沸石曝气生物滤池短程硝化特性及其机制

通过改变进水氨氮浓度和容积负荷,研究沸石曝气生物滤池(ZBAF)的短程硝化特性及其机制,利用高通量测序技术分析ZBAF中生物膜的微生物群落结构.结果表明:稳定运行阶段,亚硝氮产率(NPR)可达0.760kg/(m~3·d),亚硝氮积累率(NAR)高于98%;游离氨(FA)对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制是实现短程硝化的主要原因,沸石对氨氮的吸附作用有利于维持合适的FA浓度,从而选择性抑制NOB的活性;亚硝氮的产生遵循零级动力学模型;ZBAF内实现了AOB的富集以及NOB的抑制,其中AOB(Nitrosomoadaceae)的相对丰度高于61%,未检测出NOB.     

DO/NH4+-N实现短程硝化过程中生物膜特性

实验探究了短程硝化实现过程中生物膜特性的变化情况.采用比值控制(DO/NH+4-N)实现短程硝化,分别取亚硝酸盐积累率为10.27%、52.12%和93.54%时生物膜样品,利用荧光原位杂交(FISH)和激光共聚焦显微镜(CLSM)联用技术观察总菌、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)数量和空间结构的变化,通过三维激发发射矩阵(EEM)观察胞外聚合物分泌和成分变化情况.比值控制成功富集AOB,并可在NOB未洗脱完全的情况下实现短程硝化.异养菌和硝化菌共存于生物膜内上,异养细菌在外层,硝化菌分布在生物膜表面6~25μm.短程硝化实现的过程中,AOB/NOB值逐步增长,稳定运行时期比值高达15.56.反应器运行过程中,EPS和微生物菌群变化息息相关.微生物活性下降,EPS分泌减少;短程硝化稳定运行时期,NOB等不耐高亚硝酸的菌群衰亡,芳香性蛋白质荧光强度降低.但三维荧光光谱显示,短程硝化实现过程中EPS化学成分变化不明显.     

FNA处理絮体污泥恢复城市污水PN/A工艺短程硝化

为了探究游离亚硝酸（FNA）旁侧处理絮体污泥来恢复城市污水短程硝化/厌氧氨氧化一体化（PN/A）工艺的可行性,考察了不同浓度FNA对氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性的影响,探究了SBR反应器两次采用FNA处理絮体污泥的运行效果.结果表明：采用0.45mgHNO₂-N/L的FNA处理能够抑制NOB活性,亚硝积累率（NAR）达88.8%,但投加后第8d开始NOB活性逐渐恢复.采用1.35mgHNO₂-N/L的FNA处理能够显著抑制NOB活性,NAR达89.1%,与此同时AOB活性也受到抑制,氨氮转化率降低为6.8%.采用增大好/缺氧时间比即t_好/t_缺（由0.4~2.7）以及提高DO（由0.3~1.5mg/L）的方法能够恢复AOB活性,氨氮转化率达77.8%,在150d内NOB活性未恢复,NAR达98.1%.随着短程硝化的稳定实现,系统脱氮性能逐渐恢复,平均出水总无机氮（TIN）为8.2mg/L,平均TIN去除率为84.1%.因此,通过先用较高FNA处理絮体污泥同时抑制AOB与NOB,再采用增大t_好/t_缺并提高DO来恢复AOB活性的策略,能够实现PN/A工艺短程硝化的恢复.     

碱度对沸石序批式反应器亚硝化的影响

本研究采用沸石序批式反应器(ZSBR)在常温(25℃±1℃)下实现快速稳定的亚硝化,亚硝酸盐氮积累率维持在90.0%以上,并且考察了在进水氨氮500 mg·L~(-1)时,4个不同碱度(以CaCO_3计)对ZSBR亚硝化的影响.结果表明,ZSBR实现快速亚硝化的关键是游离氨(FA)对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制作用远大于其对氨氧化菌(AOB)的抑制作用,并且经此过程转化后的含氨氮的废水,可以作为厌氧氨氧化的进水,进一步脱除水中的氨氮与总氮,当系统投加碱度(以CaCO_3计)为2 500mg·L~(-1)时,ZSBR亚硝化效果最好,平均氨氮转化率为66.7%,平均亚硝酸盐氮积累率为98.1%,平均亚硝酸盐氮产率为0.74 kg·(m~3·d)~(-1).高通量测序分析表明ZSBR长时间运行后微生物群落发生显著变化,AOB得到富集,NOB在FA的抑制作用下不断被淘洗出反应器.     

氨氮负荷对膜曝气生物膜反应器部分亚硝化性能的影响

对不同进水氨氮负荷下中试膜曝气生物膜反应器(MABR)部分亚硝化性能进行了考察,旨在确定在MABR中启动、优化和维持稳定亚硝化的控制策略.在进水氨氮表面负荷由(4.9±0.4)g·m-2·d-1(以N计,下同)升至(9.1±0.5)g·m-2·d-1的过程中,MABR氨氮去除负荷可以达到(5.7±0.5)g·m-2·d-1.当进水氨氮负荷为7.4 g·m-2·d-1时,本试验MABR部分亚硝化效果最佳,亚硝化率可达96.3%.部分亚硝化的维持需要控制合适的生物膜厚度,当生物膜厚度在110~170μm之间时,MABR亚硝化率在90%左右,能够有效实现对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制和亚硝酸盐的积累.利用微生物比氧利用率(SOURAOB)来反映生物膜中氨氧化菌(AOB)的活性,发现MABR生物膜的SOURAOB可达(133.9±31.1)mg·g-1·h-1(以每g SS利用的O2量(mg)计).实时定量PCR结果也表明AOB为MABR生物膜中的优势菌群,其微生物丰度比接种污泥高出3个数量级.通过调控进水氨氮负荷和生物膜厚度,维持AOB的种群优势和高活性并同时抑制NOB的活性,可以实现MABR的稳定部分亚硝化.     

游离氯联合湿干比调控启动CRI系统短程硝化研究

短程硝化反硝化工艺为解决人工快渗(CRI)系统脱氮效率低的弊端提供了新思路,通过适宜的调控方法启动短程硝化是实现该工艺的关键。为此,考察了游离氯和湿干比对CRI系统内氮素污染物转化的影响,分析了不同阶段的菌群活性和结构特征,探究了游离氯联合湿干比调控启动CRI系统短程硝化的可行性。结果表明,连续添加3 mg/L游离氯23 d后NO2--N积累率稳定在70%左右,亚硝酸氧化菌(NOB)的活性将受到严重抑制且难以在短期内恢复。此时调节湿干比为1∶5,NH_4~+-N平均去除率、NO_2~--N平均积累率分别升高至97.41%、94.80%,成功启动短程硝化。16S rRNA高通量测序结果表明,CRI系统内氨氧化菌(AOB)的主要类型为Nitrosomonas、Nitrosovibrio,NOB的主要类型为Nitrospira。CRI系统短程硝化启动成功后,AOB的相对丰度由启动前的4.21%增加到6.69%,而NOB的相对丰度由4.34%降低到0.17%。因此,游离氯联合湿干比调控能选择性抑制NOB活性和促进AOB增殖,可为CRI系统启动短程硝化提供一种可行的新方法。     

游离氨对硝化菌活性的抑制及可逆性影响

为考察游离氨(FA)对硝化菌(氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB)活性的抑制影响,采用SBR反应器,基于FA与过程控制协同作用在实现短程硝化的基础上,考察了不同FA浓度(1.0,5.3,16.6,13.4,9.9,5.2,1.0mg/L)梯度下,FA对AOB和NOB活性的抑制作用及可逆性.结果表明,当FA浓度达到13.4mg/L时,系统内亚硝态氮积累率(NiAR)逐渐增加,硝态氮积累率(NaAR)逐渐减小,且NiAR/ NaAR>1时,系统实现了稳定短程硝化.在此FA浓度条件下,FA对AOB和NOB活性均产生一定的抑制作用,但相对于AOB,NOB对FA的抑制作用更加敏感.当AOB活性被短暂抑制后,其活性又迅速恢复;而NOB活性被完全抑制.此后当FA浓度又逐渐降至1.0mg/L时,AOB活性始终维持较高水平,而NOB活性尚未恢复.也即是说,在本试验控制的FA浓度条件下,FA对AOB活性的抑制作用是可逆的,而对NOB活性的抑制作用不可逆.     

包埋氨氧化细菌短程硝化的高效稳定运行

为了提高包埋氨氧化细菌短程硝化的效率,富集培养氨氧化细菌(AOB)并固定化.富集培养阶段采用连续式运行方式,以游离氨(FA)为抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)生长的手段,并通过定时排泥方法使NOB逐渐从系统中淘洗出去.富集培养结束后以聚乙烯醇(PVA)为包埋材料,对筛选培养的氨氧化细菌进行固定化,反应器包埋填充率为8%.采用连续式运行方式,通过逐步增加氨氮负荷的方法提高氨氧化速率.最终在富集培养系统中实现了污泥比氨氧化速率(以NH_4~+-N/VSS计)2.028 g·(g·d)~(-1)的高表达和亚硝酸盐氮90%以上的高积累.通过对污泥富集培养前后细菌群落组成的高通量测序分析,结果表明,培养前原污泥多样性较大,具有硝化作用的Nitrosomonas仅有0.24%,Nitrospira有2.7%.富集培养后的活性污泥多样性明显变小,优势菌种为Nitrosomonas(18%),而Nitrospira仅剩0.02%;包埋固定化后,系统迅速实现了短程硝化,最终短程硝化的速率达到了50 mg·(L·h)~(-1),亚硝酸盐氮积累率稳定在90%以上.     

污水处理系统中硝化菌的菌群结构和动态变化

研究分析了4种不同工艺类型的城市污水处理厂中氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的丰度及菌群结构.实时定量PCR结果表明4种工艺中AOB菌群的丰度范围为8.56×106~4.46×107cells/gMLSS;NOB菌群的丰度为3.37×108~1.53×109cells/gMLSS.每个工艺中Nitrospira都是优势NOB,占NOB菌群的88% 以上. A2O工艺冬季AOB和Nitrospira丰度比夏季均有所降低,这是导致冬季生物脱氮效果变差的主要原因.基于 amoA基因的系统发育分析结果显示所有的序列属于Nitrosomonas,其中Nitrosomonas oligotropha cluster 占克隆文库的60.1%,是AOB 种群中的优势菌属,Nitrosomonas-like cluster和 Nitrosomonas europaea cluster次之,分别占克隆文库的29.6%和9.1%.N. europaea cluster只在A2O工艺中出现,且在A2O工艺夏季污泥样品克隆文库中达到44.7%.低DO运行使N. europaea cluster成为优势AOB是A2O工艺夏季出现较高亚硝酸盐积累率的主要原因.研究结果证实了城市污水处理厂中优势AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira,硝化菌群占总菌群的1%~7%,其丰度、相对含量和菌群结构是影响硝化效果的主要因素.     

SBR法常、低温下生活污水短程硝化的实现及特性

采用序批式反应器(SBR)处理实际生活污水,通过实时控制好氧曝气时间,在常温下快速实现短程硝化,并在低温下长期维持稳定的短程硝化.结果表明,随着温度逐渐降低,比氨氧化速率略微减缓,27℃的平均比氨氧化速率是13℃时的1.68倍,但亚硝化积累率始终维持在90%以上,该温度区间内氨氧化反应的温度系数为1.051.通过荧光原位杂交(FISH)技术对低温下维持稳定短程硝化的污泥进行种群分析发现,实时控制策略为氨氧化菌(AOB)成为优势硝化菌群创造了有利条件,AOB的相对百分含量达到8%~9%,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)逐渐被淘洗出反应器.在低温下要实现短程硝化,可首先在常温下利用好氧曝气时间实时控制实现亚硝态氮的积累和AOB的优势生长,然后通过逐渐降温使AOB适应在低温下生长.     

间歇曝气对部分硝化-厌氧氨氧化处理氨氮废水的影响

采用间歇曝气在MBBR反应器中成功实现一段式部分硝化耦合厌氧氨氧化(PN/A)过程.结果表明,在实验温度为35℃,进水氨氮浓度为150.00mg/L,进水氮负荷为0.24kg/(m3·d),DO浓度为(1.41±0.24)mg/L条件下,反应器总氮去除效率达到83.74％.生物膜中厌氧氨氧化菌(AnAOB)和氨氧化菌(...     

羟胺抑制协同pH调控对人工快渗系统短程硝化的影响

针对人工快渗系统(CRI)总氮去除率低的问题,研究了羟胺抑制协同pH调控对人工快渗系统实现由全程硝化向短程硝化转化的可行性,探讨了其对系统内氮素污染物迁移转化和硝化功能菌空间分布及活性的影响.结果表明,0.5 mmol·L~(-1)羟胺连续添加13 d后可实现CRI系统短程硝化的快速启动,氨氮去除率、亚硝氮积累率分别为91.1%、77.9%,经16 d不添加羟胺运行后氨氮去除率、亚硝氮积累率分别降低3.9%、9.8%,此时调控进水pH至8.4,氨氮去除率和亚硝氮积累率均超过90%,CRI系统短程硝化效果显著且稳定性较高.羟胺对硝化菌具有选择性抑制,对AOB和NOB产生明显抑制的浓度分别为0.7、0.5 mmol·L~(-1),羟胺浓度为1.0 mmol·L~(-1)时AOB和NOB活性均被严重抑制且解抑较难;pH调控对短程硝化的影响主要与游离氨(FA)的抑制作用有关,对AOB和NOB产生明显抑制的FA浓度分别为26.5、5.6 mg·L~(-1),NOB比AOB对FA的敏感性更高.     

生活污水常温处理系统中AOB与NOB竞争优势的调控

常温（19℃±1℃）条件下,采用SBR工艺处理低碳氮比（C/N）实际生活污水,研究氨氧化菌（AOB）与亚硝酸盐氧化菌（NOB）竞争优势的调控,在接种全程硝化污泥的系统中使AOB成为优势菌群,启动并维持常温短程硝化.通过控制曝气量为40 L/h使系统溶解氧处于较低水平（DO_average<1.0 mg/L）,同时结合好氧硝化时间的优化控制,即在pH值“氨谷"点前及时停止曝气的短周期定时控制,强化AOB的竞争优势.待AOB的竞争优势初步形成后（亚硝酸盐积累率NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N达到50％）,每周期曝气时间随着NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N的提高由3 h逐步延长至4 h、 5 h,从而提高NH⁺₄-N去除率,进一步增强AOB在系统中的竞争优势,短程硝化成功启动,NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N稳定在95%以上.FISH检测结果表明AOB大约占总菌群的9.97％.在线控制好氧硝化时间可以很好地维持短程硝化效果,NH⁺₄-N去除率达到97%以上.研究还表明,对于全程硝化污泥常温下如果不限制溶解氧,单纯依靠短周期定时控制无法使AOB成为优势硝化菌群.     

IFAS工艺短程硝化过程中功能菌的动力学特性

实验采用生物膜-活性污泥复合工艺（IFAS）,探究了不同进水NH₄⁺-N负荷以及游离氨（FA）浓度下的好氧氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的动力学特性,考察了不同微生物聚集体（悬浮污泥和载体生物膜）对于NH₄⁺-N去除的贡献,同时对其中的生物吸附和生物降解进行定量分析.利用荧光原位杂交（FISH）技术观察了总菌、AOB和NOB的数量以及空间结构的变化.结果表明,随着进水NH₄⁺-N浓度逐渐升高,出水NO₃^--N浓度逐渐下降,NO₂^--N得到大量积累,当进水NH₄⁺-N浓度为480mg/L时,NH₄⁺-N去除率和亚硝酸盐氮积累率（NAR）分别稳定在95%和80%以上,而FA由（2.77±0.07）mg/L增加至（16.35±0.3）mg/L时,NAR由9.42%增加至83.31%,实现了对NOB的抑制.在NH₄⁺-N的去除过程中生物吸附和微生物降解分别占NH₄⁺-N去除量的3.4%和88.1%,悬浮污泥和生物膜中AOB占比分别由27.4%和10.3%增加至41.3%和18.1%,表明悬浮污泥比生物膜更有利实现对于AOB的富集.     

低温对亚硝化颗粒污泥系统的影响特性

考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥反应器的长期和短期影响特性,结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为（35.8±5.2）mg/L、水力停留时间为2.0 h以及运行温度为7~17℃的条件下,反应器保持着95%的亚硝化率和0.18~0.25 kg/（m3·L）的NH₄+-N去除负荷;反应器中较低的ρ（DO）∶ρ（NH₄+-N）（<0.25）是实现亚硝酸盐氧化细菌（NOB）有效抑制的关键因素;长期低温运行造成颗粒污泥比NH₄+-N氧化速率（SAOR）从（237±14）g/（g·d）下降至（93±11）g/（g·d）,但颗粒污泥中氨氧化细菌（AOB）的活化率（实际SAOR与最大SAOR之比）从48%升至约85%。批式实验结果表明,在7.1~28℃的短时温度变化内,亚硝化颗粒污泥NH₄+-N氧化反应的温度系数（θ）和活化能（E_a）分别为1.042~1.063,29.7~41.9 kJ/mol,均显著低于同等条件下絮体污泥的数值,表明颗粒污泥AOB比絮体污泥AOB具有更好的抗温度冲击能力。该研究结果可为基于颗粒污泥的高效城市污水亚硝化技术提供参考。     

低氧条件下A2/O工艺对城市污水脱氮处理的中试研究

以巢湖市某污水处理厂实际污水为处理对象,基于节能降耗的需求开展A²O工艺中试研究.研究结果表明：当溶解氧从2mg/L降至0.5mg/L时,COD和氨氮的去除率分别为80%和90%,去除性能并未受到影响,没有出现亚硝酸积累,而TN的去除率有较大幅度的提升,从15%提升至44%.低溶解氧条件下,温度降低主要对TN去除率产生影响,从夏季的44%下降至冬季的29%,而氨氮的去除率仍维持在90%以上.由于进水碳源不足,出水主要以硝酸盐氮为主,低温脱氮率仅为29%.长期低氧条件下运行,AOB和NOB的优势种属为Nitrosomonadaceae和Nitrospira,相对丰度分别为2.33%和6.40%.系统NOB在数量和动力学性能上均优于AOB,同时发现存在Denitratisoma好氧反硝化菌,其相对丰度为1.59%.研究结果为低氧条件下实现城市污水脱氮提供了理论和实践依据.     

污泥水富集硝化菌的群落结构及动力学参数研究

采用序批式反应器处理富含高氨氮的污泥水并培养富含硝化菌的活性污泥,利用荧光原位杂交技术解析硝化菌的群落结构,并分别测定了氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌的基质半饱和常数、温度修正系数.结果表明,污泥中氨氧化菌的含量（AOB/DAPI）为15.7%±3.7%,优势菌属为Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis;亚硝酸氧化菌的含量（NOB/DAPI）为12.9%±3.2%,优势菌属为Nitrobacter spp..氨氧化速率在10～40℃之间的温度修正系数τN为1.092,亚硝酸盐氧化速率在15～30℃之间的温度修正系数τN为1.061,氨氧化菌（以NH⁺₄-N计）和亚硝酸盐氧化菌（以NO^－₂-N计）在20℃的基质半饱和常数KN分别为(1.60±0.29) mg/L、(2.78±0.30) mg/L.