Anammox反应器的高效运行及有机物抑制效应

为实现Anammox反应器的稳定高效运行,进一步揭示COD对Anammox反应的抑制效应,以低活性的Anammox颗粒污泥为接种泥源,采用低负荷协同N2H4强化的方式启动反应器,随后逐步增加进水氮素浓度提高反应器的容积负荷,并研究不同时期Anammox反应体系的脱氮性能。通过向反应体系投加有机物,考察基质浓度和COD对反应体系的协同影响,并探讨COD对AAOB的抑制特性。结果表明:经15 d运行可实现AAOB活性的快速恢复,TN去除率提升至85%;运行150 d后污泥活性迅速提高,反应体系TN负荷增至1.002 kg/(m~3·d),TN去除率稳定在89%左右。低浓度的COD对Anammox反应的影响较小;当COD浓度由100 mg/L增加到150 mg/L时,AAOB活性受到一定抑制,Anammox反应的脱氮贡献比例下降至50%左右;当COD浓度增至200 mg/L时,AAOB活性受到显著抑制,此时Anammox反应的脱氮贡献比例仅为22%左右。AAOB具有较强的低基质亲和力,COD对Anammox反应的抑制效应依赖于基质浓度,体系中NO2--N和TN度增加都会加剧COD对Anammox反应的抑制效应,且COD对Anammox反应的抑制效应随COD浓度升高而愈发显著,抑制特性可用用非竞争性抑制模型较好地拟合。     

缺氧生物膜转型厌氧氨氧化生物膜培养与富集特性

接种西安市某污水处理厂缺氧池生物膜构建升流式厌氧固定床生物膜(UAFB)反应器从而富集培养厌氧氨氧化(Anammox)生物膜,通过测定生物膜Anammox活性和酶活性并进行高通量测序分析,探讨城市污水处理厂现有填料转型培养Anammox生物膜的可行性及生物膜内菌群演替规律.结果表明,经29d培养后的UAFB-Anammox反应器TN去除率高达76.22%,快速启动成功;负荷提升阶段,表面氮负荷(SNLR)由0.23g/(m²·d)提升至2.59g/(m²·d),最大Anammox活性维持2.15g/(m²·d),TN去除率高达83.68%.Illumina Mi Seq测序结果发现,富集后的生物膜中优势菌属为Ca.Brocadia,相对丰度为33.38%,富集效果明显.同时缺氧生物膜上反硝化菌Denitratisoma以Anammox的产物NO₃^--N为基质,逐渐与AnAOB形成共生存关系.这说明利用城市污水处理厂现有缺氧生物膜可以快速培养Anammox生物膜,对Anammox...     

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 .     

亚硝氮停供及恢复供给对Anammox反应器中氮去除的影响

在Anammox-UASB反应器中研究了亚硝氮停供及恢复供给后不同进水亚硝氮/氨氮比(R_I)对Anammox系统脱氮的影响,对Anammox系统停供亚硝氮培养后的污泥微生物群落进行了分析.结果表明,Anammox反应器在长期停供亚硝氮培养后,微生物多样性增加,氨氧化菌(Nitrosomonas)和Anammox菌都大量增殖,这两种微生物通过协同作用使得部分氨氮得以去除,NH_4~+-N最大去除速率可达68.77 mg·L~(-1)·d~(-1),出水p H低于进水.反应器恢复亚硝氮供给后,脱氮效果快速恢复.Anammox反应器中存在的氨氮"超量去除"现象是由氨氧化菌作用引起的,氨氧化菌活性易受亚硝氮浓度抑制.氨氮"超量去除"量占氨氮总去除量的百分比与R_I呈负相关关系.当R_I为0.17时,氨氮"超量去除"量占氨氮总去除量的百分比高达68.83%;当R_I增加到1.30∶1后,氨氮"超量去除"现象基本消失.     

不同接种物启动Anammox 反应器的性能研究

采用上流式生物膜滤器(UBF)研究了以厌氧颗粒污泥和反硝化污泥作为接种物启动厌氧氨氧化(Anammox)反应器的性能.结果表明,2 种接种物均能成功启动Anammox 反应器.启动过程可分为菌体自溶阶段、活性迟滞阶段、活性提高阶段和活性稳定阶段.这种启动过程的阶段性特征符合Logistic 方程.以厌氧颗粒污泥启动Anammox 反应器,菌体自溶阶段较长(49d),活性迟滞阶段较短(8d),基质去除速率最高可达2090mg/(L·d);以反硝化污泥启动Anammox 反应器,菌体自溶阶段较短(3d),而活性迟滞阶段较长(36d),基质去除速率最高可达1030mg/(L·d).分别以负荷提升前后的基质去除速率、基质去除率以及出水基质浓度的变化情况作为效能指标评价2 个反应器运行的稳定性,以厌氧颗粒污泥作为接种物启动Anammox 反应器的稳定性能明显占优势.在高负荷率下运行,以反硝化污泥作为接种物启动的Anammox 反应器较易失稳.根据启动过程的阶段性和反应器运行的稳定性,对Anammox 反应器采取相应的调控对策可促进启动过程的顺利进行.     

苯酚对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期影响

通过接种厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,研究了苯酚浓度对ANAMMOX污泥脱氮效能长短期影响.短期结果表明,随着苯酚浓度的增大,氮去除率快速下降.当苯酚浓度大于600 mg·L-1时,NH+4-N的去除率降低到6%以下,TN的去除率只有10%左右.长期实验结果表明,当苯酚浓度小于100 mg·L-1时,NH+4-N的去除率都能达到99%以上,说明低浓度苯酚对ANAMMOX菌有一个驯化的过程.当苯酚浓度高于400 mg·L-1时,NH+4-N的去除率只有23.59%,TN去除率只有50.3%,ANAMMOX污泥抑制明显,与短期结果相同.此时反硝化菌活性明显高于ANAMMOX菌,说明苯酚可作为有机碳源诱发体系中发生反硝化反应,最终导致反硝化菌在体系中占据主导地位.但高浓度(1 000 mg·L-1)苯酚对反硝化菌也具有抑制作用.通过拟合得到苯酚对ANAMMOX半抑制有效浓度(IC50)为71.57 mg·L-1.经过18 d的恢复后,NH+4-N去除率基本恢复,但氮素之间的转化计量式发生了改变,ρ(NH+4-N)去除/ρ(NO-2-N)去除/ρ(NO-3-N)生成为1∶0.86∶0.2.研究结果表明,将苯酚控制在合理范围内可以使反应器达到同步脱氮除酚的效果.     

海洋环境下Anammox脱氮性能及污泥特性的研究

采用上流式厌氧反应器,通过人工配制模拟海洋含氮废水,探讨了海洋环境下Anammox工艺的脱氮性能及污泥性状的变化。实验结果表明:Anammox系统可在进水NaCl浓度高达39 g/L的条件下,脱氮效率达4.4 kg/(m3·d),这也是迄今为止报道的Anammox菌最高氮负荷、最高生存的盐度。此外,模拟海洋环境下实现了Anammox工艺高效稳定运行,且系统最高氮负荷为(2.2±0.1)kg/(m3·d)。经过海洋环境的培养驯化,Anammox颗粒污泥具有密实的结构和均匀的粒径分布,且污泥的沉降性能得到大幅提升,污泥沉降指数为6.8 mL/g。     

厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮处理城市污水

利用ABR反应器在温度为27℃,p H为8,HRT为10 h,进水NO-2-N/NH+4-N为1.32条件下,在45 d内成功启动厌氧氨氧化反应,稳定阶段反应器出水TN平均去除率为83%,此阶段的三氮比ΔNH+4-N∶ΔNO-2-N∶ΔNO-3-N为1∶1.31∶0.27.在利用厌氧氨氧化反应器处理实际污水过程中,进水中不可避免地含有一定量的有机碳.在C/N比为0.5时,有机碳对厌氧氨氧化反应无明显影响;厌氧氨氧化菌与反硝化菌的最佳协同作用条件为C/N=1,此时TN平均去除率为93%;在C/N比为2时有机碳会对厌氧氨氧化菌产生抑制作用,导致TN去除率降低;降低进水COD浓度后,厌氧氨氧化菌能在短时间内恢复活性.考察了厌氧氨氧化与反硝化协同作用对城市污水的处理性能,证明ABR协同脱氮反应器适用于处理低氨氮浓度城市污水,出水TN浓度为7.5 mg·L-1左右,平均去除率达86%.     

HRT与进水基质浓度对Anammox反应器效能影响研究

以产甲烷颗粒污泥与硝化污泥混合物作为接种污泥,在Anammox-UASB反应器中实现反应器的启动与稳定运行。考察了缩短HRT及进水基质浓度变化对系统的影响。结果显示:缩短HRT能有效提高系统处理能力,但HRT过低会导致处理效果降低,本研究得到的最佳HRT为6 h,此时TN去除率76%,TN容积去除负荷最高,为1.82 kg/(m~3·d)。进水基质比例与浓度对Anammox反应器的稳定运行具有重要影响,当进水中NH_4~+-N与NO_2~--N两者比例约为1且浓度均为500 mg/L时,系统处理能力最佳,TN容积去除负荷为1.55 kg/(m~3·d),且去除率为77%。     

基质浓度对ABR厌氧氨氧化反硝化脱氮除碳效能影响及动力学特征

采用厌氧折流板反应器(ABR)为研究对象,以一定COD、NH+4-N和NO-2-N比例增加进水基质浓度,以明确基质负荷提高对ABR厌氧氨氧化和反硝化协同体系脱氮除碳的影响,并通过基质去除模型获得反应器对基质的耐受程度.研究表明,ABR反应器能够实现厌氧氨氧化反硝化耦合脱氮除碳,当进水基质COD、NO-2-N和NH+4-N浓度从220、168和60 mg·L~(-1)提高至420、270和110 mg·L~(-1)时,反应器脱氮效能下降,COD、NO-2-N、NH+4-N和TN去除率分别为97%、94%、30%和78%,厌氧氨氧化对TN去除的贡献率从43.08%骤降至16.49%,反硝化脱氮贡献率从53.81%增至82.07%.动力学模型拟合发现,Stover-Kincannon模型(R2=0.937,TN;R2=0.975,COD)较一级基质去除模型(R2=0.314,TN;R2=0.016,COD)更适合评价反应器对基质的承受力;Stover-Kincannon模型表明,反应器对TN和COD的最大基质利用率分别为1.43 g·L-1·d-1和3.33 g·L-1·d-1,饱和常数(KB)分别为1.2和3.79,研究认为ABR协同脱氮除碳体系理论上还有继续提升基质负荷的潜力.     

叶酸对厌氧氨氧化细菌脱氮性能的影响研究

考察了叶酸对厌氧氨氧化细菌对污水脱氮性能的影响,并从胞外聚合物（EPS）、血红素及细胞合成等方面进行了机理分析.结果表明,在叶酸添加量分别为0.5、1.0和1.5 mg·L^-1时,均可提高厌氧氨氧化细菌的污水脱氮性能,且当叶酸浓度为1.5 mg·L^-1时,脱氮性能最好.与对照组相比,在1.5 mg·L^-1的叶酸添加量时,总氮去除率（TNRR）提高到45.3 mg·g^-1·d^-1,增加了32.1%;总EPS提高到175.9 mg·g^-1,增加了66.6%;血红素含量提高到2.35 mg·g^-1,增加了26.4%;厌氧氨氧化细菌功能基因总拷贝数提高到（2.87×10⁸±1.79×10⁷）copies·g^-1,增加了11.1%.经叶酸刺激培养后,污泥系统中的浮霉菌门相对丰度增加了3.5%,系统中占主导地位的厌氧氨氧化细菌为Candidatus Brocadia.     

有机物对厌氧氨氧化生物膜反应器脱氮效能及微生物群落的影响

为考察有机物对厌氧氨氧化生物膜反应器脱氮效能的影响,采用MPN（most probable number）法和高通量测序技术,结合处理效果数据,对比分析了有无有机物影响下生物膜中微生物群落差异.试验表明：在进水有机物（COD）为30和60 mg·L^-1作用下,总氮去除率与进水COD为0 mg·L^-1时的84.10%相比较分别提高了5.08%和10.41%;COD为90 mg·L^-1时,总氮去除率降至89.05%.由MPN法和高通量测序结果可知,相对于无有机物,60 mg·L^-1有机物使反应器中反硝化菌数量增加,浮霉菌门和变形菌门丰度明显提高,且微生物群落更加丰富.有机物能影响反应器中厌氧氨氧化、反硝化脱氮效能及微生物菌落丰度,适宜的有机物浓度可使厌氧氨氧化与反硝化作用有效耦合,提高反应器的脱氮效能.本研究可为厌氧氨氧化生物膜反应器处理含有机物的实际污水提供参考价值.     

MnO2强化厌氧氨氧化工艺启动及其微生物机理研究

通过对照试验考察了添加MnO₂对厌氧氨氧化污泥驯化和培养的影响,并采用16S rRNA基因高通量测序技术和定量PCR分析其机理.结果表明,添加MnO₂粉末能够显著提高容积氮负荷及运行性能,其脱氮速率高达848.04 mg·L^-1·d^-1,几乎是对照组反应器的2倍.16S rRNA基因高通量测序技术和定量PCR结果表明,添加MnO₂粉末促进了典型厌氧氨氧化菌Candidate Brocadia的富集,厌氧氨氧化菌16S rRNA基因和功能基因hzsB的丰度显著提高.     

厌氧氨氧化污泥恢复过程中的颗粒特性

目前运行容易失稳已成为制约厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺应用的因素之一.在保证底物不抑制的条件下,通过对实验室前期运行失稳的连续流全混反应器(CSTR)中的厌氧氨氧化污泥进行活性恢复,研究了滞留的基质浓度对ANAMMOX污泥恢复过程中颗粒化及活性的影响.结果表明,经过126d运行,ANAMMOX污泥活性获得恢复且脱氮能力明显提升.控制高、低基质浓度水平的2个反应器均能实现污泥的颗粒化及氮素的高效去除,NRR最大分别达到16. 97 kg·(m~3·d)~(-1)和14. 43 kg·(m~3·d)~(-1).随着反应器脱氮能力的提高(污泥颗粒粒径增大),R1、R2两个反应器内污泥的胞外聚合物EPS含量(以VSS计)均增大,分别由接种时的34. 45 mg·g~(-1)增大至77. 52 mg·g~(-1)和94. 18 mg·g~(-1),PN/PS由1. 89分别增大到6. 25和6. 84.在一定范围内,PN/PS比值增大有利于ANAMMOX污泥颗粒化,但PN/PS过大会导致颗粒污泥结构失稳上浮,加剧污泥流失现象.     

缺氧MBBR耦合部分厌氧氨氧化强化城市生活污水深度脱氮

缺氧MBBR是强化传统城市污水处理系统脱氮的一种方法,本研究通过向城市污水后置反硝化SBR中投加填料构建了缺氧双污泥系统,实现了城市生活污水部分厌氧氨氧化深度脱氮.在250d的运行中脱氮性能逐渐提高并实现稳定,出水总氮在5 mg·L~(-1)左右. 211～250 d的平均硝氮、氨氮和总氮去除率分别为(97. 7±2. 9)%、(93. 3±2. 9)%和(94. 3±2. 7)%.长期运行中观测到氨氮和硝氮的同步去除.针对氨氮去除途径进行分析,系统同化、硝化作用微弱.缺氧MBBR中存在厌氧氨氧化活性且对脱氮有不可忽视的作用.实时定量PCR结果进一步说明缺氧MBBR中厌氧氨氧化菌富集,特别是缺氧填料生物膜中厌氧氨氧化菌丰度由初始的4. 37×10~7copies·g~(-1)增长到了2. 28×10~(10)copies·g~(-1).本研究表明缺氧填料生物膜在厌氧氨氧化的富集强化城市污水深度脱氮中或许具有可应用的潜能.     

不同基质条件下厌氧氨氧化SMBBR启动特性研究

通过接种某城市污水处理厂好氧池生物膜,采用NH₄⁺-N+NO₂^--N （SMBBR-1）和NH₄⁺-N+NO₃^--N+HAc （SMBBR-2）两种进水基质启动厌氧氨氧化序批式移动床生物膜反应器（Sequencing Moving Bed Biofilm Reactor,SMBBR）,研究不同基质条件下反应器的启动特性.结果表明,两反应器在运行100 d后均成功启动并稳定运行,在进水负荷分别为0.83和0.32 kg·m^-3·d^-1（以N计）的条件下,氮去除率分别达到81.82%±1.20%和66.35%±4.79%.活性测定结果显示,SMBBR-1和SMBBR-2中Anammox活性分别达到6448.32和1980.32 mg·m^-2·d^-1,表明Anammox菌被成功富集.高通量结果显示,SMBBR-1和SMBBR-2中启动成功后的Anammox菌由Ca.Brocadia和Ca.Jettenia组成,其中,Ca.Brocadia占比分别为11.02%和7.57%,Ca.Jettenia占比分别为2.07%和0.56%.除Anammox菌外,SMBBR-2中还包括Thauera（2.84%）和Flavobacterium菌（0.66%）,其为部分反硝化菌的主导菌属.本研究表明,虽然两种不同基质的启动办法各有利弊,但其均能实现厌氧氨氧化SMBBR的启动,可为主流系统内的Anammox菌快速富集培养提供技术支撑.     

硫磺/硫铁矿自养反硝化系统脱氮性能

基于硫自养反硝化作用,寻求一种经济、快速、高效地污水脱氮工艺,采用硫磺/硫铁矿组合进行自养反硝化脱氮试验,以低C/N市政污水为处理对象,分别考察温度,硫磺与硫铁矿体积比和HRT等理化因素对反应器脱氮性能的影响.结果表明,在进水TN质量浓度约40 mg·L^-1条件下,1号反应器最佳HRT为2.5 h,TN去除率平均稳定在72.2%,出水TN约10.55 mg·L^-1;2号反应器最佳HRT为3.5 h,TN平均去除率约67.8%,出水TN平均稳定至12.90 mg·L^-1;3号反应器最佳HRT为3.5 h,TN平均去除率60.6%,出水TN稳定在15.00 mg·L^-1左右.硫磺/硫铁矿自养反硝化系统比硫铁矿自养反硝化系统启动快;该系统脱氮效率随着硫磺与硫铁矿体积比减小而降低;该系统脱氮性能对温度的变化并不敏感,脱氮性能优于单独以硫铁矿为硫源的自养反硝化系统;系统中硫自养反硝化过程的主要功能菌属是Sulfurimonas和Thiobacillus,在3个反应器所占比例为1号 > 2号 > 3号.     

厌氧膜生物反应器耦联部分亚硝化/厌氧氨氧化用于污水处理研究

本研究构建了厌氧膜生物反应器（AnMBR）-部分亚硝化/厌氧氨氧化（PN/Anammox）污水处理工艺,以探究AnMBR-PN/A工艺处理效果最佳的水力停留时间（HRT）.AnMBR将厌氧生物处理与膜分离技术相结合实现有机物去除,AnMBR出水NH₄⁺-N通过PN部分转化为NO₂^--N,最终通过NO₂^--N氧化剩余NH₄⁺-N去除.实验结果表明：在HRT=11.2 h时,AnMBR-PN/A工艺化学需氧量（COD）去除率稳定在97%以上,COD转化为CH₄效率超过77.5%,总氮（TN）去除率为78%,出水COD和TN浓度分别低于14和11 mg·L^-1.AnMBR段COD去除率达到95%,平均甲烷产率为0.39 L·L^-1·d^-1.PN段实现了NO₂^--N的高效积累,其出水中NO₂^-/NH₄⁺为0.91±0.11.Anammox段出水中的NO₂^--N、NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度分别低于1.0、4.9和5.1 mg·L^-1.高通量测序结果表明PN段氨氧化菌主要为Nitrosomonas,丰度为7.09%,Anammox段主要微生物为Candidatus Brocadia,丰度高达21.01%.本研究构建的AnMBR-PN/A工艺实现了污水处理过程的高效能源回收和深度自养脱氮,研究成果为工程应用提供了理论支撑.     

基于厌氧氨氧化的城镇生活污水深度脱氮工艺研究

随着城镇生活污水排放标准的日益严格,现有城市污水处理厂普遍面临提标改造的挑战,较多污水处理厂采用三级脱氮工艺降低出水中氮素含量.本研究以磁混凝预处理后的生活污水为研究对象,采用厌氧氨氧化工艺作为三级脱氮工艺,构建含有生物膜和絮体污泥的UASB反应器,处理A/O（二级生化单元）出水,研究串联、分流进水以及回流等条件下系统的脱氮及有机物去除性能,并通过微生物群落分析揭示各阶段的菌群结构变化.结果表明,当UASB串联A/O时,系统出水氨氮、TN和COD分别为1.21、10.02和30.00 mg·L^-1.当进水分流比为15%时,提升了UASB的脱氮速率（从0.04升高至0.06 kg·m^-3·d^-1）,UASB分别贡献了系统TN、NH₄⁺-N和COD去除总量的23.4%、20%和20.7%,当系统出水回流到A区时,能进一步降低出水污染物浓度,NH₄⁺-N仅为1 mg·L^-1,TN为12.03 mg·L^-1.微生物群落结构分析结果表明,在A/O反应器内Proteobacteria为主要菌门,UASB内Planctomycetes门实现富集,生物膜中Planctomycetes丰度为1.93%~8.39%,厌氧氨氧化细菌（以Candidatus Kuenenia为代表）在生物膜和污泥絮体中丰度分别为0.77%~2.19%和0.01%~1.49%.本研究结果表明,基于厌氧氨氧化的三级脱氮工艺能够实现生活污水的深度脱氮,在不增加曝气与碳源投加成本的同时高效去除氨氮、总氮,可为城市生活污水处理厂改造升级提供技术支撑.