硫化物抑制亚硝酸氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术

利用硫化物对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用,快速建立短程硝化。通过改变供氧条件,硫化物作为电子供体推动自养反硝化,实现同一序批反应器一体化脱氮。采用序批反应器SBR处理模拟市政污水,在DO浓度（1.5±0.5） mg·L-1,硫化物浓度50 mg·L-1,温度25 ℃,水力停留时间12 h的条件下,共运行90 d,控制反应器厌氧低氧时间,达到90%以上的总氮去除率。同时研究了硫化物对短程硝化的抑制作用、最适宜运行pH条件、污泥颗粒大小变化、污泥产生量等。硫化物抑制亚硝酸盐氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术有着反应条件可控性高、短程硝化建立时间短、脱氮效果好等优点,适用于低碳氮比的市政污水处理。     

添加前处理垃圾渗滤液污泥反硝化效能及微生物学分析

以探究前处理垃圾渗滤液作为去除高浓度硝态氮外加碳源的可行性为目的,建立SBR系统R0、R1(分别以无水乙酸钠、前处理垃圾渗滤液+无水乙酸钠作为碳源),采用模拟高浓度硝态氮废水培养获得快速高效反硝化活性污泥,考察了其脱氮效能并进行了分子生物学分析。结果表明：在PLL添加体积分数为10%时,R1系统在2.5 h内可将硝态氮几乎完全去除,反硝化速率高达58.05 mg·(g·h)⁻¹,是R0系统的1.79倍;16S rDNA扩增子测序结果显示,R0、R1反应器内微生物种群类别较为相似,丰度位于前3位的优势反硝化菌分别为假单胞菌属(Pseudomonas)、陶厄氏菌属(Thauera)和Pannonibacter,但相对丰度存在差异;经qPCR测定,实验组R1中反硝化基因narG、nirK、nirS和norB的相对表达量显著高于对照组R0。前处理垃圾渗滤液作为外加碳源可以提高污泥反硝化活性。     

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。     

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...     

双重抑制下亚硝化系统的启动及运行特性

采用连续进水（feed-batch）方式的SBR,在高氨氮负荷（1 kg·（m3·d）-1）和双重抑制下实现了亚硝化系统的启动及稳定运行。采用荧光原位杂交技术（FISH）对活性污泥中氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）种群及数量变化进行测定。结果表明,在温度（35±1）℃,进水氨氮浓度为1 000 mg·L-1的条件下,对NOB的抑制由游离亚硝酸（FNA）和DO的双重抑制转变为游离氨（FA）和DO的双重抑制,污泥亚硝酸盐氧化速率由28.16 mg·（g·h）-1（以MLVSS计）降到0.3 mg·（g·h）-1（以MLVSS计）以下,成功实现了高氨氮废水的稳定亚硝化。反应器出水NO2--N平均浓度为466.45 mg·L-1,NO2--N/NH4+-N接近1,NO3--N浓度低于20 mg·L-1,满足厌氧氨氧化（ANAMMOX）的进水基质要求。FISH结果表明,富集培养阶段AOB、NOB的优势种属由亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）及硝化螺旋菌属（Nitrospira）转变为Nitrosomonas及硝化杆菌属（Nitrobacter）,抑制过程中NOB逐渐被淘汰,最终硝化菌以Nitrosomonas为主,从微生物学角度佐证了亚硝化的稳定运行。     

厌氧反硝化生物反应器恢复启动过程中微生物群落特征分析

针对厌氧反硝化工艺在处置高浓度硝酸盐废液过程中难以连续运行的实际情况,系统研究了升流式污泥床（USB）反应器恢复启动过程中微生物群落变化过程。结果表明：采用原水NO3--N负荷的30%（710.7 mg·L-1）恢复启动23 d,NO3--N平均去除率为99%,比反硝化速率（RNO3-）从49.4 mg·（g·h）-1提升到170.7 mg·（g·h）-1（以VSS计）,提高了3~4倍。高通量测序分析发现,Halomonas（盐单胞菌属）、Pseudomonas（假单胞菌属）、Alcaligenes（产碱杆菌属）为脱氮的优势菌种,与启动初期相比,启动末期的相对丰度分别增长了35%、31%和14%。优势菌种的相对丰度与RNO3-之间存在一定的正相关性,RNO3-每增加1倍,优势菌种的相对丰度平均扩增6.7%。USB厌氧反硝化反应器可以快速恢复启动,具有较好的工程应用可行性和运行灵活性。     

玉米芯为外碳源对SBBR反硝化除磷性能的影响

为实现污水厂低碳氮比尾水深度脱氮除磷,考察以玉米芯为外碳源满足反硝化除磷最佳碳氮比要求时有机物及氮、磷的去除效果。在DO-1条件下,SBR系统最佳进水C/N为6,此时出水TN和TP分别为3.57 mg·L-1和1.24 mg·L-1;投加玉米芯作为外碳源和生物载体构建SBBR系统,可将进水C/N从3.5提升至6,同时出水COD保持在40 mg·L-1左右,出水TN和TP分别降至3.04 mg·L-1和0.54 mg·L-1。研究表明,以玉米芯为固体碳源和生物载体的SBBR系统的脱氮除磷效果优于相同C/N条件下的SBR系统,玉米芯的粗糙表面和纤维结构为反硝化除磷菌提供了良好的缺氧环境和载体基础,使得SBBR系统的生物量及活性整体增强。     

CuONPs短期暴露对SBR水处理效果的影响

研究了不同浓度氧化铜纳米颗粒(CuO NPs)对序批式活性污泥工艺(SBR)中化学需氧量、氨氮、总磷、硝态氮和亚硝态氮去除率的影响.实验结果表明,当环境中浓度为1 mg/L和10 mg/L的CuO NPs短期暴露时(1 d),其对活性污泥生存能力和周期内有机物去除、脱氮除磷都没有造成急性影响.经过20 d的短期运行,对SBR系统出水COD、氨氮、总磷、硝态氮和亚硝态氮也没有造成明显的影响.活性污泥呼吸抑制实验结果显示,CuO NPs对活性污泥的呼吸抑制作用与浓度呈正相关性,浓度越高呼吸抑制现象越明显,低浓度CuO NPs对活性污泥活性并没有明显的抑制作用.     

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。     

磁性OMS-2/SBR耦合处理活性染料X-3B废水

为了深度处理印染废水,将基于硫酸根自由基的高级氧化法与序批式活性污泥法（SBR）相耦合;采用磁性氧化锰八面体分子筛（OMS-2）作为活化过硫酸氢钾（PMS）的催化剂,结果表明：当X-3B初始浓度为50 mg·L-1时,PMS=0.25 g·L-1、磁性OMS-2=0.25 g·L-1,4 h之内去除率可达93.66%。磁性OMS-2/PMS的浓度对SBR系统处理效果影响明显,低浓度磁性OMS-2/PMS（低于0.5 g·L-1）对SBR系统处理效果具有促进作用,高浓度OMS-2/PMS（大于或等于0.5 g·L-1）则会抑制SBR系统处理效果;此外,低浓度磁性OMS-2/PMS能提升SBR系统的缓冲能力。     

外源性海藻糖强化好氧脱氮菌处理高盐废水的菌群特性

为提升高盐胁迫下好氧脱氮功能菌群的富集丰度及脱氮性能,解决高盐废水生物脱氮效率低的问题,助推好氧脱氮功能菌在高盐废水处理的工程应用,将海藻糖添加到已富集好氧脱氮功能菌的膜曝气生物膜反应器 (membrane aerobic biofilm reactor, MABR) 中,构建高盐废水的海藻糖生物强化处理系统,从反应器脱氮性能、菌群多样性以及脱氮功能基因丰度等方面探究高盐废水中海藻糖对好氧脱氮菌的强化机制。结果表明：实验组 (C₄₀、C₁₂₀、C₃₆₀和C_{1 080}) 中NH₄⁺-N、TN和COD去除率相较对照组 (C₀) 分别提高了10.70%、32.72%、27.36%、19.45%,8.32%、28.36%、22.53%、17.63%和12.09%、31.14%、25.27%、25.06%;外加海藻糖提高了菌群在高盐废水中的脱氮效率,浓度为120 μmol·L^-1时,NH₄⁺-N去除率最高可提升32.72%。高通量测序分析显示：在高盐环境胁迫下,海藻糖浓度对群落结构及丰度存在显著影响,C₄₀和C₁₂₀提高了异养硝化-好氧反硝化 (heterotrophic nitrification-aerobic denitrification, HN-AD) 菌 (Pseudofulvimonas、Rhodobacteraceae、 Paracoccus、Parapusillimonas和Flavobacterium) 的相对丰度,而C₃₆₀和C_{1 080}有利于异养反硝化菌 (heterotrophic denitrified bacteria, HDB) (Enterococcu、Nitrincola、Truepera、Fusibacter) 的富集;海藻糖浓度显著影响高盐废水中脱氮菌群的组成与丰度。PICRUSt1结果显示：添加海藻糖有效提高以HN-AD菌和HDB为主的脱氮菌群的反硝化活性,在C₄₀和C₁₂₀中,与HN-AD菌关联的硝化基因 (hao) 和反硝化基因 (nasA、napA和napB) 相对丰度提高,此时HN-AD途径得到增强;而与HDB关联的反硝化基因 (narG、narH和narI) 相对丰度在C₃₆₀和C_{1 080}增加,进一步说明加入高浓度海藻糖更有利于加强异养反硝化途径;海藻糖浓度为120 μmol·L^-1时,脱氮基因相对丰度最高,最大程度地加快了好氧脱氮菌群的硝化和反硝化进程。本研究结果可为好氧脱氮菌在高盐废水的好氧处理技术运用中提供参考。     

COD降解菌剂的构建及在污水处理中的评估

采用微生物育种技术,从活性污泥中分离筛选得到活性菌株,结合微生物生态学原理,对高效去除污水中COD的复合菌剂构建原则进行探究。通过考察单菌的COD去除效果与絮凝效果,获得7株菌。分别在SBR和A/O模拟系统中进行验证,按COD-03比例复合时,SBR系统出水COD从300 mg·L-1降到约120 mg·L-1（进水COD 1 200 mg·L-1）,较其他组具有极显著性降低（α=0.01）;A/O系统出水COD从约500 mg·L-1降到将近100 mg·L-1（进水COD 1 200 mg·L-1）。结果表明,复合菌剂构建策略具有良好的应用性和可操作性,在COD微生物增效菌剂制备方面具有良好可行性。     

焦化纳滤浓水的生物脱氮及其微生物菌群结构分析

针对焦化纳滤浓水中高总氮的问题,采用序批式反应器(SBR)对纳滤浓水进行了生物脱氮实验,并对其反硝化脱氮效果和反应器中微生物菌群特征开展了研究。结果表明,在SBR系统稳定运行期间,总氮和硝态氮的平均去除率分别为58.2%和93.8%,出水中硝态氮平均浓度为2.0 mg·L⁻¹。微生物菌群结构分析表明：变形菌门和拟杆菌门为纳滤浓水反硝化过程中的核心菌门,相对丰度之和为90.0%~96.0%;反硝化功能基因定量检测表明,在纳滤浓水反硝化过程中,亚硝酸盐还原酶nirS的拷贝数高于亚硝酸盐还原酶nirK约1~2个数量级,这说明nirS在亚硝酸转化为一氧化氮过程中起到了重要作用。SBR工艺处理焦化纳滤浓水具有良好的效果,为解决高盐水生物脱氮提供了新的途径。     

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。     

SBR法短程硝化处理纤维素乙醇废水的中试研究

针对纤维素产乙醇废水高有机物、高氨氮、难降解的特点,运用短程硝化反硝化脱氮工艺,基于序批式活性污泥反应器（SBR）的调试运行,研究反应器运行方式对COD去除和脱氮效能的影响,为日后纤维素乙醇废水处理的工程化提供借鉴。结果表明：通过控制DO（0.5 mg·L-1）、pH（7.6~8.5）和投加碳源等条件,可实现亚硝酸盐氮的积累和转化,最终三氮去除率稳定在70%以上;通过投加不同碳源对比实验,发现乙酸钠作为反硝化外加碳源比葡萄糖具有更高的效率;厌氧工艺处理过的纤维素乙醇废水经短程硝化反硝化工艺处理后,COD去除率维持在20%上下,表明废水可生化性极低,已不适应生物法处理,须利用化学氧化法才能进一步去除;通过周期实验,发现硝化阶段碱度过量对短程硝化进程影响并不明显,相反充足的碱度是保证硝化反应进行的必要条件。     

木屑-硫磺填充床反硝化生物滤池强化硝酸盐去除

针对污水处理厂二级出水深度脱氮的需求,设计了以木屑与硫磺颗粒为填料（质量比1:1）的反硝化生物滤池,对碳氮比失衡的污水处理厂二级出水进行深度脱氮处理。结果表明,木屑释放碳源速率在10 d之后趋于稳定,COD中（40.6±10.0）%是反硝化菌可直接利用的VFA。反硝化生物滤池运行的最佳HRT为10 h,在此条件下,进水硝酸盐（以N计）浓度为30 mg·L-1时,出水硝酸盐浓度最低为11.5 mg·L-1,亚硝酸盐（以N计）浓度最低为1.4 mg·L-1,反硝化生物滤池内未发生硝酸盐异化还原（DNRA）作用,出水无氨氮积累。出水SO42-浓度最高为73.8 mg·L-1。反硝化生物滤池运行稳定后,出水中COD未超过30 mg·L-1,木屑释放的碳源与异养反硝化过程消耗的碳源持平,经反硝化生物滤池深度处理的出水中无过量残留有机物。出水pH稳定在6.9~7.4范围内,反硝化生物滤池无需外加碱类物质。     

好氧反硝化菌BN5脱氮降苯特性

以好氧反硝化菌Pseudomonas sp.BN5开展去除硝态氮实验,同时研究其降解苯的特性。结果表明,在最佳转速180 r·min-1条件下,菌株在72 h内可完全降解80 mg·L-1苯;同时,硝态氮的去除率为93.2%。氮平衡分析表明：57.1%的硝态氮转化为胞内氮,32.7%以含氮气体形式被去除;细胞主要通过好氧反硝化和细胞同化作用脱氮。高浓度的苯对细胞生长和硝态氮的去除均有抑制作用,可通过固定化细胞提高降解性能。固定化菌在批式反应器中能高效降苯脱氮,且能够保证反应器的稳定。菌株Pseudomonas sp.BN5可以有效的去除苯和硝酸盐,为该菌的实际应用奠定了基础。     

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。     

一段式短程硝化-厌氧氨氧化耦合缓释碳源滤柱深度去除总氮

在SBR中进行一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺的启动驯化,并在达到稳定运行时,让SBR出水进入不同缓释碳源体积填充比的滤柱中,进行深度脱氮研究。结果表明,在SBR中经过176 d的启动驯化,成功实现一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺的稳定运行,进水${\rm{NH}}_4^ + $-N为100 mg·L⁻¹,${\rm{NH}}_4^ + $-N去除率达98%,TN去除率达73%。AOB及Anammox菌活性分别提高至8.6 mg·(h·g)⁻¹和12.6 mg·(h·g)⁻¹,而NOB活性小于1.0 mg·(h·g)⁻¹;在15 ℃低温条件下的深度脱氮研究中,缓释碳源体积填充比为15%的滤柱具有最佳的脱氮效果,出水TN小于5 mg·L⁻¹,平均出水COD值为19.3 mg·L⁻¹,该滤柱中通过一段式短程硝化-厌氧氨氧化反应和反硝化反应的共同作用完成深度脱氮。SBR与缓释碳源体积填充比为15%的滤柱组成的耦合系统平均TN去除率达96.7%,较SBR提升了28.9%。     

有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响

养殖沉积物中反硝化作用对于缓解氮污染有重要的作用,沉积物中的反硝化和厌氧氨氧化菌可将化合态氮转变为氮气,从而有效降低污染,有机碳在该过程中有着重要的作用。为了解有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响,采取理化分析和分子生物学分析等方法,以养殖池塘沉积物为基质、人工配水为营养液,添加不同浓度的淀粉,分析120 h内底物亚硝氮(NO-2-N)、硝氮(NO-3-N)、氨氮(NH+4-N)和TOC浓度,并对反硝化、厌氧氨氧化菌群丰度变化和反硝化菌多样性进行分析。结果表明:淀粉浓度在150 mg·L-1时,NO-2-N和NO-3-N的去除率最高,分别达到98.90%和99.86%;NH+4-N去除率在淀粉浓度为50 mg·L-1时最高,为35.98%。随着淀粉浓度的增加,反硝化菌的丰度明显增加,但有机碳对厌氧氨氧化菌群具有抑制作用。当淀粉浓度为150 mg·L-1时,反硝化菌的丰度最大、多样性水平最高、物种数目最大,反硝化细菌优势菌属为未分类的变形菌属和β-变形菌属。