混合污泥接种的厌氧氨氧化处理污泥脱水液的启动

采用UASB反应器,接种由好氧颗粒污泥、厌氧颗粒污泥、氧化沟活性污泥及短程硝化活性污泥组成的混合污泥,以污泥脱水液经短程硝化处理后水质为进水,在温度(30±0.2)℃, pH值7.3~7.9,初期进水氨氮、亚硝氮容积负荷分别为0.07, 0.10kg/(m3×d)条件下,经过24d运行,氨氮和亚硝氮得到稳定同步去除,186d时TN去除负荷达0.99 kg/(m3×d).启动初期,氨氮、亚硝氮进水浓度分别为20,30mg/L,二者浓度随去除量增加而逐级增加,最高分别达到157,216mg/L;启动过程中,系统受到O2抑制以及O2和亚硝氮基质的连续抑制,分别经过了约10d和30d才得以恢复. 厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应与反硝化反应可以共存于系统中,产气量与总氮去除呈正比关系,可及时地指示系统运行状态,对气体成分检测,氮气含量在99.8%.在稳定期ANAMMOX反应呈pH值升高而碱度略有降低.接种混合污泥、低基质负荷启动ANAMMOX,可30d内实现稳定的氨氮和亚硝氮同步去除,180d左右启动成功.     

控制ORP实现连续流反应器部分亚硝化稳定运行

利用ORP在线监控设备,研究了控制ORP值实现连续流部分亚硝化反应器稳定运行的可行性,并使出水水质满足厌氧氨氧化需求.结果表明,在亚硝氮与氨氮比值、温度和pH值恒定的条件下,反应器内ORP值波动主要由于DO浓度波动引起.在稳定的亚硝化系统中,当ORP值大于250mV左右时,反应器出水亚硝氮与氨氮比值大于2.1;当ORP值控制在150mV左右时,反应器出水亚硝氮与氨氮比值稳定在1.2~1.3之间.ORP值控制在120mV时,反应器出水亚硝氮与氨氮浓度比值为0.9~1.06.将ORP值控制在150mV时,随着进水氨氮浓度由300mg/L提高至813mg/L,反应器出水亚硝氮与氨氮比值基本维持在1.1~1.3之间.但随之增加的游离氨浓度易导致亚硝化菌活性抑制.因此,在低氧环境下ORP作为连续流部分亚硝化反应器亚硝化程度的控制指标,其灵敏度和精度明显优于DO监测设备.     

填充床快速启动厌氧氨氧化反应器及其脱氮性能研究

以城市污水厂二沉池污泥为种泥,以悬浮填料填充床生物膜反应器为厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器,采用高负荷培养法和好氧预挂膜低负荷培养法分别培养与富集厌氧氨氧化菌,并研究其脱氮性能.结果表明,好氧预挂膜低负荷培养法可以在较短时间内(90 d左右)快速启动厌氧氨氧化反应器,稳定期反应器出水氨氮和亚硝氮保持稳定,去除率均接近100%,总氮去除率在75%以上,高负荷培养法因高浓度氨氮和亚硝氮的抑制作用而启动失败(190d).启动过程中pH变化表明,厌氧氨氧化反应器出水pH略高于进水,pH值可用作厌氧氨氧化反应器启动进程的指示参数.上流式厌氧填充床ANAMMOX反应器具有高负荷和高效率的优点,当反应器进水氨氮和亚硝氮浓度低于800 mg/L时,其去除率几乎达100%,低于国家一级标准.     

氨氮浓度对CANON工艺功能微生物丰度和群落结构的影响

为了研究CANON工艺在常温低氨氮基质条件下的宏观运行效能及微观生态系统,通过调节曝气量和水力停留时间(HRT)实现了CANON工艺在不同进水氨氮浓度下的稳定运行,并基于PCR-DGGE和荧光定量PCR方法,分析了氨氮浓度对反应器中氨氧化细菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(ANAMMOX菌)群落结构及丰度的影响.结果表明,较高氨氮环境中总氮去除负荷在1.0 g·(L·d)-1以上,当氨氮浓度降至100 mg·L-1时,总氮去除负荷明显降低.进水氨氮浓度对AOB的群落结构有重要影响,而对ANAMMOX菌群落影响较小.AOB和ANAMMOX菌的丰度随氨氮浓度的降低而减少,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)的丰度随氨氮浓度的降低而增加,这可能是导致系统脱氮效果下降的主要原因.因此,需要通过一定的调控手段,减少AOB和ANAMMOX菌的损失,抑制NOB的生长,以便维持系统在低氨氮条件下的脱氮性能.     

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%.     

SAD工艺在厌氧氨氧化不同运行阶段的启动

利用SBR反应器在厌氧氨氧化启动过程中脱氮性能达到不同氨氮去除负荷(ANR)时启动厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD)工艺处理生活污水.分析对反应器内3氮变化和功能菌活性变化.结果表明,在厌氧氨氧化的ANR达到0.27~0.40kg/(m~3×d)时,启动SAD工艺,反应器可处理COD为100mg/L以下的生活污水;在厌氧氨氧化的氨氮去除去除负荷(ANR)达到0.65~0.85kg/(m~3×d)时,反应器可高效处理COD为100~200mg/L的生活污水,而在ANR达到0.85kg/(m~3×d)时,反应器SAD工艺可稳定处理COD为100~200mg/L的生活污水,反应器内ANAMMOX菌的活性与异养菌活性及反硝化菌活性保持在合理范围内即可稳定启动SAD工艺,缩短SBR反应器的周期,可加速反应器ANAMMOX菌活性的提高,降低异养菌和反硝化菌活性的提高.周期测试分析,表明,控制C/N比和HRT可实现厌氧氨氧化耦合部分反硝化脱氮.     

常温限氧条件下SBR反应器中的部分亚硝化研究

常温下(14.1～24.2℃)以二级出水(NH 4-N 30～100 mg/L)为原水,在限氧条件下(DO为0.3～0.4 mg/L)的SBR反应器中研究了适合ANAMMOX工艺进水的部分亚硝化工艺.ANAMMOX反应器进水要求NH 4/NO-2=1/1.31,即仅有一部分氨氮形成亚硝酸盐.研究中通过控制进水碱度,以在线DO趋势线为指示,实现部分亚硝化,最终获得NH 4-N/NO-2-N合适比例的出水.当约57%的氨氮转化为亚硝酸盐时,同等比例的HCO-3/NH 4消耗会导致pH值的自然下降.当pH值下降到一定程度时,氨氧化细菌代谢速率的减小导致了耗氧速率(OUR)的急剧下降,DO趋势线就会出现突跃的特征点(本研究以DO突跃至1.0 mg/L为判别),指示出部分亚硝化反应的终点.试验对30～100 mg/L范围内4种氨氮浓度条件下部分亚硝化的最佳碱度进行了研究.结果表明,本试验中进水碱度与氨氮浓度的比率是影响部分亚硝化工艺出水亚硝化比率(NO-2,NH 4)的重要因素,通过对进水碱度的控制完全可以实现向ANAMMOX反应器提供进水的部分亚硝化工艺.     

酒精废水部分亚硝化-厌氧氨氧化脱氮的可行性

采用一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器研究了酒精废水脱氮的可行性.结果表明,在pH 7.8±0.5,温度30~35℃,好氧区ORP值120~150 mV的条件下,历时40 d成功地启动了一体式PN-ANAMMOX反应器,总氮去除速率由0.125kg·(m~3·d)~(-1)上升至0.75 kg·(m~3·d)~(-1)左右,说明接种成熟的亚硝化生物膜和厌氧氨氧化颗粒污泥可达到快速启动的效果;在酒精废水处理的研究中表明,酒精废水对PN-ANAMMOX反应器的影响主要是由其中可生物降解的TOC导致,短期内可生物降解TOC的加入,ANAMMOX反应区首先受到影响;酒精废水中100 mg·L~(-1)可生物降解TOC浓度可以使总氮去除速率由0.75 kg·(m~3·d)~(-1)降低至0.25 kg·(m~3·d)~(-1)左右,降低约66%,这种抑制是可以恢复的;采用不同浓度梯度酒精废水驯化PN-ANAMMOX反应器内功能菌群,随着进水浓度梯度的增加,总氮去除速率均出现了先下降再上升的趋势,通过延长HRT和适当提高PN阶段的溶解氧的方式,有利于反应器整体脱氮效能的提高,完全以酒精废水作为进水时,总氮去除速率稳定在0.65 kg·(m~3·d)~(-1)左右,脱氮效果较好,说明一体式PN-ANAMMOX可用于回用酒精废水的处理.     

CANON反应器运行稳定性及温度冲击的影响

为考察长期运行条件下全程自养脱氮(CANON)反应器的运行效果,以人工配置无机高氨氮废水为进水,研究了连续流CANON反应器的运行稳定性.CANON反应器在控制内部温度为35℃±1℃,pH 7.39～8.01,水力停留时间3.7～5.1 h条件下,稳定运行超过1 a,短程硝化性能与厌氧氨氧化性能均获得稳定,平均TN去除负荷达到1.8 kg.(m3.d)-1,平均TN去除率为65.09%,最大TN去除率可达81.65%.低温冲击时,虽然ANAMMOX菌与AOB都会受到低温的抑制,但由于ANAMMOX菌对低温更加敏感,受到的抑制更加严重,因此造成NO2--N严重积累.温度恢复35℃后,CANON反应器性能很快恢复正常,短暂的低温冲击不会对CANON反应器稳定性构成显著影响;当经历超过50℃以上的高温冲击时,尽管AOB可在1周内恢复正常,但ANAMMOX菌的活性被完全破坏,使CANON反应器彻底崩溃,应予以避免.     

自动控制实现两级混合床反应器处理垃圾渗滤液的短程硝化

采用两级混合床反应器(分别命名为 Hybrid Ⅰ和 HybridⅡ).对垃圾渗滤液中的COD和氨氮去除进行了试验研究,混合床由颗粒悬浮载体和固定组合软性填料相结合.试验以反应器的 DO、pH、ORP、SS等作为在线控制参数,研究了该反应器在固定温度(28～33℃)、不同进水负荷、DO 和 pH值下的运行效果,最后在 Hybrid 反应器的优化控制条件(DOHrbrid Ⅰ=(2.0±0.2)mg·L-1,DOHbrid Ⅱ=(1.5±0.2)mg·L-1,pHHybrid Ⅰ=8.0±0.2,pHHybrid Ⅱ=8.5±0.2,周期进水量为50L)下,实现了COD的高效去除以及氨氮的短程硝化去除.垃圾渗滤液进水 COD和氨氮分别为2300～5700mg·L-1和580～1150mg·L-1.两级混合床反应器工艺的COD和氨氮的去除率分别为93%和95%左右,总氮(TN)的去除率在82%以上.连续运行过程中 Hybrid Ⅰ和 Hybrid Ⅱ反应器的COD最大去除速率分别为 1.91 kg·m-3·d-1和0.75kg·m-3·d-1,氨氮亚硝化速率最大分别为 0.54kg·m-3·d-1和0.33kg·m-3·d-1.运行结果表明,该工艺耐冲击负荷强,处理效果稳定.     

不同种泥的厌氧氨氧化反应器的启动及动力学特征

采用2套UBF反应器R1和R~2,R1接种好氧硝化污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,R~2接种厌氧消化絮状污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,采用逐渐提高进水亚硝氮和氨氮浓度的方式富集培养ANAMMOX菌.结果表明,R1启动时间短,仅耗时36 d就成功启动了厌氧氨氧化反应器,而R~2则需要53 d; R1和R~2脱氮效果均较好,但R1脱氮效果优于R~2且稳定.在稳定运行阶段,R1氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为99. 92%、96. 64%和81. 87%左右,R~2氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为97. 54%、94. 91%和80. 98%左右.反应器启动成功后,Candidatus Kuenenia属在所检测出的属中丰度位列前六,在R1和R~2中的相对丰度分别为3. 22%和2. 35%;改进的Stover-Kincannon基质去除模型和二级动力学模型对拟稳态阶段R1和R~2的脱氮性能均能进行较好地拟合,经计算,R1的最大基质去除速率Umax稍大于R~2,说明R1的脱氮潜力较大.     

厌氧氨氧化耦合反硝化快速启动CANON工艺

在SBR反应器中.先采用低基质浓度配水启动稳定的厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD),之后在低曝气条件下以模拟生活污水富集氨氧化细菌(AOB),启动CANON工艺.基于对反应器内脱氮性能和不同阶段功能菌动力学活性的分析,系统阐述了影响CANON工艺启动与稳定运行的影响因素.结果表明此启动方式不仅缩短了亚硝化启动时间,同时缩短了ANAMMOX菌对有机环境的适应时间,经过60d成功启动了CANON工艺并应用于处理生活污水,反应器ANR超过了93%.反应器较短的周期(4h),使得ANAMMOX菌和异养菌反硝化菌活性始终保持在合理范围内,μNH_4~+-N/μCOD比值始终大于1.0.异养反硝化菌对COD的降解反应,使反应器内pH值提高,同时反应周期间初期和末期游离氨(FA)始终处于对NOB的抑制水平,也是实现稳定亚硝化的重要原因.     

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.     

不同种泥的厌氧氨氧化反应器的启动及动力学特征

采用2套UBF反应器R1和R2,R1接种好氧硝化污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,R2接种厌氧消化絮状污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,采用逐渐提高进水亚硝氮和氨氮的浓度的方式富集培养ANAMMOX菌。结果表明,R1启动时间短,仅耗时36 d就成功启动了厌氧氨氧化反应器,而R2则需要53 d;R1和R2脱氮效果均较好,但R1脱氮效果优于R2且稳定。在稳定运行阶段,R1氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为99.92%、96.64%和81.87%左右,R2氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为97.54%、94.91%和80.98%左右。反应器启动成功后,Candidatus Kuenenia属在所检测出的属中丰度位列前六,在R1和R2中的相对丰度分别为3.22%和2.35%;改进的Stover-Kincannon基质去除模型和二级动力学模型对拟稳态阶段R1和R2的脱氮性能均能进行较好的拟合,经计算,R1的最大基质去除速率Umax稍大于R2,说明R1的脱氮潜力较大。     

基于实时控制技术的CANON工艺稳定性运行

为保证出水水质稳定并提高氨氮去除率,实现CANON工艺的优化,利用SBR反应器进行了基于实时控制技术的CANON工艺稳定性研究.试验过程中,温度控制在30℃±1℃,pH 7~8,通过反应过程中氨氮、硝态氮、亚硝态氮和pH、DO、ORP的变化规律,制定了可行的实时控制策略.结果表明,进水氨氮浓度为917~1 540 mg·L~(-1)时,以6 mg·L~(-1)的剩余氨氮浓度作为控制参数可以满足工艺稳定性的要求,但氨氮传感器存在费用昂贵和误差较大等问题.采用pH、DO和ORP曲线的平台和特征点作为自控参数,可以维持CANON工艺的长期稳定运行,保证氨氮去除率平均维持在99%以上且出水水质稳定.     

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.     

一体化全程自养脱氮(CANON)工艺的效能及污泥特性

在氨氮浓度梯度升高的条件下,通过控制DO等方式在一体化CSTR反应器中实现了一体化全程自养脱氮(CANON—completely autotrophic nitrogen removal over nitrite).结果表明随进水氨氮浓度(76.05~583.93mg/L)的升高,系统的氨氮和总氮去除负荷逐渐提高,试验期间无亚硝态氮的积累,反应器后期在高氨氮进水下最高氨氮去除率84.4%,最高去除负荷0.42kg/(m3·d);最高总氮去除率72.0%,最高去除负荷0.35kg/(m3·d).污泥氧消耗速率实验得出好氧氨氧化菌的耗氧速率为169.46 mgO2/(gVSS·h)、硝酸化细菌的好氧速率为39.63 mgO2/(gVSS·h).采用总氮去除量和硝态氮产生量的比值(△TN /△NO3-)表征硝酸化反应对出水氨氮浓度的影响.试验进一步研究了反应器内污泥形态的变化,得出第102d的污泥粒径(86.36μm)比第30d(54.09μm)增加60%,污泥的SEM分析得出实验后期相对于前期污泥表面丝状菌减少,胞外聚合物增多.以上结果表明该反应器具备良好的造粒功能,有利于自养脱氮工艺的启动与稳定.     

ANAMMOX菌铁自养反硝化工艺的稳定性

在非严格厌氧的连续流反应器中,通过调节进水pH、外加一定浓度的Fe~(2+)以及定期更换新鲜铁粉这3种运行方式探讨维持厌氧氨氧化(ANAMMOX)菌利用零价铁去除硝酸盐反应体系长期稳定运行的适宜条件.结果表明,随着反应进行、受零价铁表面钝化的影响,该体系硝酸盐去除率逐渐下降,反应器难以持续运行.在一定范围内降低进水pH(5～7),或者额外投加一定量的Fe~(2+)对改善该反应体系的稳定性效果不显著.通过定期更换新鲜铁粉的方式,可以有效提高硝酸盐去除率、增强反应器稳定性.相比对照组可稳定运行7 d,实验组可至少稳定运行60 d,硝酸盐平均去除率提高22. 23%.因此,采取适宜措施保证体系内有足够具有活性的零价铁、消除零价铁钝化的不利影响,是ANAMMOX菌利用零价铁去除硝酸盐反应体系高效、稳定运行的关键.     

一体化全程自养脱氮(CANON)工艺的效能及污泥特性

在氨氮浓度梯度升高的条件下,通过控制DO等方式在一体化CSTR反应器中实现了一体化全程自养脱氮(CANON—completely autotrophic nitrogen removal over nitrite).结果表明随进水氨氮浓度(76.05~583.93mg/L)的升高,系统的氨氮和总氮去除负荷逐渐提高,试验期间无亚硝态氮的积累,反应器后期在高氨氮进水下最高氨氮去除率84.4%,最高去除负荷0.42kg/(m3·d);最高总氮去除率72.0%,最高去除负荷0.35kg/(m3·d).污泥氧消耗速率实验得出好氧氨氧化菌的耗氧速率为169.46 mgO2/(gVSS·h)、硝酸化细菌的好氧速率为39.63 mgO2/(gVSS·h).采用总氮去除量和硝态氮产生量的比值(△TN/△NO3-)表征硝酸化反应对出水氨氮浓度的影响.试验进一步研究了反应器内污泥形态的变化,得出第102d的污泥粒径(86.36μm)比第30d(54.09μm)增加60%,污泥的SEM分析得出实验后期相对于前期污泥表面丝状菌减少,胞外聚合物增多.以上结果表明该反应器具备良好的造粒功能,有利于自养脱氮工艺的启动与稳定.     

有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响

研究了有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.在没有有机物的条件下,进水基质(氨氮和亚硝氮)浓度为70～280 mg·L-1,容积总氮负荷为0.29～0.72 kg·m-3·d-1,氨氮去除率86.0%～99.7%,亚硝氮去除率88.7%～99.3%.添加有机物(酵母膏100 mg·L-1)后,ANAMMOX反应器运行性能与容积总氮负荷有关.容积总氮负荷低于0.43 kg·m-3·d-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响较小,氨氮和亚硝氮去除率保持在94%以上;但当容积总氮负荷为0.72 kg·m-3·d-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能产生严重影响,氨氮和亚硝氮去除率降至75%以下.停止添加有机物并降低容积总氮负荷,可在短期内消除有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.