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.     

不同运行策略下厌氧氨氧化的脱氮性能

采用厌氧氨氧化反应器(ASBR)处理模拟生活污水,考察低基质比、降温方式及pH对系统脱氮性能的影响.结果表明,温度为30℃时,控制进水NO_2~--N浓度为(30±0.2)mg·L~(-1),基质比(NO_2~--N/NH_4~+-N)由0.9升至1.4,系统NH_4~+-N和NO_2~--N去除率均值分别从54.4%和65.3%升至95.8%和92.5%;当基质比继续升高至1.6时,NH_4~+-N去除率基本不变,而NO_2~--N去除率降至54.6%,即基质比接近理论值1.32时,其厌氧氨氧化脱氮性能较强.当反应温度一次性从30℃降低至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率由97.5%和98.5%分别降至35.2%和40.1%,当采用阶梯式降温方式(30℃→25℃→20℃→15℃)时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别由97.7%和98.6%逐渐降至52.7%和62.4%.控制NO_2~--N/NH_4~+-N为1.4,逐步升高pH由7.7至8.5时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率先增大后减小,当pH为8.3时系统脱氮性能最佳.     

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.     

厌氧氨氧化颗粒污泥快速培养及其抑制动力学

为实现厌氧氨氧化颗粒污泥(ANAMMOX granular sludge,AGS)的快速培养,采用上流式厌氧污泥床(up-flow anaerobic sludge bed,UASB)工艺,在添加少量絮状厌氧氨氧化污泥(flocculent ANAMMOX sludge,FAS)的反应器内填充生物流离球作为填料,对ANAMMOX的启动及FAS的颗粒化进行研究.同时利用Haldane模型研究AGS的基质抑制动力学特性.结果表明,利用生物流离球作为填料,实现了ANAMMOX的启动,总氮去除率达85%以上,总氮容积负荷为0. 72 kg·(m3·d)-1,并在127 d内成功培养出直径1. 0～3. 0 mm的AGS.动力学研究表明,反应器内AGS对氨和亚硝酸盐的最大反应速率分别为1. 46 kg·(kg·d)-1和1. 76 kg·(kg·d)-1,半抑制速率分别是852. 2 mmol·L-1和108. 2 mmol·L-1.与絮状污泥相比,AGS能承受更高的氨和亚硝酸盐抑制浓度,并保持较高的反应速率.采用含有海绵的生物流离球作为填料,能有效加速反应器的启动,加快AGS的形成,对厌氧氨氧化工艺的实际运行具有积极的意义.     

厌氧氨氧化菌富集培养过程微生物群落结构及多样性

为深入理解厌氧氨氧化菌富集培养过程微生物群落变化特征,采用ASBR反应器进行厌氧氨氧化菌富集培养,考察了不同培养时间微生物群落组成、多样性及物种网络关系.结果表明,通过逐步提高基质浓度,实现了厌氧氨氧化菌富集,NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率分别为97.6%和95.4%,总氮去除率为84.9%.高通量测序发现,整个培养过程优势菌门（相对丰度>5%）为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、装甲菌门（Armatimonadetes）和放线菌门（Actinobacteria）;富集培养获得的主要厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia,相对丰度从1.42%增长到24.66%;培养过程,微生物群落优势菌群组成未发生变化,但相对丰度呈现显著差异（P<0.05）.富集培养过程不同时间,微生物群落α多样性呈现先升高后降低的趋势,且存在显著差异（P<0.05）;微生物群落β多样性在富集培养过程发生明显空间分异特征,且存在显著差异（R=0.5672,P<0.01）.培养过程不同时间,物种网络密度分别为0.188、0.068、0.059、0.18和0.0735;虽然富集培养过程导致微生物间的关联作用变弱,但浮霉菌门相关类群的物种成为网络中的主要节点.     

基于SBR反应器的ANAMMOX工艺的启动运行

采用SBR反应器,接种好氧硝化污泥,在142 d内于较高负荷下成功启动了厌氧氨氧化反应器.反应器总氮容积负荷(以N计)为0.43 kg/m3·d,总氮去除率最高达到93.3%,平均为80.5%;氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高达到93.9%和99.8%,平均去除率为81.2%和85.7%.在稳定运行阶段,氨氮去除量、亚硝酸盐氮去除量、硝酸盐氮生成量三者之间的比值为1:1.38:0.18.反应器启动过程中,出水、进水pH差值的变化趋势由负到正,然后稳定在一定范围内;且污泥性状有较大变化,污泥中微生物所占比率有所提高,整个反应器中适应厌氧氨氧化运行方式的菌种增殖较快.     

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NH+4-N、NO-3-N和NO-2-N的反应级数均为1级,反应速率常数为-3.43E-5 L2@(mmol2@h)-1.     

生物脱氮研究的新进展——全程自养脱氮工艺

介绍了生物脱氮研究的最新进展———全程自养脱氮工艺,并全面、系统地论述和分析了全程自养脱氮工艺的机理、自养脱氮工艺实现方式及其特点与技术关键,并指出了今后应着重研究的几个方面。     

不同基质浓度对ANAMMOX菌短期储存的影响

在15℃±1℃条件下,将厌氧氨氧化菌混培物分别置于基质浓度为0、60、120 mg·L~(-1)添加比例为1∶1的NH+4-N和NO-2-N环境中短期(15 d)储存,探究不同基质浓度对厌氧氨氧化污泥短期保存及恢复的影响.经过短期储存后进行恢复实验,结果表明,1、2、3号反应器(分别对应0、60、120 mg·L~(-1)基质浓度中储存的厌氧氨氧化菌混培物)中的厌氧氨氧化活性分别下降41. 8%、17. 4%、33. 4.%,1、3号分别由于过度内源呼吸和高基质浓度抑制,导致活性下降较大,2号反应器由于基质浓度相对合适,避免了过度内源呼吸和高基质浓度抑制,使得菌种活性在该基质浓度下保留较好;储存期间,3个反应器内均发生内源呼吸消耗自身有机物的情况,导致EPS含量下降50. 9%、41. 7%、23. 7%和粒径下降31. 6%、16. 7%、8. 2%,表明在基质匮乏期菌体通过内源呼吸的方式维持自身的活性,较高的基质浓度可以在一定程度上延缓内源呼吸过程;在恢复期间,3个反应器分别经过15、10、7 d实现脱氮性能和厌氧氨氧化活性的恢复,表明同菌种增殖富集相比,原系统通过菌种活性增强的方式脱氮性能恢复更快.     

海藻糖强化厌氧氨氧化耦合反硝化工艺处理高盐废水的脱氮除碳效能

采用SBR反应器研究海藻糖强化厌氧氨氧化耦合反硝化工艺(SAD)处理高盐水的脱氮除碳效能及其动力学特性.当海藻糖为0.25 mmol·L~(-1)时反应器具有最佳的脱氮效能,NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N和COD均可以被完全去除,与没有添加海藻糖相比,NH_4~+-N、NO_2~--N和总氮去除率分别提高了50%、43%和46%,氨氮去除速率(ARR)和亚硝氮去除速率(NRR)分别提高了81.25%和75%.当海藻糖浓度进一步提升至0.5 mmol·L~(-1)时,NH_4~+-N去除率(ARE)仅为58.82%,出水NH_4~+-N浓度下降为33.25 mg·L~(-1).相比于Haldane模型和Aiba模型,Luong模型更适合拟合海藻糖添加条件下SAD的脱氮性能.由其得到的NRRmax、KS、Sm和n分别为0.954 kg·(m3·d)-1、0 mg·L~(-1)、184.785 mg·L~(-1)和0.718.与修正的Logistic模型和修正的Boltzman模型相比,修正的Gompertz模型得到的预测值与实验值最为贴近,修正的Gompertz模型更适合描述海藻糖添加条件下单周期内基质的降解过程.