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.     

间歇性饥饿对厌氧氨氧化菌混培物保藏特性的影响

厌氧条件下,采用4℃、4℃并每隔10 d换1次NO-2-N/NH+4-N浓度比为1.32的基质、4℃并每隔10 d换1次NO-2-N/NH+4-N浓度比为1.63的基质3种方法保藏厌氧氨氧化菌混培物,研究间歇性饥饿对厌氧氨氧化菌混培物保藏特性的影响.结果表明,间歇性饥饿对厌氧氨氧化菌混培物的危害大于长期性饥饿,且亚硝态氮浓度越高危害越大;另厌氧氨氧化菌混培物活性还与血红素c含量有直接相关性,无外界颜色干扰时厌氧氨氧化菌混培物颜色还可直观反映其活性和血红素c含量,且厌氧氨氧化菌混培物的颗粒结构及其富含的胞外多聚物能增强其抵抗外界不利因素的能力.在试验的5个月内,3种方法下的活性衰减速率均先快后趋于稳定,趋于稳定时的三者活性保留率分别为75.3％、70.8％、62.7％.     

基于宏基因组技术获得的对厌氧氨氧化菌代谢的新理解

厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation bacteria,AAOB)是化能自养菌,由于其生理代谢的奇异性、细胞结构的特殊性以及对氮素循环的重要性,已成为环境工程、微生物以及海洋生物学等领域的研究热点.然而,AAOB未能实现纯培养的现状已成为AAOB代谢途径研究的巨大障碍.近年来兴起的宏基因组技术(Metagenomics)为AAOB代谢途径的研究提供了新手段.采用宏基因组技术,可直接研究微生物群体中某特定微生物基因组的结构与功能,摆脱了传统微生物学研究对纯培养的依赖,使未培养微生物的认识和开发成为可能.本文首先简述获取AAOB宏基因组信息的过程,然后通过比较由传统代谢研究方法和宏基因组技术获得的AAOB代谢途径的研究成果,论述基于宏基因组技术获得的对AAOB代谢的新理解,得出以下结果和结论:1)AAOB的碳素固定途径为乙酰辅酶A途径,碳素固定的还原力来自NADH或者QH2;2)AAOB氮素转化的重要中间产物是NO,而非NH2OH,并提出了以NO为核心的AAOB代谢的改进模型;3)AAOB的ATP合成途径为氧化磷酸化,推测的电子传递途径为N2H4—QH2—细胞色素bc1复合体;细胞色素bc1复合体再将电子用于NO2-还原和N2H4合成.AAOB的宏基因组技术使AAOB代谢途径的研究更具方向性.随着分子生物学理论和技术的不断发展,宏基因组学的升级技术(如宏转录组学、宏蛋白质组学)将为AAOB代谢途径的研究提供新的方法与平台.图3表1参51     

不同接种物启动Anammox 反应器的性能研究

采用上流式生物膜滤器(UBF)研究了以厌氧颗粒污泥和反硝化污泥作为接种物启动厌氧氨氧化(Anammox)反应器的性能.结果表明,2 种接种物均能成功启动Anammox 反应器.启动过程可分为菌体自溶阶段、活性迟滞阶段、活性提高阶段和活性稳定阶段.这种启动过程的阶段性特征符合Logistic 方程.以厌氧颗粒污泥启动Anammox 反应器,菌体自溶阶段较长(49d),活性迟滞阶段较短(8d),基质去除速率最高可达2090mg/(L·d);以反硝化污泥启动Anammox 反应器,菌体自溶阶段较短(3d),而活性迟滞阶段较长(36d),基质去除速率最高可达1030mg/(L·d).分别以负荷提升前后的基质去除速率、基质去除率以及出水基质浓度的变化情况作为效能指标评价2 个反应器运行的稳定性,以厌氧颗粒污泥作为接种物启动Anammox 反应器的稳定性能明显占优势.在高负荷率下运行,以反硝化污泥作为接种物启动的Anammox 反应器较易失稳.根据启动过程的阶段性和反应器运行的稳定性,对Anammox 反应器采取相应的调控对策可促进启动过程的顺利进行.     

厌氧氨氧化膨胀污泥床反应器的化学计量学特性

采用厌氧氨氧化膨胀污泥床(ESB)反应器,研究了模拟废水中基质氨和亚硝酸盐对厌氧氨氧化工艺化学计量学的影响.结果表明,当分别只提高1种反应物的浓度时,反应器均表现出对富余基质具有额外吸纳的能力,致使其对富余基质的绝对去除量和相对去除量均增多.从厌氧氨氧化的反应模型和化学平衡的原理出发,可解释厌氧氨氧化工艺化学计量学的特性.根据化学计量学特性,可按需选取相应的进水基质比例,以实现不同的目的.     

基于猪场废水脱氮的典型木质素降解中间产物反硝化性能

猪场废水高效生物脱氮通常面临碳源不足的问题,秸秆在猪场周边广泛存在,是废水脱氮的潜在碳源来源,但其中的木质素难以被生物降解与利用.选取木质素降解过程的典型中间产物肉桂酸、对香豆酸和阿魏酸为研究对象,探究了其用作碳源的反硝化脱氮性能,以期为猪场废水脱氮过程秸秆“返碳”利用提供理论依据.批次试验表明,当C/N由6依次降低至3时,肉桂酸、对香豆酸和阿魏酸作为碳源时的最大比反硝化速率测定值分别为9.4、8.6、1.1 mg?g^-1?h^-1.采用Haldane模型拟合,计算出这3种中间产物作为碳源时的最大比反硝化活性分别为20.7、17.0和1.6 mg?g^-1?h^-1.肉桂酸用作反硝化碳源的潜力大于对香豆酸,阿魏酸则难以作为碳源进行反硝化脱氮.长期试验表明,随着反应器进水C/N由3升高至6,肉桂酸和对香豆酸的硝酸盐去除率分别稳定在90%和85%左右.高通量测序结果表明,肉桂酸组的污泥中典型反硝化细菌Thauera的丰度高于对香豆酸组,故反硝化效果更好.综上所述,定向调控木质素降解为肉桂酸有望缓解猪场废水生物脱氮过程碳源不足的 问题,进而为猪场“种养一体化”思路提供理论依据.     

基于DGAOs富集的内碳源短程硝化反硝化工艺特性

采用序批式生物反应器（SBR）,以厌氧-好氧-缺氧的运行方式,研究了低C/N比下内碳源驱动的短程硝化反硝化工艺运行性能.结果表明,反应器内可同时富集反硝化聚糖菌（DGAOs）和氨氧化细菌（AOB）.DGAOs可以利用聚-β-羟基脂肪酸酯（PHA）为内碳源进行反硝化,且利用的PHA中PHB （聚-β-羟基丁酸酯）占主要部分.稳定运行后,第39d厌氧末期污泥胞内存储物质在荧光显微镜下清晰可见,内碳源存储的PHA在缺氧阶段净消耗量为2.34mmol C/L,较文献报道值高29%.经过55d的驯化后,SBR系统达到了较为稳定的脱氮效果,平均氨氮去除率为（93.13%±4.91%）,内碳源反硝化效率为（49.62%±8.97%）.驯化后的污泥淘汰了反硝化聚磷菌（DPAOs）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）,富集了DGAOs和AOB,其丰度从接种时的0.13%和0.20%分别上升到7.13%和1.11%,实现了低C/N下内碳源驱动短程硝化反硝化.     

4种典型抗生素在反硝化体系中的去除特性

污水处理厂是抗生素的重要汇集场所,反硝化是污水处理厂生物脱氮的关键环节.为了探究抗生素在反硝化污泥体系的去除特性,选取诺氟沙星(NOR)、土霉素(OTC)、磺胺甲■唑(SMX)和甲氧苄啶(TMP),对比研究了其在不同碳源条件下的变化规律,评估了吸附和生物降解等途径对抗生素去除的贡献.结果表明,反硝化脱氮体系对NOR、 OTC和TMP具有一定的去除作用,且NOR和OTC可被用作碳源进行反硝化.反硝化污泥对NOR和OTC的去除是快速吸附和缓慢生物降解的过程,其中,吸附对NOR和OTC总去除量的贡献率分别达到83.5%和58.9%,生物降解的贡献率分别为16.5%和41.1%.在吸附过程中,胞外聚合物(EPS)吸附的贡献率达到40%以上,而在OTC的生物降解过程中,P450酶发挥重要作用,其贡献率达到20%.     

味精废水短程硝化工艺的运行性能

通过现场试验研究了工程规模的短程硝化反应器处理实际味精废水的运行性能.结果表明,短程硝化工艺(Single Reactor High Activity Ammonia Removal Over Nitrite,SHARON)适合处理低浓度味精废水(pH值为9.36～10.49;NH4*-N浓度5b 239.70～341.23 mg·L-1;COD为1000～1500 mg·L-1).短程硝化反应器的硝化性能良好,短程硝化效率(PartialNitrification Efficiency,PNE)高达94.56%±4·30%;在反应器内pH值为9.25-9.80、游离氨(Free Ammonia,FA)浓度为20～70 mg·L-1的工况下,短程硝化反应器运行性能稳定,PNE达96.64%±4·73%,出水中(NO:-.N)/(NH;-N)为0.70～1.35,出水pH值稳定在6.50-7.00,适用于后续厌氧氨氧化工艺(Anaerobic Ammonium 0xidation ANAMMOX)处理.进水FA浓度不宜过低,若反应液中的FA浓度低于20 mg·L-1,可导致NO-3-N浓度升高,不利于NO-2-N积累.采取一次性投加石灰的方式调节废水碱度,只适用于进水NH4 -N浓度较低的情况;若进水NH4 -N浓度较高,则会导致进水pH过高而抑制亚硝酸菌生长,宜采用多次投加或分段投加石灰的方式来调节废水碱度.     

填充矿化状垃圾填埋物的短程反硝化-厌氧氨氧化反应器处理低C/N氨氮废水

矿化状垃圾填埋物在长期厌氧稳定化过程中形成了一些独特的理化性质和微生物学特性,使其可用于水处理工艺.以矿化状垃圾填埋物为填充物,研究其在短程反硝化和厌氧氨氧化工艺中对系统性能的影响.结果表明:矿化状垃圾填埋物可通过短程反硝化实现亚硝酸盐积累,当进水C/N为2时NO2--N积累达50％,可为后续与厌氧氨氧化耦合脱氮提供基...