改良型UASB厌氧氨氧化反应器运行效能对比

为探究组合启动模式实现厌氧氨氧化反应器高效启动和稳定运行的可行性,分别采用接种短程硝化污泥结合提高进水基质(A)和接种厌氧氨氧化污泥结合缩短水力停留时间(B)2种组合方式启动改良型UASB厌氧氨氧化反应器,对反应器启动效果进行研究,并通过改变进水基质比和低温冲击探究启动成功后的反应器性能。结果表明:A反应器启动成功时的总氮去除负荷(NRR)为0.520 kg·(m~3·d)~(-1)、亚硝化单胞菌Nitrosomonas相对丰度大幅下降、主要厌氧氨氧化菌属由Candidatus Kuenenia转化为Candidatus Brocadia;而B反应器NRR达到1.950 kg·(m~3·d)~(-1)、Candidatus Kuenenia始终为优势菌属。随着进水基质比的提高,B反应器的NRR和上升幅度始终高于A反应器,具有更强的抗负荷能力。当温度由35℃下降至15℃时,A和B反应器污泥对基质的降解速率分别下降92.94%和81.38%;温度恢复至35℃后,A反应器污泥降解速率的回升率大于B反应器污泥。因此,接种厌氧氨氧化污泥和缩短水力停留时间的组合方式更有利于改良型UASB厌氧氨氧化反应器的高效启动和稳定运行。     

主流程厌氧氨氧化耦合多种脱氮途径处理市政污水

采用厌氧-好氧-缺氧推流反应器,研究实现低碳氮比主流程厌氧氨氧化(anammox)耦合多种脱氮途径的启动条件,并对脱氮途径进行分析。首先进行短程硝化驯化启动,接着在缺氧池投加填料以及接种厌氧氨氧化细菌(AnAOB),进行主流程anammox工艺脱氮。结果表明,好氧池DO约为1.5 mg·L^-1时,NH₄⁺-N去除率为80%,亚硝氮积累率为50%,短程硝化驯化启动成功。AnAOB接种启动后,在维持缺氧池DO为0.3～0.5mg·L^-1,缺氧池NH₄⁺-N去除量为好氧池的3倍时,可实现进水C/N为2,出水总无机氮(TIN)低于6 mg·L^-1,NH₄⁺-N去除率>95%,这表明anammox驯化启动成功。分析缺氧池氮素变化情况表明缺氧池存在anammox及反硝化多种脱氮途径。高通量测序结果可确定Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia等AnAOB菌属及...     

污泥接种策略与联氨促进垃圾渗滤液厌氧氨氧化工艺快速启动及其运行效果

针对厌氧氨氧化工艺启动速度慢及在垃圾渗滤液中脱氮效率低的问题,探究了厌氧氨氧化工艺在处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液中的快速启动及稳定运行策略。结果表明,厌氧氨氧化工艺接种反硝化污泥:anammox颗粒污泥=9:1的启动效果最佳,100 d时TN去除率可达75.1%。但由于垃圾渗滤液中COD较高,异养反硝化菌生长迅速且严重影响厌氧氨氧化菌活性。通过投加6 mg·L^-1的N₂H₄之后,异养反硝化菌活性受到抑制,反应器内厌氧氨氧菌占据主导地位,Candidatus Kuenenia菌相对丰度由0.2%提升到10.6%,TN去除率及氮去除速率分别达90.6%和0.143 kg·(kg·d)^-1以上。在厌氧氨氧化工艺中投加适量N₂H₄可实现垃圾渗滤液的稳定高效自养脱氮。     

印染废水处理厂二级出水的硫自养反硝化脱氮工艺

采用硫/白云石自养反硝化脱氮工艺处理印染废水处理厂二级出水,考察不同污泥接种方式、水力停留时间(HRT)、温度及进水负荷对系统脱氮效果的影响。结果表明:反应器在3 d内即可完成快速启动,工程应用中可不接种污泥;反应器最佳HRT为20 min,TN去除率为40.2%,但反冲洗频率加快;温度、进水负荷对系统脱氮效果影响较大,当温度在25~30℃之间,TN平均去除率为43.8%;当进水负荷为(1.37±0.15)kg·(m~3·d)~(-1),TN平均去除率为37.1%,反应器具有较强的抗冲击负荷能力。     

厌氧氨氧化工艺的启动及微生物群落结构分析

构建了2个装载不同填料的厌氧污泥床(UASB)反应器(R1:载活性炭的K3填料;R2:普通K3填料),对比研究了2种厌氧氨氧化系统的启动特征、脱氮性能,分析了R1反应器的微生物群落结构变化规律,并对R1不同高程的基质去除特征和微生物群落组分进行了解析。结果发现,R1在第86天启动成功,短于R2的100 d,长期运行后R1和R2的最大氮容积负荷(NLR)分别为2.156和2.122 g·(L·d)~(-1),最大氮去除负荷(NRR)分别达到1.855和1.815 g·(L·d)~(-1)。在R1中,内部基质浓度随高度增加而降低,进水NH_4~+-N浓度较低时(50、100 mg·L~(-1))和较高时(350、450 mg·L~(-1)),基质的去除分别集中在反应器高度0~7 cm和17~37 cm处,而且厌氧氨氧化菌含量与氮去除率间呈正相关关系。另外,R1运行过程中厌氧氨氧化优势菌种由Candidatus brocadia(20 d)变为Candidatus Jettenia和Candidatus Kuenenia的混合菌种(134 d)。     

基于SBR反应器的ANAMMOX工艺的启动运行

采用SBR反应器,接种好氧硝化污泥,在142 d内于较高负荷下成功启动了厌氧氨氧化反应器.反应器总氮容积负荷(以N计)为0.43 kg/m3·d,总氮去除率最高达到93.3%,平均为80.5%;氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高达到93.9%和99.8%,平均去除率为81.2%和85.7%.在稳定运行阶段,氨氮去除量、亚硝酸盐氮去除量、硝酸盐氮生成量三者之间的比值为1:1.38:0.18.反应器启动过程中,出水、进水pH差值的变化趋势由负到正,然后稳定在一定范围内;且污泥性状有较大变化,污泥中微生物所占比率有所提高,整个反应器中适应厌氧氨氧化运行方式的菌种增殖较快.     

上流式厌氧污泥床反应器中厌氧氨氧化脱氮性能的研究

研究了上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中厌氧氨氧化工艺的脱氮性能。接种体积比为1∶1的已驯化半年的厌氧氨氧化污泥混培物和城市污水处理厂回流污泥,采用提高基质浓度和缩短水力停留时间(HRT)2种方式提高UASB反应器的脱氮性能。结果发现,2种方式结合可在UASB反应器中获得较高的脱氮速率,经过280d后,最高总氮去除速率达到5.16kg/(m3·d)。缩短HRT并未对UASB反应器的脱氮效果产生不良影响,反而强化了脱氮性能。HRT由0.4d缩短至0.2d时,总氮去除速率由1.89kg/(m3·d)增加到3.66kg/(m3·d)。形成的颗粒污泥中的细菌的细胞形态不规则,内部有厌氧氨氧化体,为典型厌氧氨氧化菌结构特征。污泥的比基质转化速率为3.15kg/(kg·d)。经16SrDNA检测,污泥中的厌氧氨氧化菌属于"Candidatus Kuenenia"属。     

牡蛎壳粉末投加UASB反应器的运行特性

采用牡蛎壳粉末作为UASB反应器的辅助介质,探讨了牡蛎壳钙盐的溶出特性,系统考察了运行期中牡蛎壳粉末添加方式、进水有机负荷、水力停留时间等因素对反应器出水COD、碱度与pH的影响,分析了污泥比产甲烷活性变化。结果表明,当初始pH从5到9变化时,牡蛎壳粉末溶出Ca2+浓度为40~65 mg/L,平衡pH稳定在7.7~8.0;当进水COD负荷从3.4 kg/(m3·d)逐渐增至7.0 kg/(m3·d)、牡蛎壳粉末投加量从1.5 g/d逐渐增至3.2 g/d时,与未投加的反应器相比,投加牡蛎壳粉末反应器的启动周期缩短了10%左右,COD去除率与比产甲烷活性分别提高了13.3%和22%。投加牡蛎壳粉末可有效提供碱度,加快污泥的颗粒化进程。     

外加AHLs对厌氧氨氧化颗粒污泥UASB启动的影响

厌氧氨氧化(anammox)颗粒污泥反应器的启动是其工程化应用的重要前提。选用升流式厌氧污泥床反应器(UASB),投加外源信号分子N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs),探究其对anammox污泥颗粒化过程的影响,以此考察anammox颗粒污泥工艺启动方式。结果表明,联合投加N-DL-己酰基高丝氨酸内酯(C6-HSL)和N-DL-辛酰基高丝氨酸内酯(C8-HSL)信号分子组(R1)和甲醇对照组(R2)中NH₄⁺-N、NO₂^--N和TN的去除率分别为87.09%、89.13%、76.83%和82.37%、84.39%、69.49%。R1和R2中粒径>0.45 mm的污泥占比为50.67%和35.05%,R1中污泥颗粒化程度高于R2。胞外聚合物(EPS)质量浓度(以每克可挥发性悬浮物)分别为138.31、116.95 mg·g^-1。Anammox功能基因hzo、hzs B基因拷贝数呈增长趋势,且R1高于R2。Anammox菌属Candidatus Brocadia的相对丰度分别为3...     

短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化系统处理集便器污水

集便器污水具有高有机物、高悬浮物、高氨氮、高磷及低碳氮比的特点。采用一体式短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化系统进行集便器污水的污染物去除效能研究。结果表明,将氨氮为400～500 mg·L^-1、COD约400 mg·L^-1的集便器污水作为实验进水,按照分阶段分比例的进水方式,经过约75 d运行,最终出水氨氮及总氮仅为40.20 mg·L^-1和67.40 mg·L^-1,去除率分别为90.84%和86.90%,总氮去除负荷为0.141 kg·(m³·d)^-1。微生物分析结果表明,Candidatus＿Brocadia始终是系统内的厌氧氨氧化优势菌属,且运行稳定后其相对丰度达到约30.70%。本研究可为集便器污水脱氮工艺应用技术提供参考。     

微丝菌型污泥膨胀的工艺负荷调控方法

提出调控工艺局部污泥负荷分布来处理污水处理厂冬季微丝菌污泥膨胀。在某AAO工艺污水处理厂开展平行反应器实验,进行显微观测和工艺模拟,发现反应器前端厌/缺氧区污泥去除负荷的差值与微丝菌丰度、污泥粒径和沉降性能有相关性。比较多种运行模式的改善效果,发现AO模式沉降性能最好,优于AAO和多点回流。反应器前端污泥去除负荷梯度可作为调控指标,实验中AO模式负荷梯度可达0.54 kg COD·(kg SS·d)~(-1),明显高于AAO、多点回流和多点进水。因此,通过优化回流和排泥操作,可以调控污泥去除负荷的沿程分布,有可能缓解冬季的微丝菌型污泥膨胀。     

低接种污泥量强化循环厌氧反应器(SCAR)处理生活污水

采用强化循环高效厌氧反应器(SCAR)处理生活污水研究反应器的启动过程和运行特性。在低接种污泥量、回流比R=0.5、HRT为16 h条件下经过65 d完成反应器启动,系统出水COD稳定在约80 mg·L~(-1),VFA浓度约240 mg·L~(-1),颗粒污泥性状良好,微生物活性增强。SCAR反应器对污染物的去除受水力停留时间和反应器外回流比影响,微生物生化反应时间和在反应器中的空间分布状态共同决定着反应器的运行效果。SCAR反应器脱氮作用明显,实验条件下反应器对总氮的去除主要是通过反硝化作用实现。     

三维生物膜电极反应器去除地下水中硝酸氮

采用三维生物膜电极反应器(three-dimensional biofilm electrode reactor,3D-BER)并接种氢自养反硝化菌,研究了不同因素对其处理地下水中硝酸氮的影响。结果表明:反应器的电极间距减小有利于硝酸氮的去除,但会增加亚硝酸氮积累的风险,适宜的极板间距为50 mm;去除硝酸氮的最佳电流强度范围为40~60 mA,最适进水硝酸氮浓度范围为35~50 mg·L~(-1),最佳进水pH的范围为7.5~8.5,最佳水力停留时间为12 h。该条件下反应器运行效果稳定,不需外加氢源和碳源。通过与不接种氢自养反硝化菌的反应器进行对比分析,认为随着电流强度的增加,纯电化学作用对硝酸氮的还原作用也增强,但纯电化学反应在反应器脱氮过程中的比例远小于生物作用。3D-BER对硝酸氮的去除是由氢自养反硝化作用、电化学反应与部分异养反硝化共同作用的结果。     

BC-nZVI诱导厌氧氨氧化工艺的快速启动及运行特性

厌氧氨氧化工艺的启动周期和稳定性已成为工程化应用的制约因素,铁元素可促进厌氧氨氧化菌的生长,BC-nZVI诱导下厌氧氨氧化工艺的启动与长期稳定运行特性是值得研究的课题。为此,采用液相还原法制备BC-nZVI复合材料,成功将粒径100～500 nm的nZVI负载于生物炭表面。在膨胀颗粒污泥床(expanded granular sludge bed,EGSB)中,BC-nZVI的投加大幅缩短了Anammox工艺的启动时间,提高了氮负荷冲击性能以及在弱酸性环境下的适应能力。通过投加30 mg·L^-1 BC-nZVI,仅需43 d即可快速启动Anammox工艺,总氮去除负荷和去除率稳定在0.22 kg·d^-1和80%以上。在BC-nZVI强化成熟的污泥体系中,浮霉菌门(Planctomycetota)和变形菌门(Proteobaxteria)占主导,其中unclassified-Brocadiaceae作为AnAOB优势菌属相对丰度达22.3%,成为绝对的优势功能菌。     

琼脂碳源生物反硝化去除水源水中硝酸盐

针对受硝酸盐污染的水源水,以琼脂为反硝化细菌的碳源和微生物载体,通过生物反硝化作用脱除水源水中的硝酸盐,并利用曝气生物滤池(BAF)去除琼脂反应器出水中残留的少量CODMn和NO2--N等污染物。实验结果表明,水源水自然接种的条件下,可以顺利启动琼脂反应器;在温度为25℃左右,琼脂反应器在进水NO3--N约25 mg/L、水力停留时间1.5 h时,能获得70%的硝酸盐氮去除率;曝气生物滤池在水力停留时间0.5 h、气水比2.8时,可控制最终出水的CODMn和NO2--N分别在5.0 mg/L和0.10 mg/L以下;琼脂反应器的脱氮效果与温度、进水NO3--N浓度及水力停留时间等有关。研究指出,琼脂反应器与曝气生物滤池构成的组合系统能较好地脱除水源水中的硝酸盐并且能控制最终出水水质,不会导致二次污染,从而获得合格的饮用水源水。     

高基质浓度下厌氧氨氧化反应器的启动过程

采用3套厌氧序批式生物膜反应器,研究了高基质浓度对厌氧氨氧化反应器启动过程的影响。经过50 d左右培养,3个反应器氮容积去除负荷均达到0.23 kg N/(m3.d)。但是随着氮容积负荷的提高,反应器内pH也随之升高,最终超过了厌氧氨氧化菌最适生长条件,3个反应器脱氮效果逐渐下降。然后分别通过降低浓度、延长水力停留时间的方式对其脱氮效能进行恢复性研究。结果表明高基质浓度不利于厌氧氨氧化反应器脱氮能力的增强。采用低基质浓度的方式提高反应器氮容积去除负荷时,脱氮效能不仅得到了恢复,而且能够提高到0.45 kg N/(m3.d)。说明低基质难度比高基质浓度更有利于厌氧氨氧化脱氮效能的提高。     

厌氧折流板反应器处理低浓度废水的运行特性研究

接种厌氧絮状污泥,采用厌氧折流板反应器在中温下进行了处理低浓度废水的试验研究.结果表明,厌氧折流板反应器有效去除了废水中的有机物,平均去除率稳定在80%以上;启动迅速,在35 d内完成,启动性能较EGSB优;水力负荷起着重要的作用;在提高负荷阶段的初期,反应器COD去除率有较大波动,随着负荷的加大,这一现象逐渐消失;在容积负荷小于2.15 kg COD/m3·d时,进水容积负荷与基质去除负荷率之间具有明显的线性正比关系;反应器的前面隔室对有机物的去除起到主要作用;在长期运行的处理低浓度废水的ABR反应器中存在产酸相和产甲烷相的自然分离现象.     

不同容积负荷下有机废水发酵产酸和产乙醇特性

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,研究了反应器在不同的水力停留时间(HRT)和不同进水容积负荷(VLR)下,高浓度有机废水发酵时产酸产乙醇特性。结果表明,在厌氧反应初期,随着反应器水力停留时间的减少和进水容积负荷的增加,反应器内的p H值降低后稳定在3.81~4.55之间,氧化还原电位(ORP)一直处于波动状态。反应器发酵液中主要成分浓度随进水容积负荷的提高而变化,且乙醇的浓度一直很低。当VLR为9 kg COD/(m3·d)时,乙酸浓度最高,且最高值为961.40 mg/L,当VLR为48 kg COD/(m3·d),乙醇平均浓度升高,最大值为142.98 mg/L。在乙醇平均浓度最大时,反应器稳定的平均产氢速率为887 m L/d。反应器运行前后颗粒污表面泥都有杆状微生物存在,但具有产酸特性的污泥表面胞外聚合物含量相对较少。     

厌氧反硝化生物反应器恢复启动过程中微生物群落特征分析

针对厌氧反硝化工艺在处置高浓度硝酸盐废液过程中难以连续运行的实际情况,系统研究了升流式污泥床(USB)反应器恢复启动过程中微生物群落变化过程。结果表明:采用原水NO-3-N负荷的30%(710.7 mg·L~(-1))恢复启动23 d,NO-3-N平均去除率为99%,比反硝化速率(RNO-3)从49.4 mg·(g·h)-1提升到170.7 mg·(g·h)-1(以VSS计),提高了3~4倍。高通量测序分析发现,Halomonas(盐单胞菌属)、Pseudomonas(假单胞菌属)、Alcaligenes(产碱杆菌属)为脱氮的优势菌种,与启动初期相比,启动末期的相对丰度分别增长了35%、31%和14%。优势菌种的相对丰度与RNO-3之间存在一定的正相关性,RNO-3每增加1倍,优势菌种的相对丰度平均扩增6.7%。USB厌氧反硝化反应器可以快速恢复启动,具有较好的工程应用可行性和运行灵活性。     

ABR处理模拟畜禽养殖废水中有机物的快速启动与运行优化研究

研究了厌氧折流板反应器(ABR)处理模拟畜禽养殖废水的快速启动过程与运行条件的优化。通过接种厌氧颗粒污泥、固定停留时间、逐步升高进水负荷的方式进行快速启动;64 d后,ABR的有机负荷(OLR)达到5.7 kg COD·(m3·d)~(-1),COD去除率为98%,表明快速启动成功。ABR各格室中成熟颗粒污泥的浓度在7.14~26.17 g·L~(-1)之间,中位直径从开始启动时的0.89 mm增长到1.18~1.58 mm,平均增长速度为7.28×10-3mm·d~(-1)。通过16Sr DNA、PCR-DGGE技术对ABR的成熟颗粒污泥的微生物群落进行分析,发现了序列最相似的产酸菌包括:Raoultella ornithinolytica、Uncultured Clostridiales bacterium、Staphylococcus sp.、Propionibacterium sp.、Uncultured Acidobacteria bacterium、Brevibacterium casei等,产氢菌Uncultured Clostridium sp.等,以及产甲烷菌Uncultured Firmicutes bacterium等,且这些微生物从ABR第1格室到第5格室呈现种类和丰度依次递减的趋势,不同格室中微生物群落发生了演替。在水力停留时间(HRT)24 h,运行温度(32±1)℃时ABR处理模拟畜禽养殖废水的效果较好。