双重抑制下亚硝化系统的启动及运行特性

采用连续进水(feed-batch)方式的SBR在高氨氮负荷(1 kg·(m~3·d)~(-1))和双重抑制下实现了亚硝化系统的启动及稳定运行。采用荧光原位杂交技术(FISH)对活性污泥中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)种群及数量变化进行测定。结果表明在温度(35±1)℃,进水氨氮浓度为1000mg·L~(-1)的条件下对NOB的抑制由游离亚硝酸(FNA)和DO的双重抑制转变为游离氨(FA)和DO的双重抑制,污泥亚硝酸盐氧化速率由28.16mg·(g·h)(以MLVSS计)降到0.3 mg·(g·h)~(-1)(以MLVSS计)以下,成功实现了高氨氮废水的稳定亚硝化。反应器出水NO_2~--N平均浓度为466.45 mg·L~(-1),NO_2~--N/NH_4~+-N接近1,NO_3~--N浓度低于20 mg·L~(-1),満足厌氧氨氧化(ANAMM0X)的进水基质要求。FISH结果表明,富集培养阶段AOB、NOB的优势种属由亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)及硝化螺旋菌属(Nitrospira)转变为Nitrosomonas及硝化杆菌属(Nitrobacter),抑制过程中NOB逐渐被淘汰最终硝化菌以Nitrosomonas为主,从微生物学角度佐证了亚硝化的稳定运行。     

底物流加-间歇运行方式下氨氧化细菌富集培养的效果及影响因素分析

富集培养氨氧化细菌(AOB)可为污水处理工艺提高氨氮氧化速率、促进亚硝酸盐积累提供物质基础。在(20±2)℃下,采用底物流加-间歇运行方式进行氨氧化细菌富集培养,重点考察了游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)、溶解氧(DO)等因素的影响,并对富集前后活性污泥样品中的AOB进行了定性定量分析。结果表明:第15天左右AOB增殖进入稳定生长期,比氨氮氧化速率由接种时的4.45 mg·(g·h)~(-1)升高至57.22 mg·(g·h)~(-1);通过pH、底物流加速率和实际反应速率关系的联合控制,可以实现整个反应过程中FA和FNA在预期范围内波动;即使在极低的DO条件下,高纯度的AOB也可进行氨氮氧化。高通量测序结果表明,体系内Nitrosomonas属的AOB大幅度增长,可由0.23%上升至54.18%,亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的生长得到了有效抑制,培养结束时仅为0.12%。荧光定量PCR对AOB功能基因amoA的绝对含量结果表明,富集前后平均拷贝数由2.67×10~5 copies·g~(-1)升至最大,可达9.67×10~9 copies·g~(-1),AOB成为活性污泥中的优势菌。本研究结果可为常温条件下快速富集AOB提供参考。     

序批式曝气生物滤池处理含海水污水中的硝化性能

采用序批式曝气生物滤池工艺,以牡蛎壳为填料、含海水污水为处理对象,系统考察不同的海水含率、原水葡萄糖和氨氮浓度等原水条件下的硝化性能。结果表明,对于海水含率在40%到100%的污水处理,氨氮去除率可达到95%以上,表明该生物滤池中的氨氧化菌(AOB)可耐受较高的海水盐度;耐海水盐度的驯化硝化细菌中,AOB的耐盐度抑制能力强于亚硝酸氧化菌(NOB),当海水含率大于70%时,NOB的活性更容易受到抑制。在高海水盐度下,降低原水的葡萄糖与氨氮浓度可提高NOB活性。牡蛎壳附着生物膜与液相悬浮污泥中的AOB和NOB均参与了氨氮去除,生物膜中的AOB和NOB活性高于悬浮污泥。     

pH和硝化细菌浓度对氨氮氧化速率的影响

为实现氨氮氧化速率的提高,以污水处理厂A~2/O工艺回流污泥为菌源,利用细菌发酵罐,通过间歇运行方式实现了硝化细菌菌群的筛选和富集。实验中通过调节系统pH值考察不同游离氨(FA)水平对氨氮氧化速率、亚硝酸盐积累和硝酸盐生成的影响,以及通过沉淀排水保留污泥,反应有效容积缩小,等同于污泥浓度提高的方式考察了硝化细菌浓度变化对氨氮氧化速率的影响。结果表明在一定氨氮底物浓度条件下适合的pH值是实现氨氮高速率氧化的重要条件,同时硝化细菌浓度是高氨氮氧化速率实现的物质基础。通过FISH检测,证明了所得培养物中,氨氧化和亚硝酸盐氧化细菌菌群(AOB和NOB)占有绝对数量优势。     

不同pH条件下短程硝化序批实验和数学模拟

为考察pH值对短程硝化过程动力学的影响,采用SBR工艺,以人工模拟氨氮废水为研究对象,进行了不同pH条件下的硝化批次实验,对氨氮降解过程进行动力学分析。在Monod方程的基础上,分析pH值对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸氧化菌(NOB)生长速率的影响,分别建立了AOB和NOB的生长数学模型。利用MATLAB软件,将模型与硝化阶段实测数据进行拟合,取得良好的模拟效果。在此基础上通过模型预测得到泥龄(SRT)为6 d,溶解氧为1.5 mg O2/L,pH值在7.3~8范围内有利于实现短程硝化。     

亚硝化颗粒污泥处理低碳高氨氮废水的影响因素

稳定的部分硝化是新型脱氮工艺处理低C/N比高氨氮废水的关键环节。在SBR中,以放置超过30d的亚硝化颗粒污泥为接种污泥,考察反应器内快速启动亚硝化的可行性和污泥形态变化,探讨pH和C/N比对颗粒污泥性能和氮转化的影响。结果表明,通过提高进水负荷可快速启动亚硝化反应器,氨氮去除率和亚硝酸盐累积率均在90%以上,由同步反硝化引起的氮损失为20%左右。降低进水pH至7.0,SBR周期运行最高游离氨FA浓度为5.1mg·L~(-1),有利于NOB选择性抑制,提高氨氮去除率,出水NO_2~--N/NH_4~+-N比值从0.5提高到0.95左右。C/N比高于2,会引起异养微生物的快速增殖,COD去除负荷提高了1.45kg·(m~3·d)~(-1),AOB受显著抑制,出水NO_2~--N/NH_4~+-N由1.0降低至0.65左右,出现颗粒污泥破裂、解体。     

不同DO下亚硝态氮氧化菌硝化系统N 2O减量化研究

采用序批式活性污泥反应器(SBR),在富集亚硝态氮氧化菌(NOB)的基础上,考察了DO对连续进水模式下硝化过程中N_2O减量化的影响。结果表明,在污泥氨氧化菌(AOB)和NOB的比耗氧速率(SOUR)分别为(2.36±0.31)、(7.62±0.43)mg/(L·h)条件下,不外加碳源进行小试实验,氨氮均小于1.0mg/L,亚硝态氮均小于0.5mg/L。DO由0.2mg/L增至3.0mg/L过程中,随着DO增加,积累的硝态氮浓度逐渐上升,而累计产生的N_2O浓度先上升后下降。DO为0.2mg/L时,积累的硝态氮和累计产生的N_2O浓度最低,可以实现N_2O的最大减量化。在进水连续投加氨氮的方式下,氨氮氧化速率不是引起N_2O生成的关键步骤,碳源缺乏的情况下NOB硝化系统中低DO可以有效控制N_2O的释放。     

硫脲对硝化反应的抑制

利用富集培养的硝化污泥,在间歇式反应器中通过测定氨氮降解速率和溶解氧消耗速率,研究了硫脲对硝化过程的抑制特性及动力学方程。结果表明,硫脲对硝化反应抑制现象明显,0.05 mg·L~(-1)硫脲即可使相同时间内的氨氮降解率降低12%,氨氮最大降解速率降低21%。硫脲对硝化菌的抑制类型为非竞争性抑制,抑制常数KI和EC50值相等,均为0.14 mg·L~(-1),并且硫脲主要对硝化过程中的亚硝化过程造成抑制。     

短程硝化过程2种亚硝酸盐氧化菌抑制策略探讨

为维持短程硝化稳定,保证亚硝酸盐高效积累,需要对污水处理系统亚硝酸盐氧化菌(NOB)的性质进行深入了解。分别对Nitrospira以及Nitrobacter的动力学参数,以及在活性污泥系统、生物膜系统、颗粒污泥系统中2菌属特性进行比较。经分析后认为,Nitrospira相对于Nitrobacter比增长速率较低,对O_2,NO_2~-底物亲和性较好,适宜生长于低浓度环境中,是A~2/O、短程硝化-厌氧氨氧化工艺中的主要NOB菌属;Nitrobacter则适宜在高浓度环境中生长。在颗粒污泥系统中,NOB主要处于污泥内部,由于缺乏O_2,NO_2~-更容易被淘汰出反应器。通过对比短程硝化主要控制参数,认为NOB的抑制策略包括:在活性污泥系统中维持合理的污泥龄(SRT)以及游离氨(FA)浓度;在生物膜系统中对溶解氧(DO)以及水力停留时间(HRT)进行联合控制;在颗粒污泥系统中维持适量剩余NH_4~+-N,并淘洗出掺杂其中的絮状污泥。此外,利用"饱食饥饿"效应间歇曝气并维持较低的曝停比同样有利于阻止亚硝酸盐被NOB进一步氧化,保证短程硝化稳定运行。     

低DO与化学控制相结合的半亚硝化运行

针对厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX)的进水需求以及污水中氮素的存在形态,增强前置半亚硝化工艺的运行稳定性是十分有必要的。研究发现:在温度(30±1)℃、进水pH在8.0以上、DO在0.3 mg·L~(-1)左右、HRT=8 h的情况下;逐步增加进水氨氮(NH_4~+-N)与碳酸氢盐浓度,经过19 d成功启动亚硝化反应(以亚硝硝酸盐积累率达到50%为限);为了进一步提升亚硝酸盐积累率,间歇投加5 mmol·L~(-1)氯酸钾,后又改加联氨作为硝化反应的选择性抑制剂,经过大约90 d的反复调试运行,使得出水中NH_4~+-N与亚硝态氮(NO_2~--N)的摩尔比近似1∶1,基本符合厌氧氨氧化工艺进水需求。通过Miseq测序结果发现:氨氧化菌(AOB)在添加氯酸钾之后,已经成为绝对优势菌种,所占比例为54.99%;在添加联氨之后,AOB所占比例能够达到63.92%,其中包括Nitrosomonas sp和Nitrosomonas europaea这两种亚硝化菌;只有痕量亚硝酸盐氧化菌(NOB)的存在。     

固定化包埋填料高氨氮负荷下短程硝化稳定运行特征

为了探讨固定化包埋填料高氨氮负荷下短程硝化的稳定运行研究,以固定化技术包埋一定量硝化菌填料为载体,并利用序批次反应器进行处理人工配置的氨氮废水实验,该实验研究了实现短程硝化影响因素DO、有机物的控制范围,驯化期间,分别将温度、pH值、DO控制在(31±1)℃、7.8~8.2、1.8~2.0 mg·L~(-1)范围内,进水有机物浓度始终保持在50 mg·L~(-1)以下,体积填充率为15%,采用高游离氨(3.03~14.18 mg·L~(-1))对NOB产生抑制作用,使活性填料中的AOB成为优势菌群,通过历时55 d的培养实现了该填料短程硝化的启动及稳定运行,结果表明,进水氨氮浓度保持200 mg·L~(-1)左右,氨氮去除速率高达28.29 mg NH+4-N·(L·h)~(-1)的同时,氨氮的去除率97%,亚硝酸盐积累NO_2~--N/NO_x~--N85%,实验同时还考察了活性填料的抗冲击负荷能力与单个周期内短程硝化运行特征。     

微量NO2对厌氧氨氧化甲烷化反硝化耦合影响的动力学分析

采用批试验方法,研究微量 NO2对颗粒污泥厌氧氨氧化、甲烷化和反硝化耦合的影响.基于 Haldane 模型建立了厌氧氨氧化的 NO2 强化函数,估计了强化函数中的最大强化系数(30.55)、NO2 半饱和常数(1.96 mg/L)、NO2 抑制常数(0.0082 mg/L)和基础速率系数(0.0314).微量 NO2 对甲烷化和反硝化动力学可用反竞争性抑制动力学方程进行描述.甲烷化的最大比乙酸盐去除速率为0.15 mg COD/(mg VSS·h),乙酸盐半饱和常数为395 mg COD/L,NOz抑制系数为0.623 mg/L.反硝化的亚硝酸盐氮最大去除速率 0.00685 h-1,亚硝酸盐氮半饱和常数0.214 mg/L,NO2 抑制系数为22.4 mg/L.试验中大部分的 NOx 气体物质出现损失.     

间歇曝气比在短程硝化中对硝化活性的影响

采用序批式间歇反应器(SBR)处理生活污水,温度控制在(25.0±0.5)℃,研究好氧曝气与缺氧搅拌时间比(间歇曝气比)分别为30min∶30min(A模式)和40min∶20min(B模式)对亚硝酸盐氮积累、污泥性能参数、反应速率(比氨氮氧化速率、比硝酸盐氮产生速率、比亚硝酸盐氮产生速率)、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性的影响。A模式下运行64个周期时,出水亚硝酸盐氮质量浓度为19.04mg/L,亚硝酸盐氮积累率高达99.21%;B模式下运行75个周期时,出水亚硝酸盐氮质量浓度为19.42mg/L,亚硝酸盐氮积累率高达95.47%;研究表明缺氧时间所占比例越大越有利于短程硝化的实现。在实现短程硝化过程中,A模式在38个周期之后AOB活性超过NOB活性;B模式在34个周期之后AOB活性超过NOB活性。     

NaCl盐度对耐盐活性污泥沉降性能及脱氮的影响

针对海水冲厕工程的实施,采用序批式活性污泥反应器(SBR)处理实际含盐生活污水,考察了盐度对耐盐活性污泥沉降性能及脱氮效能的影响。研究发现,经过长期盐度驯化后的污泥系统也会出现丝状菌污泥膨胀。在经过10 g/L盐度长期驯化的污泥系统中,污泥容积指数(SVI)随着盐度的升高而降低,盐度升高使丝状菌减少,污泥絮体变小变密实。但是,盐度降低时会引发更严重的污泥膨胀,导致污泥流失。对脱氮性能的研究表明,硝化菌的耐盐能力较强。当盐度由10 g/L改变为0、5、15、20 g/L时,氨氮去除率依然可以维持在99%以上。但亚硝酸盐积累率无论是盐度升高或降低时都升高,这表明驯化后污泥中的亚硝酸氧化菌(NOB)对盐度变化的耐受能力比氨氧化菌(AOB)弱,无论盐度升高或降低都会对其产生较大的影响。     

不同调控策略对CANON工艺快速适应氨氮浓度提升的影响

针对进水氨氮浓度变化会影响CANON颗粒污泥功能微生物间的协同导致系统不稳定的问题,通过接种常温下贮存2个月的自养颗粒污泥,并采用3种调控策略(维持HRT不变,快速提升氨氮浓度(R1);维持HRT不变,逐级提升氨氮浓度(R2);逐级提升进水氨氮浓度同时调整HRT,以125 mg·L~(-1)为进水氨氮增幅(R3)),分别考察各种调控策略对系统适应275 mg·L~(-1)和400 mg·L~(-1)氨氮浓度的效能影响,探讨调控策略与污泥性能的关系及游离氨(FA)、溶解氧(DO)的影响。结果表明,污泥性能提升期,负荷变化最为平稳的策略R3率先适应进水氨氮浓度的提升,仅44 d内总氮去除负荷可达到3.5 kg·(m~3·d)~(-1);污泥性能成熟期,快速提升负荷的策略R1可缩短适应时间至25 d,总氮去除率稳定在80%以上,去除负荷达到5.3 kg·(m~3·d)~(-1)。FA会影响功能微生物活性,策略R1在污泥性能提升期,FA浓度高达16.6～26.7 mg·L~(-1),一定程度上抑制了好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AMX)的活性,导致系统适应期延长。在污泥适应高氨氮负荷过程中,比氨氧化速率(SAOR)和比总氮去除速率(SNRR)逐渐提高,污泥浓度和颗粒粒径逐渐增大。f值(ΔN O3--N/ΔTN)可作为DO调节的重要依据,DO与氨氮去除负荷呈良好的正相关性。     

基于SBBR的单级自养脱氮快速启动

以普通活性污泥为接种污泥,采用人工配制无机氨氮废水进行单级自养脱氮工艺快速启动研究。启动过程经历了污泥适应期、部分短程硝化选择期以及单级自养脱氮实现期3个阶段。经过29 d的培养驯化,通过控制游离氨的方法实现了部分短程硝化。当出水中亚硝酸盐积累率达到60%左右时,立即将序批式生物膜反应器(SBBR)由连续曝气改为间歇曝气,间歇曝气使得厌氧氨氧化菌(AAOB)的富集与亚硝酸氧化菌(NOB)的淘汰同时进行,并且避免了高浓度亚硝酸盐对AAOB的抑制作用,从而实现了单级自养脱氮的快速启动。实验仅用50 d成功启动了SBBR单级自养脱氮工艺,总氮容积去除负荷达到0.173 kg N/(m3·d),氨氮的平均去除率达到98.68%,总氮的平均去除率达到80.87%。成功启动之后,反应器内只有少量的悬浮污泥,大部分的污泥都附着在填料上,污泥颜色呈褐色,而反应器内壁及出水管上附着的污泥呈浅砖红色,表明反应器内富集了大量的AAOB。     

包埋氨氧化细菌处理合成氨工业废水

以聚乙烯醇与海藻酸钠为载体,包埋固定氨氧化细菌(AOB),研究温度、DO、初始游离氨(FA)、有机物等影响因素对其短程硝化稳定性的影响。结果表明,25~30℃时载体中氨氧化细菌占优势;DO宜控制在4.0~5.5 mg/L之间,既能满足细菌生长所需,又不至过度曝气,造成载体间的摩擦增大,减少其使用寿命;载体耐氨氮负荷能力强,同时可以抵御有机物对氨氧化细菌的伤害;当初始FA>6.5 mg/L时,氨氧化细菌的活性将受到抑制;富集氨氧化细菌的污泥包埋后氨氮去除率降低了7.5%;包埋载体在确保短程硝化作用的同时,在内部形成的缺氧区可实现反硝化脱氮,提高了系统氨氮的处理能力。     

NaCl盐度对耐盐脱氮污泥硝化功能的影响

利用序批式活性污泥反应器(SBR)研究NaCl盐度对耐盐脱氮污泥硝化功能的影响,在此基础上考察瞬时盐度冲击对氨氧化细菌(AOB)、亚硝酸氮氧化细菌(NOB)的抑制及恢复情况。实验结果表明,当废水中NaCl浓度为0~50g/L时,AOB几乎没有影响,NOB影响较小。当NaCl浓度为60 g/L时,AOB影响较小,NOB受到一定程度的抑制。当NaCl浓度为70 g/L时,AOB、NOB均受到严重的抑制;耐盐脱氮污泥能够适应NaCl浓度50 g/L的瞬时冲击,盐度降低有利于AOB、NOB的恢复。当耐盐脱氮污泥受到NaCl浓度60 g/L的瞬时冲击时,系统发生"中毒"现象,盐度降低至0 g/L时,AOB、NOB均有不同程度恢复。     

低C/N比城市污水短程硝化特性及微生物种群分布

以城市污水厂二沉池回流液为接种污泥,研究了低C/N城市污水短程硝化特性及其微生物种群密度分布规律,并对比研究了SBR和SBBR 2种反应器短程硝化特性的差异。结果表明:在温度(30±1)℃、pH=7.9~8.2、DO=1.0 mg·L~(-1)的条件下,通过分段曝气的运行方式、经过29 d的运行,2个反应器均实现了短程硝化的高效启动,NH_4~+-N转化率稳定在99%,短程硝化率稳定在90%以上;相比于SBR,SBBR更有利于AOB菌种的富集,且SBBR达到亚硝酸盐积累率最大效果的时间快于SBR。利用聚合酶链反应(PCR)和克隆测序等分子生物学技术分析得出,在短程硝化稳定运行的SBR系统中,AOB菌种与NOB菌种的占比为2.3∶1。     

低氨氮废水亚硝化的快速启动

以低氨氮废水为研究对象,研究了亚硝化反应的快速启动,通过对比实验考察了羟胺(NH_2OH)和肼(N_2H_4)投加对氨氧化与亚硝酸盐氧化反应的影响。结果表明:NH_2OH的投加更有利低氨氮废水亚硝化反应的实现;在此基础上,通过序批式运行模式,在每周期开始时投加NH_2OH(2 mg·L~(-1)),研究了低氨氮废水亚硝化反应的快速启动;通过9 d的驯化,亚硝酸盐积累率可达到100%,AOB与NOB丰度比升高至25,有利于亚硝化启动的实现。研究结果可为低氨氮废水亚硝化反应快速启动提供技术支持。