低温下AHLs对多级A/O工艺中好氧生物膜特性的影响

针对低温条件下多级A/O工艺出水氨氮容易超标问题,进行外源添加酰基高丝氨酸内酯类信号分子（AHLs）对低温下多级A/O工艺好氧段生物膜特性的影响研究.结果表明:添加100nmol/L的己酰基高丝氨酸内酯（C6-HSL）后生物膜硝化效率提高了22.34%,十二烷酰基高丝氨酸内酯（C12-HSL）则将生物附着量提高了24.47%,且C6-HSL和C12-HSL对生物膜硝化效率和生物附着量的提高作用均具有长期性.这是因为C6-HSL能够将低温下好氧段生物膜硝化活性提高17.56%,而C12-HSL可以将胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）的含量提高67.37%.此外,C6-HSL和C12-HSL均能促进对应信号分子的内源释放,因此对生物膜硝化活性和附着性能具有长期积极影响.高通量测序分析表明C6-HSL可提高Nitrosomonas（亚硝化单胞菌）的丰度,故能提高R2中生物膜硝化活性;而外源添加C12-HSL对Rhodobacter（红杆菌属）丰度影响较大,这是实验组R5生物膜EPS中PN含量增加的重要原因.     

内回流对厌氧氨氧化UASB反应器脱氮性能的影响

温度为30℃±1℃,厌氧氨氧化污泥为接种污泥,人工配制无机废水为进水,通过改变运行方式,研究内回流对厌氧氨氧化反应器不同运行阶段脱氮效能的影响.结果表明：厌氧氨氧化反应器经过42d启动成功,TN去除负荷为3.26kg/（m³·d）,TN去除率达到76.04%;内回流对于厌氧氨氧化UASB反应器的培养初期与培养成熟后的阶段,表现出完全不同的特征：启动初期,增设内回流（回流比为92%）对反应器运行有负面影响,TN去除率由无回流时的30%下降到19%;颗粒污泥形成后,增设内回流（回流比为92%）对反应器脱氮性能有正面作用,TN去除率由无内回流时的76%提高到84%.     

胞外聚合物和信号分子对厌氧氨氧化污泥活性的影响

为了探究胞外聚合物（EPS）对厌氧氨氧化颗粒污泥活性的影响,分别向厌氧氨氧化颗粒污泥中投加30mg/L的总胞外聚合物（IN-EPS）,松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）和紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）.结果表明,3种EPS均可提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性.对于添加了IN-EPS,LB-EPS和TB-EPS的实验组,厌氧氨氧化颗粒污泥的氨氮去除速率分别增加了6.68%,10.5%和19.29%,厌氧氨氧化菌的生长速率分别增加了18.25%,21%,16.3%.三维荧光光谱法分析发现3种EPS的组成基本相同,以芳香族蛋白质和可溶性微生物产物为主.对EPS中的高丝氨酸内酯类（AHLs）信号分子进行检测,发现EPS中含有3种信号分子,分别是C4-HSL,C6-HSL和C10-HSL,外源投加这3种AHLs到厌氧氨氧化颗粒污泥中,结果发现C4-HSL和C6-HSL可以提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性和生长速率,这是EPS可以提高厌氧氨氧化菌活性的原因.     

厌氧氨氧化-羟基磷灰石颗粒污泥系统的快速启动

为研究厌氧氨氧化-羟基磷灰石（Anammox-HAP）颗粒污泥系统的启动方法,采用厌氧氨氧化膨胀床反应器（AAFEB）,接种少量厌氧氨氧化污泥,通过调控基质浓度和水力停留时间,考察系统内污泥粒径及胞外聚合物（EPS）的变化,同时监测系统的脱氮除磷性能.结果表明,在低上升流速0.213~1.066m/h、Ca/P=5.5物质的量比的条件下,不断提高进水氮负荷,实现了Anammox颗粒污泥系统的启动.总氮、正磷酸盐去除率分别为（78.0±9.8）%、（63.8±9.9）%,总氮容积负荷达2.74kg/（m³·d）,在150d内培养出平均粒径为0.4mm的微颗粒污泥.颗粒的形态特征和元素分布检测表明其为Anammox-HAP颗粒污泥.随着颗粒污泥粒径的增加,EPS中的PS含量基本不变,PN从54.43mg/g增加到137.40mg/g,PN/PS从6.63提高到7.71.EPS中PN占比与粒径之间存在正相关,对污泥颗粒的形成起主要作用.     

厌氧氨氧化-羟基磷灰石颗粒污泥系统的快速启动

为研究厌氧氨氧化-羟基磷灰石（Anammox-HAP）颗粒污泥系统的启动方法,采用厌氧氨氧化膨胀床反应器（AAFEB）,接种少量厌氧氨氧化污泥,通过调控基质浓度和水力停留时间,考察系统内污泥粒径及胞外聚合物（EPS）的变化,同时监测系统的脱氮除磷性能.结果表明,在低上升流速0.213~1.066m/h、Ca/P=5.5物质的量比的条件下,不断提高进水氮负荷,实现了Anammox颗粒污泥系统的启动.总氮、正磷酸盐去除率分别为（78.0±9.8）%、（63.8±9.9）%,总氮容积负荷达2.74kg/（m³·d）,在150d内培养出平均粒径为0.4mm的微颗粒污泥.颗粒的形态特征和元素分布检测表明其为Anammox-HAP颗粒污泥.随着颗粒污泥粒径的增加,EPS中的PS含量基本不变,PN从54.43mg/g增加到137.40mg/g,PN/PS从6.63提高到7.71.EPS中PN占比与粒径之间存在正相关,对污泥颗粒的形成起主要作用.     

填充床快速启动厌氧氨氧化反应器及其脱氮性能研究

以城市污水厂二沉池污泥为种泥,以悬浮填料填充床生物膜反应器为厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器,采用高负荷培养法和好氧预挂膜低负荷培养法分别培养与富集厌氧氨氧化菌,并研究其脱氮性能.结果表明,好氧预挂膜低负荷培养法可以在较短时间内(90 d左右)快速启动厌氧氨氧化反应器,稳定期反应器出水氨氮和亚硝氮保持稳定,去除率均接近100%,总氮去除率在75%以上,高负荷培养法因高浓度氨氮和亚硝氮的抑制作用而启动失败(190d).启动过程中pH变化表明,厌氧氨氧化反应器出水pH略高于进水,pH值可用作厌氧氨氧化反应器启动进程的指示参数.上流式厌氧填充床ANAMMOX反应器具有高负荷和高效率的优点,当反应器进水氨氮和亚硝氮浓度低于800 mg/L时,其去除率几乎达100%,低于国家一级标准.     

外源自诱导物对厌氧氨氧化的影响

厌氧氨氧化作为污水生物脱氮新工艺,存在着菌群倍增时间长,一旦随水流失,脱氮性能会急剧下降的问题.N-酰基高丝氨酸内酯（AHLs）作为一类典型的诱发群体感应效应的自诱导物,可能会激活部分基因的表达.有研究表明两种常见的AHLs：C6-HSL和C8-HSL对厌氧氨氧化菌群的成膜机制有促进作用.本试验通过外添加C6-HSL和C8-HSL两种自诱导物,深入探究其对厌氧氨氧化菌群的影响.结果表明浓度为0.5g/L的AHLs会抑制厌氧氨氧化菌群的生长,但能提高其脱氮性能,并显著促进联氨合成酶（hydrazine synthase subunit A,hzsA）基因的表达,但两种AHLs的促进作用有所差别,相同浓度的C8-HSL较C6-HSL对hzsA基因表达的促进作用更为明显.     

有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响

研究了有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.在没有有机物的条件下,进水基质(氨氮和亚硝氮)浓度为70～280 mg·L-1,容积总氮负荷为0.29～0.72 kg·m-3·d-1,氨氮去除率86.0%～99.7%,亚硝氮去除率88.7%～99.3%.添加有机物(酵母膏100 mg·L-1)后,ANAMMOX反应器运行性能与容积总氮负荷有关.容积总氮负荷低于0.43 kg·m-3·d-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响较小,氨氮和亚硝氮去除率保持在94%以上;但当容积总氮负荷为0.72 kg·m-3·d-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能产生严重影响,氨氮和亚硝氮去除率降至75%以下.停止添加有机物并降低容积总氮负荷,可在短期内消除有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.     

苯酚对厌氧氨氧化工艺耦合反硝化的启动及脱氮性能的影响

研究了ANAMMOX耦合异养反硝化反应器的启动过程,考察了苯酚浓度对耦合反应器脱氮性能的影响.接种2L(占反应器有效容积的20%)挥发性悬浮固体(MLVSS)为6000mg/L的ANAMMOX颗粒污泥,在pH7.8、温度为25℃、HRT为1.5h的条件下经过86d的培养,ANAMMOX耦合异养反硝化启动成功.实验结果表明,在稳定运行阶段,NH4+-N、NO2--N和TN平均去除率分别为85.4%、86.1%和79.9%,TN平均容积负荷和TN平均去除负荷分别为2.63,2.10kg/(m3·d);ANAMMOX颗粒污泥外面包裹着苯酚反硝化菌;系统内异养反硝化与ANAMMOX存在协同和竞争关系.当苯酚浓度≥0.3mmol/L时,ANAMMOX菌的活性受到很大抑制,苯酚浓度的升高加剧了苯酚反硝化菌与ANAMMOX菌之间的竞争;从脱氮效果及系统稳定两方面综合考虑,当苯酚浓度为0.2mmol/L时,耦合效果最好,消耗的NH4+-N、NO2--N与生成的NO3--N之比为1:1.52:0.11.     

AHLs群体感应信号分子对硝化污泥附着生长及硝化效果的影响

污水生物脱氮系统中的硝化菌生长慢、易流失,人为添加N-酰基高丝氨酸内酯类(AHLs)群体感应信号分子,可能会强化硝化菌生物膜的形成,从而有助于富集硝化菌,提高硝化效率.本研究以采用低碳氮比(C∶N=8)人工配置废水驯化100 d后的硝化活性污泥为菌源,人为外加2μmol·L-1的AHLs信号分子(C8-HSL或OHHL),分析了两种信号分子对硝化污泥静态附着、氨氮动态降解及微生物生长速率的影响.研究结果表明,信号分子OHHL能快速强化微生物附着生长,且能在一定时间内持续发挥作用,有助于硝化生物膜的形成;而信号分子C8-HSL则能明显提高硝化污泥的氨氮降解速率;两种信号分子都能促进硝化污泥生长,提高微生物生长速率,增强硝化污泥活性,加速硝化污泥生物量累积.人为添加C8-HSL或OHHL信号分子,不仅能保证氨氮降解效率还能降低出水硝氮浓度,减轻氮污染.     

曝气量对颗粒污泥制备生物柴油的影响

以处理葡萄糖废水的好氧颗粒污泥为研究对象,考察了不同曝气量对颗粒污泥的菌群结构以及后续制备生物柴油的影响.研究结果表明,不同曝气条件下的颗粒污泥形态以及细菌,真菌的菌群结构存在明显差异,曝气量为167L/（min·m³）时,丝状真菌比例最高（8.57%）,且单位生物量的生物柴油产量也最高,达到（48.62 ±1.36）mg/g SS.不同曝气条件下形成不同菌群结构的颗粒污泥,不仅影响了污泥制备生物柴油的产量,其组分也存在明显差异.曝气量为167L/（min·m³）条件下,亚油酸甲酯（C18：2）大幅增加,这可能与该条件下颗粒污泥中出现的酵母菌Dipodascus有关.由此可见,在实际工程中可以通过控制曝气量来提高生物柴油产量和调节其组分结构.     

基于不同接种污泥复合型厌氧氨氧化反应器的快速启动特征

为获得快速启动厌氧氨氧化的最佳污泥源及厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成工艺,采用本实验室自主研发复合型CAMBR反应器(厌氧折流板反应器(ABR)+膜生物反应器(MBR),分别接种厌氧颗粒污泥(R1)和絮状反硝化污泥(R2),考察不同接种污泥的厌氧氨氧化启动特征和颗粒化程度.结果表明,R1与R2反应器分别耗时45 d和60 d均成功快速启动厌氧氨氧化,其启动过程均可分为活性停滞期、活性提高期、活性稳定期3个阶段,但每个阶段氮素的去除规律略有不同,稳定运行期内,R1和R2反应器内NH_4~+-N和NO-2-N的平均去除率均高达95%以上;此外,R1反应器中形成了直径0.8~1.6mm为主的厌氧氨氧化红色颗粒污泥,R2反应器则以不规则块状和絮状为主,颗粒化程度较低,两个反应器内均可观察到红色颗粒污泥上浮现象;稳定运行期内NH_4~+-N、NO-2-N和NO_3~--N之间的定量关系分析表明:R1反应器内可能存在着硝酸盐型厌氧氨氧化,致使NH_4~+-N过量转化,R2反应器内则为典型亚硝酸盐型厌氧氨氧化.     

晚期垃圾渗滤液厌氧氨氧化脱氮性能及其污泥特性

为研究ANAMMOX(厌氧氨氧化)工艺处理晚期垃圾渗滤液过程中氮转化途径的变化及颗粒污泥特性,采用2套ANAMMOX-UASB生物膜反应器(1#系统和2#系统)分别处理晚期垃圾渗滤液和无机配水,考察两种水质条件下ANAMMOX系统的脱氮性能,并对稳定运行时期两个系统颗粒污泥中ANAMMOX菌活性、硝化活性、反硝化活性及其污泥理化特性进行对比. 结果表明:1#系统经过连续培养逐渐适应了晚期垃圾渗滤液,实现了ANAMMOX耦合异养反硝化高效脱氮;稳定期1#系统和2#系统中TN的平均去除率分别为86.66%和76.77%. 1#系统和2#系统的颗粒污泥均具有ANAMMOX活性、硝化活性和反硝化活性,1#系统中颗粒污泥ANAMMOX活性和硝化活性较2#系统略有降低,而反硝化活性则大有提高;两个系统中ANAMMOX过程对TN去除速率分别为0.286和0.301 g/(g·d). 1#系统中颗粒污泥呈红褐色,2#系统中颗粒污泥呈砖红色,两个系统中粒径>1.5~2.5 mm的颗粒污泥所占比例分别为66.10%和50.67%,基本处于传质作用最佳的区间.      

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).     

以脱水污泥为接种污泥促进好氧污泥颗粒化

以脱水造粒形成的物理颗粒污泥为接种污泥,明显提高了好氧污泥颗粒化速度.研究结果表明：在第20d,接种物理颗粒污泥的R2中90%以上的污泥粒径即大于0.2mm,而接种絮状污泥的R1中只有26.7%.颗粒化过程中,接种物理颗粒污泥的R2中SVI始终小于80mL/g沉降性能良好,第25d时污泥浓度为6300mg/L,而R1为3200mg/L.脱水过程未对污泥活性造成明显影响,培养期间两者COD去除率均大于90%,但培养后期R2中TN的去除率约为70%,明显优于R1的55%,其主要原因为R2中的污泥粒径大于R1.经过5d的曝气剪切后仍有39.8%的物理颗粒污泥大于0.2mm,为颗粒化提供了大量诱导核,同时物理颗粒污泥内部营养传输孔道的形成与EPS的內源消化和反硝化产气有关.     

基于颗粒污泥的短程反硝化USB反应器启动和运行研究

在2个相同的USB反应器(R1无载体,R2采用多孔生物填料为载体)中构建了短程反硝化工艺,对R1和R2NO₃^--N→NO₂^--N转化性能、短程反硝化颗粒污泥物化特性、胞外聚合物(EPS)产生特性以及微生物功能菌群主要特征进行差异分析.结果表明,反应器运行81d,氮负荷(NLR)为1.2kg/(m³·d)时,NO₃^--N→NO₂^--N转化率(NTR) R2(85%)高于R1(80%);载体颗粒污泥(R2)沉降性能优于自固定化颗粒污泥(R1)且载体颗粒污泥(R2)更容易截留EPS,PN/PS值R1(1.29)>R2(1.15),污泥体积指数(SVI) R1(27.07mL/g MLSS)>R2(19.36mL/g MLSS);扫描电镜发现R1污泥表面聚集长杆菌,R2污泥表面聚集短杆菌和球菌,与R1相比R2颗粒污泥结构更加规则密实.微生物高通量测序结果表明,R2物种丰富度和多样性高于R1,变形菌门、拟杆菌门和绿弯菌门在短程反硝化系统中占主导地位,R1和R2主要NO₂^--N积累功能菌属均为Acinetobacter属(R1-59.18%、R2-46.04%)和Thauera属(R1-6.81%、R2-5.99%).     

The integration of methanogenesis with denitrification and anaerobic ammonium oxidation in an expaned granular sludge bed reactor

The integration of methanogenesis with denitrification and anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) was studied in an expanded granular sludge bed (EGSB) reactor in this work. Experimental results from the continuous treatment of wastewater with nitrite and ammonium, which lasted for 107 days, demonstrated that wastewater with high nitrite and ammonium could be anaerobically treated in an expanded granular sludge bed reactor. More than 91% to 97% of COD were removed at up to about 3.9 g COD/(L x d) of COD volumetric loading rate. More than 97% to 100% of nitrite was denitrified at up to about 0.8 g NO2(-) -N/(L x d), which is 16 times higher than that in a conventional activated sludge system with nitrification/denitrification (0.05 gN/(L x d)). No dissimilatory reduction of nitrite to ammonium occurred in the process. However, maximum of about 40% ammonium was found to be lost. Batch tests of 15 days with sludge from the reactor showed that 100% of nitrite was denitrified completely, and about 3% of ammonium was removed when only ammonium (34.3 mg/L) and nitrite (34.3 mg/ L) were added into the sludge suspension medium. Furthermore, about 15% of ammonium amounts were lost with organic COD addition. It suggested that the methanogenesis in the system could enhance ANAMMOX because of intermediate hydrogen produced during methanogenesis.