常温下厌氧氨氧化污泥的储存及活性恢复

An AOB的缓慢生长严重限制了它的广泛应用,因此厌氧氨氧化污泥的长期储存和快速恢复的研究成为必然.本研究在室温(室温14~30℃)下,分别选择了15、30、45、60、75和100 d的储存时间,研究了无外加基质条件下,储存时间对厌氧氨氧化污泥活性以及恢复后活性的影响.结果显示,经过15、30、45、60、75和100 d的储存,污泥的比厌氧氨氧化活性(SAA)分别是储存前初始SAA的90.9%、64.3%、61.7%、43.2%、25.8%和19.3%.污泥的SAA随储存时间呈线性下降(R2为0.978).污泥恢复后的活性均高于污泥的初始SAA,分别为储存前的初始SAA的103.4%、129.3%、124.8%、111.7%和116.9%,储存了100 d的污泥恢复后的SAA虽未恢复到初始SAA水平,但也达到初始SAA的98.9%.试验结果表明,在长达100 d的常温储存后,厌氧氨氧化污泥的SAA(以N/VSS计)降为0.0513 g·(g·d)~(-1),经过9.5 d的恢复培养,污泥SAA仍能得到基本恢复.     

不同形态厌氧氨氧化污泥低温保存的性能差异研究

厌氧氨氧化污泥的保存对其后续在反应器的脱氮过程有着重要的影响,因此,本研究针对不同形态的厌氧氨氧化污泥—生物膜和颗粒污泥的低温保存性能开展研究.结果表明,在64d 4℃的保存后,生物膜和颗粒污泥的厌氧氨氧化比活性分别降至(351.4±14.5),(32.3±2.7)mgN/(gVSS·d),分别为初始活性的62.1%和6.0%.EPS含量分别减少至(18.4±0.3)mg/gVSS和(13.3±1.5)mg/gVSS.生物膜和颗粒污泥中厌氧氨氧化功能菌属Candidatus Kuenenia丰度分别减少为6.1%和1.6%,厌氧氨氧化菌16S rRNA丰度分别降低为(1.48±0.29)×10⁸ gene copies/gVSS和(5.05±1.53)×10⁷ gene copies/gVSS.在后续的活性恢复过程中生物膜相较于颗粒污泥达到NRR为0.54kgN/m³/d花费周期缩短了15d.因此,厌氧氨氧化生物膜是比颗粒污泥更好的保存形态.     

厌氧氨氧化菌的真空冷冻干燥保藏及复壮性能

厌氧氨氧化菌的储存对于厌氧氨氧化的应用有重要作用。该研究选用以不同质量比例的二甲基亚砜(DMSO)与甘油组成的混合冷冻保护剂,并采用真空冷冻干燥法来获得厌氧氨氧化干菌粉。菌粉在4℃条件下真空遮光保藏75 d。在经过58 d的连续实验复壮后,各复壮反应器的比厌氧氨氧化活性(SAA)与污泥特性显示出不同的特点。实验结果说明,以1.5%(质量分数)DMSO+1.5%(质量分数)甘油组成的混合保护剂保护的厌氧氨氧化污泥的复壮效果最好,在运行稳定时期其平均SAA为85.5 mg N/(g VSS·d),活性恢复率为65.8%,其厌氧氨氧化化学计量比(Rs与Rp)分别为1.56与0.57,胞外聚合物(EPS)含量为31.15 mg/g VSS,而蛋白质/多糖(PN/PS)为0.96。     

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.     

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%.     

长期储存亚硝化颗粒污泥的活化及菌群结构变化

采用无机人工配水,通过逐级提高进水氨氮负荷(0.32~0.64kg/(m³·d))和设定合适的初始游离氨浓度(3.7~7.2mg/L),在SBR反应器中对常温(24~29℃)下储存1a的亚硝化颗粒污泥(NGS)进行了活化,并使用Miseq高通量测序技术分析了污泥中微生物多样性的变化情况.结果表明,NGS的亚硝化性能可在短时间内恢复.运行8d后,反应器的氨氮去除率达到95%以上,亚硝态氮累积率超过了80%,但污泥粒径持续减小,胞外聚合物(EPS)含量明显降低.活化至第20d,NGS的氨氮比去除速率和亚硝态氮比累积速率分别达到24.6mg/(gVSS·h)、23.8mg/(gVSS·h),平均粒径稳定在0.5mm左右.在活化期间,绝大部分厌氧、异养菌属被洗脱,污泥的微生物多样性显著降低.Nitrosomonas等氨氧化菌的相对丰度由活化前的1%上升至约58%,同时,Nitrospira等硝化菌的生长受到了选择性抑制.这意味着即使经历长期的常温储存,NGS仍可作为SBR的接种污泥,实现反应器的快速启动.     

填料对ANAMMOX污泥活性恢复的影响及菌群特征

为实现室温下长期储存的厌氧氨氧化污泥的活性快速恢复,采用3组反应器分别对在室温(15～30℃)且无基质的条件下储存9个月的厌氧氨氧化污泥进行活性恢复,其中R2和R3反应器分别添加彗星纤维填料和K3填料作为生物载体,探究不同填料添加对厌氧氨氧化污泥活性恢复速率的影响.结果表明,R2和R3反应器分别在第8 d和第10 d开...     

无机碳源对ASBR反应器中厌氧氨氧化反应的影响研究

研究了ASBR反应器中厌氧氨氧化细菌的富集以及无机碳源对ASBR反应器中厌氧氨氧化的影响。实验分别在8.0 L和4.0 L的ASBR反应器中进行。结果表明,接种污泥在驯化55 d后,第一次出现厌氧氨氧化细菌活性迹象;在85 d时候,厌氧氨氧化细菌成为优势菌种;在140 d时候,反应器运行稳定,出水浓度非常低,污泥颜色由灰色变成浅红色。随着NaHCO3溶液质量浓度从1.0 g/L增加到1.4 g/L,厌氧氨氧化细菌的活性迅速增加,当NaHCO3溶液质量浓度达到2.0 g/L时厌氧氨氧化细菌的活性受到抑制。然而,随着NaHCO3溶液质量浓度下降到1.0 g/L,厌氧氨氧化细菌活性可以恢复。     

温度对厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳的影响

采用ASBR反应器,研究了温度对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的短期影响.试验结果表明:耦合反应的活化能要小于单纯厌氧氨氧化反应的活化能,厌氧氨氧化与反硝化耦合反应可在一定程度上缓解低温对单纯厌氧氨氧化反应造成的消极影响,温度降低对厌氧氨氧化反应的影响大于对反硝化反应的影响.温度与耦合反应最大比反应速率的关系符合Arrhenius方程,在25~35℃时,耦合反应活化能为49.56kJ/mol,小于厌氧氨氧化反应的活化能66.18kJ/mol,且厌氧氨氧化反应为主导反应,对脱氮的贡献率约为61.29%.9~25℃时耦合反应的活化能为74.91kJ/mol,小于此温度梯度下厌氧氨氧化的活化能106.40kJ/mol,反硝化反应对脱氮的贡献率随温度的降低逐渐升高,9℃时,反硝化反应成为主导反应,对脱氮的贡献率约为75.10%.温度低于25℃时,反应器的容积氮去除速率(NRR)会受温度的影响.     

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.     

游离亚硝酸抑制硝化杆菌属(Nitrobacter)活性动力学研究

为探究游离亚硝酸（FNA）对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属（Nitrobacter）活性抑制动力学影响,采用序批式活性污泥（SBR）反应器,在通过改变系统进水FNA浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象（宏基因组物种注释和丰度分析显示上Nitrobacter占细菌总数40.3%）,基于批次试验,考察不同FNA浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程比亚硝态氮氧化速率（SNiOR）变化规律,进而拟合FNA抑制Nitrobacter活性抑制动力学模型,并进行统计学分析.结果表明,当FNA≤0.1mg/L时,随着FNA浓度升高,SNiOR迅速升高.当FNA>0.1mg/L时,SNiOR随着FNA浓度升高而降低.尤其当FNA浓度高于0.7mg/L时,SNiOR始终维持在0gN/（gVSS·d）,表明Nitrobacter活性统被完全抑制.统计学分析结果显示相对于Haldane、Aiba、Edwards-1#、Edwards-2#、Luong抑制动力学模型,Han-Levenspiel模型最适合描述FNA对Nitrobacter活性的抑制影响.其统计学常数：残差平方和（RSS）为0.02、可决系数（R²）为0.90、拟合方程的方差检验统计量F值为78.1、可信度P值为3.29×10^-12,其动力学常数值分别为：最大比亚硝态氮氧化速率（r_max）为1.57gN/（gVSS·d）;半饱和常数（K_S）为0.01mg/L;临界抑制常数（S_m）为0.66mg/L.     

长期低温对絮状-颗粒耦合CANON脱氮及菌群影响

在SBR反应器中探究长期低温对等污泥浓度比例絮状-颗粒(1:1～1:1.5)耦合CANON系统的脱氮效能和微生物群落结构的影响.结果表明,在经历长期低温(10℃)条件下运行并回温(10→30℃)后,等比例污泥CANON系统NH₄⁺-N、TN去除率及TN去除负荷与温度变化呈正相关性,在回温30℃下运行30d后分别达到72.4%、63.0%和0.094kgN/(m³·d).氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AAOB)活性与温度表现出正相关性,在回温后分别为0.025和0.049gN/(gVSS·d),分别为降温前(30℃)的83.3%和79.1%,NOB活性一直维持在较低水平(0.001gN/(gVSS·d)).高通量测序结果显示,长期低温对优势菌门无明显影响.回温后,颗粒和絮状污泥中的优势菌门分别为Ignavibacteriae和Proteobacteria;回温后系统颗粒污泥中功能菌Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia(AAOB)相对丰度分别为6.017%、2.623%,其在絮状...     

城市生活污水SNAD工艺的启动研究

采用SBR反应器,以城市生活污水为原水,进行同步亚硝化、厌氧氨氧化、反硝化(SNAD)工艺的启动研究.首先接种厌氧氨氧化(anammox)颗粒污泥,在高曝气量下(500L/h)培养得到亚硝化颗粒污泥,然后再次接种anammox颗粒污泥,在低曝气量下(40L/h)培养得到SNAD颗粒污泥.在亚硝化稳定期,氨氮平均去除率达到94%,亚硝态氮平均积累率达到95%.在SNAD稳定期,总氮平均去除率为85%.批试实验结果表明,亚硝化稳定期亚硝化颗粒污泥的好氧氨氮和亚硝态氮氧化活性分别为为0.234和0kgN/(kgVSS×d).SNAD颗粒污泥的厌氧氨氧化总氮去除、亚硝态氮反硝化、好氧氨氮氧化、好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.158、0.104、0.281、0kg/(kgVSS×d),其中硝态氮反硝化活性在0~120min和120~360min内分别为0.061和0.104kg/(kgVSS×d).扫描电镜显示,SNAD颗粒污泥表面以短杆状菌和球状菌为主,可能为好氧氨氧化菌(AOB)和反硝化菌,颗粒污泥内部以火山口状的细菌为主,可能为anammox菌.     

沉积物硝酸盐异化还原过程的温度敏感性与影响因素——以长江口青草沙水库为例

水生态环境中硝酸盐异化还原过程反硝化、厌氧氨氧化和硝酸盐异化还原成铵（DNRA）,对氮循环起着重要作用.采用泥浆培养实验,并结合¹⁵N同位素示踪技术对长江口青草沙水库沉积物硝酸盐异化还原过程的温度敏感性及影响因子进行了研究.结果表明,原位温度10℃时沉积物中反硝化、厌氧氨氧化和DNRA速率分别是0.18～6.86、0.26～3.16和0.09～0.25μmol N/（kg·h）.当培养温度升高到20℃和30℃时,反硝化速率分别是0.43～6.22和0.68～6.56μmol N/（kg·h）,平均比10℃时升高了15.7%和21.6%;厌氧氨氧化速率分别是0.61～3.2和0.77～3.54μmol N/（kg·h）,平均比10℃时升高了27.8%和42.6%;DNRA速率分别是0.09～0.23和0.1～0.18μmol N/（kg·h）,均比10℃时降低了4.2%.沉积物厌氧氨氧化对温度最为敏感,其次是反硝化,均随温度升高而增大;而DNRA最不敏感,随温度升高而减小.相关性分析结果发现有机碳、氨氮、二价铁和硫化物是影响硝酸盐异化还原的主要环境因子.反硝化和厌氧氨氧化硝酸盐还原的贡献分别是34%～71%和28%～49%,而DNRA为2%～17%.青草沙水库沉积物反硝化和厌氧氨氧化过程每年可去除活性氮大约为3.25×10³t和1.68×10³t,约占库区输入氮的54.17%.     

一体式厌氧氨氧化反应器常温运行与微生物群落研究

为明确温度对一体式厌氧氨氧化工艺的影响,本研究通过降温实现了一体式厌氧氨氧化工艺22℃下的常温运行,探究了微生物活性和群落结构随温度的变化.反应器采用自配进水、间歇曝气方式运行,进水NH₄⁺-N浓度约254mgN/L,试验过程出水NO₂^--N浓度稳定在在10mg/L以下,但NO₃^--N随着降温有升高的趋势;总氮容积负荷在1.0~1.2g/（L·d）之间,总氮去除负荷在0.7~0.9g/（L·d）;总氮去除率在62%~88%.反应器颗粒污泥中AOB活性始终最高,NOB活性远低于AOB和AnAOB;温度降低NOB活性增加;AnAOB到22℃时活性明显下降,因此需特别关注该温度下反应器的运行工况.Ca.Brocadia是反应器内丰度最高的AnAOB,相对丰度为2.7%~15.1%;Nitrosomonas是反应器内丰度最高的AOB,相对丰度为2.8%~11.5%.研究发现降温使AnAOB的优势属从Ca.Jettenia变为Ca.Brocadia;即后者较前者在低温条件下更具优势.     

SNAD反应器中颗粒污泥和絮体污泥脱氮特性

通过血清瓶批试研究了温度为30℃时, SNAD(simultaneous partial nitrification, anaerobic ammonium oxidization and denitrification)反应器内的颗粒污泥R1(1~2.5mm)和絮体污泥R2(0~0.25mm)的脱氮特性. 结果表明,颗粒污泥的好氧氨氮和好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.166,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.158,0.105,0.094kgN/(kg VSS×d).絮体污泥的好氧氨氮氧化活性和好氧亚硝态氮氧化活性分别为 0.180,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.026,0.096,0.108kgN/(kg VSS×d).颗粒污泥和絮体污泥都具有良好的亚硝化性能和反硝化性能.颗粒污泥的厌氧氨氧化性能良好,絮体污泥的厌氧氨氧化性能较差.扫描电镜显示,在SNAD颗粒污泥的表面主要是一些短杆菌和球状菌.在SNAD颗粒污泥中心区域主要为火山口状细菌.在絮体污泥中,同时存在短杆菌,球状菌和火山口状细菌.     

控制游离氨实现单级自养生物脱氮的研究

通过实时调控SBR反应器内的游离氮浓度的控制策略,实现以亚硝化作用和厌氧氨氧化作用协同的单级自养生物脱氮工艺.实验分成亚硝酸菌富集和厌氧氨氧化菌混合接种2个阶段,SBR内的温度始终保持在(31±2)℃.亚硝酸菌富集阶段,pH值稳定在7.8左右,通过调节进水氩氮浓度(56～446 mg·L-1)实现FA浓度的变化,从而实...     

SBR反应器中全自养硝化颗粒污泥的特性研究

在SBR反应器中接种硝化污泥,研究了污泥颗粒化过程中某些性能的变化,包括沉降性能、胞外聚合物、氧利用速率等.结果表明,当SBR沉淀时间由39min缩短至10min时,污泥SVI由接种时的110mL/g降低至24～42mL/g.EPS(以VSS计)中蛋白质含量由接种时的163mg/g增长到250～270mg/g;而EPS中多糖变化不大,基本在20～30mg/g;硝化颗粒污泥中EPS的蛋白质/多糖的比例基本在9～13左右.反应器中污泥浓度(以VSS计)约2.5g/L,VSS/SS基本保持在85%～90%.在反应器运行初期,污泥中氨氧化菌的活性(SOUR-A)和亚硝酸氧化菌的活性(SOUR-N)不断升高,在第17d,SOUR-A和SOUR-N分别达到259mg/(g·h)和119mg/(g·h);为接种污泥的2.4和5.3倍.当硝化颗粒形成且粒径不断增大后,污泥的SOUR-A和SOUR-N开始降低.污泥中异养菌的活性(SOUR-H)和内源呼吸活性(SOUR-E)在颗粒化过程中都保持在10mg/(g·h).