污水脱氮除磷研究新进展
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➢ 厌氧氨氧化工艺出水剩余NO3-的问题：
自身产生NO3--N占11%，特别是高氨氮污水处理后出水， 如， 垃圾渗滤液、制药废水、污泥厌氧消化液等。
高效处理含硝酸盐废水是一项值得研究的课题： 基于NO3- NO2- 的短程反硝化+厌氧氨氧化是最佳选择。
5
传统生物脱氮
硝化
反硝化
氨氧化菌
NH4+
NO2-
污水脱氮除磷研究的新进展--短程反硝化+厌氧氨氧化
彭永臻、操沈彬、杜睿 北京工业大学 2016年4月
目录
1 研究背景——短程反硝化的提出 2 短程反硝化的实现及其微生物种群富集 3 短程反硝化+厌氧氨氧化工艺与技术 4 应用前景
2
1. 研究背景——短程反硝化的提出
污
水
除磷
脱氮
处
理
生物法
化学法
生物法
Applied Microbiology and Biotechnology (2015)
DOI: 10.1007/s00253-015-7052-9
13
短程反硝化的科学与工程意义
1.提高厌氧氨氧化 脱氮效率
2.处理硝酸盐废水
NO3-→NO2-
4.减少碳源需求
5.降低运行费用
6. 操控简单，运行稳定
Achieving partial denitrification with sludge fermentation liquid as
carbon source: The effect of seeding sludge.
Bioresource Technology. 149 (2013) 570–574. SCI 一区
8
目录
2 短程反硝化的实现及其微生物种群富集
9
结果1：短程反硝化的发现与稳定维持
三种污水处理活性污泥反硝化试验
1.反硝化生物膜
2.厌/缺/好氧 3. 发酵耦合反硝化
污泥
污泥
发现：
前两种污泥都存 在短暂NO2– N积累。
发酵耦合反硝化
污泥:
具有最高NO2– 积累率（80%）;
NO3–耗尽时 NO2–积累达到峰值。
NAR
20
3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
时间 (d)
连续流中成功实现并维持
0.35
0.30
转化率= 90%
30 100
25
比反硝化活性(g N gVSS -1h -)1
80
0.25
20
连续流中成功实现NO2-转
0.20
60 15
化率90%以上；
0.15
40
时间（min） 12
实现短程反硝化菌的富集
富集后300天的稳定运行：
➢ 短程反硝化效果稳定维持 ， 高NO2-积累特性未退化 ；
➢ 实现短程反硝化的功能菌— —Thauera菌属比例高达 67%；
➢ 不同碳源和进水水质条件 下 均达到稳定维持。
Mechanisms and microbial structure of partial denitrification with high nitrite accumulation .
(GAC). 80 100 120 时间(天)
140
160
180
200
Water Research. 90 (2016) 309–316.
NO --N 3
NO --N 2
NTR (%)
T（℃）
11
亚硝酸盐转化率(%) 温度(℃)
结果2：短程反硝化特性菌群的优选和富集 发现短程反硝化特性菌群
菌群具有优先还原NO3-特性： ➢ NO3-存在时，NO2-还原能力
亚硝酸盐 氧化菌
反硝化细菌A
反硝化细菌B
NO3-
NO2-
N2
有机
O2
碳源
短程硝化脱氮新技术
NO2-O2
NO3-
有NO机2物-
NH4+
NH4+NO2-
NNOO23--
NON-2
2
N2
好氧
缺氧
1. 研究背景——短程反硝化的提出
短程生物脱氮的理论与技术已经 成为当前研究和应用的热点。
短程硝化的局限 短程硝化反硝化能从3各方面节能降耗；
短程硝化是厌氧氨氧化（自养脱氮）的必要条件；
但短程硝化、厌氧氨氧化对含硝酸盐（NO3- ）污水 处理却都无能为力。
1. 研究背景——短程反硝化的提出
传统反硝化
NO
N2O
N2
NO3-
NO2-
短程反硝化
NO3-
NO2-
N2
短程反硝化的诱导因素 微生物种群、碳源类型、C/N、pH等因素，导致反硝 化过程出现不同程度的亚硝积累现象。
很弱，产生较高NO2- 积累；
➢ NO3-耗尽后， NO2-以较低速 率被还原；
➢ NO2-积累受碳氮比影响很小。
亚硝酸盐积累率 (%)
100
80
60 40 20 0
0
SCOD/NO --N =1 3
SCOD/NO --N =2 3
SCOD/NO --N =3 3
SCOD/NO --N =4 3
40 80 120 160 200 240 280 320 360
14
目录
3 短程反硝化+厌氧氨氧化工艺与技术
15
结果3 ：短程反硝化+厌氧氨氧化技术
10
0.10
200天运行中稳定维持。
0.05
20
5
Nitrite production in a partial denitri0f.0y0 ing upflow sludge bed (USB0 ) 0
reactor
equipped
with
gas
automatic
cir0cu2l0at4i0on60
厌氧氨氧化工程化关键技术之一： NO2--N的来源
厌氧氨氧化
(NO3-)
4
1. 研究背景——短程反硝化的提出
3个问题的提出:
➢ 含高浓度NO3- 的化肥、冶金、化工等工业废水处理问题：
某些冶金废水不仅没有有机物，而且NO3 ->5000mg/L。
➢ 城市污水处理厂出水NO3- -N超标问题：
二级处理后的出水中经常出现NO3 --N>20mg/L。
脱
氮
除
磷
重点、难点
技
术
新型脱氮除磷技术的研究开发，是实现
达标排放和节能降耗的重要基础
3
厌氧氨氧化（Anammox）
传统生物脱氮
是迄今最高效与节能的脱氮方式
+ NH4+
厌氧氨氧化菌
NO2-
N2
优势： ① 自养脱氮，无需外碳源； ② 比传统脱氮节省60%曝气量； ③ 污泥产量低； ④ 氮的去除负荷高。
10
结果1：短程反硝化的发现与稳定维持
亚硝酸盐源自文库累 (%)
SBR中接种高亚硝酸积累 40
特性污泥；
在长达108天运行过程中实
30
100
80%
80
60
(mg/L )
现稳定的短程反硝化。 SBR中实现稳定维持
NO -NX
20
10
0 0
40
NO --N inatial
NO --N eff
3
2
NO --N eff
自身产生NO3--N占11%，特别是高氨氮污水处理后出水， 如， 垃圾渗滤液、制药废水、污泥厌氧消化液等。
高效处理含硝酸盐废水是一项值得研究的课题： 基于NO3- NO2- 的短程反硝化+厌氧氨氧化是最佳选择。
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传统生物脱氮
硝化
反硝化
氨氧化菌
NH4+
NO2-
污水脱氮除磷研究的新进展--短程反硝化+厌氧氨氧化
彭永臻、操沈彬、杜睿 北京工业大学 2016年4月
目录
1 研究背景——短程反硝化的提出 2 短程反硝化的实现及其微生物种群富集 3 短程反硝化+厌氧氨氧化工艺与技术 4 应用前景
2
1. 研究背景——短程反硝化的提出
污
水
除磷
脱氮
处
理
生物法
化学法
生物法
Applied Microbiology and Biotechnology (2015)
DOI: 10.1007/s00253-015-7052-9
13
短程反硝化的科学与工程意义
1.提高厌氧氨氧化 脱氮效率
2.处理硝酸盐废水
NO3-→NO2-
4.减少碳源需求
5.降低运行费用
6. 操控简单，运行稳定
Achieving partial denitrification with sludge fermentation liquid as
carbon source: The effect of seeding sludge.
Bioresource Technology. 149 (2013) 570–574. SCI 一区
8
目录
2 短程反硝化的实现及其微生物种群富集
9
结果1：短程反硝化的发现与稳定维持
三种污水处理活性污泥反硝化试验
1.反硝化生物膜
2.厌/缺/好氧 3. 发酵耦合反硝化
污泥
污泥
发现：
前两种污泥都存 在短暂NO2– N积累。
发酵耦合反硝化
污泥:
具有最高NO2– 积累率（80%）;
NO3–耗尽时 NO2–积累达到峰值。
NAR
20
3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
时间 (d)
连续流中成功实现并维持
0.35
0.30
转化率= 90%
30 100
25
比反硝化活性(g N gVSS -1h -)1
80
0.25
20
连续流中成功实现NO2-转
0.20
60 15
化率90%以上；
0.15
40
时间（min） 12
实现短程反硝化菌的富集
富集后300天的稳定运行：
➢ 短程反硝化效果稳定维持 ， 高NO2-积累特性未退化 ；
➢ 实现短程反硝化的功能菌— —Thauera菌属比例高达 67%；
➢ 不同碳源和进水水质条件 下 均达到稳定维持。
Mechanisms and microbial structure of partial denitrification with high nitrite accumulation .
(GAC). 80 100 120 时间(天)
140
160
180
200
Water Research. 90 (2016) 309–316.
NO --N 3
NO --N 2
NTR (%)
T（℃）
11
亚硝酸盐转化率(%) 温度(℃)
结果2：短程反硝化特性菌群的优选和富集 发现短程反硝化特性菌群
菌群具有优先还原NO3-特性： ➢ NO3-存在时，NO2-还原能力
亚硝酸盐 氧化菌
反硝化细菌A
反硝化细菌B
NO3-
NO2-
N2
有机
O2
碳源
短程硝化脱氮新技术
NO2-O2
NO3-
有NO机2物-
NH4+
NH4+NO2-
NNOO23--
NON-2
2
N2
好氧
缺氧
1. 研究背景——短程反硝化的提出
短程生物脱氮的理论与技术已经 成为当前研究和应用的热点。
短程硝化的局限 短程硝化反硝化能从3各方面节能降耗；
短程硝化是厌氧氨氧化（自养脱氮）的必要条件；
但短程硝化、厌氧氨氧化对含硝酸盐（NO3- ）污水 处理却都无能为力。
1. 研究背景——短程反硝化的提出
传统反硝化
NO
N2O
N2
NO3-
NO2-
短程反硝化
NO3-
NO2-
N2
短程反硝化的诱导因素 微生物种群、碳源类型、C/N、pH等因素，导致反硝 化过程出现不同程度的亚硝积累现象。
很弱，产生较高NO2- 积累；
➢ NO3-耗尽后， NO2-以较低速 率被还原；
➢ NO2-积累受碳氮比影响很小。
亚硝酸盐积累率 (%)
100
80
60 40 20 0
0
SCOD/NO --N =1 3
SCOD/NO --N =2 3
SCOD/NO --N =3 3
SCOD/NO --N =4 3
40 80 120 160 200 240 280 320 360
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目录
3 短程反硝化+厌氧氨氧化工艺与技术
15
结果3 ：短程反硝化+厌氧氨氧化技术
10
0.10
200天运行中稳定维持。
0.05
20
5
Nitrite production in a partial denitri0f.0y0 ing upflow sludge bed (USB0 ) 0
reactor
equipped
with
gas
automatic
cir0cu2l0at4i0on60
厌氧氨氧化工程化关键技术之一： NO2--N的来源
厌氧氨氧化
(NO3-)
4
1. 研究背景——短程反硝化的提出
3个问题的提出:
➢ 含高浓度NO3- 的化肥、冶金、化工等工业废水处理问题：
某些冶金废水不仅没有有机物，而且NO3 ->5000mg/L。
➢ 城市污水处理厂出水NO3- -N超标问题：
二级处理后的出水中经常出现NO3 --N>20mg/L。
脱
氮
除
磷
重点、难点
技
术
新型脱氮除磷技术的研究开发，是实现
达标排放和节能降耗的重要基础
3
厌氧氨氧化（Anammox）
传统生物脱氮
是迄今最高效与节能的脱氮方式
+ NH4+
厌氧氨氧化菌
NO2-
N2
优势： ① 自养脱氮，无需外碳源； ② 比传统脱氮节省60%曝气量； ③ 污泥产量低； ④ 氮的去除负荷高。
10
结果1：短程反硝化的发现与稳定维持
亚硝酸盐源自文库累 (%)
SBR中接种高亚硝酸积累 40
特性污泥；
在长达108天运行过程中实
30
100
80%
80
60
(mg/L )
现稳定的短程反硝化。 SBR中实现稳定维持
NO -NX
20
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NO --N inatial
NO --N eff
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NO --N eff