厌氧氨氧化菌混培物保藏方法的研究

厌氧条件下,采用了4℃以(NH4)2SO4为保藏基质、自然环境温度以(NH4)2SO4为保藏基质、4℃用NH4Cl代替(NH4)2SO4作为保藏基质3种方法保藏厌氧氨氧化菌混培物.结果表明,4℃以(NH4)2SO4为保藏基质的方法保藏厌氧氨氧化菌混培物最有效,但自然环境温度以(NH4)2SO4为保藏基质的方法保藏厌氧氨氧化菌混培物最经济;在保藏试验的5个月内,3种保藏方法下的厌氧氨氧化活性均先快速下降后趋于稳定,趋于稳定时的活性保留率分别为75.3%,66.3%和47.3%;恶劣的生存环境下,胞外多聚物不仅可维持厌氧氨氧化菌混培物颗粒结构的稳定性,还可使菌群聚集成团从而增大菌群密度以减少代谢过程中的能量损失;无外界颜色干扰时,厌氧氨氧化菌混培物颜色由血红素c含量决定,且与活性直接相关.     

间歇性饥饿对厌氧氨氧化菌混培物保藏特性的影响

厌氧条件下,采用4℃、4℃并每隔10 d换1次NO-2-N/NH+4-N浓度比为1.32的基质、4℃并每隔10 d换1次NO-2-N/NH+4-N浓度比为1.63的基质3种方法保藏厌氧氨氧化菌混培物,研究间歇性饥饿对厌氧氨氧化菌混培物保藏特性的影响.结果表明,间歇性饥饿对厌氧氨氧化菌混培物的危害大于长期性饥饿,且亚硝态氮浓度越高危害越大;另厌氧氨氧化菌混培物活性还与血红素c含量有直接相关性,无外界颜色干扰时厌氧氨氧化菌混培物颜色还可直观反映其活性和血红素c含量,且厌氧氨氧化菌混培物的颗粒结构及其富含的胞外多聚物能增强其抵抗外界不利因素的能力.在试验的5个月内,3种方法下的活性衰减速率均先快后趋于稳定,趋于稳定时的三者活性保留率分别为75.3％、70.8％、62.7％.     

厌氧氨氧化颗粒污泥的长期保藏及快速活性恢复

在4℃且无基质的条件下,将厌氧氨氧化颗粒污泥保藏230 d之后进行活性恢复,探究添加葡萄糖和丙酸钠两种有机碳源对于快速活性恢复的影响.经过230 d的长期保藏,厌氧氨氧化菌活性为0.013 g·（g·d）^-1,仅为保藏前的6.02%,且平均粒径为135.05 μm,骤降至原来的38.23%,污泥解体、颜色发黑.在活性恢复阶段,R2和R3反应器分别添加葡萄糖和丙酸钠作为有机碳源,恢复结果显示,经过15 d的恢复,R1、R2和R3反应器的PN含量分别达到了126.30、188.86和168.82 mg·g^-1,厌氧氨氧化菌活性均有所提升,分别达到了0.145、0.185和0.126 g·（g·d）^-1,其中,添加葡萄糖作为有机碳源的R2反应器厌氧氨氧化菌活性最高,恢复到了保藏前的85.65%,且总氮去除率达到81.61%.第20d时,R1、R2和R3反应器中厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径分别为289.81、359.66和314.37 μm,表明厌氧氨氧化颗粒污泥的长期保藏不是无法克服的难题,且在恢复阶段添加葡萄糖不仅可以有效提高EPS含量,促进颗粒生长和黏附,而且丰富了厌氧氨氧化的反应途径,使其在恢复阶段与其他细菌的底物竞争中占据优势,更快地恢复活性.     

不同基质浓度对ANAMMOX菌短期储存的影响

在15℃±1℃条件下,将厌氧氨氧化菌混培物分别置于基质浓度为0、60、120 mg·L~(-1)添加比例为1∶1的NH+4-N和NO-2-N环境中短期(15 d)储存,探究不同基质浓度对厌氧氨氧化污泥短期保存及恢复的影响.经过短期储存后进行恢复实验,结果表明,1、2、3号反应器(分别对应0、60、120 mg·L~(-1)基质浓度中储存的厌氧氨氧化菌混培物)中的厌氧氨氧化活性分别下降41. 8%、17. 4%、33. 4.%,1、3号分别由于过度内源呼吸和高基质浓度抑制,导致活性下降较大,2号反应器由于基质浓度相对合适,避免了过度内源呼吸和高基质浓度抑制,使得菌种活性在该基质浓度下保留较好;储存期间,3个反应器内均发生内源呼吸消耗自身有机物的情况,导致EPS含量下降50. 9%、41. 7%、23. 7%和粒径下降31. 6%、16. 7%、8. 2%,表明在基质匮乏期菌体通过内源呼吸的方式维持自身的活性,较高的基质浓度可以在一定程度上延缓内源呼吸过程;在恢复期间,3个反应器分别经过15、10、7 d实现脱氮性能和厌氧氨氧化活性的恢复,表明同菌种增殖富集相比,原系统通过菌种活性增强的方式脱氮性能恢复更快.     

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。     

硝化产物对硝化细菌混培物保藏特性的影响

采用添加硝化产物的方法,研究了饥饿保藏过程中硝化产物对硝化细菌混培物活性和相关性状的影响.结果表明,饥饿保藏过程中添加亚硝酸盐可改善硝化细菌混培物的保藏效果,并明显降低硝化活性的衰减速率.缺氧条件下,4℃加5mmol/L亚硝态氮、4℃加5mmol/L硝态氮及4℃不加代谢产物3种保藏方法下的硝化活性均呈指数衰减,衰减速率分别为0.010d-1、0.020d-1、0.021d-1,半衰期分别为72.3、33.9、32.7d;硝化活性趋于稳定时,3种方法下的硝化活性保留率分别为18.7%、19.1%和15.1%,总菌体量保留率分别为62.0%、47.3%和58.7%;随着饥饿保藏时间的延长,各方法下的硝化细菌混培物ATP含量和血红素c含量均随硝化活性的衰减而下降,混培物颜色也随硝化活性的衰减而变黑.     

ANAMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐脱氮研究

采用全混式厌氧搅拌罐,研究在自养条件下,ANAMMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐为氮气的可行性及最佳反应条件.投加铁屑71 g·L~(-1),接种厌氧氨氧化颗粒污泥200 mg·L~(-1),控制温度33℃±0.5℃,搅拌强度150 r·min~(-1),水力停留时间10 h,pH值为7.0~8.0.在中性条件下,添加厌氧氨氧化微生物的零价铁还原硝酸盐体系一次性投加零价铁,0~5 d硝酸盐脱氮负荷达到0.12 kg·(m~3·d)~(-1).反应出水氨和亚硝酸盐始终小于2.0 mg·L~(-1),硝酸盐以氮气形式损失,出水pH较进水高值超过8.0,并且可溶性铁含量始终小于7 mg·L~(-1).硝酸盐去除氮能力始终高于0.1 kg·(m~3·d)~(-1).批试实验优化反应条件:在偏酸性条件下(pH值为4~6)反应速度加快,并且液相总氮损失率大于89%.反应温度在30~40℃时,液相总氮损失率大于89%.过于极端的pH值环境及温度环境均不利于耦合反应的进行.     

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。     

城市污水连续流半亚硝化实现维持机理与工艺创新研究

常温(20～29℃)限氧条件下(DO0.2mg·mL-1),以城市污水A/O除磷工艺处理出水为原水,在推流式好氧反应器中,考察了城市污水连续流半亚硝化实现维持的内在机制与影响因素,开发了一套新型半亚硝化工艺运行模式.试验结果表明,接种污泥性质、反应器污泥浓度(MLSS)和单级反应器好氧/缺氧交替内循环的运行方式是城市污水实现维持半亚硝化的关键影响因素.随着回流比的加大,亚硝氮累积率持续稳定上升,试验获得亚硝氮累积率平均为85%,最高达到96%.长期在低DO条件下运行,污泥沉降性能良好,SVI值在70～110mL.g-1.半亚硝化工艺出水NO2--N/NH4+-N平均为1.0,可为城市污水的厌氧氨氧化(ANAMMOX)提供合适的进水基质.试验后期,总氮(TN)去除率达到50%,批量实验证实去除途经为厌氧氨氧化,这一试验结果为开发低氨氮城市污水同步半亚硝化-厌氧氨氧化工艺提供了研究基础.     

厌氧氨氧化在生物转盘系统中的实现

厌氧生物转盘系统中接种来自ASBR的厌氧污泥,在温度40～41℃、pH值为8.25～8.50和HRT为1.3d条件下连续运行142d,先后经历了以出水氨氮浓度略高于进水氨氮浓度为特征的污泥适应阶段、以氨氮小幅度去除为特征的厌氧氨氧化菌活性表现阶段及以氨氨和亚硝酸盐氮成比例并大幅度去除为特征的厌氧氨氧化菌活性提高阶段后,成功培养了厌氧氨氧化菌种,启动了反应.在进水氨氮和亚硝酸盐氮负荷均为0.051 kg·m-3·d-1情况下,对二者的去除率分别达到了98.15%和99.56%.污泥的颜色也发生了由黑色→黄白色→棕红色→棕褐色等一系列的变化,通过显微镜镜检发现污泥中细菌主要是革兰氏阴性菌,有短杆状和球状,扫描电镜镜检发现颗粒污泥表面有球状菌的聚集体.     

有机碳源作用下厌氧氨氧化系统的脱氮效能

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,研究不同有机碳源及浓度变化对厌氧氨氧化菌活性与反应器脱氮性能的影响.实验结果表明,当葡萄糖浓度为200 mg·L~(-1)时,厌氧氨氧化活性下降84.2%;当乙酸钠浓度低于120 mg·L~(-1)时不但不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,还在一定程度上促进了厌氧氨氧化反应的进行;蔗糖对厌氧氨氧化的促进作用与乙酸钠类似,当浓度为80mg·L~(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率提高了25.0%;柠檬酸三钠对厌氧氨氧化反应几乎没有影响,当有机物浓度为80 mg·L~(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率达到最大.有机碳源对厌氧氨氧化的促进作用由大到小为:蔗糖乙酸钠柠檬酸三钠葡萄糖.有机碳源作用下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的硝态氮,提高了系统总氮的去除率.     

SAD工艺在厌氧氨氧化不同运行阶段的启动

利用SBR反应器在厌氧氨氧化启动过程中脱氮性能达到不同氨氮去除负荷(ANR)时启动厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD)工艺处理生活污水.分析对反应器内3氮变化和功能菌活性变化.结果表明,在厌氧氨氧化的ANR达到0.27~0.40kg/(m~3×d)时,启动SAD工艺,反应器可处理COD为100mg/L以下的生活污水;在厌氧氨氧化的氨氮去除去除负荷(ANR)达到0.65~0.85kg/(m~3×d)时,反应器可高效处理COD为100~200mg/L的生活污水,而在ANR达到0.85kg/(m~3×d)时,反应器SAD工艺可稳定处理COD为100~200mg/L的生活污水,反应器内ANAMMOX菌的活性与异养菌活性及反硝化菌活性保持在合理范围内即可稳定启动SAD工艺,缩短SBR反应器的周期,可加速反应器ANAMMOX菌活性的提高,降低异养菌和反硝化菌活性的提高.周期测试分析,表明,控制C/N比和HRT可实现厌氧氨氧化耦合部分反硝化脱氮.     

不同基质浓度下SBR进水方式对厌氧氨氧化的影响

采用厌氧SBR反应器,分别以配水培养和以实际晚期垃圾渗滤液培养的厌氧氨氧化菌为研究对象,考察了不同基质浓度下,SBR改进式连续进水方式与一次性进水方式对厌氧氨氧化工艺运行性能的影响.结果表明,当处理人工配水时,在中低进水浓度下(NO2--N￡400mg/L),与改进式连续进水方式相比,宜采用一次性进水方式运行;在高进水浓度下(NO2--N3400mg/L)改进式连续进水方式比一次性进水方式优势明显,特别是在5h改进式连续进水方式下,平均比污泥脱氮速率增加至39.11mgN/(gVSS·h),相比一次进水方式效率提高40%.当处理进水NO2--N浓度为(300±20)mg/L的实际晚期垃圾渗滤液时, 5h改进式连续进水的SBR比污泥脱氮速率最高.由于晚期渗滤液较配水成分复杂,使得厌氧氨氧化菌面临有机物和有害物质的影响,其厌氧氨氧化的反应速率低于同等基质浓度配水条件下的厌氧氨氧化反应速率.     

利用序批式生物膜反应器启动厌氧氨氧化研究

研究了在缺氧条件下利用序批式生物膜反应器(SBBR)快速启动厌氧氨氧化过程,并考察了该过程中反应器的脱氮效率、厌氧氨氧化现象、生物膜性质及微生物群落的变化.从第60d开始出现ANAMMOX现象,经过100多天的启动,最高总氮负荷达0.67kg-N/m3×d,总氮去除率达到87.3%.生物膜厚度和污泥颜色、形态发生明显变化,厌氧氨氧化菌的相对含量达到40%以上,成为反应器的优势菌种.本研究表明SBBR是一种高效启动厌氧氨氧化的生物反应器.     

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。     

制药有机废水常温厌氧生化处理的试验研究

本文研究了上流式厌氧污泥床常温处理制药有机废水的工况,并对影响反应器性能的各种因素进行了分析.结果表明,在自然温度条件下,当进水 COD 50000mg/L 左右时,容积负荷4—7kg COD/m~3.d,COD 去除率可保持在90%以上.     

常温城市污水同步亚硝化-厌氧氨氧化研究

在常温14.7～24.7℃条件下,以城市生活污水为研究对象,采用SBR反应器,通过调整曝气量控制DO浓度为0.05～0.30 mg/Ｌ,进行了同步亚硝化-厌氧氨氧化试验.结果表明,SBR活性污泥反应器可以在常温条件下实现城市污水氨氮的同步亚硝化-厌氧氨氧化反应;DO可以作为其反应终点的指示参数,本试验确定为1 mg/Ｌ;在SBR探索试验中,NH⁺₄-N消耗速率为0.164～0.218　kg/（m³·d）,NO^-₃-N产生速率为0.026～0.036　kg/（m³·d）,TN脱除速率为0.124～0.194　kg/（m³·d）,去除效率为65%～75％;在SBR改进试验中,分别通过提高温度、增设非曝气运行时段和增加厌氧氨氧化菌生物量3个途径,避免了亚硝酸盐的积累,TN去除效率提高至77%～88%.考虑到脱氮速率和实际的工程应用条件,认为增加厌氧氨氧化菌的生物量是提高SBR反应器脱氮效能的优选途径.     

氨氧化菌混培物在O2/微量NO2下的氨氧化动力学

运用序批式试验,在无分子氧条件下,确定了好氧氨氧化菌的NO2型氨氧化动力学方程,得到了最大氨氧化速率[qNO2.max=0.144 mg·(mg·h)-1]、二氧化氮半饱和常数(KNO2=0.821μmol·L-1)和二氧化氮抑制性常数(Ki=1.721μmol·L-1).在微量NO2气体中添加2%O2氧气后,氨氧化速率明显提高,最大氨氧化速率发生在体积分数2%O2和50×10-6 NO2的条件下,达到0.198 mg·(mg·h)-1.在21%O2和微量NO2条件下,氨氧化速率继续大幅度提高;在21% O2和100×10-6 NO2时氨氧化速率达到0.477 mg·(mg·h)-1,比无NO2空气曝气条件下氨氧化速率高3倍.提出了NO2表观强化氨氧化函数的概念,建立了在O2和微量NO2混合气体下的氨氧化动力学方程,利用2%O2和微量NO2条件下的实验结果验证了动力学方程,讨论了NO2强化氨氧化的机理.     

全程自养脱氮污泥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,旨在培养全程自养脱氮颗粒污泥以及研究全程自养脱氮过程中污泥理化性质的变化.结果表明,先在厌氧条件下富集厌氧氨氧化微生物,然后在曝入的氮气中添加一定量空气,控制反应器的DO在0.3～0.5 mg/L,实现全程自养脱氮颗粒污泥培养是可行的,总氮去除率最高达到75.3%.实验用水中过高的钙盐和磷盐会形成钙盐沉积物,并在污泥中积累,导致污泥中有机组分减少,污泥脱氮性能变差.降低试验用水中Ca盐的投加量,经过驯化,污泥中的有机组分会逐渐增加,污泥脱氮性能逐渐恢复.     

几种重要因素对厌氧氨氧化过程的影响综述

厌氧氨氧化技术是当今最有发展前景的生物脱氮工艺,在厌氧条件下由厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐作为电子受体将氨氮直接氧化为氮气,具有无需曝气、无需有机碳源、剩余污泥产量少等优点.然而厌氧氨氧化菌对生长环境的要求苛刻,影响因素众多,成为其大规模工程化应用的最大瓶颈.本文综述了五种主要影响因素(底物浓度、有机物、溶解氧、温度、pH值)对厌氧氨氧化的影响,并结合不同反应器类型、不同菌种针对不同情况分别讨论如何最大程度利用厌氧氨氧化技术,以期为主流污水处理中厌氧氨氧化的应用提供参考.