厌氧氨氧化-羟基磷灰石颗粒污泥系统的快速启动

为研究厌氧氨氧化-羟基磷灰石（Anammox-HAP）颗粒污泥系统的启动方法,采用厌氧氨氧化膨胀床反应器（AAFEB）,接种少量厌氧氨氧化污泥,通过调控基质浓度和水力停留时间,考察系统内污泥粒径及胞外聚合物（EPS）的变化,同时监测系统的脱氮除磷性能.结果表明,在低上升流速0.213~1.066m/h、Ca/P=5.5物质的量比的条件下,不断提高进水氮负荷,实现了Anammox颗粒污泥系统的启动.总氮、正磷酸盐去除率分别为（78.0±9.8）%、（63.8±9.9）%,总氮容积负荷达2.74kg/（m³·d）,在150d内培养出平均粒径为0.4mm的微颗粒污泥.颗粒的形态特征和元素分布检测表明其为Anammox-HAP颗粒污泥.随着颗粒污泥粒径的增加,EPS中的PS含量基本不变,PN从54.43mg/g增加到137.40mg/g,PN/PS从6.63提高到7.71.EPS中PN占比与粒径之间存在正相关,对污泥颗粒的形成起主要作用.     

Start-up of anaerobic ammonia oxidation bioreactor with nitrifying activated sludge

The anaerobic ammonia oxidation(Anammox) bioreactor was successfully started up with the nitrifying activated sludge. After anaerobically operated for 105 d, the bioreactor reached a good performance with removal percentage of both ammonia and nitrite higher than 95% and volumetric total nitrogen removal as high as 149.55 mmol/( L. d). The soft padding made an important contribution to the high efficiency and stability because it held a large amount of biomass in the bioreactor.     

厌氧氨氧化-羟基磷灰石颗粒污泥系统的快速启动

为研究厌氧氨氧化-羟基磷灰石（Anammox-HAP）颗粒污泥系统的启动方法,采用厌氧氨氧化膨胀床反应器（AAFEB）,接种少量厌氧氨氧化污泥,通过调控基质浓度和水力停留时间,考察系统内污泥粒径及胞外聚合物（EPS）的变化,同时监测系统的脱氮除磷性能.结果表明,在低上升流速0.213~1.066m/h、Ca/P=5.5物质的量比的条件下,不断提高进水氮负荷,实现了Anammox颗粒污泥系统的启动.总氮、正磷酸盐去除率分别为（78.0±9.8）%、（63.8±9.9）%,总氮容积负荷达2.74kg/（m³·d）,在150d内培养出平均粒径为0.4mm的微颗粒污泥.颗粒的形态特征和元素分布检测表明其为Anammox-HAP颗粒污泥.随着颗粒污泥粒径的增加,EPS中的PS含量基本不变,PN从54.43mg/g增加到137.40mg/g,PN/PS从6.63提高到7.71.EPS中PN占比与粒径之间存在正相关,对污泥颗粒的形成起主要作用.     

Nitrogen removal from sludge dewatering effluent through anaerobic ammonia oxidation process

Anaerobic ammonia oxidation（Anammox） process is a novel and promising wastewater nitrogen removal process. The feasibility of transition of Anammox from denitrification and the performance of lab-scale Anammox biofilm reactor were investigated with sludge dewatering effluent. The results showed that Anammox process could be successfully started up after cultivation of denitrification biofilm and using it as inoculum. The transition of Anammox from denitrification was accomplished within 85 d. Anammox process was found suitable to remove ammonia from sludge dewatering effluent. The effluent ammonia concentration was detected to be 23.11 mgN/L at HRT of 28 h when influent ammonia concentration was fed 245 mgN/L, which was less than that for the national discharge standard Ⅱ （25 rngN/L） of China. Volumetric total nitrogen loading rate was up to 584.99 mg TN/（L. d） at HRT of 17 h, while influent concentrations were kept 243.25 mg NH4＊ -N/L and 288.31 mg NO2^- -N/L.     

处理实际生活污水短程硝化好氧颗粒污泥的快速培养

以普通序批反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)和气提式序批反应器(Sequencing Batch Airlift Reactor,SBAR)处理低COD/TN的实际生活污水,考察了不同沉淀时间以及反应器类型对快速培养短程硝化好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)的影响.试验结果表明,沉淀时间为15min时,SBR和SBAR系统中均为全程硝化,当将沉淀时间分别改为5min、8min后的第17d和第16d时,两个反应器中均形成AGS,并且AGS与絮状污泥共存;此时两系统均由全程硝化转化为短程硝化,出水NO2-/(NO2- NO3-)平均值分别长期维持在98.7%和85.6%左右.本试验中以沉淀时间作为选择压,快速启动了具有短程硝化功能的序批式AGS反应器.由于AGS固有结构对氧传质的限制,使亚硝酸氮氧化受阻即抑制了亚硝酸氮氧化细菌的活性,从而产生了亚硝酸氮积累现象.DO是造成本研究中出现短程硝化的主要原因,而pH值、游离氨、温度、污泥龄等因素都不是导致短程硝化的关键因素.污泥颗粒化后,两个系统中NH4 -N降解速率分别提高了2.6倍和2.4倍.     

长期储存亚硝化颗粒污泥的活化及菌群结构变化

采用无机人工配水,通过逐级提高进水氨氮负荷(0.32~0.64kg/(m³·d))和设定合适的初始游离氨浓度(3.7~7.2mg/L),在SBR反应器中对常温(24~29℃)下储存1a的亚硝化颗粒污泥(NGS)进行了活化,并使用Miseq高通量测序技术分析了污泥中微生物多样性的变化情况.结果表明,NGS的亚硝化性能可在短时间内恢复.运行8d后,反应器的氨氮去除率达到95%以上,亚硝态氮累积率超过了80%,但污泥粒径持续减小,胞外聚合物(EPS)含量明显降低.活化至第20d,NGS的氨氮比去除速率和亚硝态氮比累积速率分别达到24.6mg/(gVSS·h)、23.8mg/(gVSS·h),平均粒径稳定在0.5mm左右.在活化期间,绝大部分厌氧、异养菌属被洗脱,污泥的微生物多样性显著降低.Nitrosomonas等氨氧化菌的相对丰度由活化前的1%上升至约58%,同时,Nitrospira等硝化菌的生长受到了选择性抑制.这意味着即使经历长期的常温储存,NGS仍可作为SBR的接种污泥,实现反应器的快速启动.     

选择性排泥改善颗粒污泥亚硝化性能的研究

通过好氧颗粒污泥反应器160d的运行,考察了选择性分离颗粒污泥对改善短程硝化工艺长期稳定运行的有效性.反应器整个运行过程分3个阶段,在第一阶段污泥停留时间(SRT)仅通过出水中携带的污泥自行调控,SRT极高,造成颗粒污泥的解体以及短程硝化性能的恶化.阶段2和阶段3中通过排出颗粒污泥床顶部污泥,控制SRT分别为(45±5),(30±5)d,氨氧化细菌(AOB)活性有明显提升.NO2--N比累积速率由阶段1运行时的7.44mg/(g·h)上升至阶段2时的8.08mg/(g·h)和阶段3时的9.14mg/(g·h);相反,NO3--N比产生速率从3.01mg/(g·h)下降至SRT为(30±5)d时的1.54mg/(g·h);阶段3出水中亚硝化率达80%以上.以上结果表明,通过选择性分离颗粒污泥控制SRT是实现短程硝化颗粒污泥工艺长期稳定运行的一种有效调控策略.另外,分析认为反应器高径比越大以及引入与NOB竞争亚硝酸盐基质的微生物均有利于该策略的实施.     

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%.     

选择性排泥改善颗粒污泥亚硝化性能的研究

通过好氧颗粒污泥反应器160d的运行,考察了选择性分离颗粒污泥对改善短程硝化工艺长期稳定运行的有效性.反应器整个运行过程分3个阶段,在第一阶段污泥停留时间(SRT)仅通过出水中携带的污泥自行调控,SRT极高,造成颗粒污泥的解体以及短程硝化性能的恶化.阶段2和阶段3中通过排出颗粒污泥床顶部污泥,控制SRT分别为(45±5),(30±5)d,氨氧化细菌(AOB)活性有明显提升.NO2--N比累积速率由阶段1运行时的7.44mg/(g·h)上升至阶段2时的8.08mg/(g·h)和阶段3时的9.14mg/(g·h);相反,NO3--N比产生速率从3.01mg/(g·h)下降至SRT为(30±5)d时的1.54mg/(g·h);阶段3出水中亚硝化率达80%以上.以上结果表明,通过选择性分离颗粒污泥控制SRT是实现短程硝化颗粒污泥工艺长期稳定运行的一种有效调控策略.另外,分析认为反应器高径比越大以及引入与NOB竞争亚硝酸盐基质的微生物均有利于该策略的实施.     

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.     

厌氧氨氧化微生物颗粒化及其脱氮性能的研究

利用厌氧颗粒污泥作为种泥,启动SBR反应器,旨在培养厌氧氨氧化颗粒污泥以及研究其脱氮性能.结果表明,水力停留时间(HRT)是富集厌氧氨氧化微生物的1个重要控制因素,以HRT为30 d,第58 d时,SBR反应器就出现厌氧氨氧化现象,与此同时,颗粒污泥由灰黑色变为棕褐色,粒径减小.到第90 d时,成功培养出厌氧氨氧化颗粒污泥,NH⁺₄-N和NO^-₂-N同时被去除,最大去除速率分别达到14.6 g/(m³·d)和6.67 g/(m³·d).从第110　d开始,逐步降低HRT,以提高基质负荷促进厌氧氨氧化菌生长.到目前t＝156　d,HRT降到5　d,氨氮和亚硝酸氮的去除率分别达到60.6%和62.5%,亚硝酸氮/氨氮的比率为1.12.污泥也由棕褐色变为红棕色,形成红棕色的具有高厌氧氨氧化活性颗粒污泥,总氮负荷达到34.3 g/(m³·d).     

河底沉积物培养耐酸产甲烷颗粒污泥的试验研究

利用河底沉积物作为接种污泥,在一个3.1L的EGSB反应器中进行培养耐酸产甲烷颗粒污泥的试验研究.结果表明,EGSB反应器在pH6.0,出水碱度低于400mg CaCO3/L,容积负荷5.3kg COD/(m³d)的条件下培养出具有良好沉降性能和产甲烷活性的耐酸颗粒污泥.形成耐酸颗粒污泥后,EGSB反应器在pH5.8～6.0,进水COD 3000mg/L,容积负荷5.2kg COD/(m³d)的条件下稳定运行29d, COD去除率平均为89.2%,出水总碱度仅为264.4mg CaCO₃/L,沼气中甲烷的含量约为56.9%.扫描电镜观察发现颗粒污泥内部存在成簇生长的索氏甲烷丝菌     

生物膜强化推流式颗粒污泥自养脱氮反应器启动

提出了一种推流式一体化短程硝化厌氧氨氧化颗粒污泥反应器的强化启动策略.第1步，在推流式反应器内接种活性污泥并投加固定生物膜填料，通过逐渐提高进水氨氮浓度和曝气量并控制溶解氧在0.2mg/L以下，自养脱氮反应器成功启动并稳定运行，总无机氮去除负荷达1.7kgN/（m³·d）.运行期间生物膜逐渐生长、成熟并出现脱落，同时悬浮污泥出现红色颗粒.第2步，填料填充比从20%降低至0，系统的总无机氮去除负荷短暂下降至0.85kgN/（m³·d），平均污泥粒径从270μm降低至163μm.但系统脱氮负荷随着曝气量的增加可迅速恢复，且平均污泥粒径逐渐增加至195μm.结果表明，推流式反应器中悬浮絮体污泥与颗粒污泥可稳定存在，且悬浮污泥系统的脱氮负荷可达1.5kgN/（m³·d），与固定生物膜-活性污泥系统相当.本研究为推流式厌氧氨氧化颗粒污泥工艺的启动提供了可行的方案.     

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.     

EGSB反应器中耦合厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的研究

将好氧活性污泥接种于膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中,经过120 d的启动运行,形成颗粒污泥.在启动好的EGSB反应器进水中添加亚硝酸盐和氨盐,反应器内温度控制在32～35 ℃,pH为7.5～8.3,氧化还原电位为-150～-40 mV;水力停留时间4.2 h,上升流速4.86 m/h,经过270 d运行,逐步富集和耦合产甲烷菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在进水ρ(COD_Cr)为500 mg/L,有机容积负荷速率为4.800 kg/(m3·d)(以COD_Cr计)和1.152 kg/(m3·d)(以N计)的条件下,出水ρ(COD_Cr)维持在80 mg/L以下;COD_Cr,氨氮,亚硝态氮和总氮去除率分别为85%, 35%, 99.9%和67%;其去除速率分别稳定在6.12,0.202,0.575和0.777 kg/(m3·d);其中氨氮和总氮的去除速率分别是传统活性污泥法硝化/反硝化(0.05 kg/(m3·d))的4和15.5倍. pH,温度,溶解氧,氧化还原电位,亚硝酸盐和COD_Cr对EGSB反应器中厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的耦合和颗粒污泥的特性均有影响.      

林可霉素生产废水的厌氧生物处理工艺

采用单相中温升流式厌氧污泥床(UASB)反应器厌氧生物工艺处理含有有毒难降解有机物的林可霉素生产废水.当进水COD 8000～14000 mg/L,HRT约10h时,COD容积负荷可达20～35kg/(m³·d),COD去除率为50%～55%.适时调整并维持较高的表面水力负荷[0.2～0.4 m³/(m²·h)]、较高的进水有机基质浓度(COD为2000～3000mg/L)和污泥COD负荷[0.2～0.5 kg/(kg·d)],并适当延长启动驯化时间可培养出沉降性好、污泥活性较高的颗粒污泥.废水厌氧生物降解动力学符合Monod方程,动力学常数V_max=1.3 d^-1,K_s=8133mg/L.废水中不可生物降解物质占总COD的比例约为30%,这是废水COD去除率偏低的重要因素.     

部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺处理污泥脱水液

在缺氧滤床+好氧悬浮填料生物膜工艺中实现部分亚硝化,然后进行厌氧氨氧化(ANAMMOX),考察其对高含氮、低C/N污泥脱水液的处理能力.结果表明,亚硝化反应器在15~29℃、DO 6~9mg/L条件下,通过综合调控进水氨氮负荷(ALR)、进水碱度/氨氮、水力停留时间(HRT)等运行参数,可以调节出水(NO2--N)/(NH4+-N)的比率,能够较好地实现部分亚硝化反应以完成厌氧氨氧化.当进水ALR为1.16kg/(m3·d),进水碱度/氨氮为5.1时,出水(NO2--N)/(NH4+-N)在1.2左右,(NO2--N)/(NOx--N)大于90%,进入ANAMMOX反应器的氮物质去除率达到83.8%.     

Anammox transited from denitrification in upflow biofilm reactor

Anammox was successfully transited from heterotrophic denitrification and autotrophic denitrification in two upflow biofilm reactors, respectively. The results showed that the volumetric loading rate and nitrogen removal efficiency in the reactor transited from heterotrophic denitrification were higher than that in its counterpart. When the hydraulic retention time was 12 h or so, the total nitrogen loading rate was about 0.609 kg N/(m^3 .d), and the effluent ammonia and nitrite concentrations were less than 8.5 mg/L and 2.5 mg/L,respectively. The upflow anammox biofilm reactor was capable of keeping and accumulating the slow-growing bacteria efficiently. During operation of the reactor, the biomass color was gradually turned from brownish to red, and the ratio of ammonia consumption, nitrite consumption and nitrate production approached the theoretical one. These changes could be used as an indicator for working state of the reactor.     

Community analysis of ammonia and nitrite oxidizers in start-up of aerobic granular sludge reactor

A lab-scale sequencing batch reactor (SBR) was setup and the aerobic granular sludge was successfully incubated by using anaerobic granular sludge as seed sludge. Nitrogen was partially removed by simultaneous nitrification and denitrification (SND) via nitrite with free ammonia (FA) of about 10 mg/L. The denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) method was used to investigate community structure of α-Proteobacteria, β-Proteobacteria, ammonia oxidizing bacteria (AOB), and Nitrospira populations during start-up. The population sizes of bacteria, AOB and Nitrospira were examined using real-time PCR method. The analysis of community structure and Shannon index showed that stable structure of AOB population was obtained at the day 35, while the communities of α-Proteobacteria, β-Proteobacteria, and Nitrospira became stable after day 45. At stable stage, the average cell densities were 1.1×1012, 2.2×1010 and 1.0×1010 cells/L for bacteria, AOB and Nitrospira, respectively. The relationship between characteristics of nitrifying bacteria community and nitrogenous substrate utilization constant was discussed by calculating Pearson correlation. Certain correlation seemed to exist between population size, biodiversity, and degradation constant. And the influence of population size might be greater than that of biodiversity.     

出水回流对Anammox颗粒特性及其微生物群落的影响

基于有无回流的EGSB反应器中厌氧氨氧化颗粒污泥的内外部结构和微生物群落差异,从传质、活性和稳定性等角度分析了出水回流对颗粒污泥结构和功能的影响.研究表明,增加回流提供更好的水流条件使得底物能更好的与颗粒污泥接触,反应器在氮负荷率为(3.48±0.32)kg N/(m³·d)的条件下亚硝氮和氨氮的去除率从60%和65%左右分别提高到95%以上,比厌氧氨氧化活性增加31.54%.随着回流带来的产气量和颗粒活性的增加,颗粒中气泡的内压因孔隙体积的限制而增大,部分颗粒微观结构发生改变,颗粒的孔隙率也从41.3%提高至59.4%.此外出水回流产生的较高剪切力和较好的传质效应也大大增加了颗粒的稳定性.回流使得接种颗粒污泥中Candidatus-Jettenia属得到了富集,其他能维持颗粒稳定性的功能细菌也能够得到更好的生存,使颗粒在保持内部多孔结构以及高效脱氮的条件下(如Simplicispira),有着更好的稳定性(如Rheinheimera),有利于颗粒污泥在实际工程应用中稳定运行.