低DO与化学控制相结合的半亚硝化运行

针对厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX）的进水需求以及污水中氮素的存在形态,增强前置半亚硝化工艺的运行稳定性是十分有必要的。研究发现：在温度（30±1）℃、进水pH在8.0以上、DO在0.3 mg·L-1左右、HRT=8 h的情况下;逐步增加进水氨氮（NH4+-N）与碳酸氢盐浓度,经过19 d成功启动亚硝化反应（以亚硝硝酸盐积累率达到50%为限）;为了进一步提升亚硝酸盐积累率,间歇投加5 mmol·L-1氯酸钾,后又改加联氨作为硝化反应的选择性抑制剂,经过大约90 d的反复调试运行,使得出水中NH4+-N与亚硝态氮（NO2--N）的摩尔比近似1：1,基本符合厌氧氨氧化工艺进水需求。通过Miseq测序结果发现：氨氧化菌（AOB）在添加氯酸钾之后,已经成为绝对优势菌种,所占比例为54.99%;在添加联氨之后,AOB所占比例能够达到63.92%,其中包括Nitrosomonas sp和Nitrosomonas europaea这两种亚硝化菌;只有痕量亚硝酸盐氧化菌（NOB）的存在。     

固定化包埋填料高氨氮负荷下短程硝化稳定运行特征

为了探讨固定化包埋填料高氨氮负荷下短程硝化的稳定运行研究,以固定化技术包埋一定量硝化菌填料为载体,并利用序批次反应器进行处理人工配置的氨氮废水实验,该实验研究了实现短程硝化影响因素DO、有机物的控制范围,驯化期间,分别将温度、pH值、DO控制在（31±1）℃、7.8~8.2、1.8~2.0 mg·L-1范围内,进水有机物浓度始终保持在50 mg·L-1以下,体积填充率为15%,采用高游离氨（3.03~14.18 mg·L-1）对NOB产生抑制作用,使活性填料中的AOB成为优势菌群,通过历时55 d的培养实现了该填料短程硝化的启动及稳定运行,结果表明,进水氨氮浓度保持200 mg·L-1左右,氨氮去除速率高达28.29 mg NH4+-N·（L·h）-1的同时,氨氮的去除率>97%,亚硝酸盐积累NO2--N/NOx--N>85%,实验同时还考察了活性填料的抗冲击负荷能力与单个周期内短程硝化运行特征。     

低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化与异养反硝化高效耦合脱氮

通过连续流实验研究了低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化颗粒污泥与异养反硝化菌的耦合脱氮性能,同时采用批试实验考察耦合系统中的氮素转化及去除途径。结果表明：采用低浓度乙酸盐对厌氧氨氧化颗粒污泥进行驯化,可以实现厌氧氨氧化与异养反硝化的高效耦合脱氮。系统在稳定时期,进水NH4+-N为30~40 mg·L-1、NO2--N为45~55 mg·L-1、CH3COONa为60~80 mg·L-1,NH4+-N、NO2--N和TN的去除率分别为93.84%、94.62%和86.46%。耦合系统中的颗粒污泥同时存在厌氧氨氧化特性、硝化特性和反硝化特性。颗粒污泥表现出良好的厌氧氨氧化特性,总氮去除速率为12.46 mg·（g MLSS·h）-1。系统中存在的硝化细菌可以消耗进水中的溶解氧从而缓解溶解氧对ANAMMOX菌的抑制,其中AOB活性高于NOB活性。系统中颗粒污泥对硝氮的反硝化作用强于对亚硝氮的反硝化作用,亚硝氮反硝化和硝氮反硝化的降解速率分别为1.89和3.59 mg·（g MLSS·h）-1。当亚硝氮和硝氮同时存在时,反硝化菌优先将硝氮还原成亚硝氮。     

一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理中低浓度模拟氨氮废水

采用序批式反应器(sequencing batch reactor, SBR)研究了一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理中低浓度氨氮废水的运行稳定性。结果表明,在温度为35 ℃、进水氨氮浓度为200 mg·L⁻¹、溶解氧为0.2~0.4 mg·L⁻¹条件下,一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器去除负荷(以TN计)可达到0.24 kg·(m³·d)⁻¹,平均去除率为75.84%,成功实现了一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化的稳定运行。污泥中氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria, AOB)和厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia oxidation, Anammox)活性(以${\rm{NH}}_4^ + $-N计)分别稳定在877.24 mg·(g·d)⁻¹和127.61 mg·(g·d)⁻¹,亚硝酸氧化菌(nitrite oxidizing bacteria, NOB)活性由60.84 mg·(g·d)⁻¹(以${\rm{NO}}_2^ - $-N计)下降至18.54 mg·(g·d)⁻¹,NOB被成功抑制,AOB与Anammox菌之间形成良好的协同作用,保证了稳定的脱氮效果。FISH结果表明,污泥中的优势菌为AOB和Anammox菌,从微生物角度佐证了一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器维持较好脱氮效果的长期运行稳定性。一段式部分亚硝化厌氧氨氧化工艺的稳定运行可为厌氧氨氧化技术处理中低浓度氨氮废水提供参考。     

生物脱氮好氧阶段不同反应过程N2O产量

在成功实现生活污水短程生物脱氮的基础上,采用体积为3 L的小试反应器,利用在线DO监测手段控制DO=1.0 mg·L-1,通过投加NaNO2的方式控制系统初始NO2--N=40 mg·L-1,以丙烯基硫脲（ATU）抑制NH4+-N的氧化过程,考察了生物脱氮好氧阶段不同反应过程中N2O的产生量。结果表明,除缺氧反硝化细菌的反硝化过程外,好氧条件下,氨氧化菌（AOB）能够以NH4+-N作为电子供体,NO2--N作为电子受体,进行反硝化脱氮过程,其反硝化产物为N2O。生物脱氮好氧阶段AOB的好氧反硝化和异养菌的缺氧反硝化反应中,N2O的产量分别占分别占进水总氮（NH4+-N+NO2--N）的7.23%和7.80%。好氧阶段NH4+-N和NO2-的氧化过程中,几乎没有N2O的产生。     

亚硝化颗粒污泥处理低碳高氨氮废水的影响因素

稳定的部分硝化是新型脱氮工艺处理低C/N比高氨氮废水的关键环节。在SBR中,以放置超过30 d的亚硝化颗粒污泥为接种污泥,考察反应器内快速启动亚硝化的可行性和污泥形态变化, 探讨pH和C/N比对颗粒污泥性能和氮转化的影响。结果表明,通过提高进水负荷可快速启动亚硝化反应器,氨氮去除率和亚硝酸盐累积率均在90%以上,由同步反硝化引起的氮损失为20%左右。降低进水pH至7.0,SBR周期运行最高游离氨FA浓度为5.1 mg?L-1,有利于NOB选择性抑制,提高氨氮去除率,出水NO2--N/NH4+-N比值从0.5提高到0.95左右。C/N比高于2,会引起异养微生物的快速增殖,COD去除负荷提高了1.45 kg?（m3?d）-1,AOB受显著抑制,出水NO2--N/NH4+-N由1.0降低至0.65左右,出现颗粒污泥破裂、解体。     

不同DO下亚硝态氮氧化菌硝化系统N 2O减量化研究

采用序批式活性污泥反应器(SBR),在富集亚硝态氮氧化菌(NOB)的基础上,考察了DO对连续进水模式下硝化过程中N_2O减量化的影响。结果表明,在污泥氨氧化菌(AOB)和NOB的比耗氧速率(SOUR)分别为(2.36±0.31)、(7.62±0.43)mg/(L·h)条件下,不外加碳源进行小试实验,氨氮均小于1.0mg/L,亚硝态氮均小于0.5mg/L。DO由0.2mg/L增至3.0mg/L过程中,随着DO增加,积累的硝态氮浓度逐渐上升,而累计产生的N_2O浓度先上升后下降。DO为0.2mg/L时,积累的硝态氮和累计产生的N_2O浓度最低,可以实现N_2O的最大减量化。在进水连续投加氨氮的方式下,氨氮氧化速率不是引起N_2O生成的关键步骤,碳源缺乏的情况下NOB硝化系统中低DO可以有效控制N_2O的释放。     

基于分点进水的垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮性能

在垃圾渗滤液短程硝化反硝化生物脱氮过程中,过高浓度的游离氨(FA)会抑制氨氧化菌(AOB)的活性,降低系统亚硝化速率和脱氮效率.采取分点进水的方法,合理分配进入系统各单元的基质,降低反应器营养负荷和FA浓度,以期减少FA对AOB的抑制,提高脱氮效率.结果表明,通过控制DO浓度小于1.0 mg·L-1,成功实现了稳定的短...     

低氨氮废水亚硝化的快速启动

以低氨氮废水为研究对象,研究了亚硝化反应的快速启动,通过对比实验考察了羟胺(NH_2OH)和肼(N_2H_4)投加对氨氧化与亚硝酸盐氧化反应的影响。结果表明:NH_2OH的投加更有利低氨氮废水亚硝化反应的实现;在此基础上,通过序批式运行模式,在每周期开始时投加NH_2OH(2 mg·L~(-1)),研究了低氨氮废水亚硝化反应的快速启动;通过9 d的驯化,亚硝酸盐积累率可达到100%,AOB与NOB丰度比升高至25,有利于亚硝化启动的实现。研究结果可为低氨氮废水亚硝化反应快速启动提供技术支持。     

厌氧氨氧化耦合部分反硝化处理低浓度氨氮废水

通过接种厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)与部分反硝化菌(Thauera)形成厌氧氨氧化与部分反硝化耦合处理模拟城镇污水中的氨氮(NH_4~+-N)与硝氮(NO3--N),考察不同NO3--N/NH_4~+-N比对耦合系统脱氮性能的影响及最佳NO3--N/NH_4~+-N比下耦合系统的稳定性和脱氮的途径。结果表明:在COD/NO3--N为2.5、NH_4~+-N浓度为20~40 mg·L~(-1)的条件下,NO3--N/NH_4~+-N比在0.8~1.6的范围内均可实现部分反硝化与厌氧氨氧化协同脱氮,且当NO3--N/NH_4~+-N比为1.2时,耦合效果最佳,对应的NH_4~+-N、NO3--N及总氮(TN)去除率分别为92.85%、99.68%和96.42%;厌氧氨氧化菌在耦合系统中的活性稳定在(4.62±0.44)mg·(g·h)-1(以VSS计),且与反硝化菌存在协同竞争关系,进水NO3--N的84.3%由厌氧氨氧化途径去除,15.7%由异养反硝化途径去除。     

NO对厌氧氨氧化反应的影响

通过在厌氧氨氧化塔式生物滤池内通入不同浓度的NO气体,探究NO对厌氧氨氧化反应的影响。当NO进气浓度升高至4 018 mg·m-3,NO2--N进水浓度降低至20 mg·L-1时,NO-N在电子受体中的比例升高至78.8%,NO去除速率最高达165.8 mg·d-1,证明厌氧氨氧化菌可以利用NO-N为电子受体进行厌氧氨氧化反应脱除NO。在这一过程中,TN去除负荷与不通入NO时相比下降了74.3%,NO3--N生成∶NH4+-N消耗比从0.26下降至0.13。当NO进气浓度升高至8 036 mg·m-3时,NO对厌氧氨氧化菌产生了抑制,TN去除负荷和NO消耗速率分别下降了47.1%和69.6%,同时NO2--N在电子受体中的比例升高至56.9%。实验证明,提高NO2--N进水浓度能降低高浓度NO对厌氧氨氧化菌的抑制性。     

流态对活性污泥硝化性能及菌群结构的影响

生化反应器流态会影响基质分布,从而影响反应器内微生物的性能与菌群结构。在相同氮负荷下运行SBR和CSTR以对比分析2种典型流态(推流式和完全混合式)对活性污泥中硝化菌性能及其菌群结构的影响。结果表明,SBR中,氨氧化速率(AUR)和亚硝酸盐氧化速率(NUR)分别为(16.55±2.05)mg N/(L·g VSS·h)和(15.33±2.02)mg N/(L·g VSS·h),CSTR中AUR和NUR分别为(10.13±0.73)mg N/(L·g VSS·h)和(9.34±2.56)mg N/(L·g VSS·h);SBR中,氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)含量分别为(3.4±0.3)%和(5.4±1.2)%,优势菌分别为Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis lineage和Nitrobacter,CSTR中,AOB和NOB含量分别(3.1±0.4)%和(6.8±1.1)%,优势菌分别为Nitrosospira和Nitrospira。虽然2个流态下的硝化菌含量接近,但推流式的硝化速率比完全混合式高64%,这是因为推流式更有利于反应速率较快的r-strategist(Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis lineage和Nitrobacter)生存,而完全混合式则更利于反应速率较慢K-strategist(Nitrosospira和Nitrospira)生存。     

底物流加-间歇运行方式下氨氧化细菌富集培养的效果及影响因素分析

富集培养氨氧化细菌(AOB)可为污水处理工艺提高氨氮氧化速率、促进亚硝酸盐积累提供物质基础。在(20±2) ℃下,采用底物流加-间歇运行方式进行氨氧化细菌富集培养,重点考察了游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)、溶解氧(DO)等因素的影响,并对富集前后活性污泥样品中的AOB进行了定性定量分析。结果表明：第15天左右AOB增殖进入稳定生长期,比氨氮氧化速率由接种时的4.45 mg·(g·h)⁻¹升高至57.22 mg·(g·h)⁻¹;通过pH、底物流加速率和实际反应速率关系的联合控制,可以实现整个反应过程中FA和FNA在预期范围内波动;即使在极低的DO条件下,高纯度的AOB也可进行氨氮氧化。高通量测序结果表明,体系内Nitrosomonas属的AOB大幅度增长,可由0.23%上升至54.18%,亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的生长得到了有效抑制,培养结束时仅为0.12%。荧光定量PCR对AOB功能基因amoA的绝对含量结果表明,富集前后平均拷贝数由2.67×10⁵ copies·g⁻¹升至最大,可达9.67×10⁹ copies·g⁻¹,AOB成为活性污泥中的优势菌。本研究结果可为常温条件下快速富集AOB提供参考。     

好氧氨氧化菌混培物的氨氧化动力学研究

采用批式呼吸法求得好氧氨氧化菌产率系数为0.2119 mg COD/mg NH4 -NOD(或者0.7268 mg COD/mg NH4 -N)和氨氧化菌最大氨氮降解速率为0.1 mg NOD/(mg COD·h)(或者0.0292 mg N/(mg COD·h)).用间歇式批试验法,加入24 μmol/L NaN3抑制NO2--N氧化,建立氨氧化反应动力学方程,得到氨氮半饱和系数为18.38 mg NOD/L(或者5.36 mg NH4 -N/L),DO半饱和系数为0.494 mg/L.对比参数值表明,用一步硝化动力学来描述氨氧化反应动力学模型是错误的.     

2种温度下污泥水富集硝化菌的对比

污泥水富集硝化菌添加强化硝化工艺可以在处理高温、高浓度氨氮污泥水的同时富集硝化菌并添加至城市污水处理系统强化硝化,但硝化菌对温度敏感,温度将对硝化菌的富集效果产生影响。研究在高氨氮负荷(1.20 kg·(m~3·d)~(-1))下运行SBR以富集硝化菌,对比2种温度(25℃、30℃)下富集硝化菌的群落结构和动力学特性。荧光原位杂交结果表明,硝化菌r-决策者(Nitrosomonas europaea,Nitrobacter)的份额随温度升高而逐渐增加。硝化动力学参数测定发现,随温度升高,AOB活性增加,基质半饱和常数增加;而NOB则相反,这主要是因为温度升高,反应器中最大游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)浓度增加,而NOB比AOB更容易受FA、FNA的抑制。此外,温度对AOB与NOB的溶解氧半饱和常数无明显影响。     

硅藻土固定化颗粒污泥对海水养殖废水除氨性能

针对实际海水养殖废水低碳高氮的特点,采用间歇式活性污泥法(SBR)和好氧活性污泥添加硅藻土载体的方式,考察硅藻土载体和活性污泥共同作用下的好氧曝气系统对海水养殖废水中氨态氮(NH4+-N)、亚硝酸态氮(NO2--N)和化学耗氧量(COD)的去除效果,以及对污泥沉降性能和硝化细菌特征的影响。实验结果表明,常温条件下,溶解氧(DO)≥ 4.5 mg/L,pH控制在7.0 ~ 8.0,HRT为11 h,沉降时间10 min,反应器可以处理NH4+-N浓度在50 mg/L左右的海水养殖废水,NH4+-N和COD去除率分别达到98.93%左右和76.62%以上,NO2--N出水浓度低于0.028 mg/L。载体污泥颗粒照片和扫描电镜结果表明,添加硅藻土载体内核后,颗粒污泥的成熟期缩短,颗粒的稳固度和沉降性能提高。在系统启动成功稳定运行后,通过FISH分析表明,在氨氧化菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)成为优势菌群后,AOB大约占总菌群的33.5%,并且AOB与NOB菌群数量约为1:1.33,AOB和NOB两大类菌群之和约占总菌群的77.2%,成为系统中优势菌群。     

水性聚氨酯(WPU)包埋活性污泥的亚硝化反应

以水性聚氨酯(WPU)为载体利用活性污泥制作成包埋固定化颗粒,置于序批式反应器(SBR)中在22.5~25.5 ℃、DO=2.0 mg·L-1条件下,逐步提高进水氨氮浓度(100~200 mg·L-1)驯化13 d后包埋颗粒亚硝化率(NAR)成功实现至90.98%。运行30 d后 NAR保持在95%以上,小试分析表明NOB活性受抑制,亚硝化处于稳定状态。然后调节曝气量,研究不同DO对亚硝化稳定性的影响。提高DO至4.5 mg·L-1,NAR仍保持在83.99%,说明活性污泥经包埋固定后对DO有较好的耐受性。通过扫描电镜(SEM)对反应器内包埋颗粒进行了微观分析。结果表明,包埋颗粒内接种污泥中细菌形态多样,含长杆、短杆及球状菌,随着运行的延续,细菌形态呈现了向短杆状球状转变的态势。     

DO和pH值在短程硝化中的作用

在SBR反应器中对DO和pH值在短程硝化和半亚硝化过程中的作用进行试验研究,结果表明,控制低DO和适宜的pH值在短程硝化过程中起着重要的作用.本试验条件下,当DO为0.5～1.0 mg/L、pH值为7.5～8.0时,在SBR反应器中很容易实现短程硝化;当DO＞0.3 mg/L时,DO越低,出水NO2--N积累率越高;当pH值＞6.8时,不会影响系统NO2--N积累的稳定性.另外,研究结果还表明,通过控制DO和pH值可以实现半亚硝化.本试验条件下,当进水氨氮浓度为120 mg/L时,控制DO为0.3～0.4 mg/L可实现出水半亚硝化;当进水氨氮浓度为200 mg/L时,控制DO为0.5～0.6 mg/L或pH值为6.8也可以实现出水半亚硝化.     

HRT对UASB厌氧反硝化脱氮的影响

在反硝化脱氮的影响因素方面,研究多集中在碳源种类和碳氮比（C/N）2 个方面,而对水力停留时间（HRT）的影响很少有报道。采用UASB 作为厌氧反硝化反应器,进水NO3--N 为50 mg·L-1,C/N 比固定为1.5,分别以葡萄糖和乙酸钠作碳源,研究HRT 对反硝化效果的影响。结果表明：当外加碳源为葡萄糖时,最佳HRT为6 h,此时NO3--N和TN的去除效果最好,去除率分别为79.5%和63.8%,出水NO2--N和NH4+-N浓度分别为4.69 mg·L-1和2.22 mg·L-1;当外加碳源为乙酸钠时,最佳HRT为4 h,对应的NO3--N和TN去除率分别为99.0%和91.4%,出水NO2--N和NH4+-N浓度分别为3.08 mg·L-1和0.47 mg·L-1。HRT对反硝化效果有显著影响,且跟碳源种类有关。HRT会影响反硝化菌、反硝化异化还原成铵（DNRA）细菌和其他异养菌之间的平衡。     

间歇曝气比在短程硝化中对硝化活性的影响

采用序批式间歇反应器(SBR)处理生活污水,温度控制在(25.0±0.5)℃,研究好氧曝气与缺氧搅拌时间比(间歇曝气比)分别为30min∶30min(A模式)和40min∶20min(B模式)对亚硝酸盐氮积累、污泥性能参数、反应速率(比氨氮氧化速率、比硝酸盐氮产生速率、比亚硝酸盐氮产生速率)、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性的影响。A模式下运行64个周期时,出水亚硝酸盐氮质量浓度为19.04mg/L,亚硝酸盐氮积累率高达99.21%;B模式下运行75个周期时,出水亚硝酸盐氮质量浓度为19.42mg/L,亚硝酸盐氮积累率高达95.47%;研究表明缺氧时间所占比例越大越有利于短程硝化的实现。在实现短程硝化过程中,A模式在38个周期之后AOB活性超过NOB活性;B模式在34个周期之后AOB活性超过NOB活性。