生物同步脱氮除硫工艺研究进展

传统生物脱氮除硫过程中存在着许多问题。近年来,通过对脱氮微生物的深入研究,生物脱氮技术取得了突破性进展,而在生物同步脱氮除硫方面发展相对缓慢。总结了包括反硝化除硫、硫酸盐还原—自养反硝化—硝化、反硝化氨氧化以及硫酸盐型厌氧氨氧化等生物同步脱氮除硫工艺的特点,分析了各自的工艺原理及面临的挑战,并提出了今后的研究方向。     

城市河道底泥中微生物组成及其转化氮、硫污染物的潜力

城市河道是城市生态系统的重要组成部分.以淮河流域某城市河道为研究对象,在了解其污染物分布特征的基础上,分析了底泥中的微生物组成,分别测定了厌氧氨氧化、硫酸盐还原氨氧化、异养反硝化、硫自养反硝化和硫酸盐还原等氮、硫转化过程的潜力.结果表明:(1)底泥中微生物以变形菌门为主,相对丰度为30％左右,同时包含与氮、硫循环密切相...     

一体式PN/A耦合EBPR工艺高效低耗处理实际低C/N主流城市污水

针对低C/N城市污水脱氮除磷因碳源不足存在能耗、药耗高以及脱氮除磷效率低等问题,开发一体式短程硝化/厌氧氨氧化(PN/A)耦合强化生物除磷工艺(EBPR),以降低碳源消耗和能耗、提高脱氮除磷效率,从而实现高效低耗减污降碳。通过构建悬浮污泥和生物膜共存的混合系统,采用厌氧-好氧运行模式以及间歇曝气,考察短程硝化/厌氧氨氧化与强化生物除磷过程的耦合效果。结果表明,反应器能长期稳定运行,出水总无机氮(TIN)质量浓度稳定低于4 mg·L^-1,溶解态磷(DP)质量浓度约0.2 mg·L^-1,TIN平均去除率大于90%,DP的平均去除率大于85%,平均脱氮负荷为53 mg·(g·d)^-1,强化间歇曝气能够在系统内实现NOB抑制,亚硝氮积累率可达60%以上,甚至100%。控制悬浮污泥好氧污泥龄为3.5 d,NOB由悬浮污泥向填料转移。由于生物膜传质受限,系统的亚硝氮积累率并未受到影响。该系统内厌氧氨氧化活性提高了5倍,厌氧氨氧化菌以Candidatus Brocadia为主,相对丰度为1.1%,较主流条件下提高了2.75倍。本研究结...     

铁/锰矿基人工湿地脱氮除磷性能及机理

铁氧化物和锰氧化物均可在缺氧条件下介导氨氮(NH₄⁺-N)的氧化去除,这2项技术被称为铁氨氧化(Feammox)和锰氨氧化(Mnammox)。此外,金属氧化物对总磷(TP)也有去除能力,因此,在人工湿地中具有良好的应用前景。为比较铁矿基和锰矿基人工湿地的脱氮除磷效果,本研究建立了铁矿基人工湿地(CW-Fe)、锰矿基人工湿地(CW-Mn)和砾石对照组人工湿地(CW-C)3组人工湿地。结果表明,CW-Fe和CW-Mn的脱氮除磷性能均优于CW-C。尽管锰矿对NH₄⁺-N的吸附作用最强,但CW-Fe却表现出了更优越的NH₄⁺-N长期去除性能。在基质对NH₄⁺-N的吸附饱和后,CW-Fe对NH₄⁺-N的去除率仍有39.93%～62.4%,而CW-Mn只有29.15%～35.4%。由于铁矿和锰矿溶出的金属离子能与磷酸盐结合形成稳定的沉淀,从而有效去除TP,CW-Fe和CW-Mn均有...     

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。     

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nar G、nir K、nir S和nor B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。     

气压对改良型双污泥工艺污染物去除途径的影响

基于改良型双污泥除磷脱氮工艺在不同气压条件下稳态运行数据,探讨了海拔分别为400 (96 kPa)、2 800(72 kPa)和3 300 m(65 kPa)下的工艺运行效能。结果表明,当气压从96 kPa降低至65 kPa, COD的去除率从87.45%提高至90.94%,低气压促进了聚磷菌厌氧释磷过程中胞内碳源的合成,有效提高了好氧吸磷效率,系统总磷去除效率从84.23%提升至90.44%。随气压降低,氨氧化菌的丰度和活性降低,低氧池硝化功能受限,进而限制了同步硝化反硝化作用,系统脱氮量减少,脱氮率从73.37%降低至69.89%。工艺各单元水质变化和物料衡算分析结果表明,各气压条件下改良型双污泥工艺磷主要通过好氧吸磷和反硝化聚磷过程去除,氮主要通过厌氧池的反硝化和低氧池的同步硝化反硝化过程去除。此外,随着气压的降低,曝气池中微生物的同化脱氮功能增强。本文结果为改良型双污泥工艺在高海拔地区市政污水处理中的应用提供了一定的理论参考。     

pH和C:N对厌氧氨氧化耦合短程反硝化脱氮性能的影响

以低DO和逐渐降低亚硝态氮浓度的方式运行厌氧氨氧化(ANAMMOX)上流式污泥床(AUASB)反应器,第57天实现稳定运行,氨氮去除率保持在85%以上,采用高通量测序技术分析发现ANAMMOX污泥中主要功能菌转变为Candidatus kuenenia,丰度为8.85%,好氧氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas的丰度为1.48%,短程反硝化菌Thauera丰度为0.66%。将AUASB反应器中污泥接种在ANAMMOX序批式反应器(ASBR)后,通过外加有机碳源的方式使ASBR拥有了短程反硝化的能力,然后研究了不同C:N(质量比)和不同pH条件下亚硝态氮积累情况和氮素转化特性,结果表明:当C:N为3.2:1.0时,亚硝态氮积累率最高为84%,但有部分亚硝态氮被还原。当pH为7.8时,ANAMMOX菌活性最高,氨氮去除率为95%。扫描电子显微镜(SEM)观察到ANAMMOX菌为球状,短程反硝化菌为短杆状。     

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。     

MFC强化同步短程硝化反硝化工艺的启动

微生物燃料电池(MFC)可在阴极实现反硝化、短程反硝化和同步硝化反硝化并产生电能,但在MFC阴极实现同步短程硝化反硝化的研究尚未见到报道。为了探讨MFC阴极同步短程硝化反硝化工艺的性能,将双室曝气阴极MFC与A/O脱氮工艺结合处理人工模拟低碳氮比废水。通过静置运行15 d使得MFC阴极室亚硝态氮得以积累,氨氧化菌得以富集。随即改为连续运行后第21天成功启动同步短程硝化反硝化MFC;阴极出水氨氮浓度为0.3 mg/L,亚硝态氮浓度为15.9 mg/L,硝态氮浓度为0.6 mg/L,亚硝化率达到95%以上,阴极电极自养反硝化去除率达到50%以上,COD去除率达到85%以上。结果表明,将MFC与同步短程硝化反硝化工艺结合,通过阴极室中氧气得电子获得高p H,可以强化同步短程硝化反硝化工艺,完成生物脱氮的同时回收电能,并具有减少外加碱度的优势。     

生物脱氮除磷新工艺的研究进展

传统的脱氮除磷工艺存在许多不足之处 ,经济、高效、低耗的可持续脱氮除磷工艺已成为污水处理的发展方向。在分析中 ,介绍了运用短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷理论的工艺 :SHARON工艺、CANON工艺、ANAMMOX工艺、SHARON与ANAMMOX联合工艺、DEPHANOX工艺、BCFS○R工艺的机理和研究进展     

生物脱氮除磷新工艺的研究进展

传统的脱氮除磷工艺存在许多不足之处，经济、高效、低耗的可持续脱氮除磷工艺已成为污水处理的发展方向。在分析中，介绍了运用短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷理论的工艺：SHARON工艺、CANON工艺、ANAMMOX工艺、SHARON与ANAMMOX联合工艺、DEPHANOX工艺、BCFS工艺的机理和研究进展。     

微电解耦合固相反硝化脱氮除磷效果及微生物分析

为提高低碳氮比污水中氮、磷的去除率,通过铁碳微电解耦合固相反硝化系统强化生物脱氮除磷的效果,分别考察了HRT、DO、pH对耦合系统中氮、磷去除效果的影响,并对铁碳颗粒(FC)、固体碳源颗粒(CC)和悬浮污泥(SS)的微生物群落结构进行了分析。结果表明:当进水C/N=1.5时,耦合系统的最佳运行参数为HRT=4 h、DO=2.0 mg·L~(-1)、pH=7.0;此时NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除率分别为95.63%、93.48%、94.72%、99.10%。高通量测序分析结果表明:在门水平上,3个样本(FC、 CC、 SS)中的优势菌门为Proteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes,其中具有反硝化脱氮功能的Proteobacteria在FC、CC、SS中分别占样本总数的72.66%、 67.43%、 68.66%;在纲水平上,SS中Alphaproteobacteria的相对丰度显著高于FC和CC, FC中的Gammaproteobacteria的相对丰度显著高于CC和SS,CC中的Gemmatimonadetes相对丰度明显高于FC和SS,生物除磷主要发生在CC中;在属水平上,Gemmobacter在FC、CC、SS中的相对丰度分别为25.50%、23.64%、32.53%,对异养反硝化过程起到重要作用。以上结果有助于提高对微电解-自养/异养反硝化除磷耦合系统中微生物生态学的理解。     

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NH_4~+-N为30~40 mg·L~(-1)、NO_2~--N为45~55 mg·L~(-1)、CH_3COONa为60~80 mg·L~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--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。     

进水氨氮浓度对好氧/缺氧/延长闲置SBR脱氮除磷性能的影响

以合成废水为研究对象,考察了不同进水氨氮浓度(20,40和60 mg/L)条件下好氧/缺氧/延长闲置SBR的脱氮除磷效果,并通过分析典型周期内氮磷元素及微生物体内各储能物质的变化,探究了进水氨氮浓度对好氧/缺氧/延长闲置SBR脱氮除磷性能的影响机理。结果表明,进水氨氮浓度为20,40和60 mg/L时,系统总磷(TP)去除率分别为96.6%、90.1%和81.8%,总氮去除率分别为93.1%、74.9%和60.0%。研究表明,进水氨氮浓度可影响好氧释磷与吸磷、聚羟基脂肪酸酯(PHAs)合成、缺氧反硝化以及闲置段释磷。进水氨氮浓度越高,用于微生物生长的碳源越多,PHAs的合成量越少,则好氧段吸磷减少;较高的进水氨氮浓度使缺氧段反硝化不彻底,较多的硝态氮将抑制下一周期好氧段释磷,系统脱氮除磷性能减弱。     

一株反硝化聚磷菌筛选及其接种量对脱氮除磷效应的影响

以环形推流一体化氧化沟反应器厌氧段污泥为接种污泥,通过吸磷实验、硝酸盐还原产气实验、异染颗粒染色实验及PHB染色实验从接种污泥中筛选得到一株能实现同步脱氮除磷菌株N-12;经过16S rDNA测序鉴定,确定该菌株为不动杆菌属(Acinetobacter)。绘制该菌株的生长曲线,并设置0%、1%、2%、5%、10%和15%等6种不同初始接种比,以接种比作为微生物生物量的衡量参数,研究不同接种比对反硝化聚磷菌脱氮除磷效应的影响,确定菌株最佳接种比。实验结果表明:初始接种比2%体系的脱氮除磷效果最好;利用SPSS statistics 19统计软件对磷酸盐去除率、硝态氮去除率、OD600值及pH进行相关性分析,表明磷酸盐去除率和硝酸盐去除率显著正相关(Person相关系数=0.826,P0.01);且两者与OD600值及pH值都显著正相关。     

北方某污水厂MBBR工艺升级改造后的高效脱氮除磷效果

为研究北方某污水厂经过MBBR提标改造后,在秋冬季进水碳源较低的条件下生化段脱氮除磷率高于理论值的原因,采用沿程水质测定法及小试实验的方法验证其脱氮除磷效果,并通过基于16S rRNA的高通量测序对好氧段微生物菌群进行分析。结果表明,系统在好氧区存在显著的TN去除,去除率约占15%～20%,在缺氧区存在显著的TP去除,去除率高达63.04%,显示系统内发生了同步硝化反硝化(SND)和反硝化除磷现象。通过小试实验验证了好氧SND现象主要来自于悬浮载体,得益于悬浮载体生物膜功能菌分层分布;反硝化除磷现象则得益于系统较长的缺氧停留时间及较短的泥龄。系统中SND和反硝化除磷的存在是系统在低碳源消耗条件下取得高效脱氮除磷效果的主要原因;微生物菌群分析验证了SND现象主要来源于悬浮载体;悬浮载体上硝化菌群相对丰度为28.56%,是污泥的14倍,反硝化菌相对丰度约8.34%,为SND效果的发生提供了微观保证;污泥中存在Candidatus Accumulibacter、Acinetobacter和Tetrasphaera,为该污水厂存在反硝化除磷及高效除磷现象提供了微观证据。     

厌氧产氢ASBR对氮的脱除

在厌氧序批式人工有机污水生物产氢反应器(ASBR)中发现氮"丢失"现象,并对此产氢系统发生脱氮作用的机理和主要影响因素进行了研究。结果表明,在以葡萄糖为发酵底物的厌氧产氢系统中,微生物分别以铵和硫酸盐为电子供体和电子受体发生了硫酸盐型厌氧氨氧化;进水有机物负荷和pH主要通过影响不同种微生物的活性而影响脱氮性能,氨氮和硫酸盐的浓度直接与氮素去除率有关。在最大产氢能力为16 m3/(m3·d)、氢气体积百分比为65%的生物制氢系统中,最大脱氮效率约为64%。产氢效率与氮脱除率呈现负相关关系。研究表明,在控制条件下,可以实现高有机物废水厌氧脱除氨态氮,为生活污水直接厌氧脱氮开辟一条新途径。     

厌氧产氢ASBR对氮的脱除

在厌氧序批式人工有机污水生物产氢反应器（ASBR）中发现氮“丢失”现象,并对此产氢系统发生脱氮作用的机理和主要影响因素进行了研究。结果表明,在以葡萄糖为发酵底物的厌氧产氢系统中,微生物分别以铵和硫酸盐为电子供体和电子受体发生了硫酸盐型厌氧氨氧化;进水有机物负荷和pH主要通过影响不同种微生物的活性而影响脱氮性能,氨氮和硫酸盐的浓度直接与氮素去除率有关。在最大产氢能力为16m3／（m3·d）、氢气体积百分比为65％的生物制氢系统中,最大脱氮效率约为64％。产氢效率与氮脱除率呈现负相关关系。研究表明,在控制条件下,可以实现高有机物废水厌氧脱除氨态氮,为生活污水直接厌氧脱氮开辟一条新途径。     

投加硝酸钙对城市黑臭河道底泥氮迁移转化的影响

投加硝酸钙是目前河道黑臭底泥原位治理常用的方法,然而,投加硝酸钙会造成底泥硝态氮和氨氮的过量释放,而其影响机制尚未明确。因此有必要对投加硝酸钙后硝态氮在底泥中的迁移转化规律及其促进氨氮释放的机理进行研究。结果发现,硝酸盐在间隙水的迁移距离取决于硝态氮反硝化速率,而在黑臭底泥中硫化物氧化是影响反硝化速率的关键因素。当硝酸钙投加量为20 g/kg时,硝态氮的迁移距离小于6 cm,且在14 d后消耗光;可见,通过控制硝酸钙在底泥中的投加位置可避免硝态氮的二次释放。另一方面,投加硝酸钙会促进底泥氨态氮向间隙水释放,投加当天释放率可高达101%,且会在间隙水中发生累积迁移。其中,氨氮的增加量和底泥氨态氮解吸量呈一级线性关系(r=0.986)、和硝酸钙投加量关系符合cubic曲线;据此可推测,氨氮的急剧释放与钙离子对底泥铵态氮的化学浸提有关。