影响厌氧氨氧化与甲烷化反硝化耦合的因素

氨氮、氮氧化物对产甲烷菌有一定的抑制作用,但可以通过驯化去除毒性.亚硝酸盐在厌氧氨氧化菌作用下与氨发生厌氧氨氧化反应.虽然厌氧氨氧化菌是自养菌,但具有异养代谢能力,并且NO2可提高厌氧氨氧化菌的活性.因此,通过特殊的反应器技术,将厌氧氨氧化菌与甲烷菌、反硝化菌复合在一个有利的微生态环境中,充分发挥它们之间的协同耦合作用,把有机物转化为清洁能源又同时脱氮,是极有前景的废水厌氧(缺氧)处理研究新方向.表1参31     

序批式膜反应器处理高氨氮渗滤液同步硝化反硝化特性

应用序批式生物膜反应器(SBBR)处理实际垃圾渗滤液,在DO浓度分别为0.45mg.l-1和1.19mg.l-1条件下,研究了系统的有机物,氨氮和总氮去除特性以及游离氨(FA),DO对系统同步硝化反硝化(SND)类型的影响.250d试验研究表明:SBRR系统能够稳定高效地同步去除渗滤液内高浓度有机物和高浓度氨氮.在初始COD浓度为122—2385 mg.l-1的情况下,出水COD浓度为23—929 mg.l-1,有机物最大去除速率25.6 kgCOD.m-2载体.d-1.在初始NH4+-N浓度为40—396.5 mg.l-1的情况下,出水NH4+-N浓度为0—41.2 mg.l-1,最大硝化速率2.87 kgN.m-2载体.d-1.SBBR系统内发生了明显的同步硝化反硝化(SND)现象,TN平均去除率分别为73.8%(DO=0.45 mg.l-1)和30%(DO=1.19 mg.l-1)左右.当FA浓度在1.5—11.6 mg.l-1范围内时,系统中共存硝酸型SND和亚硝酸性SND.当FA从18.6 mg.l-1增加到56 mg.l-1,系统中形成稳定的亚硝酸SND.因此,FA是影响系统SND类型的主要因素,DO可促进亚硝酸性SND向硝酸型SND转化.     

COD对颗粒污泥厌氧氨氧化反应性能的影响

研究了COD对颗粒污泥厌氧氨氧化反应的影响,并对颗粒污泥的厌氧氨氧化脱氮性能进行了分析.厌氧颗粒污泥取自实验室长期运行的EGSB生物脱氮反应器,实验用水为人工配水,以葡萄糖为有机碳源;主要考察了COD对NH4 -N、NO2--N、NO3--N和TN去除的影响.结果表明:当进水不含COD时,反应器对NH4 -N、NO2--N和NO3--N和TN的去除率分别为12.5%、29.1%、16.1%和16.3%;当COD浓度分别为200mg/L、350mg/L和550mg/L时,反应器对NH4 -N的去除率分别为14.2%、14.2%和23.7%,对NO2--N的去除率均接近100%,对NO3--N的去除率分别为94.5%、86.6%和84.2%,对TN的去除率分别为50.7%、46.9%和50.4%,COD去除率分别为85%、66%和60%.分析发现,在反应初期,氨氮的去除主要通过厌氧氨氧化过程实现,随着反应的进行,反硝化菌活性逐渐提高,传统的反硝化过程占优势.同时还观察到,在反应初期COD对氨氮去除的抑制作用非常明显.图2参21     

厌氧除磷同步脱氮及影响因素研究

采用鸡粪污泥为种泥,在厌氧混合连续流反应装置内进行厌氧还原磷产生磷化氧功能菌的富集,进行硝酸盐、硫酸盐、不同碳源和氮源条件下厌氧除磷效率的研究,并考察磷化氧的生成与硝酸、总磷、氨氮去除的关系.结果表明,(1)SO_4~(2-)-S适宜的投加量为26 mg·L~(-1),不投加NO_3~--N.水中含有氧化态的无机物在厌氧条件下与磷争夺[H]导致厌氧除磷的效率下降.(2)合适的碳源为葡萄糖1 000 mg·L~(-1),纤维素不适合作为碳源,合适的氮源为蛋白胨500 mg·L~(-1),水中含有的还原糖和有机氮源促进磷化氧的生成.(3)pH值控制在6.5～7.0的范围,最适宜的生长温度在35℃左右.(4)氨氮的去除率随着总磷的去除率而增加,在厌氧条件下可达到同时脱氮除磷的效果.磷的去除由厌氧除磷菌还原磷生成磷化氧完成,氨氮由生成氮气或生成蛋白质来去除.     

低氨氮垃圾渗滤液中有机污染物厌氧氨氧化处理

采用上流式厌氧污泥床处理某垃圾填埋场渗滤液.实验结果表明,在厌氧氨氧化活性稳定后,反应器对氨氮、亚硝氮具有较好的处理效果,氨氮和亚硝氮的平均去除率分别达到98.42%和99.01%,相应的平均容积去除负荷分别为93.64 mg·l-1·d-1和127.57 mg·l-1·d-1,COD的平均去除率为23.51%,平均容积去除负荷为84.53 mg·l-1·d-1.通过GC-MS总共检测出48种主要有机污染物,其中14种有机物的去除率为100%,2种有机物的去除率介于90%和100%之间,7种有机物的去除率介于50%和90%之间,此外还有13种有机物去除率低于50%,反应中亚硝氮和氨氮的去除率比值为1.37,反应器中存在厌氧氨氧化和反硝化的协同作用.     

OLAND生物脱氮系统运行及其硝化菌群的分子生物学检测

采用两阶段限氧自养硝化 -反硝化生物脱氮系统 (oxygen limitedautotrophicnitrificationanddenitrificationsystem ,以下简称OLAND)处理高氨氮、低COD的废水 .应用内浸式多聚醚砜中空膜 ,实现了污泥的完全截留 ,阻止了生物量的大量洗脱 ,并通过控制溶氧在 0 .1～ 0 .3mgL-1之间 ,实现了硝化阶段出水中氨氮与亚硝态氮浓度的比例达到最适值〔1 (1.2± 0 .2 )〕 ,从而为第二阶段的厌氧氨氧化提供理想的进水 ,进而获得较高的脱氮率 .同时应用荧光原位杂交技术对硝化阶段不同时期硝化菌群的变化进行分子生物学检测 ,揭示了随溶氧浓度的降低 ,氨氧化菌的数量基本保持恒定、亚硝酸氧化菌的数量略有减少的变化规律 ,并且发现 ,在两阶段限氧自养硝化 -反硝化生物脱氮系统中氨氮的氧化主要是由Nitrosomonassp .完成 ,亚硝酸的氧化主要由Nitrobactersp .完成 .图 4表 2参 2 2     

微生物菌剂对不同废水的适配试验

采用15种不同的微生物菌剂,以葡萄糖配水、中药提取废水、啤酒废水、氨氮配水等为基质,分别测定了微生物菌剂的耗氧速率和厌氧比产甲烷速率,以单位菌剂对不同基质的耗氧速率和厌氧比产甲烷活性为指标,比较了各菌剂对废水的适配性.根据测定结果选择活性高的菌剂,在试验室进行了菌剂对废水的连续处理试验.结果表明,不同菌剂对同一种废水的好氧或厌氧活性不同,同种菌剂对不同废水的好氧和厌氧活性不同.废水的连续处理试验取得良好的处理效果.No.8菌剂处理葡萄糖配水,系统有机负荷最高可达(COD)10.8 g L-1d-1,COD去除率可达90%以上;采用No.10菌剂处理氨氮配水,好氧氨氮负荷可达(NH4-N )1.42 g L-1d-1,厌氧氨氮负荷可达(NH4-N )0.3 gL-1d-1,系统NH4-N 去除率可达90%以上.图2表3参8     

好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化

采用人工配制的模拟生活污水，通过对运行条件的调控，在序批式反应器(SBR)中培养出了高活性的好氧颗粒污泥，颗粒污泥浓度达到4．55g/L以上，SVI值在32.5左右，反应器对于COD、NH3—N的去除率分别在83.6％—92.8％和82.3％—98.5％之间。实验结果表明：由于好氧颗粒污泥的存在，SBR反应器内发生了同步硝化反硝化(SND)反应，而不是通常所认为的顺序式硝化反硝化(SQND)反应。     

3种滤料的生物挂膜及硝化反硝化性能

采用优势菌挂膜法对陶环、生物球和"细菌屋"3种滤料进行淡水生物膜培养,并以3种滤料生物滤器为基础的维生系统进行观赏鱼朱文锦亚成体的饲养实验研究.结果显示:在初始总氨氮浓度为5 mg/L、总有机碳浓度为20mg/L且滤料总氨氮吸附饱和的情况下,3种滤料硝化反硝化完全建立时间分别为30 d、33 d和28 d;在总氨氮浓度为2mg/L的条件下,挂膜成熟后3种滤料的24 h总氨氮去除率分别为92.5%、97.5%和90%,反冲洗后的24 h总氨氮去除率分别为87.5%、85%和85%,陶环滤料和"细菌屋"滤料具有较好的抗冲击负荷能力.3组系统饲养朱文锦鱼均有较高的成活率,其中"细菌屋"滤料维生系统的朱文锦40 d饲养效果最佳.因此,在观赏鱼维生系统的滤料选择使用方面要综合考虑多方面的因素以达到上佳的过滤和饲养效果.     

应用在线传感器实现前置反硝化工艺生物脱氮的过程控制

为了实现前置反硝化工艺硝化反硝化反应的过程控制,系统地研究了硝化反硝化过程中DO、pH和ORP的变化规律,并考察了它们作为硝化反硝化过程控制参数的可行性.结果表明,pH值在缺氧区的变化分为下降型和上升型,从而指示系统反硝化反应进行的程度以及内循环回流量是否充足;缺氧区末端ORP值和硝酸氮浓度具有较好的相关性;好氧区第1格室的DO浓度可以指示进水氨氮负荷高低;pH值在好氧区的变化也可分为下降型和上升型,可指示系统硝化反应进行的程度、曝气量和碱度是否充足;好氧区末端ORP值与出水氨氮、硝酸氮浓度具有很好的相关性.在此基础上建立了硝化反硝化反应在线控制系统,从而实现曝气量、内循环回流量和外碳源投加量的在线控制,提高系统出水水质、降低运行费用.图7表1参8     

石油烃厌氧生物降解研究进展

烃是由碳和氢两种元素组成的稳定化合物,长期以来人们普遍认为烃的生物降解只能在好氧条件下进行.近年来国外的研究表明,厌氧微生物能以硝酸盐、硫酸盐、三价铁或二氧化碳等为电子受体代谢烃,烃厌氧代谢的初始反应机理主要有延胡索酸盐结合反应、羧化反应、羟基化反应和甲基化反应,但国内还未见相关报道.本文综述了烃厌氧降解微生物及其代谢机理,并以甲苯为例概述了烃厌氧生物降解过程中的起始反应酶和作用机制.结合国外烃厌氧降解的研究进展和本实验室的工作,作者也提出了自己的思考和看法.     

厌氧氨氧化污水处理工艺及其实际应用研究进展

厌氧氨氧化(Anammox)反应是指在厌氧或者缺氧条件下,厌氧氨氧化微生物以NO2--N为电子受体,氧化NH4+-N为氮气的生物过程。该过程是一种新型自养生物脱氮反应,反应无需外加有机碳源,且污泥产生量小,相对于传统硝化/反硝化脱氮工艺具有显著优势,对处理含高氨氮废水特别是低有机碳源废水具有重大的潜在实际应用价值。近年来,厌氧氨氧化为主体的污水处理工艺已经在各种类型废水处理中得到成功应用,取得了显著的经济和环境效益。综述了厌氧氨氧化反应中常用的亚硝化-厌氧氨氧化工艺(Sharon-Anammox工艺)和完全自养脱氮工艺(CANON工艺)的作用原理、环境调控因子与功能性微生物种群动态分布等最新研究进展,且阐述了两工艺在垃圾渗滤液、厌氧消化液和猪场养殖废水等低碳氮比废水的处理应用效能和最优化控制参数等,为厌氧氨氧化为主体的污水处理工艺的工程化应用提供了技术支撑。最后,总结并介绍了国内外厌氧氨氧化工艺现场规模化应用实例和控制参数,同时,对厌氧氨氧化污水处理工艺实际应用的研究前景及亟待解决的问题进行了展望,认为现场应用中Anammox菌的快速富集培养、有机碳源对Anammox菌的抑制效应以及厌氧氨氧化工艺的广谱适用性等将是厌氧氨氧化工艺大规模应用的难点和热点问题。为厌氧氨氧化工艺实际应用控制和推广提供了理论基础,具有重要的理论和现实意义。     

螯台球菌TAD1在高温曝气生物滤池中的异养硝化-反硝化性能

初步实验证实螯台球菌(Chelatococcus daeguensis)TAD1在高温下具有异养硝化-反硝化的能力,为验证其可应用性,采用曝气生物滤池工艺,研究了TAD1在温度为50℃的异养硝化-反硝化性能.结果表明,TAD1在曝气生物滤池中可同时进行好氧反硝化和异养硝化.当分别以硝氮、氨氮及硝氮和氨氮为氮源时,12 h的氮去除率均达到100%,氮的去除能力分别为12.67 mg.L-.1h-1、3.62 mg.L-.1h-1及16.53 mg.L-.1h-1.虽然在脱氮过程中,亚硝盐在6 h迅速积累到76 mg.L-1(硝氮为氮源)和52.6 mg.L-1(硝氮和氨氮为氮源),但在随后的几个小时内又快速降低至0(检测限之外).因而,TAD1具有应用于高温生物脱氮工艺的能力和优势.     

常温SBR厌氧-好氧反应器的短程硝化

短程硝化-反硝化是污水节能脱氮新技术之一,其关键在于实现短程硝化,而水温是控制短程硝化的主要因素。在生活污水氨氮浓度小于100mg/L的水质条件下,采用SBR厌氧-好氧反应器进行了常温短程硝化试验研究。研究结果表明,水温14．5℃～16．5℃的条件下,在好氧段可以实现短程硝化,亚硝化率达到了94．9%。亚硝化的程度还与曝气时间的长短有关,曝气时间短时,可以将氨氧化控制在亚硝化阶段,积累大量的亚硝酸盐,但是氨转化率比较低;曝气时间延长,氨氮去除率增加,同时部分亚硝酸氮会被进一步氧化成硝酸氮。该研究结果打破了只有在中高温条件下才能实现短程硝化的普遍看法,从而为在常温下实现短程硝化提供了新的依据。     

黄河水体硝化过程的模拟实验研究

通过室内模拟自然条件下黄河水体中氨氮的硝化过程,研究黄河水体悬浮颗粒物的含量与底物浓度对硝化作用的影响．结果表明,在实验控制的泥沙含量范围内,泥沙含量愈高,驯化期愈短,硝化效率也相应愈高;而底物浓度愈高,微生物的驯化期相应加长,硝化效率则递减．平均硝化速率与含沙量存在对数相关关系(R^2=0．9755),与泥沙上吸附的氨氮量呈线性相关(R^2=0．9805),与底物浓度亦有线性相关关系(R^2=0．9668)．在黄河水体模拟实验中,发现7月份水体中的硝化反应符合零级反应动力学．     

准好氧填埋渗滤液中氮转化机理

依据准好氧填埋的原理构建了填埋试验装置,在填埋装置各个层次设计采样装置.定期采集渗滤液进行分析,测定各个层次区域渗滤液中氨氮、硝态氮、亚硝态氮和总氮的质量浓度,分析各形态氮之间的变化规律与相关性,初步探讨氮转化的机理.结果表明,准好氧填埋上层区域中,渗滤液的氨氮与硝态氮质量浓度变化相关性极显著;中层和下层区域由于处于兼氧和厌氧状态,硝化作用较弱,渗滤液中氨氮与硝态氮质量浓度变化相关性不显著.上层渗滤液中氨氮与总氮相关性不显著,中层和下层氨氮与总氮相关性极显著,表明中层和下层区域中,渗滤液的氨氮质量浓度变化是导致总氮含量变化的主要贡献因素.     

厌氧氨氧化反应器研究进展

厌氧氨氧化是废水生物脱氮研究的新领域,厌氧氨氧化反应器影响厌氧氨氧化菌的富集、厌氧氨氧化过程的启动、运行的稳定性和处理效果,是其中十分重要的研究内容.本文根据厌氧氨氧化反应的基本特征,分析了反应过程对反应器的主要要求;通过对固定床反应器、流化床反应器、气提式反应器、上流式厌氧污泥床(UASB)等反应器的运行参数和运行结果的比较,分析了各种类型反应器的主要优缺点,并对反应器今后的发展方向提出了建议.表2参37     

接种污泥源对厌氧氨氧化启动效能的影响

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)菌生长缓慢是影响其实际应用的主要问题之一,选取合适的接种污泥十分重要.本研究采用好氧污泥、厌氧颗粒污泥和厌氧消化污泥3种接种污泥,分别经过61、70和85 d的运行均实现了厌氧氨氧化过程,氨氮去除率分别为82%、92%和91%,总氮去除率达76%、82%和80%.分别接种3种污泥源的厌氧序批式反应器(ASBR)R1、R2、1t3出水pH值最终稳定在8.4、8.5、8.5.好氧污泥呈絮状,但沉降性比接种前好,厌氧颗粒污泥解体后最终形成粒径集中在0.5～1.0 mm的污泥,厌氧消化污泥则呈沙化状态,有细小颗粒出现.根据厌氧氨氧化细胞产率系数及NH4+-N、NO2--N去除量和NO3--N生成量之间的计量学关系,估算出厌氧氨氧化菌产率系数(以1 mol NH4+产生的CH2O0.5N0.15量计)分别为0.080、0.105和0.114 mol·mol-1,说明反应器内厌氧氨氧化菌有不同程度的衰减.总体而言,厌氧颗粒污泥是富集厌氧氨氧化菌的最适污泥源.     

基于连续流动培养的珠江底泥硝氮还原速率

设计了层状底泥的连续流动培养实验装置,经调试后用于对珠江广州河段的沉积物样品进行连续流动培养实验.通过检测培养出水和稳定状态时硝氮还原速率和氨氮生成速率,运用Michaelis-Menten方程计算珠江底泥的潜在硝氮还原速率和氨氮生成速率,并结合氨氮生成和硝氮还原理论配比分析硝氮还原的主要途径.结果显示,珠江广州河段整体的潜在硝氮还原速率为1410 nmol.(h.mL)-1,硝氮还原动力参数为5.0 mmol.L-1;潜在氨氮生成速率为0.665 nmol.(h.mL)-1,氨氮生成动力参数为0.137 mmol.L-1;厌氧氨氧化作用和硝氮异化还原作用是珠江底泥中硝氮还原的主要途径.     

优势菌种硝化新工艺处理垃圾渗滤液的研究

通过摇瓶富集与开放体系扩大培养获得高含量的硝化细菌优势菌液,用于硝化反应器的强化挂膜启动、驯化。采用优势菌种生物硝化新工艺研究了含高质量浓度氨氮垃圾渗滤液的硝化特性,并对工艺条件进行了优化。结果表明,优势菌液中亚硝化细菌与硝化细菌的含量分别达到9.0×107和3.5×107MPN/mL。实际废水动态运行的结果显示,当进水垃圾渗滤液平均氨氮质量浓度为284.4mg/L时,出水平均氨氮质量浓度为14.3mg/L,硝化速率高达NH4+-N28.1g/(m3.h),与传统硝化工艺相比高出近一倍。本工艺处理垃圾渗滤液的优化操作工艺条件为:pH、氨氮质量浓度及DO分别控制在7.5～8.5、300mg/L、1.1～2.6mg/L。