Taxonomic and functional variations in the microbial community during the upgrade process of a full-scale landfill leachate treatment plant – from conventional to partial nitrification-denitrification

• Upgrade process was investigated in a full-scale landfill leachate treatment plant. • The optimization of DO can technically achieve the shift from CND to PND process. • Nitrosomonas was mainly responsible for ammonium oxidation in PND system. • An obviously enrichment of Thauera was found in the PND process. • Enhanced metabolic potentials on organics was found during the process update. Because of the low access to biodegradable organic substances used for denitrification, the partial nitrification-denitrification process has been considered as a low-cost, sustainable alternative for landfill leachate treatment. In this study, the process upgrade from conventional to partial nitrification-denitrification was comprehensively investigated in a full-scale landfill leachate treatment plant (LLTP). The partial nitrification-denitrification system was successfully achieved through the optimizing dissolved oxygen and the external carbon source, with effluent nitrogen concentrations lower than 150 mg/L. Moreover, the upgrading process facilitated the enrichment of Nitrosomonas (abundance increased from 0.4% to 3.3%), which was also evidenced by increased abundance of amoA/B/C genes carried by Nitrosomonas. Although Nitrospira (accounting for 0.1%–0.6%) was found to stably exist in the reactor tank, considerable nitrite accumulation occurred in the reactor (reaching 98.8 mg/L), indicating high-efficiency of the partial nitrification process. Moreover, the abundance of Thauera, the dominant denitrifying bacteria responsible for nitrite reduction, gradually increased from 0.60% to 5.52% during the upgrade process. This process caused great changes in the microbial community, inducing continuous succession of heterotrophic bacteria accompanied by enhanced metabolic potentials toward organic substances. The results obtained in this study advanced our understanding of the operation of a partial nitrification-denitrification system and provided a technical case for the upgrade of currently existing full-scale LLTPs.     

生物流化床短程硝化的快速启动及影响因素研究

采用内循环生物流化床反应器处理模拟高浓度氨氮废水,以确定其对处理高浓度氨氮废水的可行性,同时对试验条件进行了优化。结果研究表明:控制温度为(31±1)℃,利用反应器自身流化所携带溶解的空气,反应器内DO值可维持在1.5~2.5 mg/L,调节pH为8.0~8.5。经过42 d的污泥驯化适应时期,进水氨氮(NH4+-N)浓度由50 mg/L提高到300 mg/L。由于流化床采用填料载体微生物膜与活性污泥双重作用,同时载体呈流化状态,接触均匀,有巨大的比表面积,可以使床内保持高浓度的生物量,从而达到高效快速的传质效果。在HRT由开始的16 h缩短到8 h的条件下,氨氮(NH4+-N)的去除率达到90%以上,亚硝氮(NO2--N)的积累率达到75%。且在以后30 d的稳定运行阶段,氨氮(NH4+-N)去除率和亚硝氮(NO2--N)积累率均保持稳定。同时反应器最后出水水质澄清,无需二沉池及污泥处理。     

低碳氮比猪场废水短程硝化反硝化-厌氧氨氧化脱氮

针对低碳氮比猪场废水传统脱氮法碳源不足的问题,采用SBBR反应器进行短程硝化反硝化-厌氧氨氧化联合脱氮.实验表明,短程硝化反硝化预处理可为厌氧氨氧化创造良好的进水条件;经预处理的猪场废水厌氧氨氧化脱氮效果显著,氨氮、亚硝态氮和总氮的平均去除率分别为91.8%、 99.3%、 84.1%,废水中残留有机物未对厌氧氨氧化效果产生明显影响,氨氮、亚硝态氮、硝态氮平均变化量之比为 1∶1.21∶0.24.色质联用分析结果显示,猪场废水中有机物成分在厌氧氨氧化反应前后未发生明显变化,主要化合物为酯类和烷烃类物质;特殊功能菌种检测结果表明,实验条件下的微生物系统是一个厌氧氨氧化菌与硝化菌、亚硝化菌和反硝化菌共存的系统,厌氧氨氧化菌是该系统主要脱氮功能菌.     

短程硝化工艺出水水质及微生物区系分析

实验采用短程硝化工艺处理高氨氮废水,并用PCR-DGGE分析了系统中的微生物区系。结果表明,进水氨氮浓度在50～400mg/L之间梯度增加时,出水氨氮浓度在10mg/L以下;随着氨氮浓度的增加,亚硝态氮积累率逐渐升高,当氨氮浓度达到300mg/L时,积累率达到90%左右。DGGE分析结果表明,随着运行时间的延长,微生物区系多样性减少;氨氮负荷为50mg/L与400mg/L相比,相似性为0.24。     

含氨氮催化剂生产废水的处理

采用加入淀粉的短程硝化-反硝化一体化技术处理低碳含NH3-N催化剂废水。通过中试确定了适宜的工艺参数，并在工业化装置上进行了验证。试验结果表明：在DO为0.5 mg/L左右、淀粉加入量为0.25 kg/ m3、HRT=30 h的条件下，短程硝化-反硝化一体化技术具有较好的处理效果，NH3-N去除率大于97%，且具有较强的抗冲击负荷的能力； 出水的COD<100 mg/L，ρ（NH3-N）<10 mg/L，达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》的一级排放标准。工业化装置的运行费用以NH3-N计为2.3 元/kg、以废水计为4.6 元/t。该法适用于中低浓度（ρ（NH3-N）<300 mg/L）废水的处理。     

连续流反应器短程硝化的快速启动与维持机制

如何快速稳定地启动短程硝化工艺对低C/N比废水的处理具有十分重要的实际应用价值.针对城市污水厂以连续流工艺为主的现状,故对连续流反应器短程硝化的快速启动与维持进行研究.结果表明,利用间歇曝气,依次控制3个阶段的停/曝时间(15 min/45 min、45 min/45 min和30 min/30 min),连续流反应器经过60 d左右的运行,可以成功实现短程硝化的快速启动.控制停/曝时间为30 min/30 min,进水氨氮浓度为50或100 mg·L~(-1)时,亚硝化率分别可达90%或95%.另外,间歇曝气有利于抑制硝化菌(NOB)的活性,而缩短水力停留时间(HRT)可淘洗出NOB,两者结合可以更好地维持短程硝化.     

黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O产生的不同过程及贡献

采用时空替代法,选择黄河口生态恢复前后未恢复区(R0)、2007年恢复区(R2007)和2002年恢复区(R2002)的芦苇湿地为研究对象,分析了生态恢复工程对湿地土壤N2O产生不同过程与贡献的影响.结果表明,尽管不同恢复阶段湿地土壤N2O总产生量差异明显,但总体均表现为N2O释放.恢复区湿地土壤的N2O产生量大于未恢复区.N2O的产生主要以硝化作用和硝化细菌反硝化作用为主,而反硝化作用对N2O的产生有较大削弱作用,这与不同恢复阶段湿地土壤理化性质密切相关.非生物作用对N2O产生量贡献较大,这与黄河口为高活性铁区,Fe的还原作用关系密切.尽管黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O的产生是生物作用与非生物作用共同作用的结果,但由于非生物作用对N2O产生的影响较大,应受到特别关注.温度和水分对不同恢复阶段湿地土壤N2O产生过程的影响不尽一致,这与土壤微生物活性对温度和水分的响应差异有关.黄河口不同恢复阶段湿地土壤的N2O总产生量介于(0.37±0.08)～(9.75±7.64)nmol·(kg·h)-1,略高于闽江口互花米草湿地的N2O总产生量,但明显低于富氧森林土壤、草原土壤和闽江口短叶茳芏湿地的N2O总产生量.研究发现,黄河口生态恢复工程的长期实施明显促进了N2O的产生,因而下一步生态恢复工程应统筹考虑景观恢复与温室气体削弱这两方面因素.     

间歇曝气模式下曝气量对短程硝化恢复的影响

采用SBR反应器在间歇曝气模式下对搁置2个月的短程硝化污泥进行恢复,控制曝气量分别为120、100、80和60L·h-1,在温度为25℃、交替好氧/缺氧时间比为30 min/30 min条件下处理实际生活污水,进水氨氮浓度为50~80 mg·L~(-1),出水氨氮浓度分别在第12、18、21和21周期之后稳定在5 mg·L~(-1)以下,氨氮去除率均高达95.00%左右;第30、35、38和42周期时,亚硝氮积累浓度分别达到20.83、22.81、21.50和20.73 mg·L~(-1),硝氮出水浓度均低于0.5 mg·L~(-1),亚硝积累率均高于99%,氨氧化菌(AOB)活性最终均稳定在100.00%左右,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性逐渐被抑制,4种曝气量下均成功实现了短程硝化的恢复.     

新型SBBR处理畜禽废水脱氮实验研究

以畜禽废水为处理对象,将序批式运行模式应用到好氧三相内循环生物流化床中,考察在不同模式下的处理效果及氮的转化情况。实验结果表明,在室温条件下,进水COD浓度为2 000 mg/L左右,总氮为140 mg/L左右时,保持溶解氧在2~2.5 mg/L,交替好氧/缺氧运行方式处理效果优于单一的好氧/缺氧方式;模式为3 h(曝气)-1.5 h(停曝)-1.5 h(曝气)-1 h(停曝)时系统对总氮和氨氮处理效果最好,总氮去除率达到90%,系统主要脱氮方式为同步硝化反硝化和短程硝化反硝化。     

短程硝化过程中NO-2-N高效富集的工艺条件实验研究

针对厌氧氨氧化工艺需要提供充足的亚硝酸盐氮为电子受体的问题，利用培养基对SBR中具有一定短程硝化功能的污泥进行富集培养，得到氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的数量之比为104︰1，并研究了工艺条件对短程硝化的影响，结果表明，适合氨氧化菌生长的最佳温度为30℃、pH为7.5、nHCO^-₃/nNH⁺₄-N值为1。以适合氨氧化菌生长的最佳环境条件优化SBR，在进水氨氮浓度为250 mg/L时，氨氮的转化率达到90％以上，亚硝酸盐氮积累率维持在85％以上，反应器中氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌的数量之比为10³∶1，亚硝酸盐的高效积累为厌氧氨氧化工艺处理高氨废水的过程提供了稳定的电子受体。