基于硫化物硝酸菌抑制的城市污水单级自养脱氮工艺研究

采用外循环序批式反应器(ECSBR),通过向反应器中分阶段投加硫化物,成功抑制体系中亚硝酸氧化菌(NOB)的活性,实现了城市污水单级短程硝化/厌氧氨氧化自养生物脱氮,出水氨氮为3.78 mg·L-1,氨氮去除率为88.4％,氮去除负荷为66.8 g·m-3·d-1.在投加硫化物前,系统氮转化途径以全程硝化为主,出水硝酸盐为13 ～22 mg·L-1,生成硝态氮与去除氨氮比值＞0.9.在投加硫化物后,NOB的活性受到了抑制,出水硝酸盐降为4.18 mg·L-1,生成硝酸盐与去除氨氮比值平均为0.17.体系中大量的氮以氮气的形式被去除,占进水氮的65.4％.氮转化途径由全程硝化向短程硝化/厌氧氨氧化耦合脱氮转化.研究还表明,硫化物对于体系NOB的抑制是可逆的,停止投加硫化物后,NOB的活性又重新恢复.因此,分阶段投加硫化物能保证反应过程中对NOB的持续抑制作用,为实现单级自养脱氮工艺的快速启动和稳定维持提供了一种新的策略.     

硝化细菌群落结构变化对系统脱氮性能的影响

通过投加高效硝化菌群的方法来改善系统脱氮不佳的现状,并通过MPN-Griess法对系统中的硝化细菌数量进行分析。结果表明:投菌后硝化细菌数量明显增多,且占总菌比例显著提高,出水氨氮达到8 mg/L以下。可见硝化细菌的数量及占总菌的比例与系统脱氮性能密切相关。     

羟胺抑制协同pH调控对人工快渗系统短程硝化的影响

针对人工快渗系统(CRI)总氮去除率低的问题,研究了羟胺抑制协同pH调控对人工快渗系统实现由全程硝化向短程硝化转化的可行性,探讨了其对系统内氮素污染物迁移转化和硝化功能菌空间分布及活性的影响.结果表明,0.5 mmol·L~(-1)羟胺连续添加13 d后可实现CRI系统短程硝化的快速启动,氨氮去除率、亚硝氮积累率分别为91.1%、77.9%,经16 d不添加羟胺运行后氨氮去除率、亚硝氮积累率分别降低3.9%、9.8%,此时调控进水pH至8.4,氨氮去除率和亚硝氮积累率均超过90%,CRI系统短程硝化效果显著且稳定性较高.羟胺对硝化菌具有选择性抑制,对AOB和NOB产生明显抑制的浓度分别为0.7、0.5 mmol·L~(-1),羟胺浓度为1.0 mmol·L~(-1)时AOB和NOB活性均被严重抑制且解抑较难;pH调控对短程硝化的影响主要与游离氨(FA)的抑制作用有关,对AOB和NOB产生明显抑制的FA浓度分别为26.5、5.6 mg·L~(-1),NOB比AOB对FA的敏感性更高.     

生物沸石人工湿地强化硝化处理污水处理厂二级出水研究

以生物沸石人工湿地(CW)中试装置处理实际城镇污水处理厂二级出水,通过273 d的运行,探讨了生物沸石人工湿地强化硝化处理二级出水的性能及温度对其硝化率的影响。结果表明:生物沸石人工湿地能够快速高效地去除二级出水中的氨氮,正常运行阶段氨氮平均去除率达90.5%,出水氨氮平均浓度低于0.5 mg/L。系统重启恢复快、周期短,12 d后氨氮平均去除率达到70%以上。低温阶段(低于13 ℃),生物沸石人工湿地对氨氮的平均去除率依然保持在67.6%。温度对强化硝化效果有显著影响,当水温从低于15 ℃缓慢升至25 ℃以上时,生物沸石人工湿地的氨氮平均硝化率从28%升至62%;强化硝化出水无明显的亚硝态氮积累现象,除低温阶段,出水亚硝态氮平均浓度为0.16 mg/L。氨氮主要是被微生物强化硝化成硝态氮。     

内循环半短程亚硝化工艺运行条件与微生物群落研究

在内循环半短程亚硝化工艺中,污泥浓度为4 000 mg·L-1、溶解氧小于0.2 mg·L-1、温度(15~29℃)、水力停留时间4.6 h条件下,不同的回流比对系统中微生物群落有着明显的影响,回流比75%时,微生物的生物量达到最高值,出水中的亚硝态氮和氨氮的浓度比可控制在1.定量PCR和16S rRNA基因的克隆文库结果表明:在低溶解氧浓度下氨氧化菌是主要脱氮菌群,该菌群促进了半短程亚硝化反应的进行,与传统的硝化系统比较,在内循环半短程亚硝化工艺中没有检测到硝化螺旋菌(Nitrospira)和硝化杆菌(Nitrobacter),在内循环半短程亚硝化系统中浮霉菌属(Planctomycetes)的量也高于传统的脱氮系统.氨单加氧酶基因克隆文库结果表明,系统中的氨氧化菌群主要属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).因此内循环半短程亚硝化工艺在经济和技术上是可行的.     

高氨氮PN/A脱氮工艺:亚硝态氮抑制后的恢复策略

高氨氮短程硝化厌氧氨氧化一体化(PN/A)工艺的稳定性受亚硝态氮影响显著。考察了高氨氮PN/A工艺受亚硝态氮短期抑制后,系统脱氮性能快速恢复的策略。稳定运行的PN/A污泥在ρ(NO~-_2-N)=200 mg/L条件下抑制2 h后,首先考察厌氧氨氧化菌在不同初始亚硝态氮浓度下的活性变化。此外,考察了受抑制后的PN/A工艺在不同DO浓度(0.05～1 mg/L)下的脱氮性能,结果表明:当NO~-_2-N浓度降低至50 mg/L以下时,厌氧氨氧化菌才明显表现出活性;受抑制后的PN/A工艺中,厌氧氨氧化菌对DO敏感度增加,恢复时系统的DO宜低于正常运行时浓度。综上所述,受NO~-_2-N抑制的PN/A工艺要恢复脱氮性能,宜降低亚硝态氮浓度同时控制DO浓度。在连续运行的PN/A反应器(200 L),诱发NO~-_2-N浓度提高到160 mg/L时,TN去除负荷从0.57下降至0.2 kg/(m~3·d)。通过合理控制DO和NO~-_2-N浓度,系统负荷在30 d内即可恢复至原有水平,验证了以上恢复策略的可行性。     

硝化菌群强化修复氨氮污染河流水体研究

利用已筛选的硝化菌群分别以游离菌和生物膜两种方式对成都市南干堰氨氮污染水体进行生物强化修复初步研究.结果表明,当进水氨氮浓度为23.91～24.27mg·L-1,在25℃、150r·min-1条件下,投加游离菌群36h后,氨氮去除率达95%,而在不添加游离菌的对照中,氨氮浓度没有下降.采用生物膜法,室温条件下,当进水氨氮浓度为8.00～18.38mg·L-1,水力停留时间(HRT)2～4h时,出水氨氮浓度为0～1.11mg·L-1,氨氧化负荷最高可达0.139kg·m-3·d-1(以N计,下同),氨氮去除率达90%以上;;当进水氨氮浓度为7.84～14.62mg·L-1,HRT为0·5～1.0h时,修复后出水氨氮浓度为1.90～7.47mg·L-1,氨氧化负荷最高可达0.261kg·m-3·d-1;;当进水氨氮浓度稀释到3mg·L-1左右,氨氮可完全被去除,修复后水体几乎没有亚硝酸盐残留.采用PCR-DGGE分析生物膜上的微生物菌群,发现生物膜中不仅有硝化菌群生长,还包括其它与氮转化相关微生物菌群.该实验结果表明,运用硝化菌群进行氨氮污染水体强化修复具有显著的效果,实际应用中可根据污染水体氨氮浓度以及氨氧化负...     

亚硝氮停供及恢复供给对Anammox反应器中氮去除的影响

在Anammox-UASB反应器中研究了亚硝氮停供及恢复供给后不同进水亚硝氮/氨氮比(R_I)对Anammox系统脱氮的影响,对Anammox系统停供亚硝氮培养后的污泥微生物群落进行了分析.结果表明,Anammox反应器在长期停供亚硝氮培养后,微生物多样性增加,氨氧化菌(Nitrosomonas)和Anammox菌都大量增殖,这两种微生物通过协同作用使得部分氨氮得以去除,NH_4~+-N最大去除速率可达68.77 mg·L~(-1)·d~(-1),出水p H低于进水.反应器恢复亚硝氮供给后,脱氮效果快速恢复.Anammox反应器中存在的氨氮"超量去除"现象是由氨氧化菌作用引起的,氨氧化菌活性易受亚硝氮浓度抑制.氨氮"超量去除"量占氨氮总去除量的百分比与R_I呈负相关关系.当R_I为0.17时,氨氮"超量去除"量占氨氮总去除量的百分比高达68.83%;当R_I增加到1.30∶1后,氨氮"超量去除"现象基本消失.     

控制ORP实现连续流反应器部分亚硝化稳定运行

利用ORP在线监控设备,研究了控制ORP值实现连续流部分亚硝化反应器稳定运行的可行性,并使出水水质满足厌氧氨氧化需求.结果表明,在亚硝氮与氨氮比值、温度和pH值恒定的条件下,反应器内ORP值波动主要由于DO浓度波动引起.在稳定的亚硝化系统中,当ORP值大于250mV左右时,反应器出水亚硝氮与氨氮比值大于2.1;当ORP值控制在150mV左右时,反应器出水亚硝氮与氨氮比值稳定在1.2~1.3之间.ORP值控制在120mV时,反应器出水亚硝氮与氨氮浓度比值为0.9~1.06.将ORP值控制在150mV时,随着进水氨氮浓度由300mg/L提高至813mg/L,反应器出水亚硝氮与氨氮比值基本维持在1.1~1.3之间.但随之增加的游离氨浓度易导致亚硝化菌活性抑制.因此,在低氧环境下ORP作为连续流部分亚硝化反应器亚硝化程度的控制指标,其灵敏度和精度明显优于DO监测设备.     

SBR中联氨对亚硝化的影响

为了开发经济高效的生物脱氮工艺,研究了SBR中联氨对短程硝化反硝化的控制作用,考察了不同联氨投加量对短程硝化的影响。实验结果表明:在室温下,不控制溶解氧,p H为7.5~8.0时,投加7.5 mg/L联氨,亚硝氮积累效果最佳,其出水氨氮及亚硝氮浓度平均值分别为1.44,12.23 mg/L,均优于其他联氨投加量的监测结果;投加7.5 mg/L联氨的活性污泥中生物相种类和数量都优于未投加联氨的活性污泥,SEM图像显示活性污泥结构致密,紧凑,且菌落数量明显升高;从活性污泥的红外谱图可以看出,投加联氨与否,特征峰位置基本相同,但投加7.5 mg/L联氨的活性污泥EPS红外谱图峰强更高。     

生活污水常温处理系统中AOB与NOB竞争优势的调控

常温（19℃±1℃）条件下,采用SBR工艺处理低碳氮比（C/N）实际生活污水,研究氨氧化菌（AOB）与亚硝酸盐氧化菌（NOB）竞争优势的调控,在接种全程硝化污泥的系统中使AOB成为优势菌群,启动并维持常温短程硝化.通过控制曝气量为40 L/h使系统溶解氧处于较低水平（DO_average<1.0 mg/L）,同时结合好氧硝化时间的优化控制,即在pH值“氨谷"点前及时停止曝气的短周期定时控制,强化AOB的竞争优势.待AOB的竞争优势初步形成后（亚硝酸盐积累率NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N达到50％）,每周期曝气时间随着NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N的提高由3 h逐步延长至4 h、 5 h,从而提高NH⁺₄-N去除率,进一步增强AOB在系统中的竞争优势,短程硝化成功启动,NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N稳定在95%以上.FISH检测结果表明AOB大约占总菌群的9.97％.在线控制好氧硝化时间可以很好地维持短程硝化效果,NH⁺₄-N去除率达到97%以上.研究还表明,对于全程硝化污泥常温下如果不限制溶解氧,单纯依靠短周期定时控制无法使AOB成为优势硝化菌群.     

Nitrification performance of nitrifying bacteria immobilized in waterborne polyurethane at low ammonia nitrogen concentrations

Suspended and waterborne polyurethane immobilized nitrifying bacteria have been adopted for evaluating the e ects of environmental changes, such as temperature, dissolved oxygen (DO) concentration and pH, on nitrification characteristics under conditions of low ammonia concentrations. The results showed that nitrification was prone to complete with increasing pH, DO and temperature. Sensitivity analysis demonstrated the e ects of temperature and pH on nitrification feature of suspended bacteria were slightly greater than those of immobilized nitrifying bacteria. Immobilized cells could achieve complete nitrification at low ammonia concentrations when DO was su cient. Continuous experiments were carried out to discuss the removal of ammonia nitrogen from synthetic micropollute source water with the ammonia concentration of about 1 mg/L using immobilized nitrifying bacteria pellets in an up-flow inner circulation reactor under di erent hydraulic retention times (HRT). The continuous removal rate remains above 80% even under HRT 30 min. The results verified that the waterborne polyurethane immobilized nitrifying bacteria pellets had great potential applications for micro-pollution source water treatment.     

利用好氧硝化颗粒污泥SBR处理分离尿液的研究

在不同接种污泥条件下的序批式活性污泥系统（sequencing batch reactor, SBR）中,研究了分离尿液（source-separated urine, SSU)的处理情况和污泥特性.在硝化污泥接种的SBR中,对SSU中的可生化降解有机物具有较高的去除效率,而对其中氨氮的硝化效率很低,系统中没有出现生物体聚集状态的污泥.在用实验室内培养的好氧颗粒污泥接种的SBR系统中,对SSU不仅有较高的有机物去除效率,同时还可以有效实现氨氮的硝化过程,经过约70 d的运行之后,系统中出现了稳定状态的生物聚集体——好氧硝化颗粒污泥,氨氮容积负荷以氮计算为0.5 kg/（m³·d）.好氧硝化颗粒污泥具有良好的沉降效果和活性,颗粒表面聚集着硝化杆菌和球菌.好氧硝化颗粒污泥的粒径比接种的好氧颗粒污泥的粒径有较明显的减少,沉降速率却比相同粒径的好氧颗粒污泥有较大的改善.好氧硝化颗粒污泥对SSU中有机物和氨氮的转化效率都在90％以上,有效地保证了反应器中较小生长速率的硝化细菌的数量并实现系统的稳定运行.     

Impact of total organic carbon and chlorine to ammonia ratio on nitrification in a bench-scale drinking water distribution system

Nitrification occurs in chloraminated drinking water systems and is affected by water quality parameters. The aim of this study was to investigate the impact of total organic carbon and chlorine to ammonia ratio on nitrification potential in a simulated drinking water distribution system as during chloramination. The occurrence of nitrification and activity of nitrifying bacteria was primarily monitored using four rotating annular bioreactors (RAB) with different chlorine to ammonia ratios and total organic carbon (TOC) levels. The results indicated that nitrification occurred despite at a low influent concentration of ammonia, and a high concentration of nitrite nitrogen was detected in the effluent. The study illustrated that reactors 1(R1) and 3 (R3), with higher TOC levels, produced more nitrite nitrogen, which was consistent with the ammonia-oxidizing bacteria (AOB) counts, and was linked to a relatively more rapid decay of chloramines in comparison to their counterparts (R2 and R4). The AOB and HPC counts were correlated during the biofilm formation with the establishment of nitrification. Biofilm AOB abundance was also higher in the high TOC reactors compared with the low TOC reactors. The chlorine to ammonia ratio did not have a significant impact on the occurrence of nitrification. Bulk water with a high TOC level supported the occurrence of nitrification, and AOB development occurred at all examined chlorine to ammonia dose ratios (3:1 or 5:1).     

固定化细胞单级生物脱氮研究

利用硝化菌和反硝化菌混合固定的方法,研究了好氧条件下同时进行硝化和反硝化作用的单级生物脱氮技术.结果表明,反硝化菌被固定后,在好氧条件下仍具有反硝化功能.硝化菌和反硝化菌被混合固定后,可以在好氧条件下同时进行硝化和反硝化作用,并且其氨氧化速率约为硝化菌单独固定时的1.4倍.硝化菌和反硝化菌混合固定构成的单级生物脱氮系统其脱氮速率是分别固定构成的单级生物脱氮系统的2.6倍.     

Nitrification characteristics of nitrobacteria immobilized in waterborne polyurethane in wastewater of corn-based ethanol fuel production

A technology to achieve stable and high ammonia nitrogen removal rates for corn distillery wastewater (ethanol fuel production) treatment has been designed. The characteristics of nitrifying bacteria entrapped in a waterborne polyurethane (WPU) gel carrier were evaluated after acclimation. In the acclimation period, nitrification rates of WPU-immobilized nitrobacteria were monitored and polymerase chain reaction (PCR) was also carried out to investigate the change in ammonium-oxidizing bacteria. The results showed that the pellet nitrification rates increased from 21 to 228 mg-N/(L-pellet. hr) and the quantity of the ammonia oxidation bacteria increased substantially during the acclimation. A continuous ammonia removal experiment with the anaerobic pond effluent of a distillery wastewater system was conducted with immobilized nitrifying bacteria for 30 days using an 80 L airlift reactor with pellets at a fill ratio of 15% (V/V). Under the conditions of 75 mg/L influent ammonia, hydraulic retention time (HRT) of 3.7--5.6 hr, and dissolved oxygen (DO) of 4 mg/L, the effluent ammonia concentration was lower than 10 mg/L and the ammonia removal efficiency was 90%. While the highest ammonia removal rate, 162 mg-N/(L-pellet.hr), was observed when the HRT was 1.3 hr.     

硝化细菌的培养及包埋固定化中试

为实现硝化细菌规模化富集及包埋固定化技术的工业化应用.以污水厂回流污泥为菌源,利用工业级生物发酵罐,连续投加并逐渐提高底物浓度,控制FA和FNA实现硝化细菌的快速增长,实现了氨氧化速率118 mg·(L·h)~(-1)的高表达.高通量种群分析结果表明,回流污泥生物多样性较大,具有硝化作用的Nitrosomonas比例仅为0.53%;富集培养后污泥多样性明显降低,Nitrosomonas比例上升至10.27%,相较于驯化前,比例提高了20倍.以此为菌源,用PVA(聚乙烯醇)进行包埋固定化,包埋填料填充率为30%,通过连续流的方式进行包埋填料的活性恢复,仅用27 d填料的硝化速率达到62mg·(L·h)~(-1),证明包埋填料活性恢复.     

铜离子的持续负荷对活性污泥生物硝化活性的影响

重金属对生物硝化的抑制是困扰很多污水处理厂脱氮效果的难题.本文采用间歇式活性污泥反应器(SBR),研究了模拟废水中不同浓度的Cu2+持续抑制及负荷停止后硝化效率、硝化细菌活性和Cu分布的变化.结果表明,硝化活性易受Cu2+的影响,抑制程度随着Cu2+浓度的增大和施加持续Cu2+负荷的运行周期的延长而提高,当活性污泥内、外吸附Cu的总量达(14.0±1.0)mg·g-1(以MLSS计)时,氨氮去除率降至26.5%±4.0%.Cu2+对氨氧化细菌(AOB)的抑制作用大于亚硝酸盐氧化细菌(NOB).在Cu2+负荷为10和20 mg·L-1的体系中,NOB可以全部或部分被驯化而适应含铜废水.恢复阶段,AOB和NOB的活性完全或部分恢复,恢复速率和程度随抑制期Cu2+投加浓度的增加而降低.反应体系内Cu主要分布在细胞内部和表面,且不易解析,硝化抑制率与溶解的Cu2+浓度呈负相关性.     

MBBR泥膜复合系统泥膜竞争关系的影响因素

为探究MBBR泥膜复合硝化系统内泥膜竞争关系，通过小试试验研究了水处理过程中常规因素（污泥浓度、DO、温度、C/N）对MBBR泥膜复合系统硝化效果的影响，分析了系统内污泥容积负荷和移动床生物膜反应器（MBBR，Moving-Bed Biofilm Reactor）生物膜容积负荷变化趋势，进而得出泥膜竞争规律.结果表明，MBBR泥膜复合系统容积负荷均大于单一污泥或MBBR生物膜系统的容积负荷.在一定范围内，污泥浓度、DO、温度与MBBR泥膜复合系统容积负荷呈现正相关，且系统内活性污泥在与MBBR生物膜在竞争DO和基质时优势明显，而MBBR生物膜则具有更强的耐低温能力.进水C/N与MBBR泥膜复合系统硝化负荷呈负相关，且活性污泥在应对进水C/N过高时较MBBR生物膜更具优势，MBBR的“镶嵌”则强化了系统SND效果.微生物群落变化显示MBBR泥膜复合系统内的硝化细菌优势菌属为Nitrospira，且悬浮载体生物膜对其富集能力明显高于活性污泥.