厌氧氨氧化反应快速启动方法的研究进展

当今水体污染中氮素污染问题日益突出。厌氧氨氧化作为一种新型的生物脱氮技术,和传统脱氮工艺相比,在处理高氨氮废水方面有着较高的应用价值。对近年来在厌氧氨氧化反应启动方面所做的研究进行总结,探讨了不同污泥源、反应器对厌氧氨氧化启动的影响,并分析了影响厌氧氨氧化反应器启动的可控因素,以期为快速启动厌氧氨氧化反应提供帮助。     

HCO3-浓度对厌氧氨氧化反应器脱氮效能的影响

采用序批式生物膜反应器,通过氮去除速率的测定,研究了HCO3-浓度对厌氧氨氧化反应器脱氮效能的影响.结果表明,当HCO3-与NH4+-N进水浓度比值为0.21时,反应器出水pH值大幅升高,抑制了厌氧氨氧化菌活性,使得氮去除速率大幅下降.当其比值为1.13时,反应器内pH能够降低到厌氧氨氧化菌生长所需要的环境,同时,反应器的氮去除速率开始逐步升高.当过量的HCO3-进入反应器后对厌氧氨氧化反应无影响,说明HCO3-对厌氧氨氧化反应器脱氮效能具有重要的影响,对维持反应器pH值与脱氮效能十分重要.在厌氧氨氧化反应器启动过程中HCO3-与NH4+-N进水浓度最佳比值为1.13.     

Anammox脱氮工艺启动研究进展

厌氧氨氧化相比于传统脱氮工艺具有脱氮负荷高,温室气体排放量少,成本低等优点,具有广阔的发展前景。然而,厌氧氨氧化菌的倍增速度极为缓慢,对环境的要求十分苛刻,厌氧氨氧化工艺的大规模应用受到很大限制。相关研究表明,控制合理的环境因素、选择合适的接种污泥和反应器,对厌氧氨氧化的快速启动具有举足轻重的作用。文章针对厌氧氨氧化反应器启动缓慢的问题,对前人的研究成果进行总结,探讨了基质浓度源、有机碳源、上升流速等多种控制因素对厌氧氨氧化工艺启动的影响,并介绍了厌氧氨氧化快速启动的接种污泥和常用反应器,以期为厌氧氨氧化脱氮工艺的快速启动提供理论参考。     

碳源对厌氧氨氧化脱氮性能影响的试验研究

分别研究了无机碳源和有机碳源对厌氧氨氧化反应脱氮性能的影响。接种稳定运行的复合式UASB厌氧氨氧化反应器污泥至ASBR反应器进行批式试验,考察不同碳酸氢钠浓度及COD浓度条件下的氮素转化情况,研究碳源对厌氧氨氧化脱氮效果的影响。厌氧氨氧化反应适宜的进水碳酸氢钠浓度为1.5～2.0 mg/L,超过30 mg/L时有机碳源的存在对厌氧氨氧化反应产生抑制作用,COD浓度超过60 mg/L时反应器表现出反硝化特性。无机碳源对厌氧氨氧化反应的影响表现在提供充足碳源和调节反应器pH的综合作用,较高浓度的COD对厌氧氨氧化反应具有抑制作用。     

低基质浓度下pH和DO对厌氧氨氧化反应效能的影响

在实验室稳定运行的ASBR反应器基础上,以人工模拟废水为原水,分别研究了p H值、DO对厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响,旨在找出厌氧氨氧化反应最佳的p H值范围,并考察过高的进水DO对厌氧氨氧化污泥脱氮效能的影响及厌氧氨氧化污泥对高浓度DO的抵抗性。结果表明:厌氧氨氧化反应器的最适进水p H为7.5~8.0,此范围内反应器脱氮性能良好且稳定,NH+4-N去除率达到90.2%,NO-2-N去除率达到91.1%。而厌氧氨氧化菌对DO十分敏感,水体中含氧量过高会产生明显的抑制作用,但控制进水溶解氧浓度后,厌氧氨氧化反应器脱氮性能可迅速恢复。一定时间内高浓度DO对厌氧氨氧化污泥的活性抑制是可以恢复的。     

厌氧氨氧化影响因素分析

厌氧氨氧化是废水生物脱氮研究的新领域,厌氧氨氧化菌生长缓慢,环境条件要求高,探讨适合厌氧氨氧化菌生长的有利条件,促进厌氧氨氧化反应器快速启动和稳定运行是目前研究的重要内容.综述温度、pH值、有机物、反应器构型对厌氧氨氧化活性的影响,并对厌氧氨氧化的发展提出了建议.     

温度对厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳的影响

采用ASBR反应器,研究了温度对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的短期影响.试验结果表明:耦合反应的活化能要小于单纯厌氧氨氧化反应的活化能,厌氧氨氧化与反硝化耦合反应可在一定程度上缓解低温对单纯厌氧氨氧化反应造成的消极影响,温度降低对厌氧氨氧化反应的影响大于对反硝化反应的影响.温度与耦合反应最大比反应速率的关系符合Arrhenius方程,在25~35℃时,耦合反应活化能为49.56kJ/mol,小于厌氧氨氧化反应的活化能66.18kJ/mol,且厌氧氨氧化反应为主导反应,对脱氮的贡献率约为61.29%.9~25℃时耦合反应的活化能为74.91kJ/mol,小于此温度梯度下厌氧氨氧化的活化能106.40kJ/mol,反硝化反应对脱氮的贡献率随温度的降低逐渐升高,9℃时,反硝化反应成为主导反应,对脱氮的贡献率约为75.10%.温度低于25℃时,反应器的容积氮去除速率(NRR)会受温度的影响.     

CRI系统厌氧氨氧化协同反硝化脱氮的启动及性能

为进一步提高脱氮效率,该文采用人工快渗(CRJ)系统作为厌氧氨氧化反应器,考察了有机物添加对氮素污染物转化及菌群结构的影响,探讨了厌氧氨氧化协同反硝化脱氮的可行性.结果 表明,通过逐步提高进水COD浓度至20 mg/L,可在49d内实现CRI系统厌氧氨氧化协同反硝化的快速启动,稳定运行期间TN平均去除率达到98.1％,相比未添加有机物时启动周期缩短了11d,TN平均去除率提高了7.3％.当进水COD浓度提高至25 mg/L时,厌氧氨氧化对脱氮的贡献率降低了27.2％,主要厌氧氨氧化功能菌属Candidatus Kuenenia的相对丰度降至12.42％,而反硝化功能菌属Flavobacterium的相对丰度升至11.16％,反硝化菌与厌氧氨氧化菌竞争反应基质而导致厌氧氨氧化活性被削弱,TN平均去除率下降了13.5％.因此,将进水有机物浓度控制在适宜范围时可有效改善厌氧氨氧化的脱氮性能.     

气升装置对厌氧氨氧化污泥形态及性能的影响

通过接种粒径小于0.9 mm的厌氧氨氧化污泥,启动具有气升装置的上流式厌氧反应器.利用厌氧氨氧化过程产生的氮气作为动力,研究了气升回流系统在厌氧反应器中对厌氧氨氧化污泥形态和性能的影响.结果表明,在反应器启动初期,反应器脱氮速率较低,产气量很小,导致厌氧氨氧化污泥易于凝聚.当脱氮速率达到3.4 kg·(m3·d)-1时,气升产生的回流量明显,反应器自回流系统形成.经过183 d运行,污泥颗粒中MLVSS含量随着污泥粒径增加而不断增长,粒径分布主要集中在1.6~2.5 mm,占污泥总体积的53.2%.与外置回流泵相比,气升装置具有同样功能,产生的回流有利于厌氧氨氧化反应器内污泥的颗粒化,同时减少回流泵所需要的动力消耗和设备费用.     

温度对厌氧氨氧化反应器脱氮效能稳定性的影响

采用厌氧氨氧化反应器,通过氮去除速率的测定,研究了不同温度变化方式对反应器脱氮效能稳定性的影响.结果表明,温度在26～37℃之间变化时,氮去除速率在1.51～1.84 kg.(m3.d)-1之间波动.其中逐渐降温的氮去除速率变化幅度4.35%,比阶梯降温(氮去除速率变化幅度9.03%)更有利于厌氧氨氧化反应器脱氮效能的稳定.当温度低于20℃时,反应器氮去除会快速下降.特别当温度低于15℃时,反应器氮去除速率下降至0.55 kg.(m3.d)-1,同时出现大量的NO2--N积累,从而抑制厌氧氨氧化反应.对其进行线性拟合发现,低于20℃时温度与氮去除速率具有明显的线性关系.根据温度变化对反应器氮去除速率稳定性的影响,提出了厌氧氨氧化反应器快速启动及实现低温高效运行的控温策略.     

一体化厌氧氨氧化反应器工艺运行优化研究

文章以上流式厌氧氨氧化反应器为基础,通过接种亚硝化污泥并提高溶解氧(DO)来启动一体化厌氧氨氧化反应器。考察了一体化反应器启动稳定过程中脱氮效能的变化,同时通过高通量测序技术对反应器内微生物群落演替进行了研究。结果表明:一体化反应器在总氮负荷0.75 kg/(m~3·d),DO含量2 mg/L的条件下,氨氮去除率和总氮去除率稳定在85%和80%以上。反应器中参与亚硝化反应的是亚硝化单细胞菌属,厌氧氨氧化反应是Candidatus kuenenia和Candidatus brocadia 2个属参与,反应器内还检测到少量Denitratisoma属的反硝化细菌。除此之外还有许多其他种类的细菌存在。     

一段式短程硝化-厌氧氨氧化生物脱氮技术与工艺

分别从一段式短程硝化-厌氧氨氧化技术的原理、影响因素、工艺反应器形式及应用等几个方面进行阐述,归纳了温度、p H、基质浓度、DO等对该工艺的影响;总结了一段式短程硝化-厌氧氨氧化反应器的启动特征;比较了颗粒污泥和生物膜两类生物载体系统的脱氮效能;最后分析了一段式短程硝化-厌氧氨氧化技术存在的问题及发展趋势。     

一段式短程硝化-厌氧氨氧化生物脱氮技术与工艺

分别从一段式短程硝化-厌氧氨氧化技术的原理、影响因素、工艺反应器形式及应用等几个方面进行阐述,归纳了温度、p H、基质浓度、DO等对该工艺的影响;总结了一段式短程硝化-厌氧氨氧化反应器的启动特征;比较了颗粒污泥和生物膜两类生物载体系统的脱氮效能;最后分析了一段式短程硝化-厌氧氨氧化技术存在的问题及发展趋势。     

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.     

有机碳源作用下厌氧氨氧化系统的脱氮效能

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,研究不同有机碳源及浓度变化对厌氧氨氧化菌活性与反应器脱氮性能的影响.实验结果表明,当葡萄糖浓度为200 mg·L~(-1)时,厌氧氨氧化活性下降84.2%;当乙酸钠浓度低于120 mg·L~(-1)时不但不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,还在一定程度上促进了厌氧氨氧化反应的进行;蔗糖对厌氧氨氧化的促进作用与乙酸钠类似,当浓度为80mg·L~(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率提高了25.0%;柠檬酸三钠对厌氧氨氧化反应几乎没有影响,当有机物浓度为80 mg·L~(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率达到最大.有机碳源对厌氧氨氧化的促进作用由大到小为:蔗糖乙酸钠柠檬酸三钠葡萄糖.有机碳源作用下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的硝态氮,提高了系统总氮的去除率.     

4种反应器中厌氧氨氧化菌完整梯烷脂的特异性

完整梯烷脂是存在于厌氧氨氧化菌的厌氧氨氧化体膜上的一类特殊磷脂.分别从厌氧EGSB反应器、好氧SBR反应器、自养脱氮SBBR反应器、以及厌氧氨氧化EGSB反应器中提取了污泥样品中的磷脂混合物,利用高效液相色谱-电喷雾串联三重四级杆质谱法检测了污泥磷脂提取物中完整梯烷脂的种类,分析了完整梯烷脂的特异性,同时利用高通量测序技术测定了自养脱氮SBBR反应器和厌氧氨氧化EGSB反应器污泥中微生物的群落结构.完整梯烷脂的分析结果表明厌氧EGSB反应器和好氧SBR反应器的污泥磷脂提取物中未检测到完整梯烷脂,而自养脱氮SBBR反应器和厌氧氨氧化EGSB反应器的污泥磷脂提取物中检测到了完整梯烷脂.自养脱氮SBBR反应器的污泥磷脂提取物中检测到了5种完整梯烷脂,厌氧氨氧化EGSB反应器的污泥磷脂提取物中检测到了7种完整梯烷脂.高通量测序结果证实自养脱氮SBBR反应器含有Candidatus Brocadia属与Candidatus Jettenia属An AOB,厌氧氨氧化EGSB反应器含有Candidatus Kuenenia属与Candidatus Jettenia属An AOB.结果说明完整梯烷脂为厌氧氨氧化菌所特有的磷脂物质.     

EGSB反应器中厌氧颗粒污泥的脱氮特性研究

以厌氧污泥为接种物,启动膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器,经过3个月的连续运行,反应器中出现了颗粒污泥,表现出持续去除氨氮的能力,并出现了厌氧氨氧化现象.为了验证EGSB反应器中厌氧氨氧化反应的存在,并探讨厌氧颗粒污泥的生物脱氮特性,从EGSB反应器中取出颗粒污泥,并与亚硝化反应器中的活性污泥进行了对比研究.结果表明,好氧污泥反应器对TN、氨氮和亚硝酸盐氮的去除率分别为45 5%、13 4%和99 9%;厌氧颗粒污泥反应器对TN、氨氮和亚硝酸盐氮的去除率分别为54 3%、21 7%和99 9%.厌氧颗粒污泥反应器中NH+4 N的去除速率比较稳定,约为3 17mg·L-1·h-1(以N计).上述结果充分表明,EGSB反应器中发生了厌氧氨氧化反应.     

低碳氮比猪场废水短程硝化反硝化-厌氧氨氧化脱氮

针对低碳氮比猪场废水传统脱氮法碳源不足的问题,采用SBBR反应器进行短程硝化反硝化-厌氧氨氧化联合脱氮.实验表明,短程硝化反硝化预处理可为厌氧氨氧化创造良好的进水条件;经预处理的猪场废水厌氧氨氧化脱氮效果显著,氨氮、亚硝态氮和总氮的平均去除率分别为91.8%、 99.3%、 84.1%,废水中残留有机物未对厌氧氨氧化效果产生明显影响,氨氮、亚硝态氮、硝态氮平均变化量之比为 1∶1.21∶0.24.色质联用分析结果显示,猪场废水中有机物成分在厌氧氨氧化反应前后未发生明显变化,主要化合物为酯类和烷烃类物质;特殊功能菌种检测结果表明,实验条件下的微生物系统是一个厌氧氨氧化菌与硝化菌、亚硝化菌和反硝化菌共存的系统,厌氧氨氧化菌是该系统主要脱氮功能菌.     

利用序批式生物膜反应器启动厌氧氨氧化研究

研究了在缺氧条件下利用序批式生物膜反应器(SBBR)快速启动厌氧氨氧化过程,并考察了该过程中反应器的脱氮效率、厌氧氨氧化现象、生物膜性质及微生物群落的变化.从第60d开始出现ANAMMOX现象,经过100多天的启动,最高总氮负荷达0.67kg-N/m3×d,总氮去除率达到87.3%.生物膜厚度和污泥颜色、形态发生明显变化,厌氧氨氧化菌的相对含量达到40%以上,成为反应器的优势菌种.本研究表明SBBR是一种高效启动厌氧氨氧化的生物反应器.     

氮氧化物气体的产生及其对厌氧氨氧化的影响研究

硝化、反硝化生物脱氮反应,因产生N2O温室气体,开始引发一些环保工作者的关注。新开发的厌氧氨氧化工艺在生物脱氮方面具有无可比拟的优越性。在其脱氮的3种反应途径中,也可能产生NO、NO2和N2O微量气体。文章对目前厌氧氨氧化反应中,这3种微量气体的产生情况进行了综述,并总结了这3种气体对厌氧氨氧化反应的影响。提出考察厌氧氨氧化过程中温室气体的排放情况和如何减少或控制温室气体的排放将成为厌氧氨氧化工艺应用中重要的研究方向之一。