IEM-UF同步分离反硝化系统脱氮特性及种群结构分析

针对传统脱氮工艺处理低C/N污水存在的问题,本研究提出IEM-UF同步分离反硝化系统.考察了三阶段各反应器对系统COD去除与脱氮性能影响,同时应用宏全基因组技术分析了各反应器功能微生物种群结构特征.结果表明,系统在电流强度0. 2A时分离器氨氮富集率平均达到116. 1%,最高可达170%;系统进水C/N为2. 80稳定运行时,系统COD及TN平均去除率分别可以达到90%和50%以上. TN去除率最高达到65. 4%.宏全基因组测序表明,在硝化反应器中硝化螺旋菌属(Nitrospira)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)所占比例分别为12. 23%和2. 31%;在反硝化反应器中脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、陶厄氏菌属(Thauera)和Azospira所占比例分别为4. 57%、1. 76%和1. 03%,远大于其他菌属所占比例,保证了系统中COD、NH_4~+-N、NO_x~--N较高的去除率;同时铁自养反硝化菌的存在提高了系统的反硝化效率.     

IEM-UF同步分离反硝化系统脱氮特性及种群结构分析

针对传统脱氮工艺处理低C/N污水存在的问题,本研究提出IEM-UF同步分离反硝化系统。考察了三阶段各反应器对系统COD去除与脱氮性能影响,同时应用宏全基因组技术分析了各反应器功能微生物种群结构特征。结果表明,系统在电流强度0.2A时分离器氨氮富集率平均达到116.1%,最高可达170%;系统进水C/N为2.80稳定运行时,系统COD及TN平均去除率分别可以达到90%和50%以上。TN去除率最高达到65.4%。宏全基因组测序表明在硝化反应器中硝化螺旋菌属(Nitrospira)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)所占比例分别为12.23%和2.31%;在反硝化反应器中脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、陶厄氏菌属(Thauera)、Azospira所占比例分别为4.57%、1.76%和1.03%,远大于其他菌属所占比例,保证了系统中COD、、较高的去除率;同时铁自养反硝化菌的存在提高了系统的反硝化效率。     

温度和DO对MBBR系统硝化和反硝化的影响

在缺氧/好氧/好氧串联运行的移动床生物膜反应器（MBBR）系统中考察了温度和好氧反应器中溶解氧（DO）水平对生物膜硝化和反硝化过程氮素去除的影响,并通过高通量测序技术探究温度和DO的变化造成的MBBR系统中脱氮功能菌群结构的差异,从而在微观水平解释硝化和反硝化受温度和DO影响的生物学机理.结果表明,系统温度的升高可以同时强化生物膜硝化和反硝化过程,且好氧反应器中DO水平的提高对硝化过程有利,从而提高系统的脱氮效果.本研究中,在系统连续运行阶段,当系统温度和好氧O₁反应器的DO浓度为本研究范围内的最高水平时（即温度=20~22℃、DO=5~8mg O₂/L）,比硝化负荷可达1.60g NH₄⁺-N/（m²·d）以上,而相同温度范围内比反硝化负荷可高达2.84g NO₃^--N/（m²·d）,从而使MBBR系统在该工况条件下获得了最佳的NH₄⁺-N和TN去除率（分别达到了98.7%和85.7%）.温度和DO影响硝化和反硝化的根本原因是温度和DO变化引起了脱氮功能菌群数量和群落结构的改变：当好氧反应器的DO水平下降时,硝化功能细菌的OTUs比例显著降低,尤其是异养硝化细菌的生长受到了严重的抑制;而温度的变化对反硝化细菌的影响主要体现在群落结构的变化.     

厌氧氨氧化耦合反硝化底物竞争抑制特性

通过连续流实验和批式实验研究了有机物和NO₂^--N对厌氧氨氧化菌和反硝化菌耦合脱氮特性的影响.在连续流实验中,保证底物NO₂^--N充足,研究了葡萄糖有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥反应器脱氮性能的影响.当进水葡萄糖有机物的COD浓度为100mg/L时,颗粒污泥具有良好的厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮活性,当COD浓度为200mg/L时,颗粒污泥的厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮活性较差.当进水COD浓度分别为100,200mg/L时,反应器中颗粒污泥的厌氧氨氧化NH₄⁺-N去除活性分别为0.096,0.071kg NH₄⁺-N/（kgVSS-d）,厌氧氨氧化NO₂^--N去除活性分别为0.153,0.092kg NO₂^--N/（kgVSS-d）,反硝化NO₂^--N去除活性分别为0.111,0.212kg NO₂^--N/（kgVSS-d）.在批式实验中,研究了碳源种类和COD/NO₂^--N比对厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥脱氮性能的影响.控制COD/NO₂^--N比为1~4,以葡萄糖为碳源时,厌氧氨氧化菌在亚硝态的竞争过程中占据优势;以乙酸钠为碳源时,控制COD/NO₂^--N比为1~4,厌氧氨氧化菌在亚硝态的竞争过程中处于劣势.     

低DO硝化耦合内碳源反硝化脱氮处理生活污水

为了进一步合理利用碳源,降低曝气能耗,有效解决低C/N生活污水的脱氮问题,采用2个串联的SBR在无外加碳源的条件下处理低C/N实际生活污水,分别启动内碳源反硝化反应器（ED-SBR）和低DO硝化反应器（LDON-SBR）,并按照厌氧（ED-SBR）-好氧（LDON-SBR）-缺氧（ED-SBR）的方式运行,综合考察各反应器处理性能,并探讨低DO硝化耦合内碳源反硝化工艺脱氮的可行性.结果表明：LDON-SBR反应器在DO浓度为0.3~0.5mg/L的条件下能够成功实现90%以上的硝化并稳定维持,同时反应器存在明显的同步硝化反硝化（SND）现象,SND率可达29.6%;ED-SBR反应器在厌氧阶段能够将进水中的有机物转化为内碳源并储存,在缺氧阶段能够进行内源反硝化,使NO₃^--N平均浓度从27.3mg/L降低至3.9mg/L,NO₃^--N平均去除率为86.5%;系统整体COD去除率为80%左右.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

猪场废水厌氧氨氧化脱氮的短程硝化反硝化预处理研究

在常温(13～20℃)、不调节pH的条件下,采用短程硝化反硝化预处理低C/N（2左右）猪场废水,考察了反硝化与亚硝化过程,并以经过短程硝化反硝化预处理的猪场废水为进水,分析了厌氧氨氧化的脱氮效果.结果表明,采用短程硝化反硝化预处理低C/N猪场废水,可以达到去除部分COD、部分脱氮、控制出水氨氮和亚硝态氮浓度之比在1∶1左右、pH在7.5～8.0左右的目的,为厌氧氨氧化创造了进水条件,全程COD和总氮平均去除率分别为64.3%和49.1%;经过短程硝化反硝化预处理的猪场废水,其厌氧氨氧化脱氮效果稳定,氨氮、亚硝态氮、总氮的平均去除率分别为91.8%、99.3%、84.1%.     

两级PNDPR耦合Anammox脱氮除磷工艺研究

鉴于厌氧氨氧化工艺进水必须包含NO₂^--N和NH₄⁺-N两种基质,且只能脱氮,为在此基础上进一步实现除磷,提出辅以短程硝化技术,将除磷、脱氮技术相耦合,即短程硝化反硝化除磷串联厌氧氨氧化工艺.生活污水首先进入短程硝化反硝化除磷单元,主要实现NH₄⁺-N转化为NO₂^--N并去除COD,其部分出水与生活污水原水相混合再进入厌氧氨氧化单元,同时短程硝化反硝化除磷单元于缺氧条件下反硝化吸磷,待反应结束后两个处理单元的出水混合排放.实验结果表明,控制进水混合比为4.2可保证Anammox单元中C/N和NO₂^--N/NH₄⁺-N值分别为2和1.5,平均△NO₂^--N/△NH₄⁺-N=1.41,△NO₃^--N/△NH₄⁺-N=0.12,Anammox脱氮平均占比为85.2%,反硝化与Anammox反应耦合良好.整个系统稳定运行后出水COD、P、NH₄⁺-N、NO₂^--N和NO₃^--N浓度分别为15.2,0.85,0.59,5.56,3.33mg/L,TN去除率为89.4%,通过PNDPR-Anammox耦合新工艺成功实现模拟生活污水的高效处理.     

NO2--N/NH4+-N及COD/NH4+-N对厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮除碳的影响

采用序批式反应器-厌氧序批式反应器（SBR-ASBR）组合工艺处理常温低C/N比实际生活污水,通过调控SBR缺氧：好氧时间分别为80min：60min、120min：60min和150min：60min时,实现半亚硝化,将其出水直接泵入ASBR反应器中,考察不同进水NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N对厌氧氨氧化耦合反硝化同步脱氮除碳的影响,并采用响应面法设计正交批次试验.结果表明：在NO₂^--N/NH₄⁺-N为1.55,COD/NH₄⁺-N为4.22时,出水NH₄⁺-N、NO₂^--N和COD的浓度分别为2.79,0.47,38.37mg/L,其去除率分别高达87.56%,98.45%和62.69%.ΔNO₂^--N/ΔNH₄⁺-N为2.23,生成的NO₃^--N的量比理论值小2.47mg/L,厌氧氨氧化和异养反硝化共同完成氮素去除,系统脱氮除碳性能最佳.当NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N分别由0.84增加到1.55和3.24增加到4.22时,厌氧氨氧化和异养反硝化对脱氮贡献率分别由80.40%降至53.33%和19.60%增加到46.67%.NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N对TN和COD去除的正交影响显著,均呈现正相关,R²分别为0.9243和0.9700.     

CEM-UF组合膜-硝化/反硝化系统处理低C/N废水及种群结构分析

本研究采用具有氨氮富集分离特性的阳离子交换膜-超滤(CEM-UF)组合膜与硝化/反硝化结合处理低C/N废水,考察该系统不同流量比下低C/N废水的硝化、反硝化脱氮特性,并通过对硝化、反硝化活性污泥进行16Sr DNA高通量测序,分析功能微生物群落结构特征.结果表明,系统进水TN为60 mg·L-1,COD/TN为2.65下,各流量比下硝化均有较好效果,平均氨氮去除率为98.7%,流量比值由1∶2上升到1∶6过程中,反硝化m(COD)/m(NO-3-N)随之升高,1∶6时平均硝氮去除率达到最高,为86.28%,系统总氮去除率由22.56%上升到46.8%.Illumina高通量测序结果表明,硝化污泥中可以固氮的Proteobacteria菌门占30.9%,重要的亚硝酸盐氧化菌Nitrospirae菌门占3.06%,属水平上检测到氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas和Nitrosospira,亚硝酸盐氧化菌(NOB)Nitrospira和Nitrobacter,AOB与NOB菌比例较高,与硝化反应器中较好的硝化效果相一致.反硝化污泥中Proteobacteria菌门占主导地位(53.13%),其次是Bacteroidetes菌门(10.93%),在属的水平上检测到Dechloromonas、Thauera、Castellaniella、Alicycliphilus、Azospira、Comamonas、Caldilinea和Saccharibacteria多种具有反硝化脱氮作用的相关菌属,反硝化菌所占比例为25.91%,反硝化污泥中具有反硝化功能的微生物丰富,反硝化效果良好.     

进水C/N对A~2/O-BCO工艺反硝化除磷特性的影响

采用厌氧/缺氧/好氧与生物接触氧化工艺组成的双污泥系统(A~2/O-BCO)处理实际生活污水.通过投加乙酸钠调节进水碳氮比(C/N=2.44~8.85),考察了系统的反硝化除磷特性.试验结果表明:进水有机物主要是通过改变硝化性能(即缺氧段反硝化负荷)以及聚-β-羟基链烷酸脂(PHA)的贮存和利用,进而影响系统的脱氮除磷效果.当进水C/N为4~5时,COD、TN和PO_4~(3-)-P去除率分别达到88%,80%和96%,实现了有机物、氮和磷的同步高效去除.碳平衡分析表明,A~2/O反应器去除的COD占去除总量的71.86%~77.28%,BCO反应器去除的COD仅占2%~12%,碳源的高效利用是A~2/O-BCO工艺在低C/N条件下实现深度脱氮除磷的重要原因.此外,通过进水C/N与曝气量、硝化液回流比、厌/缺氧反应时间等相关性的分析,提出了系统的优化运行策略.     

序批式移动床生物膜反应器内同步短程硝化反硝化的控制

在序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)内,对进水COD较低的条件下,模拟生活污水的亚硝化及脱氮性能进行了研究.结果表明,缺氧时间、进水COD、NH44 -N浓度、pH值以及溶解氧对亚硝化过程有明显影响.在进水COD为100mg·L-1NH4 4-N浓度为50mg·L-1时,调控溶解氧、pH,出水的亚硝化率可到99.7%,总氮去除率可达66.4%,表明系统中发生了同步短程硝化反硝化.     

不同曝气强度下SBMBBR和SBR脱氮除磷性能对比研究

对比考察了不同曝气强度下序批式活性污泥反应器(SBR)和序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)的脱氮除磷效果,并分析了反应器单个周期内有机物、氮和磷的转化过程.实验结果表明,SBMBBR和SBR脱氮主要是基于好氧段发生的同步硝化反硝化(SND)及进水、搅拌阶段发生的缺氧反硝化途径实现的,而除磷是基于常规生物除磷和反硝化除磷过程而完成.曝气强度会影响SBR和SBMBBR好氧阶段SND发生的程度,最佳曝气强度下两者通过SND作用去除的TN量分别达到去除总量的47.7%和79.0%.在采用先行厌氧的运行方式,保持系统内高浓度微生物,使反应器在进水C/N比只有2.2～3.5的条件下均取得了良好的脱氮除磷效果.两者相比,SBMBBR和SBR在COD和NH4-N去+除方面没有差异,而SBMBBR的反硝化、除磷效果更优,TN、TP去除率分别达到95.4%和93.5%,较SBR分别高出10.9%和4.1%.     

Organic matter and concentrated nitrogen removal by shortcut nitrification and denitrification from mature municipal landfill leachate

An UASB＋Anoxic/Oxic （A/O） system was introduced to treat a mature landfill leachate with low carbon-to-nitrogen ratio and high ammonia concentration. To make the best use of the biodegradable COD in the leaehate, the denitrifieation of NOx^--N in the reeireulation effluent from the elarifier was carried out in the UASB. The results showed that most biodegradable organic matters were removed by the denitrifieation in the UASB. The NH4^＋-N loading rate （ALR） of A/O reactor and operational temperature was 0.28- 0.60 kg NH4^＋-N/（m^3-d） and 17-29℃ during experimental period, respectively. The short-cut nitrification with nitrite accumulation efficiency of 90%-99% was stabilized during the whole experiment. The NH4^＋-N removal efficiency varied between 90% and 100%. When ALR was less than 0.45 kg NH4^＋-N/（m^3.d）, the NH4^＋-N removal efficiency was more than 98%. With the influent NH4^＋-N of 1200-1800 mg/L, the effluent NH4^＋-N was less than 15 mg/L. The shortcut nitrification and denitrifieation can save 40% carbon source, with a highly efficient denitrifieation taking place in the UASB. When the ratio of the feed COD to feed NH4^＋-N was only 2-3, the total inorganic nitrogen （TIN） removal efficiency attained 67%-80%. Besides, the sludge samples from A/O reactor were analyzed using FISH. The FISH analysis revealed that ammonia oxidation bacteria （AOB） accounted for 4% of the total eubaeterial population, whereas nitrite oxidation bacteria （NOB） accounted only for 0.2% of the total eubaeterial population.     

碳氮比对聚氨酯生物膜反应器短程硝化反硝化的影响

研究了聚氨酯生物膜反应器在短程硝化反硝化工艺中的应用,考察碳氮比(15∶1、10∶1、5∶1和1.8∶1)对聚氨酯脱氮系统脱氮性能和微生物群落结构的影响,以及微生物群落结构与其处理效果的对应关系.结果表明,经过100 d的运行,当进水碳氮比从15依次下降到10、5和1.8,亚硝酸氮累积率由56.1%逐次上升到62.3%、72.3%和83.2%.在进水碳氮比为10时,系统取得最佳处理效果,氨氮和总氮去除率分别为99.1%和91.0%.进水碳氮比在15、10、5和1.8时,硝化反应和反硝化反应均同时发生在聚氨酯生物膜系统内,随着进水碳氮比的降低,同时硝化反硝化效率逐渐降低.生物膜的功能微生物分析表明,在碳氮比15时,生物膜的微生物多样性要显著高于其他工况.生物膜上的优势亚硝酸菌和硝酸菌分别以亚硝化单胞菌(Nitrosospira sp.)和硝化螺旋菌(Nitrospira sp.)为主,而反硝化细菌则以假单胞菌(Pseudomonas sp.)占据优势.     

Removal of organic matter and nitrogen from distillery wastewater by a combination of methane fermentation and denitrification/nitrification processes

Introduction D istillery w astew ater m ainly includes spent w ash, w hich is one of the m ost com plex, troublesom e industrial organic effluents. This kind of w astew ater has previously been treated aerobically after dilution w ith other w ash w aters.…     

三级AO耦合工艺低温污水处理脱氮机理

采用分段进水三级AO耦合流离生化工艺处理低温废水,在温度为（10±1）℃条件下,控制HRT为8h,进水流量分配比为3：2：1,污泥回流比为50%,考察耦合工艺对低温污水中污染物的去除效果、反应器内污染物变化规律、各级氮去除规律及系统硝化反硝化性能.研究表明：耦合工艺COD及NH₄⁺-N去除效率均超过90%,TN及TP去除效率达到80%,反应器内生物膜污泥浓度在400~800mg/L之间,系统各级NH₄⁺-N去除率均超过80%,缺氧反硝化脱氮率及好氧同步硝化反硝化脱氮率分别为50.15%和26.05%.受底物浓度及功能菌群数量影响,系统第二级比硝化速率及比反硝化速率均最高.     

外加固体缓释碳源的两段反硝化工艺脱氮性能

传统生物脱氮工艺处理废水过程中,出水硝态氮（NO₃^--N）浓度过高是导致总氮（TN）超标的主要原因.通过采用外加碳源提高碳氮比（C/N）,强化反硝化过程可有效解决这一难题.利用基于两段反硝化工艺原理研发设计的一体化脱氮反应器,通过在第二段反硝化池投加聚丁二酸丁二醇酯（PBS）,采用扫描电子显微镜,对反硝化过程前后PBS材料进行表征,采用扩增子测序,深入探究投加PBS前后,第二段反硝化池中微生物群落结构变化.连续120 d的运行数据表明,COD去除率从95.7%降到90.8%,总氮去除率从51.8%提高到80%,Proteobacteria菌门相对丰富度从36.1%上升到46.1%,Thermomonas菌属相对丰富度从6.47%上升到13.48%.结果表明,投加PBS后,PBS不仅可以为反硝化作用提供碳源,其表面还可作为微生物生长附着的载体,起到良好的挂膜作用,同时提高了反硝化菌丰富度,强化了反硝化过程,脱氮性能明显增强,有效提高系统总氮去除率.