磷组合厌氧氨氧化强化污水同步脱氮除磷特性研究

反硝化除磷组合厌氧氨氧化强化污水同步脱氮除磷特性研究

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作者：何彤晖青岛大学

学位级别：硕士

近年来,生物脱氮除磷工艺处理污水受到国内外学者的广泛研究。我国城市生活污水存在碳氮比(C/N)低、碳源不足等问题,采用传统生物脱氮除磷工艺处理这类污水难以达到允许的排放标准。针对我国城市生活污水低C/N的特点,以及传统生物脱氮... 详细信息

近年来,生物脱氮除磷工艺处理污水受到国内外学者的广泛研究。我国城市生活污水存在碳氮比(C/N)低、碳源不足等问题,采用传统生物脱氮除磷工艺处理这类污水难以达到允许的排放标准。针对我国城市生活污水低C/N的特点,以及传统生物脱氮除磷工艺的技术难点,本研究提出了反硝化除磷组合厌氧氨氧化(Anammox)进行深度脱氮的技术方案。污水中的磷通过反硝化聚磷菌(DPAOs)的厌氧释磷,缺氧过量吸磷的代谢作用得以去除,具有耗氧量低,且剩余污泥量少的优势;污水中的氮则通过厌氧氨氧化菌在不需外加碳源的条件下得以去除,具有能耗低,且能够有效减少CO排放的优势。此外,通过分别考察短程反硝化除磷耦合半短程硝化(PDPR-PN)及内源短程反硝化除磷(EPDPR)组合Anammox强化污水同步脱氮除磷的性能、菌群结构变化及去除机理,为低C/N污水同步深度脱氮除磷新工艺的研发与实际应用提供理论技术和试验数据支撑。主要结果有:(1)采用SBR接种普通活性污泥,以城市污水与模拟含亚硝废水为处理对象,通过调控进水NH-N、COD浓度和好氧时间,实现了PDPR-PN系统的启动和稳定运行。试验结果表明:当采用厌氧180 min,缺氧180 min,好氧150 min的运行方式时,可16 d实现短程反硝化除磷的启动;PO-P和COD去除率分别达到65.7%和68.9%。当进水NH-N、COD浓度提高至123.6和300.0 mg/L并延长好氧时间至320 min时,可实现系统内短程反硝化除磷的稳定维持及短程硝化向半短程硝化的转化。经过83天运行,系统PO-P去除率可达100%,COD去除率维持在76.2%左右,出水NO-N与NH-N浓度比值稳定在1.32左右,其水质可满足后续与Anammox工艺组合进行深度脱氮的进水条件。(2)采用SBR接种普通活性污泥,以人工配水与模拟含硝氮废水为处理对象,通过调控缺氧段NO-N进水浓度和缺氧时间,实现了EPDPR系统的启动和稳定运行。试验结果表明:采用厌氧(180 min)/好氧(120 min)运行,经过42 d驯化,系统通过厌氧释磷好氧吸磷,实现对PO-P的高效去除。系统出水PO-P和COD浓度分别达到为0.45 mg/L和52.13 mg/L,PO-P和COD去除率分别达到95%和78.3%。随后,逐步提高缺氧段NO-N进水浓度(由50提高至120 mg/L)和延长缺氧时间(由120 min～180 min),实现了系统内内源短程反硝化除磷的启动与优化;出水PO-P、COD、NH-N和NO-N浓度分别为0、26.7、22.14和24.31 mg/L,PO-P去除率稳定在95%以上,COD去除率为86.3%左右。在EPDPR系统稳定运行阶段,出水中NO-N/NH-N可达1.32,满足后续组合Anammox进行深度脱氮的进水条件。经过127 d驯化,系统中优势PAOs菌属为:norank＿f＿＿Caldilineaceae,norank＿f＿＿Comamonadaceae,Hyphomicrobium;优势GAOs菌属为:Candidatus＿Competibacter和Defluviicoccus,可为缺氧段反硝化除磷和内源反硝化提供足够的内碳源。(3)以UASB接种已经具有良好脱氮性能的厌氧氨氧化污泥,分别将PDPR-PN系统、EPDPR系统与Anammox组合,考察Anammox-UASB分别与PDPR-PN和EPDPR系统组合进行深度脱氮的可行性。试验结果表明:PDPR-PN组合Anammox-UASB运行22 d,出水COD、PO-P、NH-N、NO-N浓度分别降低至35.13、0.16、0.37和0.21 mg/L,TN去除率稳定在93.13%左右。实现对城市污水与亚硝废水的同步处理。EPDPR组合Anammox-UASB运行23 d,出水COD、PO-P、NH-N、NO-N浓度分别降低至34.62、0.12、0.39和0.27 mg/L,TN去除率稳定在85.12%左右。实现对城市污水与硝氮废水的同步处理。

关键词：反硝化除磷内源短程反硝化半短程硝化厌氧氨氧化 C/N

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