投加羟胺原位恢复城市污水短程硝化-厌氧氨氧化工艺

有效抑制或淘洗亚硝酸盐氧化菌（NOB）是短程硝化-厌氧氨氧化（PN/A）工艺应用于城市污水处理的关键.以因NOB大量增长受到破坏的城市污水PN/A系统为对象（硝酸盐（NO₃^--N）生成比例为0.90）,考察了羟胺（NH₂OH）投加浓度和投加方式对其恢复的效果.结果显示,当序批式反应器中初始NH₂OH投加浓度为10mg/L时,每天投加1次,连续投加20d后,NO₃^--N生成量占NH₄⁺-N消耗量的比例由0.90逐步降低至0.11.表明NH₂OH（10mg/L）可原位恢复PN/A工艺.NH₂OH停止投加59d后,出水NO₃^--N生成比例再次小幅度上升至0.15,此时继续投加5d NH₂OH（10mg/L）,PN/A工艺运行良好,因此间歇投加NH₂OH可以维持PN/A工艺稳定运行.实时定量PCR结果表明,在投加NH₂OH（10mg/L）后,NOB的丰度不断下降,从（4.52±0.44）×10¹⁰copies/g VSS（第6d）下降到（2.30±0.80）×10⁹copies/g VSS（第157d）,说明NH₂OH的投加有利于抑制和淘洗NOB.     

前置A2NSBR系统硝化和反硝化除磷的特性

以处理实际低C/N生活污水的前置A₂NSBR系统为研究对象,考察系统内生物膜的硝化特性和活性污泥的反硝化除磷特性.试验研究了有机物和NO₂^--N浓度对生物膜硝化性能的影响,以及不同电子受体浓度对反硝化吸磷速率的影响.结果测得硝化速率为11.3mgNH₄⁺-N/（L·h）,在填充率40%的条件下容积负荷为0.27kgNH₄⁺-N/（m³·d）,有机物的存在会对硝化有抑制,但是系统表现出了良好的抗有机负荷冲击能力,硝化速率为9.72mg NH₄⁺-N/（L·h）.NO₂^--N处理对AOB活性几乎无影响,对NOB活性抑制作用明显,当NO₂^--N浓度为400mg/L时,NOB活性仅为1.63%,几乎接近完全被抑制.根据本次不同电子受体条件下除磷批次试验的结果,好氧吸磷速率为17.62mg P/（g VSS·h）,以NO₃^--N为电子受体的缺氧吸磷速率是12.94mg P/（g VSS·h）,从而可知缺氧聚磷菌占总聚磷菌的比例大约是73.4%,其中在NO₂^--N浓度为30mg/L出现吸磷抑制,当NO₂^--N和NO₃^--N共存时,NO₂^--N在初始浓度为15mg/L便出现吸磷抑制.     

FNA处理絮体污泥恢复城市污水PN/A工艺短程硝化

为了探究游离亚硝酸（FNA）旁侧处理絮体污泥来恢复城市污水短程硝化/厌氧氨氧化一体化（PN/A）工艺的可行性,考察了不同浓度FNA对氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性的影响,探究了SBR反应器两次采用FNA处理絮体污泥的运行效果.结果表明：采用0.45mgHNO₂-N/L的FNA处理能够抑制NOB活性,亚硝积累率（NAR）达88.8%,但投加后第8d开始NOB活性逐渐恢复.采用1.35mgHNO₂-N/L的FNA处理能够显著抑制NOB活性,NAR达89.1%,与此同时AOB活性也受到抑制,氨氮转化率降低为6.8%.采用增大好/缺氧时间比即t_好/t_缺（由0.4~2.7）以及提高DO（由0.3~1.5mg/L）的方法能够恢复AOB活性,氨氮转化率达77.8%,在150d内NOB活性未恢复,NAR达98.1%.随着短程硝化的稳定实现,系统脱氮性能逐渐恢复,平均出水总无机氮（TIN）为8.2mg/L,平均TIN去除率为84.1%.因此,通过先用较高FNA处理絮体污泥同时抑制AOB与NOB,再采用增大t_好/t_缺并提高DO来恢复AOB活性的策略,能够实现PN/A工艺短程硝化的恢复.     

羟胺抑制协同pH调控对人工快渗系统短程硝化的影响

针对人工快渗系统(CRI)总氮去除率低的问题,研究了羟胺抑制协同pH调控对人工快渗系统实现由全程硝化向短程硝化转化的可行性,探讨了其对系统内氮素污染物迁移转化和硝化功能菌空间分布及活性的影响.结果表明,0.5 mmol·L~(-1)羟胺连续添加13 d后可实现CRI系统短程硝化的快速启动,氨氮去除率、亚硝氮积累率分别为91.1%、77.9%,经16 d不添加羟胺运行后氨氮去除率、亚硝氮积累率分别降低3.9%、9.8%,此时调控进水pH至8.4,氨氮去除率和亚硝氮积累率均超过90%,CRI系统短程硝化效果显著且稳定性较高.羟胺对硝化菌具有选择性抑制,对AOB和NOB产生明显抑制的浓度分别为0.7、0.5 mmol·L~(-1),羟胺浓度为1.0 mmol·L~(-1)时AOB和NOB活性均被严重抑制且解抑较难;pH调控对短程硝化的影响主要与游离氨(FA)的抑制作用有关,对AOB和NOB产生明显抑制的FA浓度分别为26.5、5.6 mg·L~(-1),NOB比AOB对FA的敏感性更高.     

高频间歇梯度曝气启动短程硝化反硝化除磷颗粒污泥

反硝化除磷与厌氧氨氧化耦合可进一步降低脱氮除磷所需的碳源,而稳定获取NO₂^--N是两工艺独立、联合运行的关键.因此,以低C/N生活污水为研究对象,接种絮状污泥及少量长期贮存的好氧颗粒污泥,采用两段梯度曝气,并控制停曝时间（3min：3min）,即以高频间歇梯度曝气模式,经60d的富集培养,将其诱导成具有短程硝化反硝化除磷功能的颗粒污泥,并分析了此过程中系统脱氮除磷性能变化.结果表明,稳定时期内,颗粒污泥平均粒径达841μm,SVI为31.23ml/g,颗粒结构致密,沉降性能良好.出水NO₃^--N小于0.1mg/L,TP<0.7mg/L,NO₂^--N>15mg/L,实现了P的高效去除和NO₃^--N的积累,并可为后续耦合Anammox提供稳定NO₂^--N基质.批次实验结果表明,颗粒中可利用NO₂^--N为电子受体的DPAOs占达57.63%,其富集提高了系统除磷能力.高频梯度间歇曝气可实现AOB与DPAOs的高度耦合,但仅以间歇曝气难以实现NOB的抑制,后通过在"氨谷点"前段,加入梯度曝气优化实际限氧曝气点,可强化对NOB的抑制,从而实现良好的亚硝酸盐积累.     

厌氧氨氧化UASB系统对氨氮的超量去除机制研究

采用UASB反应器在改变NO₂^--N/NH₄⁺-N比条件下,考察厌氧氨氧化系统对NH₄⁺-N的超量去除特征、相关酶的催化活性以及污泥菌群结构.结果表明,随着进水NO₂^--N浓度降低,反应器对NH₄⁺-N的去除量相比理论较大,在停供NO₂^--N情况下,反应器内NH₄⁺-N去除可达55 mg/L.反应器内NH₄⁺-N的去除并不是是来自进水中SO₄^2-和Fe³⁺/EDTA络合物,而是存在NH₄⁺-N的好氧硝化.过氧化氢酶测定联合分子生物学技术分析显示,好氧硝化的所需氧量分别来自进水和过氧化氢酶产氧.反应器底部污泥层的氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AnAOB）活性优于上部污泥层,相反,上部污泥层的异养反硝化菌（HDB）活性优于底部污泥层,二者协同将NH₄⁺-N转化为N₂.     

两级PNDPR耦合Anammox脱氮除磷工艺研究

鉴于厌氧氨氧化工艺进水必须包含NO₂^--N和NH₄⁺-N两种基质,且只能脱氮,为在此基础上进一步实现除磷,提出辅以短程硝化技术,将除磷、脱氮技术相耦合,即短程硝化反硝化除磷串联厌氧氨氧化工艺.生活污水首先进入短程硝化反硝化除磷单元,主要实现NH₄⁺-N转化为NO₂^--N并去除COD,其部分出水与生活污水原水相混合再进入厌氧氨氧化单元,同时短程硝化反硝化除磷单元于缺氧条件下反硝化吸磷,待反应结束后两个处理单元的出水混合排放.实验结果表明,控制进水混合比为4.2可保证Anammox单元中C/N和NO₂^--N/NH₄⁺-N值分别为2和1.5,平均△NO₂^--N/△NH₄⁺-N=1.41,△NO₃^--N/△NH₄⁺-N=0.12,Anammox脱氮平均占比为85.2%,反硝化与Anammox反应耦合良好.整个系统稳定运行后出水COD、P、NH₄⁺-N、NO₂^--N和NO₃^--N浓度分别为15.2,0.85,0.59,5.56,3.33mg/L,TN去除率为89.4%,通过PNDPR-Anammox耦合新工艺成功实现模拟生活污水的高效处理.     

厌氧氨氧化耦合反硝化底物竞争抑制特性

通过连续流实验和批式实验研究了有机物和NO₂^--N对厌氧氨氧化菌和反硝化菌耦合脱氮特性的影响.在连续流实验中,保证底物NO₂^--N充足,研究了葡萄糖有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥反应器脱氮性能的影响.当进水葡萄糖有机物的COD浓度为100mg/L时,颗粒污泥具有良好的厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮活性,当COD浓度为200mg/L时,颗粒污泥的厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮活性较差.当进水COD浓度分别为100,200mg/L时,反应器中颗粒污泥的厌氧氨氧化NH₄⁺-N去除活性分别为0.096,0.071kg NH₄⁺-N/（kgVSS-d）,厌氧氨氧化NO₂^--N去除活性分别为0.153,0.092kg NO₂^--N/（kgVSS-d）,反硝化NO₂^--N去除活性分别为0.111,0.212kg NO₂^--N/（kgVSS-d）.在批式实验中,研究了碳源种类和COD/NO₂^--N比对厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥脱氮性能的影响.控制COD/NO₂^--N比为1~4,以葡萄糖为碳源时,厌氧氨氧化菌在亚硝态的竞争过程中占据优势;以乙酸钠为碳源时,控制COD/NO₂^--N比为1~4,厌氧氨氧化菌在亚硝态的竞争过程中处于劣势.     

游离亚硝酸(FNA)对A~2O污泥菌群结构的影响

为了探究采用游离亚硝酸(FNA)实现连续流A~2O工艺短程硝化的可行性,考察了不同浓度的FNA对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性影响,研究了通过投加FNA对活性污泥进行预处理后A~2O反应器的运行效果和微生物菌群结构的变化.结果表明,当FNA浓度为1.12mg HNO_2-N/L时,经过3h的缺氧处理,AOB和NOB的活性分别下降了60%和86%,对NOB有一定的选择性抑菌效应,而投加FNA并对活性污泥进行缺氧处理后的A~2O反应器平均出水NH_4~+-N、NO_2~--N和NO_3~--N分别为12.76、1.56和7.82mg/L,亚硝酸盐积累率(NAR)仅为20%左右,并没有实现预期的短程硝化.高通量和定量PCR的结果也表明,投加FNA并进行缺氧处理后活性污泥中AOB的种群丰度由2.05×108copies/g VSS下降到了3.96×105copies/g VSS,导致系统的氨氧化过程受到了较大影响.最终Nitrobacter和Nitrospira丰度降低,Nitrotoga占总序列数的1.66%,是造成系统无法通过FNA预处理实现连续流A~2O工艺短程硝化的原因.     

IFAS工艺短程硝化过程中功能菌的动力学特性

实验采用生物膜-活性污泥复合工艺（IFAS）,探究了不同进水NH₄⁺-N负荷以及游离氨（FA）浓度下的好氧氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的动力学特性,考察了不同微生物聚集体（悬浮污泥和载体生物膜）对于NH₄⁺-N去除的贡献,同时对其中的生物吸附和生物降解进行定量分析.利用荧光原位杂交（FISH）技术观察了总菌、AOB和NOB的数量以及空间结构的变化.结果表明,随着进水NH₄⁺-N浓度逐渐升高,出水NO₃^--N浓度逐渐下降,NO₂^--N得到大量积累,当进水NH₄⁺-N浓度为480mg/L时,NH₄⁺-N去除率和亚硝酸盐氮积累率（NAR）分别稳定在95%和80%以上,而FA由（2.77±0.07）mg/L增加至（16.35±0.3）mg/L时,NAR由9.42%增加至83.31%,实现了对NOB的抑制.在NH₄⁺-N的去除过程中生物吸附和微生物降解分别占NH₄⁺-N去除量的3.4%和88.1%,悬浮污泥和生物膜中AOB占比分别由27.4%和10.3%增加至41.3%和18.1%,表明悬浮污泥比生物膜更有利实现对于AOB的富集.     

SBR工艺短程硝化快速启动条件的优化

以低COD/TN的实际生活污水为研究对象,采用SBR反应器,对短程硝化的启动条件进行了优化.结果表明,温度30℃、溶解氧(DO) 2.0mg/L、污泥龄为7d时,系统在实时控制条件下运行32周期,可以成功启动短程硝化.在总氮(TN)去除率>95%的情况下,亚硝酸盐积累率(NO2--N /NOx--N)>90%,随后的64d,温度恢复到常温(20~24℃),系统仍稳定运行.荧光原位杂交技术(FISH)检测表明,经过32个周期种群优化,污泥中氨氧化菌(AOB)的含量提高了38.9%,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的含量降低了53.2%.在线动态控制DO浓度和曝气时间可以逐渐淘汰系统中的NOB,从而获得稳定的短程硝化,提高系统脱氮效率.     

外源全程硝化污泥对城市污水SPNA系统的影响

为强化城市污水短程硝化-厌氧氨氧化(SPNA)系统脱氮性能与稳定性,在间歇曝气条件下研究投加外源全程硝化污泥对城市污水SPNA系统的影响及机理.结果显示,空白组(SBR3)总氮去除率由35.5%升高至66.3%,短周期分批次投加外源全程硝化污泥(SBR2,投加周期为5d,投加比为2.5%)与长周期分批次投加(SBR1,投加周期为20d,投加比为10%)的SPNA系统总氮去除率分别由31.7%和36.5%升高至76.3%和67.2%,这表明,投加全程硝化污泥有利于提高SPNA系统的脱氮性能,且当投加总量相同时,短周期分批次投加的效果优于长周期分批次投加.功能菌活性结果与脱氮效果一致,SBR1～SBR3的厌氧氨氧化菌(AnAOB)最大活性分别由3.43mg-N/(L·h)升高至7.66,8.19和7.31mg-N/(L·h),氨氧化细菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性比分别为8.79,9.83和8.78.在间歇曝气条件下投加全程硝化污泥,可选择性抑制NOB、富集AOB,提高AOB与NOB的活性比,利于稳定短程硝化效果,为AnAOB提供稳定的基质,且短周期分批次投加可降低外源硝化污泥...     

AOB溶解氧亲和力低于NOB条件下序批反应器中NOB淘汰的实现机制

经精确测定AOB和NOB的溶解氧半速度常数及其他动力学参数,研究在AOB溶解氧亲和力低于NOB条件下,在序批反应器中短程硝化实现机制.测得AOB和NOB的溶解氧半速度常数分别为0.46和0.14mg O₂/L.在这种条件下,AOB的最大比生长速率高于NOB是实现短程硝化的重要特点,测得的AOB和NOB最大比生长速率分别为0.65和0.45d^-1.两级硝化数学模拟的结果表明,在AOB的溶解氧亲和力低于NOB条件下,低溶解氧和高泥龄都不利于短程硝化实现,而较高溶解氧和低泥龄的组合条件有利于短程硝化实现.在序批反应中的实验结果验证了数学模拟结论的正确性.     

厌氧/好氧SNEDPR系统处理低C/N污水的优化运行

为实现同步硝化内源反硝化除磷（SNEDPR）系统的优化运行,以实际生活污水为处理对象,采用厌氧（180min）/好氧运行的SBR反应器,并通过联合调控好氧段溶解氧（DO）浓度（0.3～1.0mg/L）和好氧时间（150～240min）,考察了该系统脱氮除磷特性.并结合荧光原位杂交（FISH）技术对系统优化过程中各功能菌群的结构变化情况进行了分析.试验结果表明,当系统好氧段DO浓度由约1.0mg/L逐渐降至0.3mg/L,且好氧时间由150min逐渐延长至240min后,出水PO₄^3--P浓度稳定在0.4mg/L左右,但出水TN浓度由14.3mg/L降至8.7mg/L,TN去除率由75%提高至84%.此外,随着好氧段DO浓度的降低,SNED现象愈加明显,SNED率由34.7%逐渐升高至63.8%.SNED的加强,降低了出水NO₃^--N浓度,并提高了系统的脱氮性能和厌氧段的内碳源储存量.FISH结果表明：经127d的优化运行,系统内PAOs,GAOs和AOB（氨氧化菌）仍保持在较高水平（分别全菌的29%±3%,20%±3%和13%±3%）,其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能;但NOB（亚硝酸盐氧化菌）含量减少了50%,为系统内实现短程硝化内源反硝化提供了可能.     

FNA旁侧污泥预处理SBR-PN过程启动及N2O释放特性

在序批式生物反应器（SBR）基础上增设游离亚硝酸（FNA）污泥预处理单元,成功启动了SBR短程硝化（SBR-PN）过程。FNA对NOB的活性抑制远大于其对AOB的抑制,FNA=0.48 mg/L,两者活性差异最大。SBR运行稳定（阶段Ⅰ）后,利用0.48 mg/L的FNA对活性污泥进行24 h缺氧处理,经60 d驯化（阶段Ⅱ）,SBR内NH₄+-N去除率和亚硝态氮积累率（NAR）均达到95%以上,总氮（TN）去除率由（22.8±3.6）%增至（35.5±3.7）%。分段进水（阶段Ⅲ）方式提高了原水有机物利用率,TN去除率达到（64.0±2.5）%,最大NO₂-积累和N₂O产量分别由（16.4±1.6） mg/L和（0.85±0.09） mg/L降至（11.4±1.2） mg/L和（0.28±0.04） mg/L,N₂O产率由（7.40±0.99）%降至（1.33±0.26）%。基于FNA缺氧抑菌选择性差异,采用分段进水方式运行SBR,防止了高浓度NO₂-和NH₄+共存,可实现稳定生活污水短程硝化过程并降低N₂O释放。经FNA处理,活性污泥蛋白质（PN）和多糖（PS）释放增加,PN/PS由阶段Ⅰ的1.42增至阶段Ⅱ、Ⅲ的1.77和1.74,SVI由阶段Ⅰ的（113±12） mL/gVSS分别增至阶段Ⅱ、Ⅲ的（129±15）,（122±13） mL/gVSS。     

NaCl对好氧颗粒污泥短程硝化反硝化的影响

利用SBR(序批式反应器)研究了不同ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)、进水ρ(NH₄+-N)对AGS(好氧颗粒污泥)短程硝化反硝化的影响. 结果表明,在pH、温度和ρ(DO)为8.0、30 ℃和3 mg/L条件下,以及ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)为20 g/L、8 h、600 mg/L和70 mg/L时,η_A(NH₄+-N去除率)和NAR(NO₂--N积累率)达到最佳. 当进水ρ(NaCl)为10 g/L时,NOB(亚硝酸盐氧化菌)被完全抑制,AOB(氨氧化菌)能够保持正常活性. ρ(COD_Cr)较高时能够促进NAR的提高. 经过116 d的培养,AGS短程硝化反硝化的耐盐极限为50 g/L,此时η_A小于50%,AOB被严重抑制,AGS丧失硝化能力. AGS的同步硝化反硝化作用明显,SND(同步硝化反硝化率)平均值为24.2%,SNDV(同步硝化反硝化比速率)平均值为0.63 h-1,低ρ(DO)比高ρ(DO)下的SND同步硝化反硝化作用更为明显.      

生活污水常温处理系统中AOB与NOB竞争优势的调控

常温（19℃±1℃）条件下,采用SBR工艺处理低碳氮比（C/N）实际生活污水,研究氨氧化菌（AOB）与亚硝酸盐氧化菌（NOB）竞争优势的调控,在接种全程硝化污泥的系统中使AOB成为优势菌群,启动并维持常温短程硝化.通过控制曝气量为40 L/h使系统溶解氧处于较低水平（DO_average<1.0 mg/L）,同时结合好氧硝化时间的优化控制,即在pH值“氨谷"点前及时停止曝气的短周期定时控制,强化AOB的竞争优势.待AOB的竞争优势初步形成后（亚硝酸盐积累率NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N达到50％）,每周期曝气时间随着NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N的提高由3 h逐步延长至4 h、 5 h,从而提高NH⁺₄-N去除率,进一步增强AOB在系统中的竞争优势,短程硝化成功启动,NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N稳定在95%以上.FISH检测结果表明AOB大约占总菌群的9.97％.在线控制好氧硝化时间可以很好地维持短程硝化效果,NH⁺₄-N去除率达到97%以上.研究还表明,对于全程硝化污泥常温下如果不限制溶解氧,单纯依靠短周期定时控制无法使AOB成为优势硝化菌群.     

硝化细菌AOB与NOB衰减速率实验测定

污水生物处理过程中由于硝化反应分两步进行,因而对于硝化细菌的衰减速率也应该分别测定.通过实验测定了氨氮氧化细菌(AOB)和亚硝酸氮氧化细菌(NOB)在好氧饥饿状态下的衰减速率,实验结果显示,AOB和NOB具有不同的衰减特征.前者在衰减过程中其活性匀速下降,而后者的活性则是先迅速下降再平缓降低,通过对比分析还发现,SBR系统中AOB和NOB的衰减速率差异较大,而在常规活性污泥系统中AOB和NOB的衰减速率基本相当.     

Type 0092丝状菌污泥微膨胀在短程硝化中的实现

利用Type 0092丝状菌不易引发污泥恶性膨胀的特点,本实验采用实际生活污水,以SBR反应器接种短程硝化污泥,考察了短程硝化状态下启动Type 0092丝状菌污泥微膨胀的特性,研究了系统启动与维持期间的污泥沉降性能、亚硝酸盐积累率(NAR)、污染物去除特性以及污泥菌群结构变化情况.结果表明控制DO为0. 3～0. 8 mg·L~(-1),F/M(以COD/MLSS计)=0. 24 kg·(kg·d)~(-1),按照交替缺氧/好氧模式运行(单周期3次,缺氧∶好氧=20 min∶60 min),能够启动Type 0092丝状菌污泥微膨胀与短程硝化耦合,系统SVI值维持在180 m L·g~(-1)左右,NAR一直维持在99%左右,COD和TN去除率能够分别提高约13%和5%,相较于传统全程硝化非微膨胀状态曝气量能节省约62. 5%.当交替缺氧/好氧模式变为单周期交替6次,缺氧∶好氧=10 min∶30 min,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性会恢复,使短程硝化被破坏;低溶解氧、交替缺氧/好氧、低负荷是实现Type 0092丝状菌污泥微膨胀的关键因素,当负荷(以COD/MLSS计)大于0. 25 kg·(kg·d)~(-1)时,仅靠低溶解氧和间歇曝气无法维持污泥微膨胀状态.