基于侧流FNA处理的颗粒-絮体污泥CANON启动

为探究游离亚硝酸(FNA)侧流处理絮体污泥抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性启动全程自养脱氮(CANON)工艺的可行性,考察了FNA处理对氨氧化菌(AOB)和NOB活性的影响,探究在颗粒-絮体污泥SBR反应器中水力筛分的絮状污泥经侧流FNA处理的运行效果. 结果表明:0.6mg/L FNA处理后的R1经过30d运行,NH₄⁺-N去除率恢复到处理前的水平,并且短程硝化稳定,系统平均出水总氮为13.84mg/L,且△NO₃^--N/△NH₄⁺-N比值接近CANON反应方程式理论比值0.11,成功启动CANON工艺. 而0mg/L FNA处理的R2由于NOB大量增殖导致启动失败. 批次试验结果证实,经过0.6mg/L FNA处理后,6h内NOB活性仅为对照组(FNA=0mg/L)的16.39%,并且在随后的运行中并未发现NOB活性的恢复,NOB得到了有效的抑制. 但与此同时,AOB的活性也受到了影响,反应器中NH₄⁺-N去除率仅为处理前的69.69%,AOB活性6h仅恢复68.06%.     

基于间歇饥饿的SNAD工艺运行

在室温下(22℃±3℃)用SBR反应器运行SNAD工艺,通过定期延长系统水力停留时间,营造间歇饥饿环境,探讨间歇饥饿策略下SNAD工艺的运行情况.结果表明,系统经过间歇饥饿运行后,好氧阶段末的NO_3~--N浓度降至8. 72 mg·L~(-1),亚硝酸盐积累率达到83. 18%,表明NOB活性得到了有效抑制,实现了亚硝化性能的提高;系统经过间歇饥饿运行后,好氧阶段末的亚氮与氨氮基质的比例得到调整,为后续厌氧氨氧化过程提供了合适底物,使出水氨氮浓度降至1. 0 mg·L~(-1)以下,同时由于出水硝氮浓度降低,总氮去除率达到了92. 07%左右,系统处理性能提高;通过测定功能菌活性,发现饥饿后亚硝化性能提高的主要原因是饥饿期AOB活性衰减速率低于NOB及恢复期前期AOB活性恢复速率显著高于NOB.     

间歇恒定/梯度曝气对SNAD工艺启动的影响

本实验在室温(20℃±3℃)下用2组反应器R1和R~2接种厌氧氨氧化污泥,分别采用间歇恒定曝气和间歇梯度曝气方式启动SNAD工艺,研究了两种不同间歇曝气方式对SNAD工艺启动的影响.结果表明,启动过程中,R~2在各阶段恢复稳定所需的时间更短,SNAD的实际启动速度更快;启动成功后R1和R~2的特征值Δρ(TN)/Δρ(NO_3--N)分别达到6. 46和10. 34,R~2的NOB抑制效果更好;通过周期监测,发现R~2的周期DO波动稳定,R1的周期DO整体逐渐提高、周期末达到0. 5 mg·L~(-1)以上,分析认为R~2中稳定的低DO环境促进了NOB抑制;启动成功后R1和R~2反应器内PN/PS值分别达到2. 745和2. 823,颗粒粒径分别达到365. 8μm和402. 1μm,R~2的颗粒稳定性和沉降性更强,粒径增长更快.     

侧流FNA处理的CANON工艺恢复策略及脱氮路径

为探究侧流游离亚硝酸（FNA）处理后的颗粒-絮体污泥全程自养脱氮（CANON）工艺重新建立的有效策略,采用序批式反应器（SBR）进行实验,探讨不同恢复方式对系统长期运行性能的影响,实现CANON工艺长期稳定运行.结果显示,不同恢复方式对CANON系统重新建立有很大影响,采用非原位高曝气恢复策略的R1经过19d的运行重新建立了稳定的CANON工艺,而采用原位低曝气恢复策略的R2和原位高曝气恢复策略的R3均未能有效重新建立稳定的CANON工艺.R1稳定运行34d时再次出现了亚硝酸盐氧化菌（NOB）增殖的现象.定期水力筛分排出絮状污泥进行FNA处理,达到溶解氧（DO）控制+侧流FNA处理的“双抑制”,能够有效抑制NOB实现CANON工艺的长期稳定运行.典型周期分析结果表明,在恢复过程中,R1内氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AnAOB）活性均高于R2和R3,并且有效抑制了反应器内残余NOB的活性.随着R1中CANON工艺的重新建立,亚硝化/厌氧氨氧化（SNA）脱氮路径占比由第15d的8.91%增加到了第45d的19.39%,提高了NH₄⁺-N的去除率.     

低温SNAD颗粒污泥工艺启动方式

为研究启动方式对同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)颗粒污泥工艺的影响,低温(12.7~18.3℃)条件下,R1和R2反应器分别通过先启动全程自养脱氮(CANON)工艺和先启动厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD)工艺的方式逐步启动SNAD颗粒污泥工艺.结果表明,R1反应器启动成功后,氨氮几乎完全去除,总氮去除率达到86.7%.低氨氮浓度运行时,出水总氮去除率下降至75.3%,出水总氮浓度在10 mg·L~(-1)左右,NOB存在过量增殖现象,出水总氮浓度超过北京市水污染物排放标准一级A规定.R2反应器启动成功后,出水几乎不含氨氮,总氮去除率在89.1%左右,略高于R1反应器.低氨氮浓度运行时,出水氨氮浓度小于1.0 mg·L~(-1),出水总氮浓度小于6 mg·L~(-1),出水氨氮和总氮浓度满足地标一级A标准.先启动SAD工艺可以在启动初期通过厌氧运行将NOB逐渐淘汰出系统内,维持了系统的稳定性,为后续曝气启动SNAD工艺提供了良好的基础,维持了反应器的稳定运行,实现出水总氮长期排放达标.     

不同曝气密度对CANON工艺启动的影响

在室温(25℃)下采用3组反应器R1、R2、R3,接种成熟厌氧氨氧化颗粒污泥,在总曝气量一定,曝停比为1的条件下,研究了不同曝气密度(3、6、12)对CANON工艺启动的影响.结果表明,R1、R2、R3分别经过32、29、23 d实现了CANON工艺成功的启动,较大的曝气密度有利于CANON工艺的启动; R1、R2、R3在周期实验中p H分别下降了0. 4、0. 55、1. 06,即在总曝气量一定的情况下,R3因其较大的曝气密度和合适的时间间隔,更有利于抑制NOB活性,使得系统对DO的利用率更高,提高了系统的脱氮性能;通过脱氮路径分析可得,系统中存在着ANA和SNA两种脱氮路径,SNA所占比重分别为19. 3%、24. 5%、33. 6%,随着曝气密度的提高,SNA贡献逐渐增大.     

AUSB中置曝气对CANON颗粒污泥工艺的影响

常温(25±1)℃下,向中置(R1)、底部曝气(R2)的AUSB反应器中接种絮状厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,研究AUSB不同曝气位置对连续流CANON颗粒污泥工艺启动及运行的影响.结果表明,R1、R2分别于第43 d、56 d成功启动CANON颗粒污泥,平均粒径分别为214.79μm、205.27μm,特征值(ΔNO-3-N/ΔTN)为0.128、0.129.低氨氮(90 mg·L-1)下,逐步增大氮负荷(NLR),AUSB中置曝气更利于CANON颗粒粒径的持续增长及脱氮负荷(NRR)的提高,R1于第88 d颗粒平均粒径即增至507.46μm,NRR达0.277 kg·(m3·d)-1;R2污泥颗粒历时108 d,粒径增长至467.72μm,NRR仅为R1的87.73%.底部曝气AUSB全程好氧模式下长期运行,亚硝酸盐氧化菌(NOB)显著增殖,第125 d后特征值增至0.136±0.004,NRR仅(0.231±0.015)kg·(m3·d)-1;而中置曝气AUSB特定的缺氧/好氧模式有效抑制了NOB活性,特征值维持在0.127±0.003,NRR为(0.262±0.019)kg·(m3·d)-1.AUSB中置曝气可促进絮状ANAMMOX污泥演变至CANON颗粒污泥,且系统脱氮性能及运行稳定性均优于底部曝气AUSB.     

有机碳源对启动及运行CANON颗粒污泥工艺的影响

采用两组平行的SBR反应器R1和R2,通过分别添加有机碳源和不添加有机碳源对比实验,研究有机碳源对全程自养脱氮(CANON)颗粒污泥工艺启动的影响,通过改变有机碳源浓度对比实验,研究有机碳源对CANON工艺运行的影响.结果表明,50 mg·L-1有机物的存在可以加快CANON颗粒污泥工艺的启动,R1和R2分别于23 d和32 d成功启动CANON颗粒污泥工艺.适量有机物(不超过150 mg·L-1)的存在会通过增强亚硝化菌(AOB)及厌氧氨氧化菌(An AOB)的活性和促进反硝化作用来提高氨氮及总氮去除率,R1和R2的最高氨氮和总氮去除率分别为92%、88%和89%、80%.进一步实验表明,过量的有机碳源(超过200 mg·L-1)会抑制AOB及An AOB的活性,从而降低氨氮及总氮去除率,但是会促进反硝化反应并提高其对系统脱氮的贡献率.     

一种CANON工艺处理低氨氮废水的新模式

利用上流式污泥床反应器,以出水复氧回流的方式快速启动CANON工艺,并研究了启动及运行过程特征.结果表明,以出水复氧进行回流的方式可以快速启动并稳定运行CANON工艺;在污泥体积分数为25%,进水NH_4~+-N为157 mg·L~(-1),HRT为2 h的条件下,经过50 d的稳定运行,总氮去除速率NRR从1.31 kg·(m~3·d)~(-1)逐渐升高到1.47 kg·(m~3·d)~(-1).复氧回流的方式有效地控制了反应器内溶解氧的量,使得DO0.01 mg·L~(-1),对系统中的NOB起到了良好的抑制效果,同时也为An AOB提供了一个良好的生长环境;通过控制回流量的大小可以精确地控制NO_2~-的产生速率,使得与NO_2~-消耗速率达到一个良好的平衡状态,避免了NO_2~-的积累及其硝化反应的发生.因此,复氧回流CANON工艺在运行的稳定性方面表现出了很大的优势,为CANON工艺处理低氨氮废水提供了一个新模式.     

降温过程中生物膜CANON反应器的运行特征

本文以低温高氨氮废水为着眼点,通过不断地调节运行工况,探讨降温过程中全程自养脱氮(CANON)工艺的运行特征,以探索出低温环境下进水NH_4~+-N浓度较高时,CANON工艺获得稳定短程硝化和良好脱氮效果的方法.结果表明:①相较于直接将生物膜CANON反应器的温度条件由中温转变为低温(30℃±1℃→19℃),逐步降温驯化更有利于脱氮功能菌适应低温环境,且每次降温的幅度应尽量减小,同时还应配合运行工况的调节;②温度经25 d逐步降低至19℃左右,18 d后又继续降至15℃左右,NH_4~+-N和TN去除率均能分别长期稳定在90%、70%以上,甚至当温度下降至12℃时,TN去除率与去除负荷仍能分别达到72. 52%、0. 78 kg·(m~3·d)~(-1);③降温过程中驯化生物膜CANON污泥时,应优先考虑短程硝化控制.可通过维持一定的剩余NH_4~+-N浓度并严格控制DO浓度,以抑制NOB的活性,从而获得稳定的短程硝化效果.     

侧流FNA抑制的CANON颗粒-絮体复合系统参数优化

为探究侧流游离亚硝酸(FNA)处理抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)策略相关工艺参数的最佳组合,在颗粒-絮体复合系统的全程自养脱氮(CANON)工艺中,采用批次试验探讨污泥沉降时间、FNA处理浓度及处理时间对相关功能菌活性的影响,针对性抑制NOB活性,降低FNA对功能菌活性影响。结果显示,沉降时间影响处理污泥中功能菌群活性,随着沉降时间的延长,排出污泥中厌氧氨氧化菌(AnAOB)活性逐渐减弱。沉降1min后进行排泥排出了大部分NOB并且反应器内保留了尽可能多的AnAOB,此时排出的污泥中AnAOB、氨氧化菌(AOB)和NOB的相对活性分别为15.79%、54.55%和68.63%。综合FNA对NOB和AOB活性的影响,采用0.6mg/L的FNA抑制12h后AOB活性为38.71%,而NOB活性仅为12.5%。响应曲面分析结果显示,FNA处理时间、处理浓度是影响NOB、AOB活性的关键因素。     

上升流速对CANON工艺稳定性及微生物群落的影响

采用膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器作为全程自养脱氮（CANON）工艺启动运行的装置,考察了不同上升流速对CANON工艺脱氮性能的影响,并对固定生物膜-活性污泥（IFAS）系统内颗粒污泥粒径的变化和生物膜上的生物量进行定量分析,同时对颗粒污泥和生物膜上的微生物进行高通量分析,探究在不同聚集体上微生物群落结构的特点.结果表明,在连续运行过程中,上升流速由2m/h增加至6m/h的过程中,总氮去除负荷由0.20kg/（m³·d）逐渐增加至0.66kg/（m³·d）,而ΔNO₃^--N/ΔNH₄⁺-N的比值稳定在0.11,成功实现了CANON的高效稳定运行.当上升流速增加至8m/h时,CANON工艺脱氮性能失稳,总氮去除负荷（NRR）降低至0.42kg/（m³·d）,污泥平均粒径由1.3mm减小到0.9mm.上升流速恢复至6m/h后,CANON脱氮工艺脱氮性能逐渐恢复,最终NRR稳定在0.60kg/（m³·d）以上,污泥平均粒径恢复至1.2mm,生物膜生物量的比生长速率为0.0024d^-1.高通量测序显示,颗粒污泥中主要以氨氧化细菌（AerAOB）功能菌Nitrosomonas（2.45%）,和厌氧氨氧化细菌（AnAOB）功能菌Candidatus Kuenenia（2.38%）为主要菌属;而生物膜中主要是AnAOB功能菌Candidatus Kuenenia（9.78%）、Candidatus Brocadia（4.23%）,同时还检测出少量AerAOB功能菌Nitrosomonas（0.40%）.结果表明两种微生物在不同聚集体上存在一定的差异性.     

ANAMMOX富集与优化停曝比对MBR-SNAD工艺的影响

采用膜生物反应器（MBR）研究了厌氧氨氧化细菌在富集过程中的活性变化,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中以恒定曝气量,通过优化停曝比实现氨氧化细菌（AerAOB）和厌氧氨氧化细菌（AnAOB）协同脱氮并且有效抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,然后添加有机物（乙酸钠）逐步启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化（SNAD）工艺.结果表明,在厌氧氨氧化细菌富集过程中,通过不断缩短水力停留时间（HRT）提高进水氮负荷的方式强化厌氧氨氧化细菌活性,其平均活性由0.603mgN/（h·gVSS）提高到了8.1mgN/（h·gVSS）;当恒定曝气量为50mL/min,停曝比为4：10（min：min）时,AerAOB和AnAOB对氨氮的去除量分别占总氨氮去除量的58.8%和41.2%,NOB氧化亚硝态氮的量占总硝态氮生成量的15.3%,成功抑制了NOB的活性;当C/N比为0.5,调整停曝比为4：15后,反硝化过程氮去除量占总氮去除率的20.9%,厌氧氨氧化过程氮去除量占总氮去除率的79.1%,实现了AerAOB、AnAOB和反硝化细菌（DNB）协同脱氮的目的.     

EGSB-CANON工艺启动及动力学特性

采用EGSB（Expanded Granular Sludge Bed）反应器,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中通过改变曝气方式以及优化曝气/非曝气逐步实现CANON工艺的稳定运行.通过研究不同曝气/非曝气条件下CANON工艺的脱氮性能的变化,探究系统内不同污泥粒径中功能菌的活性,揭示EGSB反应器不同的运行条件以及系统内不同粒径的微生物聚集体在CANON工艺启动过程中的影响机制与菌群结构特性.结果表明,当恒定曝气量为0.5L/min,曝气/非曝气为2：1（60min：30min）时,实现了AerAOB（Aerobic Ammonia-Oxidizing Bacteria）与AnAOB（Anaerobic Ammonium-Oxidation Bacteria）协同脱氮的目的,并成功将NOB（Nitrite-Oxidizing Bacteria）的活性由3.41mgN/（h·gVSS）抑制到0.75mgN/（h·gVSS）.在对AnAOB的双底物（NO₂^--N和NH₄⁺-N）抑制动力学结果进行Haldane拟合时,得到NH₄⁺-N和NO₂^--N的半饱和常数（k_s）、抑制动力学常数（k_h）分别为106.8,331.9mg/L,272.4,66.61mg/L,相关性系数（R²）分别为0.98133和0.99142.在CANON污泥颗粒化形成过程中,污泥粒径在0.154~0.335mm范围内主要以AerAOB为主,污泥粒径在1mm以上主要以AnAOB为主.不同粒径下微生物聚集体的协同作用以及稳定的群落结构实现了CANON工艺的稳定运行.     

污泥比例强化CANON系统抵御快速降温效能及机理

探究了3种不同颗粒及絮状污泥比例（高颗粒系统10：1~30：1;等量系统1：1~1：1.5;高絮状系统1：10~1：30）的单级自养脱氮系统（CANON）抵御快速降温的效能和机制.结果表明,CANON系统在30℃稳定运行后快速降温至10℃时,各系统的总氮去除负荷（NRR）均大幅下降,但等量系统的NRR始终高于其他系统.各系统的功能菌活性均与温度呈现出正相关关系,AAOB活性的下降幅度大于AOB和NOB的幅度,但等量系统中AAOB活性的下降幅度小于其他系统;快速降温不影响颗粒与絮状污泥功能菌的空间异质性和活性分布情况,但等量系统的空间异质性最为显著,能够较好的发挥颗粒和絮状污泥各自的作用,抵御快速降温的能力优于其他系统.     

氨氮浓度对CANON工艺性能及微生物特性的影响

为了考察氨氮浓度对CANON反应器启动过程、运行性能及微生物特性的影响,在2个相同的常温MBR反应器内同时接种取自城市污水厂的普通活性污泥,在限氧条件下启动CANON工艺.其中R1进水氨氮保持80mg/L不变,通过逐渐减小HRT启动,R2则保持HRT不变,通过逐渐增加进水氨氮启动.启动成功后,2个反应器分别在不同氨氮浓度下稳定运行相同时间后,取泥样做扫描电镜观察反应器内微生物形态.同时采用克隆-测序分析技术对2个反应器内全细菌进行16S rRNA分析,鉴定反应器内功能微生物种属.结果表明,R1和R2的启动时间分别为78,50d.TN去除负荷分别达到0.9,0.7kg/(m3·d)以上.反应速率测定结果表明,高氨氮运行的反应器内亚硝化菌和厌氧氨氧化菌具有较高的活性,NOB被抑制或淘洗的较为彻底.SEM及克隆测序结果表明,2个反应器中的功能微生物均为亚硝化单胞菌和待定斯图加特库氏菌,R1中存在少量硝化杆菌,而R2中几乎检测不到硝化菌.因此,高氨氮下运行的反应器具有更高的活性及稳定性.     

拔风管对CANON型人工湿地脱氮性能的影响

以猪场沼液为处理对象,探究了拔风管对基于亚硝化的全程自养脱氮（CANON）型潮汐流人工湿地（TFCW）氮素转化性能及微生物种群结构的影响.结果表明,拔风管数量可显著影响CANON型TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.在水力负荷（HLR）£0.18m³/（m²·d）的前提下,随着拔风管数量由0增至6,TFCW填料层中的氧环境逐渐优化,促进了其中短程硝化性能的提高与厌氧氨氧化菌的富集,进而使系统中形成了同步亚硝化、厌氧氨氧化与反硝化耦合反应体系,其脱氮效能不断提高;而当拔风管数量>6后,填料层中亚硝酸盐氧化菌的过量增殖破坏了短程硝化作用的稳定性,厌氧氨氧化作用与反硝化作用随之受阻,系统脱氮性能复又有所下降.当HLR=0.18m³/（m²·d）且拔风管数量为6时,TFCW中Nitrosomomas和Candidutus Brocadia2种菌属的相对丰度分别可达20.05%和18.38%,而Nitrospira的相对丰度仅为1.92%,此时CANON作用可得到较大限度的强化,且可与Denitratisoma等菌属主导的反硝化作用耦合,使系统的TN和NH₄⁺-N去除率分别达（90.29±3.70）%和（93.30±2.97）%.     

低温下排水速率对CANON型人工快速渗滤系统稳定性的影响

在中温[(35±2)℃]、高氨氮[(459.98±36.98)mg/L]浓度下启动基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型人工快速渗滤(CRI)系统,而后使其在低温[(10±2)℃]下处理生活污水,探究了排水速率(vd)对系统氮素转化性能及微生物特性的影响.结果表明,对vd的合理设置可修复并优化CRI系统中的限氧微环境...