Nitrification characteristics of nitrobacteria immobilized in waterborne polyurethane in wastewater of corn-based ethanol fuel production

A technology to achieve stable and high ammonia nitrogen removal rates for corn distillery wastewater (ethanol fuel production) treatment has been designed. The characteristics of nitrifying bacteria entrapped in a waterborne polyurethane (WPU) gel carrier were evaluated after acclimation. In the acclimation period, nitrification rates of WPU-immobilized nitrobacteria were monitored and polymerase chain reaction (PCR) was also carried out to investigate the change in ammonium-oxidizing bacteria. The results showed that the pellet nitrification rates increased from 21 to 228 mg-N/(L-pellet. hr) and the quantity of the ammonia oxidation bacteria increased substantially during the acclimation. A continuous ammonia removal experiment with the anaerobic pond effluent of a distillery wastewater system was conducted with immobilized nitrifying bacteria for 30 days using an 80 L airlift reactor with pellets at a fill ratio of 15% (V/V). Under the conditions of 75 mg/L influent ammonia, hydraulic retention time (HRT) of 3.7--5.6 hr, and dissolved oxygen (DO) of 4 mg/L, the effluent ammonia concentration was lower than 10 mg/L and the ammonia removal efficiency was 90%. While the highest ammonia removal rate, 162 mg-N/(L-pellet.hr), was observed when the HRT was 1.3 hr.     

SBR反应器内短程硝化系统快速启动及影响因素研究

探讨了采用序批式反应器(SBR)快速启动自养短程硝化系统的方法,研究了溶解氧(DO)、pH、温度、外加有机碳源对自养短程消化系统的影响。以硝化污泥接种反应器(SBR),在纯自养条件下利用高浓度溶解氧1.0～1.6mg/L和中温(35±1)℃达到亚硝酸氮的快速积累。结果表明,在进水氨氮浓度为280～300mg/L,HRT为12h,控制pH值为7.5～8.5、温度在(28±1)℃、溶解氧浓度为0.8～1.2mg/L条件下,氨氮去除率达到90%以上,亚硝酸氮积累率高达95%。试验证明投加有机碳源(COD)50mg/L左右时,不会对短程硝化系统产生影响,且能实现较高氨氮去除率和稳定的亚硝酸氮积累率。     

硝化包埋菌颗粒氨吸附性能及动力学特性

采用水性聚氨酯(WPU)和聚乙烯醇-海藻酸钠(PVA-SA)制作硝化污泥包埋菌颗粒,同时对比无污泥空白包埋菌颗粒,研究不同初始氨氮浓度、p H、温度、盐度等对包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附性能的影响;通过吸附等温线、吸附热力学以及吸附动力学对包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附过程进行解析.结果表明,硝化包埋菌颗粒的吸附容量大于空白包埋菌颗粒,WPU包埋菌颗粒的吸附容量高于PVA-SA;初始氨氮浓度升高,包埋菌颗粒的平衡吸附容量增大,同时随着时间的增长,吸附容量呈现先升高后降低最终逐渐达到平衡的过程;中性条件(p H=7)下包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附性能最好,温度和盐度的升高抑制NH_4~+-N的吸附;热力学研究表明该吸附过程是一个放热的过程.吸附等温线显示包埋菌的NH_4~+-N吸附过程同时符合Langmuir等温式和Freundlich等温式,在高能量水平上显示为多层吸附,在低能量水平下显示为单层吸附;包埋菌的NH_4~+-N吸附过程符合Lagergren准二级动力学模型,表明NH_4~+-N与包埋菌颗粒表面存在化学基团的相互作用.     

包埋固定化菌去除絮凝余水中氨氮的研究

研究采用聚乙烯醇（PVA）为载体的包埋固定化微生物处理低浓度氨氮絮凝余水,较短的水力停留时间（HRT）成功实现了氨氮的去除,在HRT为3h之内从地表水环境质量V类水标准以外达到了I类水标准,同时该菌对CODCr也有一定的去除能力,并系统的研究了HRT、颗粒填充率对絮凝余水处理效果的影响。     

纯种氨氧化细菌Comamonas aquatic LNL3的固定化及短程硝化性能研究

采用辐射技术,以共聚物Poly(HEA)-Poly(HEMA)为载体将纯种AOB-Comamonas aquaticLNL3固定化,研究了固定化纯种AOB在不同温度、pH、DO、FA条件下的短程硝化性能.结果表明,纯种AOB-Comamonas aquaticLNL3具有短程硝化性能,固定化纯种AOB-Comamonas aquaticLNL3的短程硝化反应的最佳温度、pH、DO、FA分别为30℃、8.5、4.03 mg/L和9 mg/L,相应的氨氮去除率和亚硝化率分别为93.52%、94.73%;79.74%、94.67%;91.17%、94.66%和90%、94.4%,FA对短程硝化亚硝化率影响不大.     

BACF处理高氨氮进水的硝化与反硝化作用

采用生物活性炭滤池(BACF)深度处理高NH₄⁺-N微污染水源水.结果表明,BACF对NH₄⁺-N的去除率与进水NH₄⁺-N浓度有关,当进水NH₄⁺-N<1.0mg/L时,去除率达95%以上;当进水NH₄⁺-N较高(1.5～4.9mg/L范围)、进水DO≤10mg/L时,去除率随进水浓度的增加而下降,最低降到30%左右.限制生物活性炭滤池硝化作用的主要因素是进水的DO,由于硝化菌与异养菌的共同竞争,在滤床0.4m深度内DO被消耗殆尽,出水DO基本为0(小于0.2mg/L),滤床被自然分成好氧区与缺氧区,在好氧区发生硝化与有机物的降解反应,在缺氧区则发生反硝化反应,由于碳源受限,反硝化反应进行得不彻底,造成滤池出水NO₂^--N升高.在缺氧区内除存在反硝化菌外,还存在好氧的硝化菌与异养菌.     

生物流化床内亚硝酸积累试验

利用下向流生物流化床反应器研究了生物膜在硝化过程中亚硝酸积累现象．结果表明,挂膜后反应器运行初期出现亚硝酸积累,但氨氮去除率仍可达到97％.随着硝酸菌的适应与增殖,出水中硝化产物以硝酸为主．进水氨氮浓度提高至200mg/L以上时,再次出现亚硝酸积累.在144mg/L和222mg/L进水浓度下,水力停留时间缩短到5h以下,则氨氮去除率下降且出水中亚硝酸所占比例明显上升;容积负荷提高到0.95kgNH₄⁺N/（m³·d）后也会如此反应器中DO降低到0．5～1mg/L会造成亚硝酸积累和氨氮去除率下降．硝化菌适应低氧环境后对氨氮的去除率仍能恢复到85％,但亚硝酸仍积累,这时生物膜中亚硝酸菌成为优势菌.本文还对影响亚硝酸积累的不同因素进行了分析．     

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.     

模拟光伏间歇曝气SBR硝化特性

通过耦合农村生活污水间歇排放、SBR间歇运行和太阳能能量密度昼夜变化的特征,模拟光伏间歇曝气,考察以无蓄电池光伏间歇曝气替代常规曝气,降低污水处理设施对电网依赖的可行性,采用SBR处理经厌氧和好氧预处理的生活污水,系统研究了SBR硝化的启动特征及曝气量、HRT(水力停留时间)和温度对其运行效果的影响. 结果表明,在不同曝气量、HRT和温度下,均能实现NH₄+-N的有效去除. ρ(DO)是硝化作用的主要影响因素. 在低曝气量(曝气量为0.6 L/min、温度为20 ℃、HRT为13和16 h)及高水温(曝气量为0.8 L/min、温度为30 ℃、HRT为16 h)条件下,由于ρ(DO)(<3 mg/L)较低,NH₄+-N去除率下降,并且出现了一定程度的NO₂--N累积. 通过对ρ(DO)、pH和E_h(氧化还原电位)的监测表明,E_h变化不规律,而ρ(DO)和pH在一个运行周期内变化规律明显,与硝化进程具有较好的对应性,可将其作为实时控制参数,控制硝化曝气过程.      

低DO微孔曝气变速氧化沟脱氮能力恢复效果分析

活性污泥法低温运行中的污泥膨胀主要是由丝状菌引起,微丝菌(M.Parvicella)则是污泥膨胀中的优势丝状菌.针对微孔曝气变速氧化沟中试系统中因低温引起的污泥严重膨胀及其污泥硝化能力降低的问题,采取增大曝气量快速培养污泥硝化菌含量,再逐渐增加A:O比为0,0.1,0.5,1.1,1.8提高反硝化能力,从而恢复污泥脱氮能力.在恢复期间,污泥絮体中的疏水性M.Parvicella附着于反硝化产生气体上,在选择池和氧化沟表面形成浮泥,对其进行去除,以减少絮体中丝状菌含量,提高硝化菌含量及其硝化能力.同时对不同微丝菌含量的污泥絮体(沟内混合液和表面浮泥)的硝化和反硝化速率进行测定,结果表明微丝菌含量高的活性污泥其硝化能力较弱,而快速反硝化能力较强,则对慢速和内源反硝化影响不大.进一步证明M.Parvicella也是除了DO浓度,水温和负荷之外影响活性污泥硝化能力和污泥沉降性能的重要因素之一.     

异养型同步硝化反硝化处理微污染水源水

针对微污染水源水营养贫乏特点,从富集驯化的底泥中筛选出3株异养硝化细菌和3株好氧反硝化细菌,3株异养硝化细菌对铵氮的去除率分别为97.02%、100%和100%,3株好氧反硝化细菌对总氮的去除率为98.52%,98.55%和98.6%,利用固定化微生物技术将异养硝化菌、好氧反硝化菌固定于海绵球型填料上,强化生物接触氧化处理水源水,试验结果表明:在水温25°C、溶解氧4mg/L左右、水力长期停留的条件下,经过17d的运行,铵氮去除效率可以达到100%,总氮去除率达到42%。     

低DO对活性污泥系统碳和氮去除影响的研究

考察了长期低溶解氧（DO）条件下推流式活性污泥系统碳和氮去除的效果,并从微生物群落结构及动力学特征方面进行了机理分析. 结果表明, 将DO浓度从2.0mg/L降低至0.3mg/L,系统仍可有效地去除污水中的碳和氮,但当DO降低至0.3mg/L时, 系统的脱氮性能波动较大. 随着DO浓度的降低, 系统中细菌的总体群落结构发生改变, 但功能菌群仍为Proteobacteria,约占65%.Nitrosomonas oligotropha、Nitrobacter winogradskyi spp.和Group1Nitrospira等是低溶解氧条件下的主要硝化细菌. qPCR结果显示DO从2.0mg/L降至0.5mg/L时硝化细菌（主要是Nitrospira）得到富集, 保证了低DO条件下的完全硝化. 硝化反应动力学分析也表明, 在一定范围内降低DO可以延迟细菌衰亡以维持活性污泥系统中硝化细菌的生物量. 本研究可为污水处理厂降低DO实现节能运行提供理论支持.     

固定化细胞单级生物脱氮研究

利用硝化菌和反硝化菌混合固定的方法,研究了好氧条件下同时进行硝化和反硝化作用的单级生物脱氮技术.结果表明,反硝化菌被固定后,在好氧条件下仍具有反硝化功能.硝化菌和反硝化菌被混合固定后,可以在好氧条件下同时进行硝化和反硝化作用,并且其氨氧化速率约为硝化菌单独固定时的1.4倍.硝化菌和反硝化菌混合固定构成的单级生物脱氮系统其脱氮速率是分别固定构成的单级生物脱氮系统的2.6倍.     

移动床生物膜反应器对垃圾渗滤液短程硝化研究

采用好氧移动床生物膜反应器（MBBR）对经过厌氧脱碳处理的垃圾渗滤液进行了深度短程硝化研究,考察了在中温（25℃）条件下DO浓度、pH值、C/N等因素对氨氮去除效果和短程硝化效果的影响.结果表明,在进水氨氮浓度为400　mg·L^-1,HRT为24 h情况下,当控制DO为2　mg·L^-1、pH值在8左右和C/N小于3时,氨氮去除率能达到70%以上,亚硝酸盐氮的积累率高达90％.间歇试验证明了该生物膜反应器中亚硝化菌的数量和活性要远高于硝化菌.该移动床生物膜工艺可以选择性固定和积累氨氧化细菌,从而实现较高的氨氮去除率和稳定的亚硝酸盐氮积累率.     

pH控制生物膜移动床反应器完全亚硝化的研究

接种硝化污泥以优势菌种法挂膜,在DO浓度为1.5～2.0 mg/L,温度为(30±1)℃,HRT为24 h的条件下,以pH控制启动移动床完全亚硝化生物膜反应器,并研究了氨氮负荷(NLR)和水力停留时间(HRT)对系统稳定性的影响.结果表明,在进水氨氮浓度为150 mg/L的情况下,pH控制在7.7～8.2,经过10 d驯化生物膜系统达稳定的完全亚硝化状态,氨氮转化率达96%以上,亚硝酸盐积累率高于95%;NLR(以NH4 -N计)从0.15 kg/(m3·d)提高到0.24 kg/(m3·d)基本不影响完全亚硝化的稳定性,氨氮转化率高于90%,亚硝酸盐积累率始终维持在96%左右;低NLR下,延长HRT由于过度曝气导致硝化类型改变为完全硝化,然而缩短HRT仍可恢复为亚硝化.     

A2O工艺处理生活污水短程硝化反硝化的研究

在常温条件下,采用A2O工艺处理低C/N比实际生活污水,通过控制好氧区DO为0.3~0.5mg/L以及增大系统内回流比以降低好氧实际水力停留时间(AHRT),成功启动并维持了短程硝化反硝化;系统亚硝态氮积累率稳定维持在90%左右.在C/N比仅为2.34的情况下,短程硝化系统对总氮(TN)的去除率高达75.4%.通过对不同碳源类型、不同硝化类型以及不同DO水平下A2O系统脱氮效率的比较研究发现,低氧短程硝化反硝化阶段与外加碳源的全程硝化反硝化阶段的TN去除率相当.同时研究表明,低DO运行并不会导致A2O工艺发生污泥膨胀.当接种污泥为膨胀污泥时,控制DO在0.3~0.5mg/L反而有助于改善污泥沉降性能和出水水质.     

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.     

芽孢杆菌与硝化细菌净化水产养殖废水的试验研究

以枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和硝化细菌为实验菌种,对水产养殖废水中的各项水质因子(pH、DO、NH4+-N、NO2--N、COD)进行控制或处理。结果表明,经投加微生物菌液处理的养殖废水水质均优于对照组:枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可以降低废水的COD和NO2--N浓度,出水COD浓度小于100mg/L,NO2--N浓度小于0.6mg/L,COD去除率分别为67.97%、70.16%,NO2--N去除率分别为99.28%、99.51%;硝化细菌可以将废水NH4+-N和NO2--N的浓度降低到0.6mg/L以下,去除率分别为99.38%、81.44%;而菌液的投加对养殖水体的pH值影响不明显。三种微生物在净化水产养殖废水的作用上各有特点,可为形成共生长效的养殖水产环境修复微生物种群提供基础。     

控制低溶解氧实现亚硝化的稳定性

以A/O除磷工艺的二级出水为进水,通过低溶解氧控制,实现了亚硝酸盐的稳定积累.为研究系统的稳定性,从3个方面分别研究了总氮损失、水力停留时间(HRT)和回流比(R)对稳定亚硝化的影响.结果表明,系统的表观亚硝化率受COD浓度影响,COD≤50mg/L时,表观亚硝化率降低,COD50mg/L时,表观亚硝化率会增加;延长和缩短HRT都对稳定亚硝化存在正反两方面影响,应根据实际情况进行动态控制;提高回流比会增加破坏稳定亚硝化的风险,以较低回流比0.5为宜.另外,低溶解氧浓度不会降低系统的亚硝化效率,在HRT=6h,R=0.5,t为22～24℃条件下,平均氨氮去除率达83%,氨氮去除负荷为0.28kg/(kg·d),亚硝酸盐积累率接近100%.     

溶解氧对膜生物反应器处理高氨氮废水的影响

采用膜生物反应器(MBR)处理高氨氮有机废水,探讨了溶解氧(DO)对有机物、氨氮、总氮等去除效果的影响。当进水COD1500mg/L,NH4+-N150mg/L,TP为15mg/L,pH7.5～8.0,MLSS控制在6000～7000mg/L,DO在0.5～4mg/L时对COD的去除效果没有明显影响,都可高达95%;在DO为4.0和2.0mg/L时对NH4+-N的去除率都很高,最高可达99.17%,在DO为0.5mg/L时明显降低,最低降至48.30%。在DO2.0mg/L时,取得了较好的同步硝化反硝化效果,COD、NH4+-N、TN去除率分别高达97%、97%、68%。MBR中硝化反应的比氨氮消耗速率与氨氮浓度成零级反应动力学,比氨氮硝化速率为0.0979/d,比常规处理系统中的污泥硝化活性高。