温度对ANAMMOX生物膜工艺的脱氮影响与菌群结构分析

针对厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)工艺常低温运行问题,分别采用无纺布与改性聚氨酯泡沫塑料填料序批式生物膜反应器(sequence batch biofilm reactor,SBBR)处理含氮污水,考察了从35℃降至15℃过程的脱氮效果.结果表明,在进水氮容积负荷...     

处理水产养殖污水潜流湿地中的厌氧氨氧化菌群特征

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)是潜流湿地净化污水的重要功能,目前关于潜流湿地厌氧氨氧化特征还不清楚.为了解处理水产养殖污水潜流湿地中的厌氧氨氧化特点,采用16S rRNA基因克隆文库和实时荧光定量PCR技术以及多样性分析等方法,对处理水产养殖污水潜流湿地中ANAMMOX菌的结构、多样性和丰度进行了研究分析.结果表明,处理水产养殖污水潜流湿地中存在Candidatus brocadia和Candidatus kuenenia这2类已知的ANAMMOX菌和3类未知的ANAMMOX菌,其优势种群为Candidatus brocadia;在不同季节中,秋季潜流湿地中ANAMMOX菌的多样性最高(H',1.21),春季最低(H',0.64);在养殖周期内,潜流湿地中ANAMMOX菌的丰度(以鲜重计,下同)在8.0×104~9.4×106copies·g-1之间,总细菌丰度在7.3×109~9.1×1010copies·g-1之间;在潜流湿地不同层面以及不同季节中,ANAMMOX菌的丰度存在着明显的差异,总细菌丰度则差异不明显,ANAMMOX菌的丰度在不同层面上的差异没有随时间变化的规律性.根据潜流湿地中ANAMMOX菌的分布特征,改变养殖污水布水方式和调整湿地结构可以提高潜流湿地的反硝化效果.该研究为进一步优化潜流湿地结构,提高净化养殖污水效率提供了依据.     

温度和pH值对铁盐型氨氧化过程氮素转化的影响

近年来,在厌氧条件下,以Fe(Ⅲ)作为电子受体氧化氨氮的现象(Feammox)逐步受到研究者的关注.通过对由厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥驯化而来的Feammox污泥进行活性恢复,研究了pH值和温度对Feammox过程氮素转化的影响.结果表明,经过40 d运行,Feammox污泥活性获得恢复,环境中存在明显的氨氮转化和总氮去除,产物主要为硝酸盐和气态氮.亚硝酸盐一直处于2 mg·L~(-1)以下.pH值和温度对Feammox过程氮素转化的影响很大.Feammox过程pH值7和温度为30℃时,总氮去除量相对最高,去除率均达到50%以上.pH值为6.5时,氨氮的转化量最高为80.2%.Feammox反应过程中,铁离子的化合物沉淀及在污泥表面包裹是导致反应器持续运行和反应机制探索的主要干扰因素.     

生物滤池快速启动ANAMMOX运行策略及菌群特征

为实现常温下厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)反应的快速启动及污泥颗粒化,采用上向流生物滤池反应器接种少量厌氧氨氧化污泥,通过阶段变负荷及缩短水力停留时间运行策略启动ANAMMOX反应,并对生物滤池的脱氮特性做出评价.结果表明,生物滤池在中温(25～29℃)环境下历时22 d启动ANAMMOX反应.培养97 d,总氮容积去除速率达到5.64kg·(m~3·d)~(-1),总氮去除率接近80%,颗粒污泥平均粒径为4.5 mm.高通量测序分析表明,生物滤池从下至上形成硝化菌-异养菌、厌氧氨氧化菌(AAOB)和AAOB-异养菌的分层结构.各种菌群协同脱氮,为AAOB创造低溶解氧(DO)稳定环境,厌氧氨氧化功能菌Candidatus Kuenenia(AF375995.1)得到富集.此外,对污染物沿程去除规律及污泥沿程特性进行分析,验证了反应区污泥具有良好ANAMMOX活性.厌氧氨氧化-生物滤池通过有效地保持菌量和稳定反应条件,实现了ANAMMOX反应的快速启动、污泥颗粒化及高效运行.     

磁性壳聚糖凝胶球固定厌氧铁氨氧化菌对废水氨氮去除的影响

厌氧铁氨氧化(ammonium oxidation coupling with iron reduction,Feammox)反应是一种在厌氧条件下,由厌氧铁氨氧化菌驱动,以三价铁为电子受体,氧化氨氮的生物化学途径,它可以用于去除水体中的氨氮.为提高厌氧铁氨氧化菌对氨氮废水处理效果,采用"氢氧化钠共沉淀-溶胶-凝胶"法制备粒径为1~5mm的磁性壳聚糖凝胶球(magnetic chitosan hydrogel beads,MCHBs),将厌氧铁氨氧化菌固定,研究其对废水中氨氮去除效果和影响因素,并与游离厌氧铁氨氧化菌对废水氨氮去除效率作对比.制备的MCHBs进行X射线衍射(XRD)和振动样品磁强(VSM)等表征分析.结果表明,MCHBs为铁磁性、结晶度高,饱和磁化强度达29.46 emu·g~(-1).MCHBs固定厌氧铁氨氧化菌比游离菌具有更高的氨氧化和铁还原速率,平均增幅为42.96%和20.75%,以MCHBs(1~2 mm)固定厌氧铁氨氧化菌的效果最显著(P0.05).进一步研究发现,不适宜氨氮浓度、温度和pH下,MCHBs(1~2 mm)固定厌氧铁氨氧化菌氧化氨氮的能力均比游离菌高.初始氨氮浓度60.00 mg·L~(-1)、温度25℃和pH 4.50时,厌氧铁氨氧化效果较好,主要产物为硝态氮和二价铁,16 d时MCHBs(1~2 mm)固定厌氧铁氨氧化菌对氨氮去除率高达53.62%.这些结果都表明以MCHBs固定厌氧铁氨氧化菌后,能起到增强厌氧铁氨氧化反应去除废水氨氮的目的.     

太湖西部湖区沉积物厌氧氨氧化潜在速率及其脱氮贡献研究

厌氧氨氧化作为一种异于反硝化的氮转化途径,可同时将氨氮与亚硝氮转化为氮气,是沉积环境中重要的脱氮过程.本文基于15N同位素配对技术,利用15NH+4、15NH+4+14NO-3和15NO-3三组同位素开展泥浆培养试验,研究了四季太湖西部湖区沉积物厌氧氨氧化潜在速率及其脱氮贡献率;结合厌氧氨氧化功能基因丰度及沉积物理化特征,探讨了沉积物厌氧氨氧化潜在速率季节性差异的成因.研究结果表明:沉积物厌氧氨氧化潜在速率存在显著的季节差异性,夏、秋季显著高于春、冬季,秋季最高,为10.11μmol·kg-1·h-1(以N2计,下同),冬季最低,为3.24μmol·kg-1·h-1;沉积物总脱氮速率为10.67~31.02μmol·kg-1·h-1,其中厌氧氨氧化脱氮效应显著,四季脱氮贡献率高达30%~40%.有机质、氨氮及其功能基因丰度是影响厌氧氨氧化潜在速率的重要因子,研究区域沉积物孔隙水夏、秋季氨氮浓度和厌氧氨氧化功能基因丰度均高于春、冬季,沉积物有机质含量低于春、冬季,厌氧氨氧化潜在速率随沉积物孔隙水氨氮及其功能基因丰度升高而升高,随沉积物有机质升高而降低.     

中试厌氧氨氧化反应器的运行性能及其过程动力学特性

研究了上流式中试厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)反应器在环境温度下的运行性能及其过程动力学特性.基质浓度试验表明,中试厌氧氨氧化反应器可在进水亚硝酸盐浓度为(380.4±18.3)mg.L-1稳定运行,继续提升至(480.5±21.9)mg.L-1时,反应器性能恶化.在水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)试验中,HRT可缩短至3.43 h,反应器容积基质氮去除速率可达3.45 kg.(m3.d)-1.长期运行中,温度对中试厌氧氨氧化反应器的性能影响较大.采用改进型的Stover-Kincannon模型可较好地模拟非抑制状态下中试厌氧氨氧化反应器在不同温度范围下的行为.获得的Stover-Kincannon模型动力学参数及其出水总基质浓度预测公式和总基质去除率预测公式,可用于指导中试厌氧氨氧化反应器的实际操作.     

羟胺对厌氧氨氧化污泥群落的影响

目前,由于厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)过程具有高效率、低能耗和污泥量少的优点,在污水除氮方面具有广阔的应用前景.羟胺既是厌氧氨氧化代谢的中间产物,同时也是一种抑制剂,但是目前关于厌氧氨氧化细菌颗粒如何应对羟胺的压力还没有很好的解释.通过羟胺批次添加实验,发现在投加不同浓度的羟胺情况下(40～80mg·L~(-1)),厌氧氨氧化的反应活性受到了抑制作用,但是无法判断厌氧氨氧化细菌对羟胺的耐受阈值.然后基于实时荧光定量聚合酶链反应(RT-qPCR)技术检测了不同反应器内肼氧化酶(HZO)的mRNA的表达量,发现HZO酶的表达量随着羟胺浓度的增加出现先升高后降低的趋势,由此本研究推测相对于3.12g·L~(-1)的厌氧氨氧化颗粒污泥,其承受的羟胺浓度(以N计)阈值介于60～70mg·L~(-1).同时利用16S rRNA高通量测序的方法对反应器内的颗粒污泥微生物结构与功能进行分析,发现投加适量的羟胺(50mg·L~(-1))有助于增强颗粒污泥中细菌的细胞运动性,促进厌氧氨氧化细菌的组成,提供一个更佳的生态平衡.     

河流湿地氮循环修复过程中的新型功能微生物

自然生态系统中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌的发现,改变了人们对传统氮循环过程的认识.通过氨氧化古菌和厌氧氨氧化菌在缺氧/厌氧的条件下完成硝化反应和封闭的氮循环,对于河流氮循环生态修复意义显著.通过PCR聚合酶链反应结合水体沉积物理化指标,研究典型河流湿地中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌及其在循环中的作用.结果表明,在海河支流北运河湿地中存在厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌,它们对于水体和底泥沉积物的氮转化有较重要作用.通过构建16S rRNA克隆文库生物多样性分析比较,发现湿地中厌氧氨氧化菌的生物多样性相对较低,96个克隆序列只分为3个OTUs;其与基因库(GenBank)中已探明的厌氧氨氧化菌Candidatus"Kuenenia stuttgartiensis"和Candidatus"Brocadia fulgida"的相似度分别为98%和95%.通过建立氨氧化古菌克隆文库发现,96个克隆子共得到5个OTUs,其与GenBank中关系最近序列(土壤/沉积物中)的相似度均大于95%;对本实验样本和水相、土壤/沉积物相中不同氨氧化古菌进行进化谱系分析,发现北运河河流湿地的古菌amoA基因属于土壤/沉积物进化分支.     

基于Feammox的生物膜反应器性能研究

铁还原氨氮氧化反应(Feammox)是近年来被证明在厌氧条件下由微生物驱动的氨氧化协同铁还原过程,为废水除氨提供了全新的思路.为了探究以Feammox建立生物膜反应器进行污水脱氮的可能,本研究通过接种Feammox菌落,在封闭条件下探讨了不同氨氮浓度对Feammox反应的影响,并在连续进水条件下构建基于Feammox的生物膜反应器研究其脱氮反应特征.结果表明,中(低)氨氮浓度有利于Feammox反应的发生,氨氮浓度为75mg/L时15d可达最高氨氮转化率41.49%.构建的基于Feammox的生物膜反应器连续运行90d,在进水氨氮浓度为75mg/L、水力停留时间为10d时,氨氮最高转化率达到33.78%;出水氮素和铁形态分析结果显示,氮素转化反应前期(10~60d)氨氮氧化产物为氮气,此阶段存在反硝化作用,后期(60~90d)氨氮氧化产物为硝态氮,此时反应器反硝化作用较弱;16Sr RNA测序结果显示,反应器内的Feammox反应主要由酸微菌和微小杆菌驱动.     

游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸影响试验

为探究高游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸的影响.本试验采用序批式活性污泥反应器(SBR),以短程硝化污泥为研究对象,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下,氨氧化过程氨逃逸的变化规律.结果表明,当0.62 mg·L~(-1)FA7.7mg·L~(-1)时,水中游离态氨(NH_3)和水分子(H_2O)结合,生成较稳定的NH_3·H_2O,几乎未发生氨逃逸.当FA浓度较高时(FA687.1 mg·L~(-1)),氨氮未被氧化成氧化态氮[曝气结束时氧化态氮(NO_x~--N)浓度0.1 mg·L~(-1)],但总氮(TN)损失量却达到了269.7 mg·L~(-1),因此,NH_3·H_2O通过挥发作用使得NH_3从水中逸出.在较高FA浓度条件下,氨根离子(NH_4~+)会以NH_3形式被吹脱,从而发生氨逃逸.在226.6 mg·L~(-1)≤FA≤711.8 mg·L~(-1)范围内,氨逃逸速率(FEV)随着FA浓度的增加而增加.     

氨法烟气脱硫工程中注氨的方式与方法

介绍了氨法脱硫在安徽金源热电厂的应用中,通过合理的注氨方式来提高脱硫效率,若注氨位置或注氨控制方式不当会引起出口烟气逸氨超标。该项目采用的新型氨法脱硫工艺是将氨分别注入吸收塔及铵盐氧化罐,并通过控制溶液的pH值来控制脱硫系统注氨量,并采用变频注氨泵使注氨量能快速、准确地根据入口二氧化硫含量调节注氨流量,使氨法脱硫能经济有效地运行。     

氨氧化菌混培物在微量NO2气氛下的氨代谢特性

用普通活性污泥经120d富集,得到氨氧化菌混培物,氨氧化菌浓度提高300倍.在NO2/O2混合气氛下进行氨氧化试验,结果表明,无分子氧时,氨氧化菌能以NO2为电子受体氧化氨,并产生NO;加入氧气后,氨氧化速率明显提高,最高速率[33(mol NH4 -N/(g MLSS(h)]发生在混合气体中NO2和O2浓度分别为1.79(mol/L和9.38mmol/L时;在NO2浓度为0.89～1.79(mol/L范围内,O2能够强化基于NO2的氨氧化反应,当NO2浓度增大至6.71(mol/L时,氨氧化速率却降低.部分NO被O2氧化,使得反应器出口气体中NO2浓度高于进口.试验过程中产生约20%氮损失,这与氨氧化和厌氧氨氧化相互耦合产生气态含氮产物(N2、NO、N2O)有关.     

氨水精馏法制液氨工艺及其在污水汽提装置的应用

阐述了氨水精馏法制液氨工艺的技术经济特点，分析了炼厂生产液氨的质量问题，指出了采用“氨水精馏法制液氨工艺”是含硫含氨污水汽提装置提高经济效益、社会效益的有效途径     

环状扩散采样管的研制及其在大气氨测定中的应用

为解决采样过程中气体与颗粒物之间的相互干扰的问题。在国内首次研制出新型大气痕量气体采样装置－环状扩散管,并应用于采集大气中的氨。在大气条件下对氨的收集效率可达９７％,检测限为０．１５μｇ／ｍ＾３,与滤膜法和湿式环状扩散管进行了对比实验。结果表明三者基本一致,从１９８５年到１９９２年,在４－５月份测定了北京中关村地区大氨浓度,其变化范围４．６－４０μｇ／ｍ＾３,平均浓度１７μｇ／ｍ＾３。     

氨氧化菌混培物在O2/微量NO2下的氨氧化动力学

运用序批式试验,在无分子氧条件下,确定了好氧氨氧化菌的NO₂型氨氧化动力学方程,得到了最大氨氧化速率［q_NO2,max=0.144　mg·(mg·h)^-1］、二氧化氮半饱和常数(k_NO2=0.821 μmol·L^-1）和二氧化氮抑制性常数（k_i=1.721 μmol·L^-1）.在微量NO₂气体中添加2% O₂氧气后,氨氧化速率明显提高,最大氨氧化速率发生在体积分数2% O₂和50×10^-6 NO₂的条件下,达到0.198 　mg·(mg·h)^-1.在21%　O₂和微量NO₂条件下,氨氧化速率继续大幅度提高;在21%　O₂和100×10^-6　NO₂时氨氧化速率达到0.477 　mg·(mg·h)^-1,比无NO₂空气曝气条件下氨氧化速率高3倍.提出了NO₂表观强化氨氧化函数的概念,建立了在O₂和微量NO₂混合气体下的氨氧化动力学方程,利用2%　O₂和微量NO₂条件下的实验结果验证了动力学方程,讨论了NO₂强化氨氧化的机理.     

总氨氮在餐厨垃圾厌氧消化系统中的积累及其抑制作用

为研究总氨氮(TAN)在餐厨垃圾中温干式厌氧消化系统内的积累及抑制作用,在单相完全搅拌式(CSTR)反应器内进行餐厨垃圾中温厌氧消化,反应器在3 g·L-1·d-1(以VS计)的负荷下连续运行230余天,期间不断监测TAN及其余物化指标的变化.试验结果表明,TAN在系统内的积累呈现先快后慢的趋势,且不会持续积累,而是积累到一定程度后会保持稳定.游离氨(FAN)是氨抑制中起主导作用的因素,FAN大于150 mg·L-1时就会影响到系统效率;大于200 mg·L-1时会影响系统稳定性;大于300 mg·L-1后会产生强烈抑制,引发稳态型抑制,甚至导致系统出现泡沫.此外,氨抑制会影响系统产气动力学,导致产气速率降低,产气量减少.寻找合理的措施消除氨抑制对保障系统稳定运行具有重要意义.     

湖泊沉积物中氨氧化微生物的amoA基因数量

采用定量PCR方法测定了4个湖泊沉积物中氨氧化微生物的amoA基因数量,并分析了其与环境因子之间的关系. 结果表明:小南湖AOA(氨氧化古菌)和AOB(氨氧化细菌)的amoA基因数量最多,分别达2.1×104和2.8×103copies/g(以干质量计,下同);梁子湖仅检测到了AOA amoA基因的存在,平均值为4.9×103copies/g. 东湖和汤逊湖的AOA amoA基因数量比较接近,约为3.0×103copies/g,然而AOB的amoA基因数量在这2个湖泊中仅分别为37和86copies/g;在这些采样点中,AOA的amoA基因数量是AOB的3~278倍. 统计分析发现,随着湖泊营养水平和间隙水中ρ(NH₄+)的上升,AOA和AOB的amoA基因数量均呈增加趋势,但ρ(NH₄+)增加对AOB的促进作用要大于AOA,导致AOA和AOB的amoA基因数量比值与间隙水中ρ(NH₄+)呈显著负相关. pH上升对2类氨氧化微生物的抑制作用则与ρ(NH₄+)增加对它们的促进作用相反. 沉积物中amoA基因数量与间隙水中ρ(NO₂-)无显著相关性,但与ρ(NO₃-)呈显著正相关. 由于ρ(NH₄+)与ρ(DO)之间呈显著负相关,因此认为ρ(DO)与氨氧化微生物amoA基因数量之间的显著负相关可能更多的是对ρ(NH₄+)与氨氧化微生物amoA基因数量之间紧密关系的一种间接反应.      

一种SCR脱硝装置喷氨混合系统的结构优化设计

氮氧化合物是主要的大气污染物之一,已经成为我国大气污染控制的重点。SCR(selective catalytic reduction)烟气脱硝技术因其脱硝效率高、运行稳定而成为目前应用最为广泛的烟气脱硝技术。当前SCR烟气脱硝工程存在的主要问题之一是氨气的逃逸率过高,喷氨混合系统的混合强度和均匀度是影响氨气逃逸率的重要因素。针对该问题采用计算流体动力学的方法优化设计了一种SCR脱硝装置喷氨混合系统,采用该种喷氨混合系统可以有效提高氨气与烟气在催化剂表面的混合均匀度,使氨气与烟气中的氮氧化物在催化剂表面充分反应,有效降低氨气逃逸率,同时降低SCR脱硝工程成本。     

负压蒸氨法处理油母页岩高浓度氨氮废水的试验

通过对抚顺某炼油厂在油母页岩干馏过程中产生的高浓度氨氮废水进行负压蒸氨试验,总结出压力、水温、pH、水力停留时间等相关参数对蒸氨效率的影响。