厌氧颗粒污泥自启动厌氧氨氧化反应特性研究

采用上流式厌氧反应器分别培养厌氧颗粒污泥（R1）及厌氧颗粒污泥与成熟厌氧氨氧化anammox混合污泥（R2）,对比分析2个系统的脱氮性能和微生物菌群特性。结果表明:R1总氮去除率在99 d时可达到74%,而R2仅需48 d即可维持在70%以上。进水氮负荷提升的同时,R1污泥中胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）含量上升更为明显,从而促进污泥颗粒化。高通量测序分析结果表明,R1中主要厌氧氨氧化细菌AnAOB为Candidatus Kuenenia（7.92%）,R2中优势AnAOB为Candidatus Brocadia（15.64%）,而Candidatus Kuenenia占3.02%。R1在较低厌氧氨氧化细菌丰度的情况下仍能保持相当的脱氮效率,更具有长期培养的潜力。     

高效厌氧氨氧化颗粒污泥的动力学特性

通过运行厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床(upflow anaerobic sludge blanket,UASB)反应器,培育获得了高效厌氧氨氧化颗粒污泥(high-rate ANAMMOX granules,HAG).以絮状厌氧氨氧化污泥(flocculent ANAMMOX sludge,FAS)作为对照,采用批次试验研究了HAG的动力学特性.结果表明,HAG的比厌氧氨氧化活性(specific ANAMMOX activity,SAA)为2.63kg.(kg.d)-1,是FAS的2.5倍;对基质氨和亚硝酸盐的半速率常数(KS)分别为17 mg.L-1和19 mg.L-1,低于FAS的对应值;对氨、游离氨和亚硝酸盐的抑制常数(KI)分别为11 679、505和735 mg.L-1,远远高于FAS的对应值.HAG具有优良的动力学性质,可使其在不利环境中竞争基质,这对新型的厌氧氨氧化菌种流加工艺具有积极意义.     

厌氧氨氧化颗粒污泥EPS及其对污泥表面特性的影响

取厌氧氨氧化EGSB反应器中颗粒污泥,根据粒径筛分为R1(0. 5～1. 4 mm)、R2(1. 4～2. 8 mm)和R3( 2. 8 mm)这3组.提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS,分析EPS特性及其对厌氧氨氧化聚集体表面特性的影响.随着厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的增加,PS含量介于(10. 69±0. 11)～(12. 28±0. 15) mg·g~(-1)之间,而PN含量从(56. 88±0. 86) mg·g~(-1)增加到(98. 59±2. 10) mg·g~(-1),且PN/PS从5. 32提高到9. 05.不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS官能团及三维荧光组分含量不同.随着颗粒污泥粒径增大,蛋白质二级结构α-螺旋/(β-折叠+无规卷曲)值从0. 60逐渐降低到0. 43,这种变化有利于污泥表面疏水性的表达.随着颗粒污泥粒径的增大,污泥表面疏水性由54. 2%提高到63. 1%,Zeta电位由-41. 2 m V增加到-31. 5 m V,疏水性的增强和表面电荷的增大有利于颗粒污泥的聚集.厌氧氨氧化颗粒污泥EPS可以增强污泥疏水性和提高Zeta电位,EPS中的PN发挥着重要的作用.     

厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物金属元素特性

为探究厌氧氨氧化颗粒污泥胞外金属元素特性,将厌氧氨氧化颗粒污泥根据粒径筛分为0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm 3组,提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物（EPS）,研究EPS金属元素特性.结果表明,蛋白质（PN）是厌氧氨氧化颗粒污泥EPS的主要成分,占EPS含量的84.2%以上.随着粒径的增大,EPS中Na、K、Ca、Mg元素含量均增多,且与EPS中蛋白质含量变化一致.EPS中K、Ca、Mg元素的离子形式占比分别为68.6%、56.2%、94.7%.EPS经过阳离子交换树脂（CER）处理后,0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm组EPS Zeta电位分别减小了4.7,7.2,9.1mV,EPS中的金属离子可通过压缩双电层作用促进颗粒污泥的聚集,金属离子对大粒径颗粒污泥EPS Zeta电位的影响幅度更大.     

厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物金属元素特性

为探究厌氧氨氧化颗粒污泥胞外金属元素特性,将厌氧氨氧化颗粒污泥根据粒径筛分为0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm 3组,提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物（EPS）,研究EPS金属元素特性.结果表明,蛋白质（PN）是厌氧氨氧化颗粒污泥EPS的主要成分,占EPS含量的84.2%以上.随着粒径的增大,EPS中Na、K、Ca、Mg元素含量均增多,且与EPS中蛋白质含量变化一致.EPS中K、Ca、Mg元素的离子形式占比分别为68.6%、56.2%、94.7%.EPS经过阳离子交换树脂（CER）处理后,0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm组EPS Zeta电位分别减小了4.7,7.2,9.1mV,EPS中的金属离子可通过压缩双电层作用促进颗粒污泥的聚集,金属离子对大粒径颗粒污泥EPS Zeta电位的影响幅度更大.     

颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO2的影响

采用批试验方法,研究了颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO2的影响.用Haldane模型描述厌氧氨氧化反应动力学,得到最大氨氮反应速率6.65×10-3tmg·(mg·h)-1、氨氮半饱和常数87.1 nag·L-1和抑制常数1 123 mg·L-1,亚硝态氮半饱和常数15.39 mg·L-1和抑制常数159.5 mg·L-1.微量NO2对厌氧氨氧化具有强化作用,基于Haldane模型建立了厌氧氨氧化的NO2强化函数,估计了强化函数中的最大强化系数48.79、NO2半饱和常数2480 mg·m-3、NO2抑制常数4.22 mg·m-3和基础速率系数0.018 2.试验中大部分的NOx出现损失.     

高效厌氧氨氧化颗粒污泥膨胀床(EGSB)工艺性能研究

采用模拟含氨废水和颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器研究了厌氧氨氧化工艺的高效性能.试验结果表明,厌氧氨氧化EGSB工艺具有很高的容积效率,在35℃、进水氨氮浓度247.1～444.8mg·L-1、亚硝氮浓度为308.7～483.8mg·L-1的条件下,反应器水力停留时间可缩至0.237～0.267h,平均容积去除速率可高达61.4kg.m-.3d-1(以N计).同时,该工艺具有超常的运行稳定性,在进水基质浓度、进水流量和pH波动的情况下,总氮去除率和出水浓度的相对标准偏差分别为3.6%～6.9%和14.4%～22.6%.厌氧氨氧化EGSB工艺的高效稳定性可归因于反应器的强污泥持留能力和厌氧氨氧化污泥的高反应活力.系统内持留的污泥浓度高达24～28g·L-1(以VSS计),分批培养测得的最高比污泥活性为2.19g.g-1.d-1(以N计),连续培养测得的最高比污泥活性为3.62g.g-.1d-1(以N计).     

反应器类型及接种污泥对厌氧氨氧化工艺启动阶段的影响

厌氧氨氧化工艺启动周期过长,在实际应用推广中受到制约。为缩短厌氧氨氧化工艺启动时间,提高启动成功率,试验分别通过将两种来源的污泥分别接种在两个相同类型的UASB反应器,以及将相同污泥分别接种在不同类型反应器的方法,对厌氧氨氧化工艺启动阶段进行试验研究,探索能够缩短工艺启动周期、提高工艺启动成功率的有效措施。结果表明,增加机械搅拌装置、提高接种污泥的浓度及厌氧氨氧化菌落丰度指数,可以有效提高厌氧氨氧化反应器的耐浓度、耐负荷冲击性能,有利于厌氧氨氧化工艺的启动。     

不同培养条件厌氧氨氧化颗粒污泥性质及微生物群落结构差异

采用膨胀颗粒污泥床(EGSB)和上升式厌氧污泥床(UASB)反应器在不同运行条件下培养厌氧氨氧化颗粒污泥,对比分析颗粒污泥性质和微生物群落的差异性.研究表明接种厌氧氨氧化絮状污泥经过EGSB和UASB反应器运行384 d后,均能实现颗粒化,颗粒污泥平均粒径分别达到1.17 mm和1.21 mm,各范围(<0.2、 0.2～1.5、 1.5～3和>3 mm)的粒径占比为6.06%、 60.05%、 25.25%和8.64%, 7.40%、 58.90%、 32.04%和1.66%.扫描电镜结果表明不同运行条件下的污泥菌群均以短杆菌、球型菌为主.高通量测序结果表明,Shannon指数EGSB反应器为7.52高于UASB反应器为7.18;变形菌门(Proteobacteria)是两个反应器各阶段污泥的主要菌门,浮霉菌门(Planctomycetes)从接种时的3.30%增到第384d的12.30%(EGSB)和13.30%(UASB).EGSB反应器中的主要厌氧氨氧化菌属为Candidatus Brocadia占7.53%,其次为Candidatus Kuenenia属占1.61...     

气升装置对厌氧氨氧化污泥形态及性能的影响

通过接种粒径小于0.9 mm的厌氧氨氧化污泥,启动具有气升装置的上流式厌氧反应器.利用厌氧氨氧化过程产生的氮气作为动力,研究了气升回流系统在厌氧反应器中对厌氧氨氧化污泥形态和性能的影响.结果表明,在反应器启动初期,反应器脱氮速率较低,产气量很小,导致厌氧氨氧化污泥易于凝聚.当脱氮速率达到3.4 kg·(m3·d)-1时,气升产生的回流量明显,反应器自回流系统形成.经过183 d运行,污泥颗粒中MLVSS含量随着污泥粒径增加而不断增长,粒径分布主要集中在1.6~2.5 mm,占污泥总体积的53.2%.与外置回流泵相比,气升装置具有同样功能,产生的回流有利于厌氧氨氧化反应器内污泥的颗粒化,同时减少回流泵所需要的动力消耗和设备费用.     

厌氧氨氧化工艺的启动及有机物浓度对其影响研究

鉴于反硝化菌与厌氧氨氧化菌具有相似的生理特性,采用CSTR反应器研究了以异养反硝化污泥启动厌氧氨氧化系统的可行性,并考察了其对高氨氮废水的处理潜能。反应器运行170 d后,试验结果表明,此方法可快速培育出具有厌氧氨氧化活性的污泥,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别可达99.20%和99.69%。在此基础上考察了有机物浓度对厌氧氨氧化性能的影响,结果表明:低浓度(ρ(COD)≤150 mg/L)有机物可促进厌氧氨氧化活性,而高浓度(ρ(COD)≥200 mg/L)有机物抑制厌氧氨氧化进程,该系统最适ρ(COD)/ρ(NH_4~+-N)为2.14,此时NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为99.41%和99.65%。     

中高分子量聚丙烯酰胺对污泥厌氧消化的影响

市政污水处理厂剩余污泥通常通过脱水和进一步厌氧消化实现减量和资源化。阳离子聚丙烯酰胺(cPAM)是脱水过程中常用的絮凝剂,其对后续厌氧消化性能的影响研究仍不深入。研究发现:中高分子量cPAM会抑制厌氧消化过程中有机质的溶出与水解、产酸和产甲烷效率;且中分子量的cPAM抑制效果更强。添加中分子量cPAM的溶解性蛋白质、多糖和短链脂肪酸(SCFAs)的最高产量比对照组分别降低了22.3%、28.4%和38.6%,添加高分子量cPAM的实验组则分别降低了7.4%、19.4%和25.9%;相应地,添加中、高分子量cPAM污泥的30 d甲烷累积产量为(40.4±1.4),(49.8±1.3) mL CH₄/g VSS,比对照组的(61.0±1.4) mL CH₄/g VSS分别降低了33.7%、18.3%。由此建议剩余污泥脱水过程中,要综合考虑cPAM添加量和分子量对后续厌氧消化性能的影响,以达到效益最佳。     

粒径控制对好氧颗粒污泥处理高含氮废水的影响

采用序批式反应器(SBR),以不同的缺氧搅拌时长来控制颗粒污泥粒径,探究不同粒径的好氧颗粒污泥系统对高浓度氨氮废水的处理特性。研究表明不同控制策略下的4个反应器(R1~R4)分别得到的主要粒径分布为0.4~0.6,0.6~0.8,0.6~0.8,1.0~1.2 mm;系统稳定阶段氨氮平均去除率分别为83.6%、79.4%、77.7%和73.1%。此外,好氧颗粒污泥系统处理高氨氮废水时,颗粒粒径最小的反应器(R1)在氨氮、总氮和磷酸盐方面具有较好的去除效果,但其颗粒污泥的物化性能并没有体现出较高优势。     

热水解和超声波预处理对污泥厌氧消化效能的影响研究

针对城市污泥厌氧消化中由于融胞困难所存在的消化速率低、产气量低等问题,采用热水解、超声及热超声组合的方法对污泥进行预处理,预处理后污泥分别经35,41,55℃厌氧消化,考察预处理和温度对厌氧消化产气性能的影响。结果显示:通过增加预处理,可以使污泥厌氧消化产气量提高16.51%~36.98%,并可将55℃温度条件下厌氧消化周期最小缩短至11 d。合理的升高温度和增加预处理可以使污泥的厌氧消化性能得到一定的改善。但在相同预处理条件下,厌氧消化温度由35℃升高到55℃时其厌氧消化效果的改善却并不明显。试验结果可以为城市污泥厌氧消化工艺的选择提供一定的技术支撑。     

毒性物质苯酚对除磷系统污泥活性及性能的影响

为了探究毒性物质苯酚对生物除磷系统污泥性质及性能的影响,建立序批式厌氧/好氧(A/O)序批式反应器,通过控制进水苯酚含量分析了苯酚对生物除磷系统活性污泥及除磷性能的影响。结果表明:低浓度苯酚对活性污泥及生物除磷性能影响不明显,而高浓度苯酚(50 mg/L)条件下COD去除率为77. 8%～79. 2%,出水ρ(PO_4~(3-)-P)为1. 27 mg/L,PO_4~(3-)-P去除率仅为79. 3%。此外,高浓度苯酚能够减少污泥中总悬浮固体(MLSS)和提高污泥体积指数(SVI),从而导致污泥膨胀。苯酚存在可抑制聚磷菌厌氧释磷和好氧吸磷,当苯酚含量为50 mg/L时,厌氧最大释磷量仅为41. 9 mg/L,远低于空白组。此外,苯酚在活性污泥系统中能被部分降解,并且好氧降解高于厌氧降解。苯酚存在能够抑制生物除磷相关关键酶的活性。     

温度对E-D厌氧反应器处理餐厨垃圾效能及污泥特性的影响

考察了不同温度下新型E-D厌氧反应器处理餐厨垃圾的效能,并从污泥的粒径分布、金属离子含量等角度分析了反应器内污泥理化特性的变化。结果表明,在进水COD为5 000 mg/L、HRT为24 h、温度为25~30℃时,E-D反应器对餐厨垃圾COD的平均去除率在90%以上。当温度降低到20℃后,COD去除率仅为77%左右,出水COD高达1 000 mg/L以上,且出水中乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸的含量分别达到了287.1,546.7,89.8,156.8,93.4 mg/L;颗粒污泥中钙、镁含量分别减少为21.84,5.14 mg/L;其表面积平均粒径、体积平均粒径减少为97.9,333.3μm。这表明温度为20℃,对颗粒污泥的稳定性造成了负面影响,产甲烷菌的活性受到抑制,导致效能降低。     

进水NO2--N浓度对厌氧氨氧化反应器的影响

为研究进水NO_2~--N浓度对厌氧氨氧化反应器的影响,以实验室培养的厌氧氨氧化菌为接种菌种,采用上流式厌氧氨氧化反应器,考察了进水中NO_2~--N浓度对厌氧氨氧化菌增殖速度、固碳量、微生物的变化情况的影响,发现进水亚硝酸盐氮对厌氧氨氧化反应器有很大的影响。当进水ρ(NH_4~+-N)、ρ(NO_2~--N)约为41. 23,51. 63 mg/L时,厌氧氨氧化菌的增殖速度最快为1. 7 mL/d,ρ(TS)为94. 03 g/L,最大比厌氧氨氧化活性(SAA)为0. 31 g/(g·d),去除率最高为91. 18%,固碳量为0. 71 mg/mg(N),微生物的丰富度最高,优势菌种Candidatus kuenenia基本未发生改变。若将进水ρ(NO_2~--N)增大为102. 99 mg/L时,Candidatus kuenenia丰度大量减少,厌氧氨氧化反应过程受到抑制,活性降低,厌氧氨氧化菌生长速度变慢。     

不同合成法对Ce-MnOx选择性催化氧化NH3性能的影响

分别采用水热法和浸渍法2种合成方法制备了Ce-MnO_x催化剂,应用于氨的选择性催化氧化。实验结果表明:水热法制备的Ce-MnO_x具有更高的催化氧化NH₃活性,其中,在反应温度为200℃时,Ce(5)-MnO_x(HY)具有98%的NH₃转化率及91%的N₂选择性。XRD、BET、Raman、XPS、SEM、H₂-TPR等方法对催化剂的表征结果表明,水热法合成的Ce-MnO_x具有更大的比表面积(94.37 m2/g),其优异的催化活性归因于表面丰富的Mn4+和Ce3+、大量的化学吸附氧、丰富的活性位点、Mn和Ce间的相互作用等。In-situ DRIFTS分析表明,催化剂表面吸附态的NH₃经过脱氢作用生成—NH₂、—NH中间体,其中,—NH与原子氧结合生成的—HNO能被O₂快速氧化形成NO,NO再与—NH₂继续反应生成N₂和H₂O。研究可为锰基催化剂在低温氨氧化及选择性方面的研究提供重要参考。     

Fenton氧化对污泥脱水性能和溶解性物质作用效果的研究

研究了Fenton氧化技术在改善污泥脱水性能方面的效果,以污泥比阻和毛细吸水时间来表征污泥的脱水性能,探讨了体系的pH和反应时间对污泥脱水性能的影响以及Fenton氧化对污泥溶解性物质(SCOD+多聚糖+蛋白质)含量的影响研究表明,Fenton氧化能够明显改善污泥的脱水性能。在体系的pH=3时,反应1h后,Fenton氧化处理后污泥的CST从处理前的130.9s减少到19.7s,降幅85%;污泥SRF从处理前的3.58×108 s2/g降低到1.05×107 s2/g,降幅97%。同体系处理污泥SCOD、上清液中多聚糖和蛋白质的含量分别增加了3.7倍、2.6倍和1.5倍。