CANON颗粒污泥工艺的启动与负荷提高策略

为缩短工程应用中CANON颗粒污泥工艺的启动时间及提高总氮去除负荷,利用SBR反应器,研究了CANON颗粒污泥工艺启动规律与负荷提高策略.试验过程中,温度控制在30℃±1℃,pH 7~8,根据反应器内污泥形态及脱氮效果,调整沉淀时间及曝气量.结果表明,反应器运行55 d后,实现了絮体和颗粒污泥共生系统向颗粒污泥系统的转变;117 d时,总氮去除负荷达到0.32 kg·(m~3·d)~(-1),并能稳定维持,CANON颗粒污泥工艺启动成功.通过采取不断提高曝气量的方式,运行77 d后,总氮去除负荷能平均维持在1.35 kg·(m~3·d)~(-1),实现了工艺负荷的提高.试验中发现总氮去除负荷和DO之间具有较好的相关性,可以简单地通过观察DO浓度掌握脱氮效能,维持工艺的稳定运行.     

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.     

溶解氧对序批式全程自养脱氮工艺运行的影响

在常温22~26℃下,接种成熟的全程自养脱氮(CANON)污泥至2个相同的SBR反应器,通过设置不同的初期DO及不同的DO梯度,考察了DO控制策略及DO值对CANON工艺脱氮性能,稳定性及污泥形态的影响.结果表明,初期DO为0.05~0.10mg/L的反应器可以稳定运行,氨氮和总氮的平均去除率分别为99%和85.4%,而初期DO为(0.40±0.5)mg/L的反应器的氨氮和总氮平均去除率分别为99%和0;在反应器运行稳定之后,逐渐增加DO浓度, DO为0,0.2,0.4,0.5mg/L时的厌氧氨氧化反应速率分别为35.95,23.89,31.50,19.25mgN/(L·h),延时曝气2h后反应器仍可正常运行.在一定DO范围内,CANON反应器的活性随着DO的升高而升高,较高DO对接种初期的CANON反应器冲击较大且不可逆,对稳定运行的CANON反应器的影响较小;但是当CANON工艺稳定运行之后,短时高DO对CANON工艺的影响是可逆的.显微镜照片显示稳定运行的CANON反应器内出现了颗粒化的趋势.     

城镇污水处理厂脱氮除磷好氧污泥颗粒化研究

采用序批式生物反应器(SBR)培养好氧颗粒污泥处理模拟废水,优化好氧颗粒污泥内部好氧-兼氧-厌氧微环境,在反应器的快速启动、稳定运行阶段分别考察不同优化条件下系统的脱氮除磷性能。提出了优化污泥沉降时间、调控曝气方式等好氧污泥快速颗粒化途径,并研究排泥方式对颗粒污泥反应器稳定性的影响,通过强化脱氮除磷功能菌富集,实现氮磷同步高效去除。     

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.     

全自养脱氮颗粒污泥的培养及脱氮性能的恢复与强化

采用交替限氧-厌氧和低充放比(30%)运行模式,在SBR反应器中成功启动全自养脱氮(CANON)工艺,启动过程经历常规硝化主导阶段、短程硝化主导阶段和全自养脱氮阶段,总氮去除速率和总氮去除效率分别达到(312±15)mg/(L·d)和(71.2±4.3)%.培养得到的污泥中颗粒污泥(粒径3300μm)和絮状污泥(粒径<300μm)体积分别占污泥总体积的39%和61%.在自养脱氮性能恶化的SBR反应器进水中长期添加适量N2H4,反应器脱氮性能得以恢复甚至强化,反应器总氮去除速率升高到(480±34)mg/(L·d),颗粒污泥的比例增加到污泥总体积的51%.     

生活污水SNAD颗粒污泥快速启动及脱氮性能研究

采用SBR装置,接种CANON絮状污泥,通过控制沉淀时间、HRT、DO及进水基质组成（配水与实际生活污水的比例）,实现具有SNAD性能颗粒污泥的快速培养,并进一步通过降基质的方式,考察SNAD颗粒污泥在处理实际生活污水时的脱氮性能.结果表明：在反应器运行至第34d时,成功培养出具有SNAD性能的颗粒污泥;颗粒粒径最大可达1103μm,最大总氮去除负荷可达1.03kg/（m³·d）;同时在降基质运行过程中,CANON脱氮始终在反应器总氮去除中占优势地位,并最终实现生活污水中氮素、有机物的同步有效去除,出水TN平均为10mg/L,出水COD平均为40mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准.     

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.     

好氧反硝化SBR工艺启动研究

该文以人工模拟的高C/N比(10)废水为处理对象,利用缺氧/好氧交替和高曝气的运行方式,以城市生活污水处理厂污泥作为接种污泥,研究了好氧反硝化序批式活性污泥反应器(SBR反应器)的启动过程。结果表明:在SBR反应器启动45 d后,出现明显的好氧反硝化过程;继续培养25 d,好氧反硝化SBR反应器的脱氮效率达到稳定。当反应器污泥负荷为0.11 kg COD/(kg MLSS·d)时,好氧反硝化SBR反应器对COD、总氮和氨氮的去除效率分别为(94.97%±0.53%)、(90.37%±5.89%)和(99.18%±0.34%)。城市生活污水处理厂污泥可用于好氧反硝化生物脱氮工艺的启动,缺氧/好氧交替和高曝气的方式可以加速好氧反硝化工艺的启动。     

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.     

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.     

Performance of completely autotrophic nitrogen removal over nitrite process under different aeration modes and dissolved oxygen

In this study, three sequential batch biofilm reactors (SBBRs) were operated for 155 days to evaluate the performance of completely autotrophic nitrogen removal over nitrite (CANON) process under different aeration modes and dissolved oxygen (DO). Synthetic wastewater with 160-mg NH4 ⁺-N/L was fed into the reactors. In the continuously-aerated reactor, the efficiency of the ammonium nitrogen conversion and total nitrogen (TN) removal reached 80% and 70%, respectively, with DO between 0.8–1.0 mg/L. Whereas in the intermittently-aerated reactor, at the aeration/non-aeration ratio of 1.0, ammonium was always under the detection limit and 86% of TN was removed with DO between 2.0–2.5 mg/L during the aeration time. Results show that CANON could be achieved in both continuous and intermittent aeration pattern. However, to achieve the same nitrogen removal efficiency, the DO needed in the intermittently-aerated sequential batch biofilm reactor (SBBR) during the aeration period was higher than that in the continuously-aerated SBBR. In addition, the DO in the CANON system should be adjusted to the aeration mode, and low DO was not a prerequisite to CANON process.     

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%.     

MBR系统CANON工艺的快速启动及微生物种群特征

为了考察CANON工艺的快速启动策略及功能微生物的种群特征,在常温MBR反应器内接种普通活性污泥后间歇运行.启动策略为以调控曝气时间和曝气量作为主要方法,首先在限氧条件下启动亚硝化,之后进一步降低DO启动CANON工艺.在CANON工艺启动成功后,通过调整曝气时间和无机碳源浓度提高了总氮去除负荷,并采用PCR-DGGE技术分析了稳定运行的CANON工艺内功能微生物的种群特征.结果表明,CANON工艺经36d成功启动,NH4+-N去除率和总氮去除率最终稳定在99%和84%左右,氮去除负荷达到0.41kg/(m3·d).DGGE测序结果表明,Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis是反应器内的优势菌种,两种微生物协同作用,共同在MBR内完成了高效的自养脱氮.     

ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮特性

CANON工艺如能处理低氨氮城市生活污水,将大幅度降低市政污水处理能耗.故以纤维载体为填料,在CSTR反应器中同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥启动CANON反应器,且在CANON系统前端添加ABR除碳系统,构建ABR除碳-CANON耦合工艺,研究ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮性能,并采用MiSeq高通量测序技术分析污泥中微生物菌群结构的变化情况.结果表明,通过同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥,控制DO为0. 5～2 mg·L-1、HRT为6h、p H值为8左右等措施,在55 d内成功启动CANON系统,TN去除率为81%～87%,氨氮负荷为0. 195 kg·(m3·d)-1. ABR除碳系统出水有机物浓度(120 mg·L-1)不会对后续CANON系统产生不利影响,一体式ABR除碳-CANON工艺TN去除率在74%～87%,出水COD平均浓度为40 mg·L-1.同时,CANON系统启动后变形菌门(Proteobacteria)得到了显著提升,鞘脂杆菌纲(Sphingobacteria)所占比例下降为6. 8%,CANON系统中亚硝化菌和厌氧氨氧化菌不断淘汰劣势菌群成为反应器内优势菌群,一体化ABR除碳-CANON工艺对城市污水具有良好的脱氮除碳效果.