PD-DPR系统处理城市污水与高硝酸盐废水实现稳定亚硝酸盐积累和磷去除的特性

本研究以模拟城市污水和高硝酸盐废水为处理对象,在一个厌氧-缺氧-微曝气运行的SBR反应器内,将短程反硝化工艺(PD,NO_3~-→NO_2~--N)与反硝化除磷工艺(DPR)耦合,并通过联合调控进水C/N比、厌氧排水率和缺氧时间,考察了PD-DPR系统的亚硝酸盐积累特性和除磷性能.结果表明,经过140d,NO_3~-→NO_2~--N转化率(NTR)为80.1%,PO~(3-)_4-P去除率高达97.64%.在厌氧段(180 min),聚糖菌(GAOs)和聚磷菌(PAOs)对污水有机碳源进行充分利用,将其转化为内碳源;缺氧段(150 min),反硝化聚糖菌(DGAOs)和异养反硝化菌(DOHOs)分别进行内源和外源短程反硝化实现NO~-_2-N稳定积累,同时反硝化聚磷菌(DPAOs)进行高效反硝化吸磷;微曝气段(10 min),在不发生硝化反应的前提下,PAOs超量吸磷,提高了系统的除磷性能.系统出水NO~-_2-N/NH~+_4-N为1.31∶1(接近厌氧氨氧化工艺理论值1.32∶1),PO~(3-)_4-P浓度为0.30 mg·L~(-1),COD浓度为12.94 mg·L~(-1).其出水水质可满足与厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺耦合进行深度脱氮的需求.     

基于好氧甲烷氧化菌的反硝化效能及微生物群落研究

采用气体循环序批式生物膜反应器（gcSBBR）,构建反硝化型甲烷好氧氧化（AME-D）系统.考察了进水氮负荷的影响,发现氮负荷为0.075kg/（m³·d）时,硝酸盐氮去除率达到98.93%,其反硝化速率为74.25mg/（L·d）,系统的甲烷日平均消耗量为35.91%（初期为50%）;扫描电子显微镜（SEM）分析结果显示,系统中的微生物主要以短杆菌（12~18 μm）为主,并存在少量的丝状菌（长150~200μm）;16S rRNA高通量测序结果显示,该系统中的甲烷氧化菌为Methylocaldum、Methylomonas、Methylococcus和Methylococcaceae_unclassified,反硝化菌为Denitratisoma、Hydrogenophaga、Azoarcus、Thiobacillus和Rhodobacter,其中主要的功能微生物为Methylocaldum、Denitratisoma和Hydrogenophaga,系统对氮的去除是由好氧甲烷氧化菌与反硝化菌协同实现.此外,系统中存在大量以甲醇和甲基胺类物质为生长基质的Methylophilaceae_uncultured（30.4%）.     

EGSB反应器中耦合厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的研究

将好氧活性污泥接种于膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中,经过120 d的启动运行,形成颗粒污泥.在启动好的EGSB反应器进水中添加亚硝酸盐和氨盐,反应器内温度控制在32～35 ℃,pH为7.5～8.3,氧化还原电位为-150～-40 mV;水力停留时间4.2 h,上升流速4.86 m/h,经过270 d运行,逐步富集和耦合产甲烷菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在进水ρ(COD_Cr)为500 mg/L,有机容积负荷速率为4.800 kg/(m3·d)(以COD_Cr计)和1.152 kg/(m3·d)(以N计)的条件下,出水ρ(COD_Cr)维持在80 mg/L以下;COD_Cr,氨氮,亚硝态氮和总氮去除率分别为85%, 35%, 99.9%和67%;其去除速率分别稳定在6.12,0.202,0.575和0.777 kg/(m3·d);其中氨氮和总氮的去除速率分别是传统活性污泥法硝化/反硝化(0.05 kg/(m3·d))的4和15.5倍. pH,温度,溶解氧,氧化还原电位,亚硝酸盐和COD_Cr对EGSB反应器中厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的耦合和颗粒污泥的特性均有影响.      

反硝化-高效部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理老龄垃圾渗滤液

采用反硝化-沸石曝气生物滤池(ZBAF)部分亚硝化及氧氨氧化组合工艺处理老龄垃圾渗滤液,探究ZBAF部分亚硝化特性以及组合工艺的脱氮除碳性能.结果表明通过游离氨(FA)对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的选择性抑制ZBAF可以实现老龄垃圾渗滤液稳定高效部分亚硝化,平均亚硝氮积累率(NAR)为93.8%亚硝氮产率(NPR)最高达1.659 kg·(m~(3·d)~(-1);在进水中投加葡萄糖700mg·L~(-1)后,当回流比为2.0 HRT为2.2 d时,由于反硝化与厌氧氨氧化的协同作用,组合工艺脱氮效果最佳,平均氨氮去除率(ARE)、总氮去除率(NRE)和总氮去除负荷(NRR)分别达97.2%、90.0%和0.585 kg·(m~3·d)~(-1),平均COD去除率为45.3%其中厌氧氨氧化平均NRR_(ANA)为1.060 kg·(m~3·d)~(-1)最高达1.268 kg·(m~3·d)~(-1).利用高通量测序技术分析各装置中的微生物群落结构.结果显示,反硝化细菌(Paracoccus和Comamonnas)、氨氧化细菌(AOB)(Nitrosomonas)和厌氧氨氧化菌(Candidatus Kuenenia和Candidatus Anammoxoglobus)分别为反硝化、ZBAF和厌氧氨氧化装置中的优势菌这与组合工艺稳定的脱氮性能相吻合.     

厌氧/好氧SPNDPR系统实现低C/N城市污水同步脱氮除磷的优化运行

为了解同步短程硝化内源反硝化除磷(SPNDPR)系统的脱氮除磷特性,以低C/N城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180 min)/好氧运行的SBR反应器,通过联合调控曝气量和好氧时间,考察了该系统启动与优化运行特性.结果表明,当系统好氧段曝气量为0. 8 L·min~(-1),好氧时间为150 min时,出水PO_4~(3-)-P浓度约为1. 5 mg·L~(-1)左右,出水NH_4~+-N和NO_3~--N浓度由10. 28 mg·L~(-1)和8. 14 mg·L~(-1)逐渐降低至0 mg·L~(-1)和2. 27 mg·L~(-1),出水NO_2~--N浓度逐渐升高至1. 81 mg·L~(-1);当曝气量提高至1. 0 L·min~(-1)且好氧时间缩短至120min后,系统除磷、短程硝化性能逐渐增强,但总氮(TN)去除性能先降低后逐渐升高,最终出水PO_4~(3-)-P、NH_4~+-N分别稳定低于0. 5 mg·L~(-1)和1. 0 mg·L~(-1),好氧段亚硝积累率和SND率分别达98. 65%和44. 20%,TN去除率达79. 78%. SPNDPR系统内好氧段好氧吸磷、反硝化除磷、短程硝化、内源反硝化同时进行保证了低C/N污水的同步脱氮除磷.     

中长链脂肪酸为碳源的Pseudomonas veronii和Pseudomonas alcaliphila反硝化途径亚硝酸盐累积特性

厌氧-厌氧氨氧化组合工艺作为低能耗脱氮工艺,如何提供适宜比例的亚硝酸盐成为研究的关键问题之一.部分反硝化为稳定提供厌氧氨氧化所需的亚硝酸盐提供了可行途径.本文重点针对厌氧工艺中可能产生的中长链脂肪酸对反硝化过程的影响进行研究,筛选出两株具有反硝化能力的细菌Pseudomonas veronii(W-22)和Pseudomonas alcaliphila(W-39),通过批次试验,考察了中长链脂肪酸和常用碳源对菌株反硝化性能的影响.结果表明,在硝酸盐浓度为100 mg·L~(-1),C/N=15,30℃条件下,W-22利用葡萄糖、W-39利用乙醇和葡萄糖,可在36 h内达到稳定的亚硝酸盐累积,亚硝酸盐最大累积速率(R_m)分别为2.50、5.56和8.35 mg·L~(-1)·h~(-1),亚硝酸盐浓度分别维持在57.11、82.14和80.16 mg·L~(-1);W-39利用己酸钠为碳源的R_m为0.99 mg·L~(-1)·h~(-1),亚硝酸盐浓度逐渐升高至72.34 mg·L~(-1);W-22和W-39利用辛酸钠的反应迟滞期在57 h以上,后期伴随硝酸盐浓度降低和亚硝酸盐浓度升高,R_m分别为0.97和7.17 mg·L~(-1)·h~(-1).在本研究条件下,碳源类型对菌株反硝化进程的影响存在差异.     

厌氧-好氧-缺氧短程硝化同步反硝化除磷工艺研究

构建了主要由厌氧-好氧-缺氧构成的短程硝化同步反硝化除磷工艺,并在常温条件下用于生活污水的处理.研究发现,通过调节反应器内好氧区的pH(8.2～8.7)和溶解氧(DO为3～5mg·L-1)能实现该工艺的快速启动,在好氧区内实现亚硝酸盐的累积.在稳定运行期内,DO是影响短程硝化的主要影响因素,好氧1区DO控制在1.5～2.0mg·L-1,好氧2区DO控制在0.5～1.0mg·L-1,好氧区内亚硝酸盐氮累积浓度稳定在5～10mg·L-1,氨氮去除率达到90%以上.各反应单元内碳源、硝酸盐和亚硝酸盐对除磷贡献的研究表明,该工艺的缺氧段实现了在不外加碳源的情况下以亚硝酸盐和硝酸盐共同作为电子受体的反硝化除磷,反硝化除磷量占系统总除磷量的80%以上.     

反硝化菌株DA-1的脱氮研究

菌株DA-1被发现能在好氧和厌氧环境中将硝酸盐转化为气态氮。在以NO3-为唯一氮源的条件下研究了碳源、C/N和pH值对菌株DA-1好氧和厌氧反硝化脱氮的影响。结果表明:同等条件下,48 h内菌株DA-1的厌氧脱氮效率高于好氧脱氮率;菌株DA-1能在好氧和厌氧条件下利用乙酸、柠檬酸以及葡萄糖进行细胞增殖和反硝化。在厌氧条件下,三者作为碳源时的反硝化效率分别为(34.04±0.15)%、(22.72±0.32)%和(11.32±0.06)%,均低于好氧条件下的(25.38±0.14)%、(17.52±0.11)%和(8.06±0.01)%。2种条件下均是乙酸为碳源时反硝化效率最高。而丁二酸仅能在厌氧环境中作为电子供体参与反硝化反应。C/N越高越有利于菌株DA-1的厌氧反硝化,当C/N为10时,反硝化效率最高为(35.06±0.19)%。而在好氧条件下,菌株反硝化效率随着C/N的升高,先升高再降低,当C/N为8时,反硝化效率最高;好氧和厌氧脱氮的最适pH值为7.0。体系偏酸或者偏碱都会造成菌株DA-1脱氮效率的降低并出现亚硝酸盐累积。厌氧环境中pH=5.0时累积的亚硝酸盐浓度高达(8.95±2.05)mg/mL。     

强化厌氧污泥体系同步脱硫反硝化特性研究

以硫化物为电子给体的自养反硝化厌氧体系是代替传统异养反硝化工艺处理低C/N比含氮废水的有效工艺,可以同时去除硫化物和硝酸盐.将脱氮硫杆菌菌悬液接种到厌氧污泥体系中,脱氮硫杆菌快速富集,采用5组进水比N/S比不同的反应瓶进行试验,运行15d后,测定不同时段的出水硫化物、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐浓度等指标,考察强化厌氧污泥体系去除硫化物和硝酸盐的特性,并对生化反应机制进行初步研究.结果表明,强化厌氧污泥体系运行3h后,进水中90%的硫化物被去除,硫化物的去除与进水N/S比无关,硫化物(以S计)去除速率高达20～24g·(m3·h)-1,是相关文献报道的10倍左右;运行6h后,进水中65%的硝氮被去除,硝氮的去除负荷随着进水N/S比的提高而增大,最高达到940g·(m3·h)-1,约为硫自养反硝化体系硝氮去除负荷的2倍,此时体系中亚硝氮积累,最高浓度达到93mg·L-1,进水N/S比低的条件下,6h后亚硝氮消失,进水N/S比较高时,21h后出水中未检测到亚硝氮.表明强化厌氧污泥体系停留6h后可以实现同时去除硫化物和硝酸盐,但硝酸盐首先转化为亚硝氮.与以往不同的是研究发现硫化物与生物硫粒产生多硫化合物的链式反应,是硫化物迅速转化的主要途径,此外,还原硝氮的电子给体并不来源于硫化物,可能主要来源于体系中产生的单质硫.     

反硝化-短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮除碳性能

本研究在一体式分区反应器中接种成熟的厌氧氨氧化污泥和亚硝化污泥,通过与反硝化反应器串联,研究了前置反硝化与短程硝化-厌氧氨氧化串联工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮除碳性能.结果表明,未串联反硝化之前,短程硝化-厌氧氨氧化反应器在进水氨氮浓度为600 mg·L~(-1),COD浓度483 mg·L~(-1)时,总氮去除速率(NRR)可达1.88 kg·(m3·d)-1,总氮去除率(NRE)可达90.3%;而在进水COD浓度483 mg·L~(-1),即C/N0.8时,短程硝化-厌氧氨氧化反应器的NRR下降至1.50 kg·(m3·d)-1.通过前置反硝化反应器可以迅速缓解有机物对厌氧氨氧化的不利影响;反硝化与短程硝化-厌氧氨氧化串联反应器在进水NH+4-N浓度为1 100 mg·L~(-1),COD浓度1 150 mg·L~(-1)时,仍可稳定高效运行,整体NRR可达1.37kg·(m3·d)-1,厌氧区NRRana高达15.6 kg·(m3·d)-1,平均NRE可达98.6%,在仅利用原水中有机碳源的情况下实现了垃圾渗滤液的高效深度脱氮.此工艺晚期处理垃圾渗滤液可去除大部分易生物降解有机物.     

甲烷为唯一电子供体驱动硝酸盐/亚硝酸生物还原及微生物群落结构分析

反硝化厌氧甲烷微生物生长缓慢、倍增时间长,难以在短时间内成功富集.为快速大量富集以甲烷为唯一电子供体的硝酸盐/亚硝酸盐还原微生物,选择甲烷通量适宜的中空纤维膜材料并设计高效无泡曝气膜生物膜反应器（MBfR）.在反应器运行初期,两个反应器分别手动添加200 mg·L^-1的硝酸盐和亚硝酸盐,两个反应器进行闭合自循环的76 d内,均可在10 d内将200 mg·L^-1的硝酸盐和亚硝酸盐完全去除.稳定后,200 mg·L^-1硝酸盐可在2 d之内全部还原,还原速率略快于亚硝酸盐.在MBfR运行第77~124 d,改为序批式生物反应器方式运行,两个反应器内反硝化速率均可达到50 mg·L^-1·d^-1,表明以甲烷为唯一电子供体驱动的反硝化微生物成功富集并挂膜.在微生物富集过程MBfR出水中均检出挥发性脂肪酸（VFAs）,以硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体的反应器最高VFAs含量分别可达948 mg·L^-1和997 mg·L^-1.高通量测序结果发现,以硝酸盐为电子受体的反应器内产酸菌Propionispora和Proteiniphilum的丰度可以达到39.1%和3.1%,而在以亚硝酸盐作为电子受体时,产酸菌Propionispora和Proteiniphilum丰度分别为80.9%和2.4%,是反应器内部的优势菌属.而异养反硝化菌Pseudomonas在两组微生物富集阶段均具有较高丰度.由此推测在本研究中甲烷为唯一电子供体驱动的硝酸盐/亚硝酸盐生物还原过程由VFAs作为中间产物介导完成.本研究结果可为推进污水脱氮技术的发展提供参考.     

基于甲烷氧化菌的城镇污水厂尾水极限脱氮系统构建及机制

好氧甲烷耦合反硝化（AME-D）在城镇污水厂尾水深度脱氮方面具有巨大的应用潜力,研究采用改良型反硝化生物滤池,利用低浓度甲烷构建出AME-D极限脱氮系统.研究发现该系统在间歇式运行方式下,出水中总氮和氨氮的平均浓度能达到1.05 mg·L^-1和0.54 mg·L^-1,其平均去除率分别为94.77%和93.30%.拉曼光谱分析结果显示,由NO₃^-对称伸缩引起的峰明显消失,由醇COH面外弯曲或C—H面外弯曲振动吸收引起峰明显增强,甲烷被氧化形成的中间产物可能主要为醇类物质.16S rRNA基因测序结果表明,系统中的甲烷氧化菌主要为Methylocystis（0.27%）、Methylosarcina（0.10%）和Methyloparacoccus（0.12%）,反硝化菌主要为Pseudomonas（56.92%）、Paenibacillus（3.52%）和Lysinibacillus（3.00%）,硝化菌主要为Nitrospira（0.1%）,说明AME-D极限脱氮系统的脱氮功能是由好氧甲烷氧化菌、反硝化菌和硝化菌协同实现.     

硝酸盐对矿化垃圾中兼/厌氧甲烷氧化的影响

设计全因子实验研究了NO-3-N对填埋10~12 a的矿化垃圾中兼/厌氧甲烷氧化作用的影响.结果表明,兼/厌氧条件下,NO-3-N能促进矿化垃圾中CH4的去除.初始CH4和NO-3-N对CH4去除和N2产生有明显影响,且两者具有交互作用(P<0.05).CH4去除量随着初始CH4体积分数的增加而增加,添加一定含量的NO-3-N能促进CH4去除,同时通入一定体积分数CH4可以明显促进反硝化作用,说明矿化垃圾中NO-3-N还原能与兼/厌氧甲烷氧化耦合.本实验条件下,初始CH4体积分数为30%,NO-3-N含量为110 mg·kg-1时耦合效应较好.     

1株异养硝化-好氧反硝化细菌DK1的分离鉴定及其脱氮特性

从某反应器活性污泥中分离筛选出1株假单胞菌属(Pseudomonas sp.)细菌,命名为DK1,并对该菌进行脱氮特性研究.在以葡萄糖为碳源,C/N量比为5时,分别以NaNO_3和NaNO_2为氮源,二者的好氧反硝化速率为4.09 mg·(L·h)-1和4.43mg·(L·h)~(-1).以二者同时为氮源脱氮率为100%;此外,菌株DK1具有异养硝化性能,NH_4~+-N平均去除速率为2.32mg·(L·h)-1.缺氧时以NO_2~--N为氮源菌株DK1可将一系列梯度浓度NO_2~--N(约100~300 mg·L-1)在36 h内降为0.当NO_3~--N和NO_2~--N同时存在时,菌株DK1会优先利用NO_3~--N进行反硝化.同时该菌株还具有同步硝化反硝化(SND)性能,可同时去除NH_4~+-N、NO_2~--N或NH_4~+-N、NO_3~--N,30 h内脱氮率分别达95.06%和94.69%.相同时间内在NH_4~+-N、NO_2~--N和NO_3~--N三者均存在时,脱氮效果最佳,达100%.菌株DK1的高效SND及反硝化性能表明其在处理含氮废水方面有一定的潜力和应用价值.     

不同碳氮比下污水反硝化过程中亚硝氮积累的特性研究

以乙酸钠为碳源,在不同的碳氮比(COD/NO_3~--N)条件下,通过控制反应器中反硝化时间,将NO_3~--N仅还原至NO_2~--N,实现NO_2~--N的稳定积累.结果表明,反硝化时间从60 min缩短至20 min,NO_3~--N还原速率和NO_2~--N积累速率分别增大至0.417 g·g~(-1)·h~(-1)(以VSS计,下同)和0.402g·g~(-1)·h~(-1).经过108 d的培养,NO_2~--N的积累率为95%.反硝化活性随碳氮比的增大而增大,而较低碳氮比更有利于NO_2~--N的稳定积累.在反硝化亚硝氮积累过程中,当碳源充足时,由于电子受体NO_3~--N和NO_2~--N相互竞争碳源,NO_3~--N的存在会抑制NO_2~--N的还原,从而导致NO_2~--N积累;而当碳源不足时,基质限制使NO_3~--N优先还原,导致NO_2~--N的积累.微生物宏基因组测序结果表明,培养污泥中的优势菌群为Thauera(71.85%),该菌仅能将NO_3~--N还原为NO_2~--N,从而导致NO_2~--N的积累.     

城市污水处理厂缺氧池短程反硝化现象及影响因素研究

调研了北方某城市污水处理厂缺氧池亚硝态氮积累的现象.该污水处理厂采用传统厌氧/缺氧/好氧（A/A/O）工艺,在缺氧池中存在稳定的短程反硝化过程,且缺氧池中亚硝态氮积累率最高可达88.4%.16S rRNA高通量测序分析表明Saccharibacteria_genera_incertae_sedis和Thauera可能是导致该厂缺氧池亚硝态氮积累的主要菌种,而短程反硝化现象出现的主要原因可能为外加碳源乙酸钠和系统较高的pH值.取活性污泥在COD/NO₃^--N为2~5条件下进行反硝化批次试验,结果表明硝态氮的还原速率均高于亚硝态氮的还原速率,且最大硝态氮到亚硝态氮的转换率均在50%左右.但碳源充足时,积累的NO₂^-会在NO₃^-被还原完后继续发生还原反应,从而导致最终亚硝态氮积累效果变差.本研究,以乙酸钠为碳源,COD/NO₃^--N为3可使反硝化过程获得最高亚硝态氮积累.因此,控制合适COD/NO₃^--N或缺氧反应时间是短程反硝化工艺运行的关键控制参数.本研究可为实际污水处理厂构建短程反硝化并进一步耦合厌氧氨氧化技术提供参考.     

静压快速启动亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化反应

在序批式反应器(SBR)中接种污水厂厌氧池污泥和深层水稻土的1∶1混合污泥,在阶段性提升基质NO_2~--N浓度的条件下,考察静压条件对亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO)反应快速启动过程的影响,并对N-DAMO反应的主导微生物的丰度变化进行分析.结果表明运行120 d后,常压(R1)和0.3 MPa静压(R2)条件下,都观测到了明显的N-DAMO现象,并且R2的NO_2~--N去除速率达到了36.90 mg·(L·d)~(-1),较R1提高了24%;其4 h内平均脱氮速率(以NO_2~--N计)达到0.10 mmol·(L·h)~(-1),比R1提高了186%.R2中富集得到的污泥粒径约为R1的2倍,比表面积更大,优化了污泥中甲烷的传质情况,有助于N-DAMO反应的进行,且R2污泥的N-DAMO比活性(以N/VSS计)达到了0.29 mg·(g·h)~(-1),是R1的2倍.此外,静压有助于N-DAMO功能微生物Candidatus Methylomirabilish oxyfera(M.oxyfera)的生长,实验结束时R2中M.oxyfera细菌16S rRNA基因的丰度比接种初期提高了22倍,是同阶段R1中的10倍.可见,提高静压能够有效促进N-DAMO反应的启动.     

甲烷厌氧氧化协同硝酸盐还原菌群驯化及其群落特征

伴随硝酸盐还原的甲烷厌氧氧化是协同减少环境中硝酸盐及甲烷的有效途径.利用实验室废水处理厌氧污泥、污水处理厂厌氧污泥和填埋场覆土驯化富集硝酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群.考察菌群的甲烷氧化效果,结果发现接种污水处理厂厌氧污泥体系甲烷转化量最大,为0.05 mg·d-1.微生物群落结构分析显示,该体系中甲烷微菌和甲烷八叠球菌是甲烷氧化菌,假单胞菌、梭状芽胞杆菌和热单胞菌参与了硝酸盐的还原反应.硝酸盐的量影响甲烷的转化率及菌群结构.当硝酸盐浓度为200 mg·L-1时,体系中的硝酸盐还原菌为假单胞菌和梭状芽胞杆菌;浓度增加至500 mg·L-1时,硝酸盐还原菌则是假单胞菌和热单胞菌.同时,甲烷转化率增加34.7%.研究结果为该菌群应用于含甲烷废气与含硝酸盐废水的协同处理提供科学依据.