膜曝气生物膜反应器运行单级自养脱氮工艺功能型菌群特性研究

基于16S rDNA基因的分子生物学方法,对运行单级自养脱氮工艺的膜曝气生物膜反应器（membrane-aerated biofilm bioreactor, MABR)内的2个主要效应菌群(氨氧化菌和厌氧氨氧化菌)之间的协同作用关系和在生物膜上可能的空间分布进行研究.荧光原位杂交结果显示,试验的曝气生物膜主要存在2个明显的功能层,一个是靠近曝气膜和生物膜交界的氨氧化菌聚集层,另一个是靠近生物膜与水体交界的厌氧氨氧化菌聚集层.氨氧化菌和厌氧氨氧化菌群为曝气生物膜上的2个主要功能菌群,它们之间的合作共生和协同作用是膜曝气生物膜实现单级自养脱氮的基础.     

膜曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

炭膜作为膜曝气生物膜反应器膜组件处理人工合成废水,在单一反应器内实现了同时去碳脱氮.结果表明,当进水COD和NH^＋₄-N浓度分别为338 mg/L和75 mg/L,HRT为14 h,炭膜腔内压力为13.6 kPa时,COD、NH⁺₄-N和TN的去除效率分别为82.5%、 95.1%和84.2%.但是在反应器运行的后期TN去除效率明显下降,主要是因为高有机负荷导致无纺布上的微生物过度繁殖,严重影响了硝化过程的进行.通过荧光原位杂交和扫描电镜技术观察生物膜微生物结构,得出厌氧或兼氧菌主要分布在生物膜外层的缺氧区,而氨氧化菌主要分布在生物膜内层的好氧区.硝化细菌和反硝化细菌在生物膜内的共存实现了炭膜曝气生物膜反应器的同步硝化反硝化.     

基于MBBR的CANON工艺处理消化液中试启动

基于移动床生物膜反应器（MBBR）成功启动了自养脱氮工艺（CANON）处理污泥消化上清液.采用8.55m³中试系统,反应器内部填充SPR-Ⅲ填料,填充率44%,通过动态流接CANON污泥（接种比例<1%）,经过70d成功启动CANON工艺.运行至200d,TN去除负荷稳定在0.9kgN/（m³·d）,出水氨氮浓度均值63.9mg/L,氨氮和总氮去除率均值分别为91%和85%.进水中存在的少量有机物使系统同时存在反硝化和厌氧氨氧化两种脱氮途径,促进了总氮的去除,对总氮去除的贡献分别占5%~7%和93%~95%.通过对pH值和曝气强度的控制,防止了悬浮载体结垢,平衡了DO、曝气强度以及生物膜厚度三者之间的关系,使生物膜始终处于适宜的厚度,稳定了系统的处理效果.高通量测序表明悬浮载体上的优势菌种为氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AnAOB）,其丰度整体呈增长趋势,至稳定运行期可达到17%和14%.系统无NOB存在,短程硝化效果良好,反硝化菌群丰度在2%~3%并相对稳定,进水中存在的少量有机物不会影响厌氧氨氧化菌的增殖.     

泥膜混合MBBR系统自养脱氮工艺的启动研究

为了加速厌氧氨氧化菌(AnAOB)富集,解决自养脱氮工艺启动缓慢的问题,在短程硝化絮状污泥反应器中投加含有少量AnAOB的悬浮填料,构建泥膜混合移动床生物膜反应器(MBBR)系统,探讨该系统在自养脱氮启动中的作用. 结果表明:①在温度为20~30 ℃、pH为7.8~8.2、DO浓度为0.2~0.9 mg/L的条件下,经45 d的运行,成功富集AnAOB. 通过调整运行模式和曝气量,TN去除率提高至70%左右,成功启动自养脱氮工艺. ②在运行过程中,曝气阶段主要发生短程硝化反应,缺氧阶段主要发生厌氧氨氧化反应. ③泥膜混合MBBR系统中优势的好氧氨氧化菌(AOB)和AnAOB分别为Nitrosomonas和Candidatus_Kuenenia. Nitrosomonas主要分布于絮状污泥中,其相对丰度从42.95%减至30.98%;而Candidatus_Kuenenia主要分布于填料生物膜中,其相对丰度从5.88%增至25.90%. ④泥膜混合MBBR系统中还检测出Ignavibacteriales_bacterium_UTCHB1、Pseudomonas、Denitratisoma等多种反硝化细菌,说明部分TN损失是通过内源反硝化途径实现. 研究显示,基于短程硝化絮状污泥的泥膜混合MBBR系统,可以维持稳定的短程硝化,快速富集AnAOB,也可以有效缩短自养脱氮工艺的启动时间.      

全程自养脱氮颗粒污泥培养及动力学研究

SBR反应器接种厌氧颗粒污泥,经过3个阶段培养,成功培养出全程自养脱氮颗粒污泥,并对颗粒污泥系统进行动力学研究.建立了描述全程自养脱氮的动力学模型.由于溶解氧(DO)在颗粒污泥内呈梯度分布,模型引入DO校正系数.通过模型研究反硝化作用、亚硝酸盐和DO对过程的影响,模拟结果与实测结果相一致.结果说明,异养反硝化菌的存在,在一定程度上影响厌氧氨氧化(ANAMMOX)过程,但是随着启动的进行,反硝化的影响逐渐降低.初始亚硝酸盐浓度为20~30 mg/L时,厌氧氨氧化开始受到抑制,总氮去除率开始降低.DO浓度的过高或过低都会导致全程自养脱氮效果受限制.根据进水氨氮浓度调整DO浓度,可使总氮去除效率达到较佳水平.进水氨氮浓度为80 mg/L时,最佳DO为0.3~0.6 mg/L.     

一体式厌氧氨氧化工艺处理高氨氮污泥消化液的启动

利用新型固定生物膜一活性污泥反应器处理实际污泥消化液,通过接种短程硝化污泥和厌氧氨氧化生物膜填料,逐渐提高进水氨氮浓度并控制溶解氧浓度在0.11~0.42mg/L,系统在65d内实现了短程硝化-厌氧氨氧化反应的启动.反应器系统稳定运行阶段具有良好的污染物去除效果,进水COD和氨氮浓度为921和1120.8mg/L,COD、氨氮和总氮去除率分别为66.8%,99.0%和94.4%,总氮去除负荷为0.27kgN/(m3·d).试验表明采取逐步提高进水中消化液比例的策略,有利于一体式厌氧氨氧化工艺的快速启动.进一步分析发现系统同时存在厌氧氨氧化和反硝化的脱氮途径,对总氮去除的贡献率分别为67.4%~91.1%和8.9%~32.6%.     

炭管膜曝气生物膜反应器亚硝化的启动试验研究

利用包裹无纺布的多微孔炭管为膜组件的膜曝气生物膜反应器,对不含有机碳的氨氮废水进行了亚硝化启动试验的研究.结果表明,在进水NH₄⁺-N 浓度为200mg/L,温度为(34±1)℃, pH 值为7.5~8.3,HRT 为8h 的条件下,通过逐步降低炭管内腔气压进而降低供氧量的方法,反应器连续运行83d,实现了稳定的亚硝化.荧光原位杂交(FISH)分析表明,硝化细菌主要集中在靠近曝气膜/生物膜界面区域,其中亚硝酸菌占优势地位,而靠近生物膜/液体界面区域硝化细菌数量较少.     

生物膜反应器厌氧氨氧化脱氮效能研究

利用厌氧氨氧化生物膜反应器,分别研究提高基质浓度和缩短水力停留时间(HRT)对提高反应器总氮容积去除负荷的影响。实验之前总氮容积去除负荷达到2.11kgN(/m·3d),总氮去除率为87.9%。以提高基质浓度的方式经过50d的培养,总氮容积去除负荷稳定在4.0kgN(/m·3d),进水总氮浓度从300mg/L逐渐提高到700mg/L,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到70mg/L和100mg/L;以缩短HRT的方式经过55d的培养,总氮容积去除负荷达到7.0kgN(/m·3d),HRT由3h缩短至0.67h,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到40mg/L和60mg/L。实验结果表明随着进水基质浓度的增加水中游离氨和亚硝酸的浓度随之增加,从而抑制厌氧氨氧化菌活性,不利于反应器脱氮效能的提高。在相同总氮容积负荷下缩短HRT有利于厌氧氨氧化细菌的富集,但过短的HRT容易导致微生物流失。     

反硝化生物膜启动厌氧氨氧化反应器的研究

反硝化菌的生长快于厌氧氨氧化菌 ,通过培育反硝化生物膜 ,利用反硝化菌的基质多样性和代谢多样性 ,可使生物膜由催化反硝化反应过渡到催化厌氧氨氧化反应 ,加速Anammox反应器的启动 .经过 3个月的运行 ,Anammox反应器的容积总氮负荷达 0 14 3kg·m-3 ·d-1,总氮去除率约 86 5 2 % ,出水NH 4 N和NO-2 N均低于 1mg·L-1.NH 4 N去除量、NO-2 N去除量和NO-3 N生成量之间比例的变化以及污泥颜色的变化 ,可以指示Anammox反应器的启动进程 .     

蚀刻液废水厌氧氨氧化脱氮性能研究

采用上流式生物膜反应器接种厌氧氨氧化污泥,研究了印制电路板行业蚀刻液废水厌氧氨氧化脱氮可行性.结果表明,蚀刻液废水作为NH4+-N源时,其所携带的物质对厌氧氨氧化污泥活性具有毒性作用.当蚀刻液废水稀释到NH4+-N浓度150mg/L进入反应器14d后,厌氧氨氧化氮去除速率从3.2kg/(m3·d)下降到1.2kg/(m3·d).但是通过驯化培养可以很好地缓解蚀刻液对厌氧氨氧化污泥的毒性影响.经过110d的驯化,蚀刻液废水稀释到NH4+-N浓度300mg/L进入反应器后并未出现明显的抑制现象.厌氧氨氧化氮去除速率从1.6kg/(m3·d)上升到6.0kg/(m3·d).说明通过驯化培养后,厌氧氨氧化工艺能够很好的运用到PCB行业高NH4+-N废水的处理.     

炭管曝气膜强化厌氧折流板反应器功能的研究

将微孔炭管曝气膜置于厌氧折流板反应器(ABR)隔室内,构建一种新型复合式生物反应器(HMABR),通过MABR与ABR的耦合作用强化ABR处理污水的功能,降解其中COD、NH 4-N和TN.结果表明,将驯化好生物膜的炭管曝气膜加入反应器第3隔室后,在膜内腔气压0.025MPa, HRT=24 h,进水COD为2 000 mg/L, NH 4-N为50 mg/L的条件下,系统发生同时硝化反硝化,出水COD、NH 4-N分别从加膜前的156 mg/L、36mg/L左右下降到45 mg/L、6mg/L左右, TN去除率达到87.66%,第3隔室挥发性脂肪酸(VFA)减少77.12%,总产气量减少30%.     

序批式膜反应器同步硝化和反硝化的特性

为提高污水生物脱氮处理的效率和减少外加碳源,研究了序批式膜反应器(SBBR)在有氧情况下处理生活污水中同步硝化和反硝化的特性.试验表明,原水TN为80～110mg/L和溶解氧浓度为0.8～4.0mg/L情况下,出水TN小于15mg/L,NH₃^-N去除率达100%,TN去除率54%～77%,NH₃^-N容积负荷率为47～94mg/(L·d),TN容积负荷率为56～113mg/(L·d).TN的变化规律为在NH₃^-N降到零或最小之前,TN持续降低之后,TN有短时的上升后再缓慢降低.在较大的溶解氧浓度范围内,SBBR具有同步硝化和反硝化的能力,建议将NH₃^-N降解到零或最小值的时刻,作为同步硝化和反硝化的结束点.     

炭膜曝气生物膜反应器硝化作用及其微生物群落结构分析

采用炭膜曝气生物膜反应器处理无机含氮废水,通过改变进水氨氮浓度和水力停留时间,研究了反应器硝化性能、氧利用情况以及氨氮去除负荷,并对生物膜表面特性和硝化菌优势菌种进行分析.结果表明, 在膜内气压0.017 MPa,进水NH⁺₄-N 50 mg/L,HRT为8 h条件下,NH⁺₄-N去除率达到96%,出水NO^-₂-N平均为17 mg/L,一定程度上实现了短程硝化,炭膜所供给氧气被生物膜全部消耗;系统比表面氨氮最大去除速率为9.7 g/(m²·d),炭膜表面有限的生物量制约了去除速率的进一步提高; 荧光原位杂交技术分析揭示生物膜内亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）和亚硝化螺菌（Nitrosospira）为亚硝化细菌优势菌种,分别占细菌总菌数的19%和21%,硝化螺菌（Nitrospira）为硝化细菌优势菌种,占总菌数的20%,未检测到硝化杆菌（Nitrobacter）的存在.     

微气泡曝气对生物膜反应器启动运行性能影响

比较了微气泡曝气(MB)与传统气泡曝气(CB)流化床生物膜反应器启动运行性能,以及生物膜形成过程与组成特性.结果表明,启动运行中,MB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别达到90.3%、92.7%和43.4%,而CB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别为79.4%、86.3%和29.3%,MB反应器污染物去除性能优于CB反应器.同时,MB反应器的氧利用率高达94.3%,显著高于CB反应器.MB反应器中生物膜形成速率和稳定生物膜生物量均高于CB反应器,并且所形成的生物膜VSS/SS比值较高而EPS含量较低.因此,微气泡曝气能够加速生物膜形成并获得更高的活性生物量,从而提高生物膜反应器的启动运行性能.     

混合填料生物接触氧化法处理生活污水的研究

采用混合型(火山岩和陶瓷环)填料生物接触氧化工艺处理实际生活污水,研究了混合型填料挂膜情况,不同HRT、DO和进水COD浓度对水质净化效果的影响。实验结果表明:混合型填料挂膜效果好,15 d后反应器达到稳定状态,对COD的去除率达到75%以上;在水温为20~32℃,HRT为12 h,DO为5~6 mg/L的条件下,对COD、氨氮、TN和TP的平均去除率分别达到了75.8%、71.8%、45.9%和35.7%;当进水COD浓度为100~400 mg/L时,各个指标的去除率随着COD浓度的升高而升高,可见进水COD浓度会对污水净化效果产生影响。     

Enhancing anoxic denitrification of low C/N ratio wastewater with novel ZVI composite carriers

External organic carbon sources are needed to provide electron donors for the denitrification of wastewater with a low COD/NO₃^--N（C/N） ratio, increasing the treatment cost. The economic strategy is to enhance the bioactivity and/or biodiversity of denitrifiers to efficiently utilize organic substances in wastewater. In this study, novel zero-valent iron（ZVI） composite carriers were prepared and implemented in a suspended carrier biofilm reactor to enhance the bioactivity an...     

Nitrogen removal from sludge dewatering effluent through anaerobic ammonia oxidation process

Anaerobic ammonia oxidation（Anammox） process is a novel and promising wastewater nitrogen removal process. The feasibility of transition of Anammox from denitrification and the performance of lab-scale Anammox biofilm reactor were investigated with sludge dewatering effluent. The results showed that Anammox process could be successfully started up after cultivation of denitrification biofilm and using it as inoculum. The transition of Anammox from denitrification was accomplished within 85 d. Anammox process was found suitable to remove ammonia from sludge dewatering effluent. The effluent ammonia concentration was detected to be 23.11 mgN/L at HRT of 28 h when influent ammonia concentration was fed 245 mgN/L, which was less than that for the national discharge standard Ⅱ （25 rngN/L） of China. Volumetric total nitrogen loading rate was up to 584.99 mg TN/（L. d） at HRT of 17 h, while influent concentrations were kept 243.25 mg NH4＊ -N/L and 288.31 mg NO2^- -N/L.     

内循环移动床生物膜反应器的研究与应用

对传统移动床生物膜反应器进行改进,开发了内循环移动床生物膜反应器,通过处理模拟生活污水的研究,考察了反应器去除有机物和脱氮的能力。结果表明,在填料投加率为35%、进水COD为200～800mg/L、HRT为6h、有机负荷为0.8～3.2kg/(m.3d)的条件下,系统COD的去除率在89%以上;同时反应器具有良好的同步硝化反硝化脱氮能力,在DO为2.0mg/L、C/N为25、HRT为6h的条件下,NH4-N和TN的平均去除率分别可以达到98%和93%。另外,内循环移动床生物膜反应器与移动床生物膜反应器的对比实验结果表明,前者对COD和氮的去除效果都优于后者。     

Simultaneous removal of COD and nitrogen using a novel carbon-membrane aerated biofilm reactor

A membrane aerated biofilm reactor is a promising technology for wastewater treatment. In this study, a carbon-membrane aerated biofilm reactor （CMABR） has been developed, to remove carbon organics and nitrogen simultaneously from one reactor. The results showed that CMABR has a high chemical oxygen demand （COD） and nitrogen removal efficiency, as it is operated with a hydraulic retention time （HRT） of 20 h, and it also showed a perfect performance, even if the HRT was shortened to 12 h. In this period, the removal efficiencies of COD, ammonia nitrogen （NH4^＋-N）, and total nitrogen （TN） reached 86%, 94%, and 84%, respectively. However, the removal efficiencies of NH4^＋-N and TN declined rapidly as the HRT was shortened to 8 h. This is because of the excessive growth of biomass on the nonwoven fiber and very high organic loading rate. The fluorescence in situ hybridization （FISH） analysis indicated that the ammonia oxidizing bacteria （AOB） were mainly distributed in the inner layer of the biofilm. The coexistence of AOB and eubacteria in one biofilm can enhance the simultaneous removal of COD and nitrogen.