城市污水条件下ASBR厌氧氨氧化的启动与脱氮性能

采用ASBR在城市污水条件下进行厌氧氨氧化的启动与脱氮性能研究。实验接种好氧硝化污泥,在温度为(35±1)℃、HRT为24 h、pH为7.3～8.5的条件下经过130 d的培养,成功启动了厌氧氨氧化反应。实验结果表明,厌氧氨氧化反应稳定运行时,TN容积负荷平均为0.179 kg/(m3.d),NH4+-N、NO2--N和TN去除率分别达到了95.30%、91.30%和76.28%。启动期和稳定运行期NH4+-N、NO2--N去除量和NO3--N生成量的比值分别达到1∶1.54∶0.25和1∶1.27∶0.27;稳定运行期进出水pH差值由启动时的0.85下降到0.24。启动期反硝化和厌氧氨氧化反应同时存在而在稳定运行期厌氧氨氧化发展成为主导反应。MLSS和MLVSS/MLSS先减少后增加,反映了启动过程中硝化细菌、反硝化细菌的衰亡和厌氧氨氧化菌逐渐富集的过程,这与反应器的宏观运行效果相一致。     

厌氧氨氧化菌活性恢复及富集培养研究

为了防止微生物流失,向厌氧序批式反应器(ASBR)中投加纤维膜(无纺布)作为厌氧氨氧化菌的载体,而使ASBR改为厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR),研究了厌氧氨氧化菌活性恢复及富集培养过程中氮负荷提高对ASBBR的影响。经过23d的培养,厌氧氨氧化菌的活性恢复到原有的水平,然后提高TN容积负荷培养厌氧氨氧化菌。至132d时,反应器TN容积去除负荷达到了2.060kg/(m3·d)。整个过程中NH4+-N和NO2--N去除率一直保持在98%以上。当厌氧氨氧化菌活性恢复后,NH4+-N、NO2--N消耗量与NO3--N生成量之比最终趋于一定值(1.00∶1.30∶0.25)。在培养过程中,污泥颜色逐渐由灰色变为红棕色,最终变为浅红色。结果表明,反应器运行很稳定,NH4+-N、NO2--N出水浓度非常低,在短时间内能提高到较高的容积去除负荷。可见,ASBBR很适合厌氧氨氧化菌的富集培养。     

温度、pH值和有机物对厌氧氨氧化污泥活性的影响

通过厌氧氨氧化速率的测定研究了温度、pH值和有机物对厌氧氨氧化污泥活性的影响.结果表明:温度和pH值对污泥的厌氧氨氧化活性有明显影响,最佳温度为30～35℃,在20～30℃之间,厌氧氨氧化速率与温度之间的关系可以用修正的Arrhenius方程式描述;最佳pH值为7.5～8.3,在pH值为7.0～9.0之间,厌氧氨氧化速率与pH值之间的关系可以用双底物双抑制剂模型描述;厌氧氨氧化污泥中存在着异养反硝化菌,有机物的存在会导致其与厌氧氨氧化菌之间的基质竞争.     

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).     

中试厌氧氨氧化反应器的运行性能及其过程动力学特性

研究了上流式中试厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)反应器在环境温度下的运行性能及其过程动力学特性.基质浓度试验表明,中试厌氧氨氧化反应器可在进水亚硝酸盐浓度为(380.4±18.3)mg.L-1稳定运行,继续提升至(480.5±21.9)mg.L-1时,反应器性能恶化.在水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)试验中,HRT可缩短至3.43 h,反应器容积基质氮去除速率可达3.45 kg.(m3.d)-1.长期运行中,温度对中试厌氧氨氧化反应器的性能影响较大.采用改进型的Stover-Kincannon模型可较好地模拟非抑制状态下中试厌氧氨氧化反应器在不同温度范围下的行为.获得的Stover-Kincannon模型动力学参数及其出水总基质浓度预测公式和总基质去除率预测公式,可用于指导中试厌氧氨氧化反应器的实际操作.     

高氨氮渗滤液处理的ANAMMOX A2/O工艺研究

通过好氧出水回流到厌氧流化床可以实现厌氧氨氧化过程.对于高浓度氨氮渗滤液,ANAMMOX反应可使ANAMMOX A²/O工艺比普通A²/O工艺的TN去除率提高15%～20%,达32%以上;好氧出水NO-2-N浓度有较大幅度地降低,改善了出水水质.ANAMMOX反应总反应级数为3级,对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N的反应级数均为1级,反应速率常数为-3.43E-5 L²·(mmol²·h)^-1.     

全程自养颗粒污泥快速启动及混合营养型脱氮性能分析

在连续流条件下,基于颗粒污泥全程自养脱氮（CANON）工艺的快速启动和混合营养条件下高效脱氮,是CANON工程应用的重要环节.本研究在气提内循环反应器（AIR）中,以老化的CANON颗粒污泥经机械破碎至0.3 mm作为种泥,实现混合营养型单级颗粒污泥同步脱氮除碳.启动26 d,通过控制DO,系统出现稳定的部分硝化,再缩短HRT提升氨氮负荷至5.65 kg ·（m³ ·d）^-1,促进颗粒化和厌氧氨氧化;第68 d,总氮去除率达到58%之后,进水加入有机物,C/N从0提升到0.25和0.5,促进AOB、AMX和异养微生物的协同,氨氮去除率达95%,总氮去除率达85%,COD去除率达80%左右.COD浓度增加,能较好地抑制Nitrospira菌属等NOB的活性,q（NH₄⁺-N）和q（TN）稳定在0.4 g ·（g ·h）^-1和0.34 g ·（g ·h）^-1,q（NO₃^--N）约为0.02 g ·（g ·h）^-1.采用MiSeq高通量测序对微生物多样性分析,表明有机物对污泥中Nitrosomomas和Candidutus_Kuenenia丰度未产生显著影响,增加了Candidutus_Brocadia菌属以及具有反硝化功能Denitratisoma等菌属的丰度.这对于快速启动连续流CANON颗粒污泥工艺处理低C/N比废水提供思路.     

基于不同废污泥源的短程反硝化快速启动及稳定性

为探究不同废污泥源快速启动短程反硝化和实现稳定NO_2~--N积累的可行性,在3个完全相同的SBR反应器(S1、S2和S3)分别接种:实验室城市污水反硝化除磷系统排泥、城市污水厂剩余污泥及河涌底泥,比较其短程反硝化启动快慢和NO_2~--N积累特性,考察系统短程反硝化活性和NO_3~--N→NO_2~--N转化性能,并从微生物学角度分析反应器功能菌群特征.结果表明,在乙酸钠为唯一碳源、高碱度和适宜COD/NO_3~--N比进水条件下,3个SBR短程反硝化反应器在短时间内均能够成功启动,系统平均NO_3~--N→NO_2~--N转化率为S1 S2 S3(75. 92% 73. 36% 69. 90%).同时发现持续低温条件下S1和S2呈现不同程度的短程反硝化性能恶化趋势,但S3能够稳定维持良好NO_2~--N积累性能.微生物高通量测序表明,变形菌门和拟杆菌门居PD系统主导地位,3个短程反硝化反应器NO_2~--N积累关键功能菌属Thauera属丰度差异明显:S3 S1 S2(25. 09% 4. 71% 3. 60%),表明S3具备稳定高效的NO_2~--N积累性能,同时高丰度Thauera属可能是维持低温短程反硝化活性的重要原因.     

厌氧氨氧化工艺处理高氨氮养殖废水研究

以典型高浓度养殖废水经UASB-短程亚硝化工艺处理后的出水为对象,采用厌氧氨氧化工艺进行脱氮处理研究.以反硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器,在此基础上,通过试验确定最佳进水氨氮负荷应处于0.2 kg/(m³·d)左右,系统的HRT定为2 d;通过对系统运行条件研究发现,最佳运行条件为：pH为7.50左右,温度为30℃且系统不需投加有机碳源.在优化条件下,系统最终氨氮去除率能达到85％以上,亚硝态氮去除率达到95％以上,系统运行效果良好,且具有重现性.最后通过动力学理论分析得出氨氮的降解速率为0.012 6 d^－1,亚硝态氮的降解速率为0.013 1 d^-1.通过研究以期为后续工艺、神经网络模拟及“UASB-短程亚硝化-厌氧氨氧化-土地系统"组合新工艺的工程推广应用提供一定的理论依据.