低碳源条件下供氧模式对活性污泥系统脱氮性能的影响

通过对比采用连续曝气和间歇曝气两种供氧模式的活性污泥系统对低碳源污水的脱氮性能,探究低碳源条件下供氧模式对活性污泥系统脱氮性能的影响.结果表明,反应器进水C/N为3时,连续曝气系统的总氮去除率较间歇曝气系统高17.92%,碳源脱氮利用率较间歇曝气系统高44.29%,同时,连续曝气系统中反硝化菌相对丰度(5.86%)也高于间歇曝气系统(2.06%),说明连续曝气系统对低碳源污水的脱氮性能明显优于间歇曝气系统.另外,基于16S rRNA测序功能预测,连续曝气系统中微生物的膜输送功能、碳水化合物代谢功能以及细胞组成功能均强于间歇曝气系统,因此连续曝气系统中微生物可以更好地利用碳源生长代谢,进而更好地处理低碳源污水.本研究为应对城市污水处理厂进水碳源不足提供思路.     

亚硝酸盐不同生成方式对短程硝化反硝化除磷颗粒系统的影响

为了探究亚硝酸盐生成方式对短程硝化反硝化除磷颗粒系统的影响,采用2组同规格SBR反应器分别在连续和间歇曝气方式下使亚硝酸盐连续生成和间歇生成,考察其运行过程中脱氮除磷效果、污泥物理特性和微生物群落结构.结果表明,亚硝酸盐间歇生成后随即消耗,具有更好和更稳定的脱氮除磷性能,特别在TN去除上,第72 d后TN平均去除率为92.07%.碳源利用效率（以P/COD计）集中在0.21~0.22mg·mg^-1,碳源利用充分,进一步促进反硝化除磷.颗粒粒径分布集中,大小均匀,具有规则的形状和清晰的边界.微生物群落分析表明,亚硝酸盐间歇生成的系统微生物群落丰富度和多样性更高,同时富集了更多DPAOs菌属（Dechloromonas和Pseudomonas）,与Nitrosomonas共同作用使短程硝化与反硝化除磷达到动态平衡,实现系统稳定运行.     

不同碳源模式下酵母菌PNY2013同步脱氮除磷的应用研究

针对首次分离得到的一株具有同步脱氮除磷新功能的热带假丝酵母（Candida tropicalis） PNY2013,通过生理及动力学特征,连续流运行操作及其在含糖类工业废水中的应用3个环节,探讨了不同碳源模式下PNY2013同步脱氮除磷的特性.结果表明：PNY2013以葡萄糖、乙醇及乙酸为唯一碳源时均生长良好,其最大比增长速率μ_max分别为0.1327、0.1252及0.1115 h^-1,其同步脱氮除磷率分别可达100%、80%、100%（NH₄⁺-N）及93%、95%、98%（PO₄^3--P）.3种碳源下PNY2013同步脱氮除磷的最佳条件基本接近为：温度30℃,pH=8.0,溶解氧0~2 mg·L^-1,C/N=200∶5左右.PNY2013同步脱氮除磷的长期连续运行条件下的实验进一步表明,以葡萄糖为碳源条件下,进水NH₄⁺-N及PO₄^3--P浓度分别达400及80 mg·L^-1时,两者去除率均接近100%.与这种超强能力相比,以乙醇及乙酸为碳源条件下,进水NH₄⁺-N及PO₄^3--P浓度分别达100及20 mg·L^-1时,两者的去除率也可达60%~80%（NH₄⁺-N）及40%（PO₄^3--P）,显示出相当的同步脱氮除磷能力.在以模拟制糖废水、淀粉加工废水、啤酒废水、味精废水这4种典型含糖工业废水为碳源条件下,除淀粉加工废水外PNY2013均能有效去除COD、NH₄⁺-N和PO₄^3--P,其中,制糖、啤酒、制药废水中的COD去除率分别可达40%、89%、96%,NH₄⁺-N去除率分别为85%、94%、76%,PO₄^3--P去除率均为90%.即使在40000 mg·L^-1（制糖）及12500 mg·L^-1（啤酒）的高COD条件下,PNY2013也均具有稳定的NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除效果,显示出良好的同步脱氮除磷应用前景.     

利用水绵（Spirogyra）深度处理生活污水强化除磷及其机制的探讨

提出了用水绵进行城市污水深度处理的方法,强化去除水中氮、磷等污染物,以实际生活污水为对象,分析了水绵（Spirogyra）的除污染性能.在自然光照条件下,Spirogyra 剂量（湿重）>3.05 g/L时,运行5 d后,TP浓度降到0.09 mg/L以下,去除率为96.84%以上;NH⁺₄-Ｎ浓度降到2.82 mg/L以下,去除率为88.60%以上;TN浓度降到4.31 mg/L以下,去除率在85.49%以上;高锰酸盐指数降到16.86 mg/L以下,去除率为24.56%以上.处理效率随Spirogyra 剂量提高而增加.在利用Spirogyra 深度处理污水的过程中,水的pH值逐渐升高,Ca²⁺、Mg²⁺浓度降低,电导率下降.Spirogyra 生长引起水体pH 升高,诱导盐类矿物沉积,沉积矿物对磷的吸附是除磷的重要机制.Spirogyra 除磷符合Langmuir吸附等温线,本实验条件下Spirogyra(湿重)对磷的饱和吸附量(以P计）为3.159 mg/g.Spirogyra 生长引起水的pH 升高,使NH⁺₄-Ｎ 挥发可能是除氮的主要机制.选择适当的Spirogyra 用量和处理时间,处理后的出水氮、磷含量可达到湖泊类景观环境用水的水质标准.Spirogyra良好的除氮、磷特性可能为污水深度处理提供新的技术途径.     

碳源类型对A2O系统脱氮除磷的影响

采用52.5 L的A²O反应器,以乙酸和丙酸分别作为进水唯一碳源,系统研究了进水碳源类型对脱氮除磷和代谢过程的影响.结果表明,在进水COD为250 mg/L左右,NH⁺₄-N为52 mg/L左右的条件下,原水碳源类型对TN的去除影响不大,系统TN去除率均在65%左右.进水碳源类型对TP的去除及相应污泥中PHA的类型、含量和代谢及糖原的变化影响较大.乙酸为唯一碳源时,厌氧区放磷浓度较高,污泥中PHA的成分主要为PHB和PHV,两者在厌氧区的合成量差别不大,PHB在随后的反应过程中变化较大,对除磷代谢过程起主要作用,而PHV的变化较小.丙酸作为进水唯一碳源时,厌氧区的放磷浓度偏低,主要合成PHV,几乎不含PHB,PHV在随后吸磷过程中浓度变化较大,对除磷代谢起主要作用,而且出水TP浓度偏低.碳源类型对污泥中糖原的代谢也有影响,乙酸为碳源时糖原的含量高,变化范围也较大,丙酸为碳源时糖原的变化幅度较小.在同步脱氮除磷系统中,与乙酸相比,丙酸是一种更合适的碳源.     

一体式膜曝气生物膜反应器实现部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合生物除磷

针对我国城市生活污水碳氮比低、处理成本高及氮磷同步去除存在碳源竞争等问题,构建了一体式膜曝气生物膜反应器（Membrane aerated biofilm reactor, MABR）,分别采用纯生物膜系统和生物膜-絮体污泥复合系统,逐步实现了部分亚硝化-厌氧氨氧化与生物除磷工艺在单一反应器中的耦合及低碳氮比城市生活污水中氮、磷的高效去除.结果表明,第1阶段（纯生物膜系统）,在进水中仅含有氨氮的条件下, 部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺的NH₄⁺-N和TN去除率分别为65.39%和50.67%.第2阶段（生物膜-絮体污泥复合系统）,进水中增加了有机物,在COD/TN为3的条件下,TN和PO₄^3--P的去除率分别达到89.90%和70.42%,实现了氮和磷的同步高效去除.微生物群落分析结果表明,反应器内存在大量的变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidota）,其中,Proteobacteria在生物膜和絮体污泥均有分布,而Bacteroidota主要分布于絮体污泥;反应器内还检测到了Candidatus Kuenenia、Candidatus Jettenia和Candidatus Brocadia 3种厌氧氨氧化菌,且 Candidatus Brocadia为优势菌属,其在生物膜上的丰度达到了3.23%;此外,Candidatus Competibacter、Defluviicoccus等聚糖菌和聚磷菌Candidatus Accumulibacter、Dechloromonas在反应器内均有大量富集,共同构成了该生物膜-絮体污泥复合系统,实现了低碳氮比城市生活污水的同步脱氮除磷.     

电解强化人工湿地处理低碳氮比污水的效能及机制

针对人工湿地对低碳氮污水处理效果差这一问题,本研究构建了电解强化潮汐流人工湿地系统,通过对比电解强化前后湿地系统脱氮除磷的效果,从微生物群落结构及污染物电化学去除机制等角度揭示电解潮汐流人工湿地强化脱氮脱磷的机制.研究结果表明：电解潮汐流人工湿地对废水中NH₄⁺-N、TN和TP的去除率（分别为88.30%、82.10%和87.74%）均高于未强化的湿地系统.纯电解过程对氨氮的去除没有影响,但是对硝态氮具有还原作用.相比于未强化的湿地系统,电解潮汐流人工湿地阳极附近基质中含有更多的铁氧键、磷氧键、羟基聚合铁等含磷沉淀物,细菌群落结构更为丰富多样,异养反硝化细菌和基于氢气的自养反硝化细菌（Rhodoblastus）丰度都较高,从而实现氮磷的高效同步去除.     

后置固相反硝化滤池工艺沿程微生物特性

为解决现有低碳源污水处理工艺能耗高、工艺复杂和脱氮效果不佳等问题,提出一种新型的混凝沉淀/后置固相反硝化滤池工艺.为了从微生物角度来解释该工艺的宏观脱氮效果,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术研究了工艺中生物滤池沿程微生物群落结构的变化规律及脱氮功能菌的类型.结果表明,硝化滤池内生物膜中微生物的多样性和丰度沿上向流方向呈逐渐上升的趋势,且硝化细菌在顶端富集,而固相反硝化滤池呈先上升后下降的趋势,反硝化菌在中部富集.硝化滤池中的优势菌株为硝化细菌Nitrosomonas sp. Nm47和Candidatus Nitrospira defluvii;固相反硝化滤池中的优势菌株为反硝化菌Rubrivivas gelatinosus和固体碳源降解反硝化菌Myxobacteria.     

模拟氮沉降对三江平原小叶章湿地土壤微生物碳源利用能力的影响

大气氮沉降会对湿地土壤微生物的结构和功能产生显著影响,因此研究不同浓度氮沉降对三江平原小叶章湿地土壤微生物碳源利用能力的影响,对于保护和利用湿地生态系统具有重要意义.采用Biolog-Eco技术探究了连续5 a模拟氮沉降对小叶章湿地土壤微生物碳源利用能力的影响.结果表明：①长期的氮素施加会显著改变小叶章湿地土壤含水量（SMC）、pH、硝态氮（NO₃^-）、铵态氮（NH₄⁺）、溶解性有机碳（DOC）和总氮（TN）的含量（P<0.05）;②土壤微生物的平均颜色变化率（AWCD）呈现的规律为：对照（CK）>高氮（HN）>低氮（LN）.低氮处理显著降低了土壤微生物香农（Shannon）指数（P<0.05）,高氮处理显著降低了土壤微生物皮卢（Pielou）指数（P<0.05）.③不同氮浓度下土壤微生物碳源利用能力显著不同,其中低氮处理显著抑制了土壤微生物对糖类、醇类、胺类和酸类的利用强度（P<0.05）;高氮处理显著促进了微生物对酯类的利用,但高氮使土壤微生物对糖类、胺类和酸类碳源产生抑制作用（P<0.05）.④冗余分析显示,NH₄⁺、DOC和pH是影响三江平原小叶章湿地土壤微生物碳代谢能力的主要环境因子.长期氮沉降会导致土壤微生物功能多样性的降低,有关碳源底物利用的微生物活性也明显降低,并且微生物对单一碳源底物的利用能力也发生改变.     

气水比对A/O-BF处理低碳氮比农村生活污水脱氮的影响

为揭示好氧段气水比对缺氧/好氧生物滤池（Anoxic/Oxic Biofilter,A/O-BF）脱氮的影响机理,采用A/O-BF处理低碳氮比农村生活污水,结合实时荧光定量聚合酶链式反应技术,对比研究了好氧段气水比为4：1、2：1和1：1时A/O-BF的脱氮效能和微生物群落变化特征.结果表明：当气水比为4：1时,A/O-BF的氨氮（NH₄⁺-N）和总氮（TN）平均去除率分别为99.0%和75.9%;当气水比降至2：1时,NH₄⁺-N的平均去除率（99.5%）基本维持不变,而TN去除率有所提高（79.5%）;当气水比再降至1：1时,两者的平均去除率分别下降至92.0%和71.7%.气水比由4：1降至2：1时,好氧段中硝化菌脱氮功能基因amoA和Nitrospira 16S rDNA的拷贝数并无明显变化,为同一数量级,但缺氧段中4个反硝化菌脱氮功能基因（narG、nosZ、nirS和nirK）拷贝数却明显升高0~1个数量级;当气水比由2：1降至1：1时,好氧段中两个硝化菌脱氮功能基因拷贝数均下降1个数量级,但缺氧段中反硝化菌脱氮功能基因拷贝数无明显变化,除narG基因外均处于同一数量级.综上所述,2：1为A/O-BF处理低碳氮比农村生活污水脱氮的最佳气水比.     

Enhancement of simultaneous nitrogen and phosphorus removal using intermittent aeration mechanism

Biological nutrient removal grows into complicated scenario due to the microbial consortium shift and kinetic competition between phosphorus (P)-accumulating and nitrogen (N)-removing microorganisms. In this study, three sequential batch reactors with constant operational conditions except aeration patterns at 6 h cycle periods were tested. Intermittent aeration was applied to develop a robust nutrient removal system aimed to achieve high energy saving and removal efficiency. The results showed higher correspondence of P-uptake, polymeric substance synthesis and glycogen degradation in intermittent-aeration with longer interval periods compared to continuous-aeration. Increasing the intermittent-aeration duration from 25 to 50 min, resulted in higher process performance where the system exhibited approximately 30% higher nutrient removal. This study indicated that nutrient removal strongly depends on reaction phase configuration representing the importance of aeration pattern. The microbial community examined the variation in abundance of bacterial groups in suspended sludge, where the 50 min intermittent aeration, favored the growth of P-accumulating organisms and nitrogen removal microbial groups, indicating the complications related to nutrient removal systems. Successful intermittently aerated process with high capability of simple implementation to conventional systems by elemental retrofitting, is applicable for upgrading wastewater treatment plants. With aeration as a major operational cost, this process is a promising approach to potentially remove nutrients in high competence, in distinction to optimizing cost-efficacy of the system.     

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.     

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.     

城市污水三污泥系统自养脱氮与强化生物除磷

采用"A/O除磷+半亚硝化-厌氧氨氧化自养脱氮"三污泥系统,实现了城市污水营养物经济高效去除.结果表明,在水力停留时间(HRT)为3.6h条件下,A/O除磷系统出水总磷(TP)≤0.5mg/L;在常温、DO0.2mg/L和HRT=4.6h条件下,半亚硝化系统实现了亚硝氮累积率为75%～96%的半亚硝化;在温度为27～30℃和HRT=1.4h条件下,厌氧氨氧化(ANAMMOX)系统出水总氮(TN)≤8mg/L,最低值为1.6mg/L,TN去除负荷达到0.57kg/(m3·d).三污泥系统中聚磷菌、氨氧化菌和ANAMMOX菌均在各自适宜的环境条件下生存,优化了污泥种群,提高了各工艺单元的处理效率.城市污水自养脱氮系统理论上可以减少62.5%的供氧量,节省100%反硝化碳源,同时降低了污泥产量,大大减少了CO2的排放.与传统的生物脱氮除磷工艺相比,三污泥系统具有节能降耗减排上的巨大优势和潜力,也有利于实现水资源的循环利用和可持续发展.     

溶解氧对碳氮硫共脱除工艺中微生物群落影响解析

为了研究溶解氧对碳氮硫共脱除工艺中微生物群落的影响,探索供氧条件下提高单质硫转化率的机制,实验采用基因芯片GeoChip技术来解析不同曝气量下采集的污泥样品中的微生物群落结构特征.研究结果表明,微量的溶解氧能显著影响工艺中的微生物群落结构(P<0.001),相对较高浓度的溶解氧可以增加微生物的多样性但是却抑制了对溶解氧比较敏感的反硝化微生物的活性,导致工艺硝酸盐去除率下降.与反硝化微生物相比硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)能抵抗更高浓度的溶解氧,因此工艺的硫酸盐还原过程未受到影响,一直保持较高的硫酸盐去除率.当曝气量为20 mL·min-1时单质硫的转化率最高,通过对sox(sulfur-oxidation)基因丰度分析和聚类分析发现,在该曝气量条件下sox基因的丰度最高,与厌氧条件相比有极其显著的差异.此外,GeoChip还检测到一些硫氧化细菌(sulfur-oxidizing bacteria,SOB)的丰度明显提高,证明适量的溶解氧能够刺激一部分SOB的生长与代谢.     

不同DO下MBR内微生物群落结构与运行效果关系

应用A/O-MBR处理实际生活污水,考察了不同溶解氧(DO)条件下,微生物群落结构与其处理效果的对应关系.结果表明,DO浓度在0.2~4.0mg/L对COD去除效果无明显影响,COD平均去除率均在90%以上.DO浓度变化对NH4+-N去除影响较大,DO浓度下降到0.2mg/L时,NH4+-N平均去除率由99%下降到65%.通过PCR-DGGE分析,较高DO条件下(4.0,2.0mg/L)的总细菌微生物群落多样性高于较低DO条件(0.5,0.2mg/L),但其群落结构变化与与反应器的处理效果对应关系不明显;氨氧化菌的群落结构变化较明显,且在不同的DO条件下起主要作用的氨氧化菌的菌属不同,其群落变化与反应器的NH4+-N去除效果相对应,DO为2.0,0.5mg/L时氨氧化菌群落结构比较相似,此时反应系统的脱氮效果也比较好.     

Performance of completely autotrophic nitrogen removal over nitrite process under different aeration modes and dissolved oxygen

In this study, three sequential batch biofilm reactors (SBBRs) were operated for 155 days to evaluate the performance of completely autotrophic nitrogen removal over nitrite (CANON) process under different aeration modes and dissolved oxygen (DO). Synthetic wastewater with 160-mg NH4 ⁺-N/L was fed into the reactors. In the continuously-aerated reactor, the efficiency of the ammonium nitrogen conversion and total nitrogen (TN) removal reached 80% and 70%, respectively, with DO between 0.8–1.0 mg/L. Whereas in the intermittently-aerated reactor, at the aeration/non-aeration ratio of 1.0, ammonium was always under the detection limit and 86% of TN was removed with DO between 2.0–2.5 mg/L during the aeration time. Results show that CANON could be achieved in both continuous and intermittent aeration pattern. However, to achieve the same nitrogen removal efficiency, the DO needed in the intermittently-aerated sequential batch biofilm reactor (SBBR) during the aeration period was higher than that in the continuously-aerated SBBR. In addition, the DO in the CANON system should be adjusted to the aeration mode, and low DO was not a prerequisite to CANON process.     

碳氧调控下人工湿地净化效果的协同与拮抗研究

从人工湿地脱氮效果的重要限制因子——溶解氧和碳源着手,构建了一种人工湿地碳氧联合调控脱氮系统,研究了曝气、碳源投加、碳氧联合调控下人工湿地的净化效果.结果表明,曝气促进了TSS、COD、TN、NH4+-N、TP的去除,但夏季时会导致NO3--N的积累;碳源投加提高了TN、NO3--N的去除,但冬季时会导致COD去除率的下降.碳氧联合调控下人工湿地对TN、NO3--N的去除表现出协同作用,对NH4+-N、COD的去除表现出独立作用,而对TP、TSS的去除表现出一定的拮抗作用.另外,对于以氨氮为主的“低碳高氮”污水,人工湿地碳氧联合调控系统脱氮效率达87.3%,可见该强化系统适用于“低碳高氮”污水的处理.     

DPR-SNED系统处理低C/N城市污水与硝酸盐废水的运行特性

为实现低C/N城市污水与含硝酸盐废水的同步处理,采用SBR接种活性污泥,通过合理控制厌氧/缺氧/低氧时间和溶解氧(DO)浓度,实现了反硝化除磷耦合同步硝化内源反硝化(DPR-SNED)系统的启动,并对启动过程中系统的脱氮除磷特性进行了研究.结果表明采用厌氧/低氧的运行方式,控制厌氧时间为3 h,好氧段DO浓度为0. 5～1. 0 mg·L-1,60 d可实现同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的启动,出水PO_4~(3-)-P浓度0. 5 mg·L-1,系统氮磷去除率维持在90%以上,COD的去除率维持在80%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在70%和95%左右;随后改变运行方式,采用厌氧/缺氧/低氧的方式运行,缺氧段前进含硝酸盐废水,45 d可实现DPR-SNED系统的启动,缺氧末PO_4~(3-)-P浓度1. 1 mg·L-1,出水PO_4~(3-)-P浓度0. 5 mg·L-1,系统磷、COD去除率均维持在90%以上,氮去除率维持在88%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在62%和90%左右. DPR-SNED系统的成功启动后,厌氧段聚糖菌和聚磷菌对城市污水有限碳源的充分利用和强化储存,可为后续缺氧段及好氧段的脱氮除磷提供充足的内碳源.此外,DPR-SNED系统缺氧段内源短程反硝化的进行保障了系统在低C/N(4)条件下的高效脱氮.