基于Feammox的生物膜反应器性能研究

铁还原氨氮氧化反应(Feammox)是近年来被证明在厌氧条件下由微生物驱动的氨氧化协同铁还原过程,为废水除氨提供了全新的思路.为了探究以Feammox建立生物膜反应器进行污水脱氮的可能,本研究通过接种Feammox菌落,在封闭条件下探讨了不同氨氮浓度对Feammox反应的影响,并在连续进水条件下构建基于Feammox的生物膜反应器研究其脱氮反应特征.结果表明,中(低)氨氮浓度有利于Feammox反应的发生,氨氮浓度为75mg/L时15d可达最高氨氮转化率41.49%.构建的基于Feammox的生物膜反应器连续运行90d,在进水氨氮浓度为75mg/L、水力停留时间为10d时,氨氮最高转化率达到33.78%;出水氮素和铁形态分析结果显示,氮素转化反应前期(10~60d)氨氮氧化产物为氮气,此阶段存在反硝化作用,后期(60~90d)氨氮氧化产物为硝态氮,此时反应器反硝化作用较弱;16Sr RNA测序结果显示,反应器内的Feammox反应主要由酸微菌和微小杆菌驱动.     

一体化厌氧氨氧化反应器的优化及其稳定性研究

采用一体化厌氧氨氧化SBR反应器(120L)处理高氨氮废水,研究系统总氮去除负荷提高和稳定性的影响因素.长期试验结果表明:该一体化厌氧氨氧化SBR反应器的最大总氮去除负荷为1.1kg/(m³·d),影响反应器运行稳定性的主要因素有:游离氨浓度、溶解氧浓度、絮体污泥和颗粒污泥相对比例等.在一体化厌氧氨氧化反应器中保持AOB和Anammox活性的相互匹配是维持系统稳定运行的关键因素.大量淘洗絮体污泥会造成氨氧化活性降低和溶解氧升高,从而引起总氮去除负荷下降.限制反应器负荷增加的主要因素有:(1)污泥随出水流失,体系污泥浓度保持恒定;(2)受溶解氧影响AOB和Anammox活性不能同时提高;(3)传质效率难以进一步提高.试验中发现总氮去除负荷和曝气量之间具有很好的相关性,反应器负荷波动时通过调整曝气量来调控反应状态,有利于一体化工艺的稳定运行.     

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.     

厌氧铁氨氧化处理模拟垃圾渗滤液的影响因素研究

厌氧条件下,微生物将NH~+_4-N氧化和Fe~(3+)还原的反应称为厌氧铁氨氧化(Feammox).试验以处理垃圾渗滤液的厌氧氨氧化污泥(ANAMMOX)为接种污泥驯化Feammox污泥,研究了不同NH~+_4-N及Fe~(3+)浓度对Feammox系统的影响,并采用扫描电镜(SEM)分析了Feammox系统不同运行阶段的污泥形态特征.结果表明:在厌氧序批式反应器中,在常温条件下控制进水NH~+_4-N浓度为50 mg·L~(-1)、pH在7.4～7.6之间,经过88 d厌氧富集培养后NH~+_4-N最大转化率达到52.73%,最大转化量为28.37 mg·L~(-1),出水Fe~(2+)浓度随着运行时间的增加逐渐增加,最高浓度为2.87 mg·L~(-1).高浓度NH~+_4-N(400 mg·L~(-1))和Fe~(3+)(500 mg·L~(-1))条件下,氨氮转化量分别达到了40.69 mg·L~(-1)和29.23 mg·L~(-1),说明高进水基质条件下仍然有Feammox反应发生.低浓度NH~+_4-N(100 mg·L~(-1))和Fe~(3+)(50 mg·L~(-1))条件下,NH~+_4-N转化量与Fe~(2+)生成量的线性关系较强,R~2分别为0.86544和0.86034.通过SEM分析可得,Feammox污泥表面附着有不规则矿物,这些矿物沉积在微生物细胞表面阻碍传质,从而降低微生物代谢效率.     

厌氧氨氧化在生物转盘系统中的实现

厌氧生物转盘系统中接种来自ASBR的厌氧污泥,在温度40～41℃、pH值为8.25～8.50和HRT为1.3d条件下连续运行142d,先后经历了以出水氨氮浓度略高于进水氨氮浓度为特征的污泥适应阶段、以氨氮小幅度去除为特征的厌氧氨氧化菌活性表现阶段及以氨氨和亚硝酸盐氮成比例并大幅度去除为特征的厌氧氨氧化菌活性提高阶段后,成功培养了厌氧氨氧化菌种,启动了反应.在进水氨氮和亚硝酸盐氮负荷均为0.051 kg·m-3·d-1情况下,对二者的去除率分别达到了98.15%和99.56%.污泥的颜色也发生了由黑色→黄白色→棕红色→棕褐色等一系列的变化,通过显微镜镜检发现污泥中细菌主要是革兰氏阴性菌,有短杆状和球状,扫描电镜镜检发现颗粒污泥表面有球状菌的聚集体.     

基于能源回收的城市污水厌氧氨氧化生物脱氮新工艺

采用"甲烷化+半亚硝化+厌氧氨氧化自养脱氮"新工艺,实现了生活污水能源质回收及氮素低碳化去除.结果表明,联合工艺出水NH4+-N≈0,NO2--N≤0.5 mg.L-1,NO3--N平均为3.6 mg.L-1,溶解性COD<10 mg.L-1,去除率高达98%.其中采用升流式厌氧污泥固定床(UAFB)实现甲烷化,能去除80%以上的进水溶解性COD,甲烷平均日产气量为3.3 L,产气量与COD去除量之间的关系为0.3 L.g-1,39.2%的进水溶解性COD转化为CODCH4,只有6.52%转化为CODVFAs.采用序批式反应器(SBR)实现半亚硝化,亚硝化累积率达到97%,出水基本达到厌氧氨氧化进水基质配比(NH4+-N∶NO2--N=1∶1.13),半亚硝化的主要作用是转化NH4+-N,转化率为36.59%.厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器氨氮去除量、亚硝态氮去除量和硝态氮生成量之比为1∶1.18∶1.25,总氮容积去除负荷为0.62 kg.(m3.d)-1,对氮素去除的贡献率为56.91%,为氮素脱除的主导工艺环节.新工艺通过厌氧产甲烷实现能源质回收,并通过亚硝化-厌氧氨氧化实现自养脱氮,为现有城市污水处理厂工艺改造提供了一种新的思路和技术.     

处理采矿废水湿地沉积物中厌氧氨氧化过程

氮元素在人工湿地生物地球化学循环中起到了重要作用,因此本文以处理采矿废水人工湿地为研究对象,分析了富硫、富铁沉积物中氨氮的厌氧转化过程及其主要途径.本实验以湿地沉积物为样品,通过添加氨氮和利用乙炔抑制剂的技术手段,探究了水铁矿对减少湿地氮流失的效果.结果发现了湿地中存在厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)以及厌氧氨氧化作用与铁还原耦合的作用过程(anaerobic ammonium oxidation coupled to iron reduction,Feammox).Feammox可以利用Fe(Ⅲ)氧化氨氮产生氮气,中间产物包括硝酸盐、亚硝酸盐、及温室气体N2O等.水铁矿的加入对Feammox过程有促进作用,使得Feammox过程主导的氨氮流失速率从1.69 mg·(kg·d)~(-1)增强到2.72 mg·(kg·d)~(-1),进而使得Feammox过程对氨氮流失的贡献率从28%增加到42%.但同时,水铁矿的加入使得ANAMMOX作用显著地降低,从而使得湿地系统总体氮流失可以减少约25%.研究结果表明水铁矿矿化形成针铁矿而抑制ANAMMOX过程、以及促进Feammox争夺硫酸盐型厌氧氨氧化过程(sulfate-reducing anaerobic ammonium oxidation,S-ANAMMOX)电子供体而抑制SANAMMOX过程,达到了减少湿地系统总氮流失的目的.另外,对于进一步认识湿地中铁的氧化还原循环过程同氮循环之间的交互作用具有一定的意义.     

SNAD反应器中颗粒污泥和絮体污泥脱氮特性

通过血清瓶批试研究了温度为30℃时, SNAD(simultaneous partial nitrification, anaerobic ammonium oxidization and denitrification)反应器内的颗粒污泥R1(1~2.5mm)和絮体污泥R2(0~0.25mm)的脱氮特性. 结果表明,颗粒污泥的好氧氨氮和好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.166,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.158,0.105,0.094kgN/(kg VSS×d).絮体污泥的好氧氨氮氧化活性和好氧亚硝态氮氧化活性分别为 0.180,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.026,0.096,0.108kgN/(kg VSS×d).颗粒污泥和絮体污泥都具有良好的亚硝化性能和反硝化性能.颗粒污泥的厌氧氨氧化性能良好,絮体污泥的厌氧氨氧化性能较差.扫描电镜显示,在SNAD颗粒污泥的表面主要是一些短杆菌和球状菌.在SNAD颗粒污泥中心区域主要为火山口状细菌.在絮体污泥中,同时存在短杆菌,球状菌和火山口状细菌.     

不同SRT条件下厌氧污泥中氮元素的变化规律研究

氮素是衡量污泥性能的重要指标之一,在污泥厌氧消化过程中,污泥中所含的四种氮素形态之间可相互转化,研究其过程中的氮素变化规律对于优化厌氧消化工艺具有重要的指导意义。通过对5 d和10 d两种不同污泥停留时间(SRT)的污泥厌氧消化系统的研究,分析氮元素的变化规律。研究结果表明,SRT为5 d天和10 d的两个系统中,均无亚硝态氮的累积,实验前期,10 d的系统中硝态氮的产生速率比5 d的快,但系统运行10 d后10 d系统的硝态氮的含量低于5 d系统。在两反应系统中,氨氮的变化规律十分接近,10 d的系统中氨氮含量一直高于5 d的系统。总氮含量的变化与氨氮含量变化一致,四种形态氮素中,对总氮贡献最大的是氨氮。实验过程中,两系统中均并无明显产气现象,在SRT小于等于10 d的厌氧反应器中,虽然有发生反硝化反应,但通过该反应去除的氮素极少。     

包埋厌氧氨氧化菌的环境因子影响特性及群落结构分析

针对厌氧氨氧化菌悬浮培养启动慢、易流失、活性易受环境因子抑制等问题,利用聚乙烯醇-聚丙烯(PVA-PP)制备厌氧氨氧化菌包埋填料,在实现厌氧氨氧化菌活性提高及反应体系稳定运行的基础上,采用批次实验明确了COD干扰、pH值变化及摇床转速对包埋填料脱氮特性的影响.并通过高通量测序技术分析了填料内菌群结构和多样性的变化.结果表明,厌氧氨氧化菌活性可在第30 d恢复至100%,阶段培养99 d,总氮容积负荷(NLR)为0. 69 kg·(m~3·d)~(-1)时,总氮去除率为87. 7%,140 d长期运行,总氮去除速率(NRR)可达1. 83 kg·(m~3·d)~(-1),是包埋前悬浮污泥的9. 4倍.种群多样性在包埋载体内得到保持,厌氧氨氧化功能菌Candidatus Kuenenia(AF375995. 1)有效富集,占比由11. 06%上升至32. 55%. PVA-PP包埋载体可实现厌氧氨氧化-反硝化耦合脱氮,有机碳源干扰及pH值的变化对厌氧氨氧化菌影响抑制明显减弱,并且摇床转速的适当提高会促进包埋体系厌氧氨氧化反应的进行.