ASBR反应器厌氧氨氧化脱氮II:反应动力学

研究了ASBR厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器稳定条件下周期内的基质动力学特性以及过程抑制动力学特性,并得到适合描述上述特性的动力学模型.其中,稳态下周期内基质去除模型是首次被调查研究,研究发现,修正的Logistic模型和修正的Boltzmann模型相比Grau二级基质去除模型和修正的Gompertz模型而言,更适合描述稳态下周期内基质去除特性,并且通过模型得到了周期内任意t时刻下的出水总氮和总氮去除率预测公式.运用Haldane模型和Aiba模型建立了出水FA浓度与总氮去除负荷(TN RR)以及出水NO2--N浓度与总氮去除负荷(TN RR)之间的关系,结果表明:Haldane模型更适合用来描述基质抑制动力学特性,模型预测得到的出水FA和出水NO2--N抑制浓度分别为72.36mg/L和140.60mg/L.上述动力学模型的应用和动力学参数的获得可能会有助于ASBR反应器的优化设计和过程控制.     

基质比对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

采用厌氧氨氧化反应器(ASBR)处理模拟生活污水,在温度为30℃时,控制进水NO_2~--N浓度为(30.0±0.2)mg·L~(-1),pH为(7.2±0.2),考察了NO_2~--N/NH_4~+-N分别为0.9、1.1、1.3、1.4、1.5和1.6时,对厌氧氨氧化(ANAMMOX)脱氮效果的影响.结果表明,当NO_2~--N/NH_4~+-N为1.4时,出水NH_4~+-N、NO_2~--N及TN的浓度分别为0.8、1.5和7.7 mg·L~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N及TN的去除率分别高达96.2%、95.4%和85.3%,此时脱氮性能最好,与发生厌氧氨氧化时NO_2~--N/NH_4~+-N理论值1.32比较接近.     

有机碳源条件下厌氧氨氧化ASBR反应器中的主要反应

采用5个已稳定运行在厌氧氨氧化状态的ASBR反应器,通过COD、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、pH等指标的监测和好氧硝化菌、异养反硝化菌的测定,研究了不同有机碳源条件下反应器中发生的主要反应.结果表明,反应器中存在好氧硝化菌、异养反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在COD、氨氮、亚硝酸盐氮等存在条件下,可发生好氧硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化反应,先是好氧硝化反应、厌氧氨氧化反应和异养反硝化反应共存,其后依次是异养反硝化反应和厌氧氨氧化反应占主导地位.当C/NO₂^--N在1.7～1.9范围内时,C/NH₄⁺-N为1.7的1号反应器具有最佳的厌氧氨氧化效果,反应结束时其COD去除率、NH₄⁺-N去除率、NO₂^--N去除率分别为100%、81.7%和74.4%.     

基于ASBR反应器的厌氧氨氧化启动及特性研究

采用ASBR反应器,接种消化污泥和厌氧颗粒污泥的混合污泥,在温度(35±1)℃、HRT为24h、pH为7.3～8.5的条件下经过160d的培养,获得了砖红色的厌氧氨氧化菌菌胶团.试验结果表明:进水NH+4-N和NO-2-N浓度约为180mg·L-1,平均总氮容积负荷为0.38kg·m-3·d-1时.NH4+4-N和NO-2N的去除率平均为93.2%和95.7%,TN平均去除率为86.9%.厌氧氨氧化反应过程出水pH值高于进水,稳定在7.74左右.     

复合式厌氧氨氧化反应器脱氮性能研究

采用低速机械搅拌装置,以无纺布作为固定床的填料,把搅拌床与固定床的优点有机结合起来,设计一种复合式厌氧氨氧化反应器.在反应器中,生物滞留量相对较高,微生物的性状由接种时的碎絮状很快转变成颗粒状,短期内反应器系统的脱氮性能迅速提高,启动时间大为缩短.仅用38d,反应器中总氮去除速率稳定增长至1.9kg·m·-3d-1.随...     

无纺布-生物反应器快速启动厌氧氨氧化脱氮工艺

该研究结合生物膜、膜生物反应器和厌氧氨氧化工艺(Anammox),设计了以无纺布为载体的双功能无纺布-生物反应器,无纺布过滤组件兼具生物膜载体和固液分离的双重功能,应用于Anammox工艺中实现高效脱氮。长期监测表明,反应器的氮去除率达到约1.02 kg/(m~3·d()以N计)。反应器的出水NH_4~+-N和NO_2~--N浓度都始终低于悬浮溶液中上清液的浓度,反应器总氮脱除主要通过接触传质过程,总氮去除率占60%以上;而通过强化传质过程,总氮去除率达到20%～30%。随着进水氮浓度的提升,通过强化传质作用的脱氮效率也逐步提升,当总氮进水浓度为600 mg/L(以N计)时,去除率达到最大30%。此外,在193 d的运行过程中,膜污染现象未出现。     

厌氧氨氧化反应器脱氮性能及细菌群落多样性分析

采用提高进水NH_4~+-N和NO_2~--N浓度的方式将上流式厌氧过滤床(UBF)反应器的容积负荷由0.52 kg·(m~3·d)~(-1)增大至2.75 kg·(m~3·d)~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N和TN的去除率也相应地分别从76.18%、53.47%、55.66%增大至94.04%、86.97%、82.96%.同时,采用Illumina高通量测序分析技术,对UBF厌氧氨氧化反应器内微生物的分布规律进行了研究.结果表明,反应器中的脱氮细菌较为丰富,其中变形菌门、浮霉菌门和硝化螺旋菌门分别占27.9%~39.9%、1.1%~26.4%和0.035%~0.188%.反应器运行过程中,反应器中的浮霉菌门Planctomycetes和变形菌门Proteobacteria分别由1.1%、27.9%增加至26.4%、39.9%.其中,浮霉菌门的丰度增大最为显著,其包含的Brocadiacea科达到了24.57%,成为优势菌群,Brocadiacea科主要包含Candidatus brocadia属.Alpha多样性指数和物种相对丰度聚类图分析表明反应器内微生物群落多样性逐渐减小,微生物群落结构产生了显著变化.     

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。     

盐度对中试厌氧氨氧化脱氮特性的影响及其恢复动力学

采用中试ASBR反应器(530 L),以逐步提高Cl~-浓度的方式考察了厌氧氨氧化菌(An AOB)处理高盐废水的脱氮特性.结果表明,采用逐步盐度驯化的方式,An AOB可适应高盐度(Cl~-浓度10 000 mg·L~(-1))环境进行高效脱氮(TN去除率高达92. 3%).其中,在Cl~-浓度6 000 mg·L~(-1)和10 000 mg·L~(-1)两个梯度内,反应器脱氮性能受到了较大影响,但随着驯化过程的持续进行可逐步恢复.修正的Boltzmann模型能较为准确地拟合An AOB受到不同盐度抑制后的活性恢复过程,相关系数R~2均在0. 96以上.得到的Cl~-浓度6 000 mg·L~(-1)和10 000 mg·L~(-1)时的恢复中间值tc分别为28. 765 d和44. 495 d,NRRmax分别为0. 145 kg·(m~3·d)~(-1)和0. 212 kg·(m~3·d)~(-1),NRRmin分别为0. 021 kg·(m~3·d)~(-1)和0. 085 kg·(m~3·d)~(-1).高盐度驯化后,厌氧氨氧化菌仍主要为Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia(其丰度分别是14. 76%和2. 7%),且污泥颗粒化程度和污泥密度均有不同程度的提高,污泥呈红褐色.     

生物膜反应器厌氧氨氧化脱氮效能研究

利用厌氧氨氧化生物膜反应器,分别研究提高基质浓度和缩短水力停留时间(HRT)对提高反应器总氮容积去除负荷的影响。实验之前总氮容积去除负荷达到2.11kgN(/m·3d),总氮去除率为87.9%。以提高基质浓度的方式经过50d的培养,总氮容积去除负荷稳定在4.0kgN(/m·3d),进水总氮浓度从300mg/L逐渐提高到700mg/L,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到70mg/L和100mg/L;以缩短HRT的方式经过55d的培养,总氮容积去除负荷达到7.0kgN(/m·3d),HRT由3h缩短至0.67h,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到40mg/L和60mg/L。实验结果表明随着进水基质浓度的增加水中游离氨和亚硝酸的浓度随之增加,从而抑制厌氧氨氧化菌活性,不利于反应器脱氮效能的提高。在相同总氮容积负荷下缩短HRT有利于厌氧氨氧化细菌的富集,但过短的HRT容易导致微生物流失。     

温度对厌氧氨氧化反应器脱氮效能稳定性的影响

采用厌氧氨氧化反应器,通过氮去除速率的测定,研究了不同温度变化方式对反应器脱氮效能稳定性的影响.结果表明,温度在26～37℃之间变化时,氮去除速率在1.51～1.84 kg.(m3.d)-1之间波动.其中逐渐降温的氮去除速率变化幅度4.35%,比阶梯降温(氮去除速率变化幅度9.03%)更有利于厌氧氨氧化反应器脱氮效能的稳定.当温度低于20℃时,反应器氮去除会快速下降.特别当温度低于15℃时,反应器氮去除速率下降至0.55 kg.(m3.d)-1,同时出现大量的NO2--N积累,从而抑制厌氧氨氧化反应.对其进行线性拟合发现,低于20℃时温度与氮去除速率具有明显的线性关系.根据温度变化对反应器氮去除速率稳定性的影响,提出了厌氧氨氧化反应器快速启动及实现低温高效运行的控温策略.     

MBBR厌氧氨氧化工艺污水脱氮的研究进展

基于移动床生物膜反应器(moving bed biofilm reactor,MBBR)的研究现状,探讨了厌氧氨氧化工艺的特征与反应机理,分析了基质浓度、有机物、温度、溶解氧等因素对工艺稳定性的影响,结合工程应用实例展望了应用前景。分析表明:低浓度COD和适量NH₄⁺-N/NO₂^--N比有利于厌氧氨氧化反应;在实际应用中,需保持低温厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia oxidation bacteria,AAOB)活性;溶解氧和填料流化状态的精准控制可以促进AAOB在MBBR生物膜中富集,从而促进厌氧氨氧化工艺稳定脱氮。     

碳源对厌氧氨氧化脱氮性能影响的试验研究

分别研究了无机碳源和有机碳源对厌氧氨氧化反应脱氮性能的影响。接种稳定运行的复合式UASB厌氧氨氧化反应器污泥至ASBR反应器进行批式试验,考察不同碳酸氢钠浓度及COD浓度条件下的氮素转化情况,研究碳源对厌氧氨氧化脱氮效果的影响。厌氧氨氧化反应适宜的进水碳酸氢钠浓度为1.5～2.0 mg/L,超过30 mg/L时有机碳源的存在对厌氧氨氧化反应产生抑制作用,COD浓度超过60 mg/L时反应器表现出反硝化特性。无机碳源对厌氧氨氧化反应的影响表现在提供充足碳源和调节反应器pH的综合作用,较高浓度的COD对厌氧氨氧化反应具有抑制作用。     

新型脱氮工艺-厌氧氨氧化（ANAMMOX）

厌氧氨氧化（ANAMMOX）是近年来发现的新型生物脱氮工艺。由于厌氧氨氧化生物脱氨技术在经济方面的独特优势,成为近年国内外研究的热点,是未来污水生物脱氮技术发展的主流。国内对该技术的研究与国外还存在较大的差距,尤其在厌氧氨氧化机理方面。综述了厌氧氨氧化反应的由来、机理和影响因素,介绍了厌氧氨氧化菌的特征,列举了厌氧氨氧化工艺的应用及出现的一些问题,从而为该技术的深入研究及其在实际中的应用奠定了基础,同时为该技术的进一步发展提出了具体的建议。     

厌氧氨氧化微生物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,旨在培养厌氧氨氧化颗粒污泥以及研究其脱氮性能.结果表明,水力停留时间(HRT)是富集厌氧氨氧化微生物的1个重要控制因素,以HRT为30 d,第58 d时,SBR反应器就出现厌氧氨氧化现象,与此同时,颗粒污泥由灰黑色变为棕褐色,粒径减小.到第90 d时,成功培养出厌氧氨氧化颗粒污泥,NH⁺₄-N和NO^-₂-N同时被去除,最大去除速率分别达到14.6 g/(m³·d)和6.67 g/(m³·d).从第110　d开始,逐步降低HRT,以提高基质负荷促进厌氧氨氧化菌生长.到目前t＝156　d,HRT降到5　d,氨氮和亚硝酸氮的去除率分别达到60.6%和62.5%,亚硝酸氮/氨氮的比率为1.12.污泥也由棕褐色变为红棕色,形成红棕色的具有高厌氧氨氧化活性颗粒污泥,总氮负荷达到34.3 g/(m³·d).     

电气石对厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响

实验研究了电气石对连续运行的厌氧氨氧化(anammox)反应器脱氮性能的影响,采用2个平行的连续搅拌式生物反应器(CSTR),其中一个添加电气石(R1),另一个未添加电气石作为空白对照(R2)。在运行过程中,添加电气石反应器R2的最大氮去除率(NRR=515.5 mg/(L·d))比对照反应器R1(NRR=462.8 mg/(L·d))提高11.4%,并且表现出更好的耐负荷冲击能力。厌氧氨氧化活性(SAA)批式实验显示,电气石能明显提高厌氧氨氧化菌活性,SAA最高比对照增加46.6%。此外,电气石可以调控p H和氧化还原电位(ORP),使其保持在厌氧氨氧化菌适合范围内,为菌体生长及反应器运行提供稳定环境。添加电气石反应器R2的多糖、蛋白质和总胞外聚合物(EPS)分别比对照反应器R1增加5.4%,35.2%和29.7%。粒径与扫描电子显微镜(SEM)检测说明,电气石并不利于厌氧氨氧化污泥颗粒化,而是大部分菌体与电气石分散生长,少部分附着生长。     

HRT对厌氧氨氧化协同异养反硝化脱氮的影响

采用SBR处理实际生活污水,在实现半亚硝化时,出水NH_4~+-N、NO-2-N及COD平均浓度分别为37.27、39.97和120mg·L~(-1),将其作为厌氧氨氧化反应器(ASBR)的进水.控制温度为24℃,pH为7.2±0.2,考察HRT分别为36、33、30和27h时对厌氧氨氧化协同异养反硝化脱氮的影响.结果表明:(1)HRT为33 h时系统脱氮效能最佳,总氮容积负荷(TNLR)和总氮去除负荷(TNRR)平均值分别为0.056 kg·(m3·d)~(-1)和0.050 kg·(m3·d)~(-1);NH_4~+-N、NO-2-N和COD平均出水浓度分别为1.36、0.47和49.79 mg·L~(-1),三者去除率分别为96.30%、98.83%和56.17%;ΔNO-2-N/ΔNH_4~+-N和ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N分别为1.17和0.15,比厌氧氨氧化反应的理论值(1.32,0.26)小0.15和0.11,造成此偏差的原因是由于系统中存在异养反硝化.(2)随着HRT的逐渐减小,厌氧氨氧化对脱氮的贡献率逐渐减小,异养反硝化对脱氮的贡献率逐渐增加.本研究结果可为厌氧氨氧化技术在实际工程中的应用提供参考.     

制革废水的厌氧氨氧化ABR脱氮工艺研究

采用小试规模的厌氧折流板反应器(ABR)研究制革废水的厌氧氨氧化脱氮.结果表明,ABR可作为实现厌氧氨氧化的良好反应器,厌氧氨氧化ABR反应器能有效和稳定地处理制革废水.当进水NH+4-N为25.0~76.2 mg·L-1、COD为131~237 mg·L-1,NH+4-N容积负荷为0.05~0.15 kg·(m3·d)-1时,出水NH+4-N为0.20~7.12 mg·L-1、COD为35.1~69.2mg·L-1,去除率分别达到90.8%~99.6%和66.9%~74.7%.此外,厌氧氨氧化ABR反应器污泥在驯化和运行过程中形成了棕红色、棕黄色和红色的颗粒污泥.电镜扫描观察证实在厌氧氨氧化ABR反应器的4个隔室的颗粒污泥中均存在厌氧氨氧化菌.荧光原位杂交(FISH)检测结果显示厌氧氨氧化菌在驯化和运行过程中出现不同程度的增殖,厌氧氨氧化ABR反应器4个隔室的污泥中厌氧氨氧化菌所占比率分别由4%增加到9%、8%、12%和30%,呈现出前段隔室少、后段隔室多的分布规律.     

基质比对ABR厌氧氨氧化工艺脱氮性能的影响

为解决厌氧氨氧化底物去除不彻底导致总氮去除偏低的问题,通过控制不同的进水基质比,对厌氧折流板反应器(ABR)的厌氧氨氧化脱氮性能进行了研究.结果表明,ABR厌氧氨氧化系统最佳进水N_2~O--N/NH+4-N为1.34,此时NH+4-N和N_2~O--N的去除率同时达到99.99%左右,总氮去除率达到峰值为87%,当进水N_2~O--N/NH+4-N从1逐渐降低至0.49和从1.34逐渐提高至1.62时,反应器对NH+4-N和N_2~O--N的绝对去除量较为稳定,NH+4-N或N_2~O--N过量对ABR厌氧氨氧化系统没有产生明显抑制;此外,不同基质比条件下,NH+4-N和N_2~O--N的去除基本在第1隔室完成,基质比变化对ABR各隔室的脱氮效果没有产生显著影响,ABR厌氧氨氧化系统对基质浓度的变化具有较好的稳定性.