ANAMMOX与反硝化协同作用及氮素负荷研究

向成功启动并稳定运行630 d后的UASB生物膜反应器系统连续添加有机物,分析其对厌氧氨氧化反应脱氮效果的影响,并进行氮素浓度负荷试验.在厌氧氨氧化反应器系统中连续投加有机COD(葡萄糖),系统运行稳定,有机COD(葡萄糖)存在对系统去除氮素能力影响不大,有机COD去除率达到92.0%,仅用23 d,在同一反应器系统中成功实现了厌氧氨氧化与反硝化协同作用脱氮.氮素浓度负荷试验阶段,进水氨氮(NH 4-N)、亚硝氮(NO-2-N)以及总氮(TN)浓度负荷分别从0.063 kg/(m3·d)和0.063 kg/(m3·d)和0.126 kg/(m3·d)提升到了0.239 kg/(m3·d)、0.315 kg/(m3·d)和0.554 kg/(m3·d),相应去除率分别为84.0%、93.0%和85.0%,厌氧氨氧化工艺的UASB生物膜反应器对氮素浓度负荷仍有很大提升空间.     

pH和C:N对厌氧氨氧化耦合短程反硝化脱氮性能的影响

以低DO和逐渐降低亚硝态氮浓度的方式运行厌氧氨氧化(ANAMMOX)上流式污泥床(AUASB)反应器,第57天实现稳定运行,氨氮去除率保持在85%以上,采用高通量测序技术分析发现ANAMMOX污泥中主要功能菌转变为Candidatus kuenenia,丰度为8.85%,好氧氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas的丰度为1.48%,短程反硝化菌Thauera丰度为0.66%。将AUASB反应器中污泥接种在ANAMMOX序批式反应器(ASBR)后,通过外加有机碳源的方式使ASBR拥有了短程反硝化的能力,然后研究了不同C:N(质量比)和不同pH条件下亚硝态氮积累情况和氮素转化特性,结果表明:当C:N为3.2:1.0时,亚硝态氮积累率最高为84%,但有部分亚硝态氮被还原。当pH为7.8时,ANAMMOX菌活性最高,氨氮去除率为95%。扫描电子显微镜(SEM)观察到ANAMMOX菌为球状,短程反硝化菌为短杆状。     

微电解强化微生物菌种对高氨氮低碳氮比黑臭水的脱氮研究

针对高氨氮低碳氮比(C/N)黑臭水进行脱氮研究,通过硝化菌和反硝化菌共同作用,并在后期耦合铁碳微电解(IC-ME)强化脱氮。单因素控制变量实验表明,硝化菌和反硝化菌在30℃硝化/反硝化效果较优,平均氨氮去除率为71.62%,硝态氮去除率可达到67.52%;在溶解氧(DO)为3 mg/L时硝化效果较好,平均氨氮去除率达到了70.08%;在后期投加150 g/L铁碳填料时,反硝化效果最好,2#和3#反应器硝态氮去除率最高分别提高到了81.78%和91.17%。长时间运行反应器后,氨氮去除负荷达到0.193 kg/(m³·d),化学需氧量(COD)去除负荷达到1.786 kg/(m³·d)。单独的微生物菌种针对高氨氮低C/N黑臭水脱氮还有一定的局限性,通过后期耦合IC-ME,脱氮效率明显提升,总氮(TN)去除率可从45.65%提升到58.91%。     

长期缺氧吸磷驯化下强化生物除磷系统污泥除磷方式的转化

采用交替厌氧/缺氧/好氧运行的序批式活性污泥反应器(SBR),通过梯度投加电子受体NO_3~-,考察长期缺氧吸磷驯化下强化生物除磷(EBPR)系统的性能及除磷方式的转化。结果表明,当进水COD为300～450mg/L、PO_4~(3-)(以P计,下同)和氨氮分别为8、14mg/L时,驯化期间TN去除率均保持在75%以上,长期缺氧吸磷驯化对COD和氨氮的去除没有影响。硝态氮投加量为5mg/L时,EBPR系统因电子受体投加不足除磷性能迅速恶化,增加硝态氮投加量至10mg/L,经过近30d的恢复,缺氧吸磷率最高可达97.67%,进一步提高硝态氮投加量至15mg/L,系统内硝态氮的积累导致缺氧吸磷率下降。污泥吸磷小试结果表明,经缺氧吸磷驯化后,即使除磷性能欠佳的低浓度电子受体系统污泥也具有良好的反硝化吸磷能力,可见经NO_3~-长期驯化的缺氧吸磷系统有利于筛选以NO_3~-为电子受体的反硝化聚磷菌。     

UASB反应器厌氧氨氧化菌的脱氮特性研究

研究UASB厌氧氨氧化（ANAMMOX）反应器运行情况，采用普通城市污水厂活性污泥接种，人工合成废水，pH值在7.4～7.8之间，温度控制在(32±1)℃。在反应器稳定运行270～450 d之间的180 d中，对NH⁺₄-N和NO^-₂-N去除率均达到99.9％以上，总氮去除率保持在90％以上，NO^-₃-N产生量在20～30 mg/L之间波动。研究表明,UASB厌氧氨氧化反应器处理废水效果明显，对NH⁺₄-N、NO^-₂-N和TN去除率高，NO^-₂-N和NH⁺₄-N比值可以指示厌氧氨氧化反应器性能的演变。UASB反应器稳定运行阶段容积负荷的影响较小，ANAMMOX菌对合成废水适应性强，反应器抗冲击能力较强，受冲击后恢复迅速。出水pH值稳定在8.5附近，pH值变化情况可作为反应器运行状况的指示。关键词硝化厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物脱氮     

金属离子对厌氧氨氧化污泥脱氮效能影响

通过接种厌氧氨氧化污泥研究不同浓度Fe~(3+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)对厌氧氨氧化污泥的脱氮效能影响,以及在其最适金属离子浓度下对厌氧氨氧化污泥的长期影响。实验结果表明,进水Fe~(3+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)质量浓度分别为0～10、0～2、0～4mg/L对厌氧氨氧化污泥活性有促进作用;当进水Fe~(3+)质量浓度为10～40mg/L时,厌氧氨氧化污泥活性未受到较大影响,而进水Cu~(2+)和Zn~(2+)质量浓度分别为1～30、4～30mg/L时,随着金属离子浓度升高,脱氮效能逐渐下降,浓度越高,对厌氧氨氧化污泥活性的抑制效果越明显。分别在最适Fe~(3+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)质量浓度为6、1、4mg/L的条件下,对厌氧氨氧化污泥进行2个月的长期影响实验发现,加入Fe~(3+)对厌氧氨氧化污泥活性一直有良好的促进效果,而加入Cu~(2+)和Zn~(2+)分别在第19天和第21天开始出现明显的活性下降现象,并且在停止投加金属离子后,短期内活性也未能恢复,混合组未发现明显的抑制或促进现象。     

混凝剂对生物造粒流化床污泥中微生物生理生态的影响研究

为了系统研究聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)对生物造粒流化床颗粒污泥生理生态的影响,对投加PAC或PAM后活性污泥的特性和硝化菌群的空间分布进行了对比研究,同时考察了投加混凝剂后的污染物去除效果.结果表明,与不投加混凝剂相比,投加PAC后,运行60 d时反应器中混合液悬浮固体(MLSS)、混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)浓度分别提高了73％、29％；通过平板计数法计算结果可知,未投加混凝剂、投加PAC、投加PAM的反应器中微生物的增长是非常稳定的,投加PAC或PAM都促进了细菌的生长和繁殖；荧光原位杂交鉴定结果表明,各个反应器中亚硝化菌(AOB)或硝化菌(NOB)所占比例均基本相当,且AOB数量均略高于NOB数量；投加PAC或PAM都能够提高COD的去除率；投加PAC可大大提高TP的去除率；3个反应器中各种形态氮的去除效果非常接近,脱氮主要靠硝化菌群的生物降解作用,投加PAC或PAM对微生物的硝化作用没有抑制.     

一体化膜生物反应器中短程硝化反硝化对氨氮的脱除

采用一体化膜生物反应器处理模拟氨氮废水,通过改变温度、pH、DO实现了反应器中短程硝化的稳定运行。结果表明,在进水氨氮、COD分别为67~86、240~342 mg/L的情况下,当温度为30℃、进水pH为8.1时,通过逐渐降低DO至1.2mg/L,亚硝态氮得到富集,氨氮和COD的去除率均能达到80%以上,且系统的耐冲击负荷能力较好;整个运行期间保持了较高的混合液悬浮固体浓度(MLSS),处于3 200~8 210mg/L,污泥沉降比和污泥体积指数(SVI)相对稳定,SVI处于75~138mL/g。     

曝气生物流化床处理高氨氮粪便污水

应用好氧曝气生物流化床反应器处理动车集便器粪便污水,研究反应器同步硝化反硝化脱氮及去除COD效能,以及DO对处理效能的影响,通过镜检观察反应器内微生物特性,探究反应器同步硝化反硝化脱氮机理。结果表明,反应器维持DO在2.5 mg/L左右时,对粪便污水中氨氮、TN和COD的去除率分别达99.8%、84.1%和95.5%,在好氧曝气生物流化床反应器中,实现同步硝化反硝化脱氮并去除有机物。分析认为,反硝化脱氮主要发生在生物膜内的厌氧微环境,反硝化反应主要由厌氧反硝化菌完成,曝气生物流化床反应器同步硝化反硝化脱氮机理主要从微环境理论解释。     

CAST工艺常规模式下脱氮性能研究

研究了有效容积为21.6 L的循环式活性污泥法反应器在常规模式下,处理模拟废水时,有机污染物和氮污染物的去除情况,并分析了反应器脱氮过程中的限制性因素。结果表明,在反应器的运行周期为4 h(进水曝气2 h,沉淀和排水各1 h)好氧区DO2 mg/L,污泥浓度MLSS稳定在4 000 mg/L时,污泥回流比为20%,COD和氨氮的去除率可达90%。对一个典型周期进行监测分析,氨氮去除彻底,出水主要是硝态氮,总氮去除率约为69%。静态试验测得氨氮氧化速率为8.0 mg NH4+-N/(g MLSS.h),硝态氮生成速率为3.3 mg NO3--N/(g MLSS.h)。从实验结果可以分析出,在上面运行条件下CAST工艺脱氮限制性因素是回流比和污泥龄。     

上流式厌氧污泥床反应器中厌氧氨氧化脱氮性能的研究

研究了上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中厌氧氨氧化工艺的脱氮性能。接种体积比为1∶1的已驯化半年的厌氧氨氧化污泥混培物和城市污水处理厂回流污泥,采用提高基质浓度和缩短水力停留时间(HRT)2种方式提高UASB反应器的脱氮性能。结果发现,2种方式结合可在UASB反应器中获得较高的脱氮速率,经过280d后,最高总氮去除速率达到5.16kg/(m3·d)。缩短HRT并未对UASB反应器的脱氮效果产生不良影响,反而强化了脱氮性能。HRT由0.4d缩短至0.2d时,总氮去除速率由1.89kg/(m3·d)增加到3.66kg/(m3·d)。形成的颗粒污泥中的细菌的细胞形态不规则,内部有厌氧氨氧化体,为典型厌氧氨氧化菌结构特征。污泥的比基质转化速率为3.15kg/(kg·d)。经16SrDNA检测,污泥中的厌氧氨氧化菌属于"Candidatus Kuenenia"属。     

C/N比对ANAMMOX与反硝化协同脱氮性能影响及其动力学

采用ASBR厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器,考察了不同C/N(NH+4-N)比时厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮性能表现,并与无机环境下反应器的脱氮性能相比较。研究结果表明,C/N比决定了ANAMMOX/反硝化耦合反应的发展方向。当C/N0.33时,ANAMMOX为主导反应;当C/N=0.67时,耦合反应的效果最佳,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为92%、95%、COD去除率大于96%,实现了氨氮及COD的同时去除;当C/N=1.33时,反硝化反应逐渐占据优势;当C/N2.96时,反硝化作用成为主导反应,厌氧氨氧化反应受到明显抑制,氨氮去除率下降。采取批次实验方法研究了厌氧氨氧化与反硝化协同反应的动力学特性。用基质抑制动力学Haldane模型拟合不同基质浓度下的厌氧氨氧化活性,得到氨氮最大比增长速率为0.09 kg/(kg·d)(以VSS计),半饱和常数为8.4 mg/L、半抑制常数为1 198.2 mg/L;亚硝态氮最大比增长速率为0.27 kg/(kg·d)(以VSS计),半饱和常数为10.2 mg/L、半抑制常数为300.1 mg/L。采用Monod模型和Haldane模型分别拟合不同COD浓度和亚硝酸盐浓度下的反硝化性能,得到反硝化亚硝态氮最大比增长速率为0.2 kg/(kg VSS·d),半饱和常数为17.4 mg/L、半抑制常数为128.4 mg/L,COD半饱和常数为83.3 mg/L。     

混凝沉淀—UASB—MBR耦合工艺处理屠宰废水

为解决分散式小型屠宰厂在生产过程中产生的高浓度有机废水处理的问题,开展了物化单元(混凝沉淀)、生化单元(上流式厌氧污泥床反应器(UASB)工艺和膜生物反应器(MBR)工艺)对屠宰废水处理效果及影响因素的研究。结果表明:在混凝沉淀实验中,聚合氯化铝(PAC)最佳投加量为60mg/L、最佳pH范围为6.5~8.5;UASB工艺中,最佳进水上升流速为0.12m/h;MBR工艺中,最佳C/N(质量比)为5∶1~7∶1,DO在0.92~1.24mg/L时,对TN有较好处理效果,DO在1.24~1.68mg/L时,对COD及氨氮有较好处理效果。混凝沉淀—UASB—MBR耦合工艺连续运行的28d中,生化单元COD、TN和TP平均去除率分别为95.78%、89.17%、92.46%,出水水质良好。     

低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化与异养反硝化高效耦合脱氮

通过连续流实验研究了低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化颗粒污泥与异养反硝化菌的耦合脱氮性能,同时采用批试实验考察耦合系统中的氮素转化及去除途径。结果表明:采用低浓度乙酸盐对厌氧氨氧化颗粒污泥进行驯化,可以实现厌氧氨氧化与异养反硝化的高效耦合脱氮。系统在稳定时期,进水NH_4~+-N为30~40 mg·L~(-1)、NO_2~--N为45~55 mg·L~(-1)、CH_3COONa为60~80 mg·L~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N和TN的去除率分别为93.84%、94.62%和86.46%。耦合系统中的颗粒污泥同时存在厌氧氨氧化特性、硝化特性和反硝化特性。颗粒污泥表现出良好的厌氧氨氧化特性,总氮去除速率为12.46 mg·(g MLSS·h)~(-1)。系统中存在的硝化细菌可以消耗进水中的溶解氧从而缓解溶解氧对ANAMMOX菌的抑制,其中AOB活性高于NOB活性。系统中颗粒污泥对硝氮的反硝化作用强于对亚硝氮的反硝化作用,亚硝氮反硝化和硝氮反硝化的降解速率分别为1.89和3.59 mg·(g MLSS·h)~(-1)。当亚硝氮和硝氮同时存在时,反硝化菌优先将硝氮还原成亚硝氮。     

常温低基质厌氧氨氧化反应器启动及其稳定性

以上向流生物滤池为反应器,以实验室内氧化沟回流污泥为接种污泥,采用先培育好氧生物膜,后转为厌氧环境培育厌氧氨氧化生物膜的方式,成功实现了常温低基质浓度下厌氧氨氧化反应器的启动。控制反应器进水pH为7.50～7.80,NH4+-N为30～40 mg/L,NO2--N为35～50 mg/L,温度为20～25℃。224 d以后,反应器启动成功。在稳定运行阶段,出水亚硝氮和氨氮的平均浓度分别为1.4 mg/L和4.6 mg/L,平均去除率分别为95.3%和90.1%,去除比例为1～1.8∶1,主要集中在1.4～1.5∶1,亚硝氮和氨氮去除的容积负荷分别为104.2 mg/(L.d)和146.0 mg/(L.d)。     

不同添加剂强化低丰度厌氧氨氧化菌群的比较

以来源于一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化(combined partial nitrification-anammox,CPNA)序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)工艺的活性污泥为对象,通过厌氧批式实验,比较3种添加剂(Fe~(2+)、氧化石墨烯、Fe~(3+))投加后对厌氧氨氧化菌的脱氮效果、活性、关键功能基因数量、群落结构和功能丰度的影响。实验结果表明:经过42 d的厌氧培养后,3种添加剂对厌氧氨氧化脱氮性能都有一定的强化作用,投加氧化石墨烯提高效果最好,它的总氮去除率最高能达到76.01%,平均总氮去除率高于对照组22.71%;而投加Fe~(2+)和Fe~(3+)组的平均总氮去除率分别仅高于对照组5.69%和1.72%。投加3种添加剂均能提高厌氧氨氧化菌活性,其中氧化石墨烯组的活性比对照组提高8.08%,Fe~(3+)组的活性比对照组提高10.02%。投加氧化石墨烯对厌氧氨氧化菌代谢过程中hzo基因数量的提高效果最好,比对照组提高6.83倍,投加Fe~(2+)和Fe~(3+)分别比对照组提高5.14倍和4.90倍;且投加氧化石墨烯对浮霉菌门富集扩培效果最好,其丰度比对照组提高44.51%,而投加Fe~(2+)和Fe~(3+)后丰度结果分别比对照组提高1.03%和稍低于对照组。投加氧化石墨烯对微生物代谢功能的提升效果最佳。     

磷酸盐对高基质厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响

采用模拟废水,在UASB反应器中研究磷酸盐对厌氧氨氧化(Anammox)工艺的长期影响,考察了厌氧氨氧化反应器处理高磷酸盐、高浓度含氮废水的可行性。结果表明:当磷酸盐在进水中的浓度低于750 mg·L~(-1)(25.8 mmol·L~(-1))时,Anammox工艺的脱氮效果较好,且磷酸盐浓度对废水中氮的去除及转化效果影响不大,当磷酸盐浓度增至800 mg·L~(-1)(25.8 mmol·L~(-1))时,Anammox工艺的脱氮性能被抑制,NH+4-N的去除率从96.5%降至74.1%,NO-2-N从97.8%降至75.6%,NRR(nitrogen removal rate)从5.7 kg·(m3·d)-1降至4.4 kg·(m3·d)-1。停止投加磷酸盐后,反应器的脱氮性能得到快速恢复。     

厌氧铁氨氧化脱氮除磷效能及稳定性研究

为探究厌氧铁氨氧化(Feammox)污水处理效能及稳定性,考察了铁氧化物类型、硫限制和低温(4℃)对Feammox脱氮除磷的影响,并分析了污泥与微生物特性。结果表明,添加硫酸盐和水铁矿的实验组具有较好的脱氮除磷效果,氨氮和总磷去除率分别超过84%和98%,各实验组氨氧化产物均以硝态氮/亚硝态氮为主,并通过反硝化去除。微生物分析表明,添加硫酸盐和水铁矿、硫酸盐和磁铁矿的实验组中具有较高丰度的氨氧化细菌,硫限制和低温条件下则具有较高丰度的异养反硝化细菌。综上,Feammox具有较稳定的脱氮除磷效果,硫限制和磁铁矿作为铁源不影响其氨氧化效率,但低温明显降低氨氧化效率。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

磷酸盐缓冲液初始pH值对高含固污泥厌氧消化性能影响

在高含固污泥厌氧反应器中投加浓度为20 mmol·L-1(以P元素计)的磷酸盐缓冲溶液,考察不同pH值的缓冲溶液对污泥厌氧消化效果的影响。结果表明,投加pH为7.0的缓冲溶液后,总甲烷产量达到最大值61.08 L,较对照提高了38.1%,而投加pH为7.5和8.0的缓冲溶液后对产甲烷过程产生了抑制。投加缓冲溶液的各组厌氧消化至45 d,污泥的VS去除率均高于对照组。动力学研究表明,蛋白质和多糖的降解符合一级反应动力学,投加缓冲溶液有利于加速蛋白质的降解,而对多糖的降解无明显影响。