溶解氧对单级颗粒污泥自养脱氮系统影响的模拟

为了研究溶解氧对SBR单级颗粒污泥自养脱氮系统的影响,基于活性污泥ASM3模型和短程硝化-硝化-反硝化模型,将颗粒污泥传质过程与氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AAOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNF）的生长过程、好氧内源呼吸及缺氧内源呼吸过程等耦合,建立了单级自养脱氮颗粒污泥动力学模型,并对颗粒内部基质浓度分布进行预测.结果显示,当DO为0.4mg/L时,好氧区和缺氧区（厌氧区）的比例为0.4：1;当DO为0.6mg/L时,颗粒污泥好氧区与缺氧区（厌氧区）的比例为3：1.同时,根据基质反应速率方程,建立了颗粒污泥的单级自养脱氮系统动力学模型,对SBR系统运行效果进行预测,结果显示,DO为0.6mg/L时,氨氮反应完全,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在5mg/L以下,总氮去除率模拟值为89%左右,略低于实际测量脱氮率95%.     

低温驯化对自养脱氮颗粒污泥功能活性与菌群结构的影响分析

低温驯化是提高部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN/A)组合工艺低温脱氮效能和运行稳定性的有效方法.为探究低温驯化对污泥特性的具体影响,本文从温度敏感性、颗粒外观形态、胞外聚合物(EPS)组成和微生物群落结构等方面,对中高温培养(30℃)和低温驯化(15℃)PN/A颗粒污泥之间的差异性进行了分析.反应热力学的研究结果表明,驯化...     

全自养脱氮颗粒污泥的培养及脱氮性能的恢复与强化

采用交替限氧-厌氧和低充放比(30%)运行模式,在SBR反应器中成功启动全自养脱氮(CANON)工艺,启动过程经历常规硝化主导阶段、短程硝化主导阶段和全自养脱氮阶段,总氮去除速率和总氮去除效率分别达到(312±15)mg/(L·d)和(71.2±4.3)%.培养得到的污泥中颗粒污泥(粒径3300μm)和絮状污泥(粒径<300μm)体积分别占污泥总体积的39%和61%.在自养脱氮性能恶化的SBR反应器进水中长期添加适量N2H4,反应器脱氮性能得以恢复甚至强化,反应器总氮去除速率升高到(480±34)mg/(L·d),颗粒污泥的比例增加到污泥总体积的51%.     

原生颗粒污泥单级自养脱氮工艺处理污泥压滤液的研究

在长期运行的处理污泥压滤液的气提亚硝化反应器中发现了单级自养脱氮反应,并形成了具有自养脱氮性能的原生颗粒污泥.以原生颗粒污泥启动并运行了单级自养脱氮反应器,对污泥压滤液进行脱氮处理取得了良好效果.进水总氮浓度为350 mg.L-1左右时,总氮平均去除率为74.81%,最高达86.92%,总氮平均去除负荷(以N计,下同)为0.68 kg.(m3.d)-1,最高达0.90 kg.(m3.d)-1.投加粉末活性炭后单级自养脱氮反应得到强化,运行稳定性得到提高.进水基质浓度、氮负荷及曝气量对自养脱氮反应影响较大.污泥压滤液中的有机物、pH值和碱度对单级自养脱氮反应影响较小.曝气量/ΔTN、曝气量/ΔNH4+-N及ΔALK/ΔTN比值可作为单级自养脱氮反应重要的运行指标.     

全程自养脱氮颗粒污泥培养及动力学研究

SBR反应器接种厌氧颗粒污泥,经过3个阶段培养,成功培养出全程自养脱氮颗粒污泥,并对颗粒污泥系统进行动力学研究.建立了描述全程自养脱氮的动力学模型.由于溶解氧(DO)在颗粒污泥内呈梯度分布,模型引入DO校正系数.通过模型研究反硝化作用、亚硝酸盐和DO对过程的影响,模拟结果与实测结果相一致.结果说明,异养反硝化菌的存在,在一定程度上影响厌氧氨氧化(ANAMMOX)过程,但是随着启动的进行,反硝化的影响逐渐降低.初始亚硝酸盐浓度为20~30 mg/L时,厌氧氨氧化开始受到抑制,总氮去除率开始降低.DO浓度的过高或过低都会导致全程自养脱氮效果受限制.根据进水氨氮浓度调整DO浓度,可使总氮去除效率达到较佳水平.进水氨氮浓度为80 mg/L时,最佳DO为0.3~0.6 mg/L.     

全程自养脱氮污泥颗粒化及其脱氮性能的研究

利用厌氧颗粒污泥作为种泥,启动SBR反应器,旨在培养全程自养脱氮颗粒污泥以及研究全程自养脱氮过程中污泥理化性质的变化.结果表明,先在厌氧条件下富集厌氧氨氧化微生物,然后在曝入的氮气中添加一定量空气,控制反应器的DO在0.3～0.5 mg/L,实现全程自养脱氮颗粒污泥培养是可行的,总氮去除率最高达到75.3%.实验用水中过高的钙盐和磷盐会形成钙盐沉积物,并在污泥中积累,导致污泥中有机组分减少,污泥脱氮性能变差.降低试验用水中Ca盐的投加量,经过驯化,污泥中的有机组分会逐渐增加,污泥脱氮性能逐渐恢复.     

一体化全程自养脱氮(CANON)工艺的效能及污泥特性

在氨氮浓度梯度升高的条件下,通过控制DO等方式在一体化CSTR反应器中实现了一体化全程自养脱氮(CANON—completely autotrophic nitrogen removal over nitrite).结果表明随进水氨氮浓度(76.05~583.93mg/L)的升高,系统的氨氮和总氮去除负荷逐渐提高,试验期间无亚硝态氮的积累,反应器后期在高氨氮进水下最高氨氮去除率84.4%,最高去除负荷0.42kg/(m3·d);最高总氮去除率72.0%,最高去除负荷0.35kg/(m3·d).污泥氧消耗速率实验得出好氧氨氧化菌的耗氧速率为169.46 mgO2/(gVSS·h)、硝酸化细菌的好氧速率为39.63 mgO2/(gVSS·h).采用总氮去除量和硝态氮产生量的比值(△TN/△NO3-)表征硝酸化反应对出水氨氮浓度的影响.试验进一步研究了反应器内污泥形态的变化,得出第102d的污泥粒径(86.36μm)比第30d(54.09μm)增加60%,污泥的SEM分析得出实验后期相对于前期污泥表面丝状菌减少,胞外聚合物增多.以上结果表明该反应器具备良好的造粒功能,有利于自养脱氮工艺的启动与稳定.     

颗粒-絮状污泥耦合单级自养脱氮系统的脱氮性能分析

在SBR（Ⅰ）反应器中快速启动颗粒-絮状污泥耦合单级自养脱氮系统,研究启动前后颗粒、絮状污泥脱氮性能的变化。取启动前和系统构建成功后的污泥进行批试实验,通过甲醇抑制厌氧氨氧化菌（AAOB）活性来研究厌氧氨氧化和反硝化比例的变化。絮状污泥总氮去除率（NRE）从启动前的10.14%提高至启动成功后的89.70%,其中厌氧氨氧化脱氮占比从2.23%提高到83.70%,反硝化脱氮占比从7.91%减少到5%~6%;颗粒污泥的NRE从启动前3.90%提高至启动成功后的83.20%,厌氧氨氧化占比从不足1%提高到80.20%左右,反硝化占比从7.72%减少到2%~3%。     

一体化全程自养脱氮(CANON)工艺的效能及污泥特性

在氨氮浓度梯度升高的条件下,通过控制DO等方式在一体化CSTR反应器中实现了一体化全程自养脱氮(CANON—completely autotrophic nitrogen removal over nitrite).结果表明随进水氨氮浓度(76.05~583.93mg/L)的升高,系统的氨氮和总氮去除负荷逐渐提高,试验期间无亚硝态氮的积累,反应器后期在高氨氮进水下最高氨氮去除率84.4%,最高去除负荷0.42kg/(m3·d);最高总氮去除率72.0%,最高去除负荷0.35kg/(m3·d).污泥氧消耗速率实验得出好氧氨氧化菌的耗氧速率为169.46 mgO2/(gVSS·h)、硝酸化细菌的好氧速率为39.63 mgO2/(gVSS·h).采用总氮去除量和硝态氮产生量的比值(△TN /△NO3-)表征硝酸化反应对出水氨氮浓度的影响.试验进一步研究了反应器内污泥形态的变化,得出第102d的污泥粒径(86.36μm)比第30d(54.09μm)增加60%,污泥的SEM分析得出实验后期相对于前期污泥表面丝状菌减少,胞外聚合物增多.以上结果表明该反应器具备良好的造粒功能,有利于自养脱氮工艺的启动与稳定.     

室温低氨氮基质单级自养脱氮颗粒污泥启动效能与污泥特性

室温低氨氮基质条件下单级自养脱氮工艺的启动和稳定运行是该工艺应用于市政污水处理的前提和基础.本研究在气升式反应器中接种久置的PN/A(partial nitritation and ANAMMOX)颗粒污泥,控制温度在(23±2)℃,pH在7. 7～8. 0,以氨氮浓度为70 mg·L~(-1)的人工无机配水为基质,考察单级部分亚硝化-厌氧氨氧化实现室温启动效能.通过逐级缩短HRT(1. 1 h→0. 9 h→0. 7 h→0. 5 h)提升氮负荷[1. 53 kg·(m~3·d)~(-1)→1. 87 kg·(m~3·d)~(-1)→2. 40 kg·(m~3·d)~(-1)→3. 36kg·(m~3·d)~(-1)],逐步恢复AOB、AMX菌活性以及微生物协同效能.经过95 d运行调控,反应器成功启动,NH_4~+-N和TN去除率达85%和69%.根据各阶段污泥性能,严格控制溶解氧,有效抑制NOB.污泥适应环境后,颗粒粒径随负荷提升逐渐增大,最终平均粒径达1. 30 mm.成熟的自养颗粒污泥轮廓光滑清晰,扫描电镜显示,颗粒污泥内部形成空腔,表面有孔隙,污泥形态以球菌为主,并有少量杆菌及短杆菌. EPS主要成分为蛋白质(81. 48%),泥水分离效果较好.     

EGSB反应器中实现完全自营养脱氮与运行优化

同时接种好氧氨氧化污泥和厌氧氨氧化污泥启动EGSB反应器,培养完全自营养脱氮颗粒污泥,总氮去除速率达0.101 kg·(m³·d)^-1.基于边界层假设模拟颗粒污泥与液相主体间的传质过程,并将其与颗粒污泥内传质过程以及好氧氨氧化、厌氧氨氧化和亚硝酸盐氧化过程相耦合,建立了颗粒污泥完全自营养脱氮模型,应用实验结果对模型进行了验证.根据模拟结果对EGSB反应器运行条件进行优化,总氮平均去除效率由52%提高到61%,平均去除速率由0.103 kg·(m³·d)^-1提高到0.114 kg·(m³·d)^-1.     

好氧颗粒污泥同步脱氮除磷的常温启动和低温维持

为了考察好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS)同步脱氮除磷(simultaneous nitrogen and phosphorus removal,SNPR)能力,以及在低温条件下的适应情况,采用2个SBR反应器(命名为A、B)以厌氧/好氧方式处理实际生活污水,历时254 d.反应器以沉淀时间为选择压,均在20 d内培养获得AGS,在第42 d加入不同附加碳源(分别为丙酸钠+乙酸钠和葡萄糖),调节COD∶N∶P的比例约为360∶60∶6,2个反应器均获得了夏秋季4个月长期稳定的SNPR效果,A的出水NH4+-N、TIN和PO43--P平均去除率分别为98.42%、74.25%和94.79%,B的出水NH4+-N、TIN和PO43--P平均去除率分别为99.45%、75.96%和95.60%;在低温的影响下,2个反应器分别经35 d4、9 d逐渐恢复了稳定的SNPR效果,之后A的出水NH4+-N、TIN和PO43--P平均去除率分别为96.33%、79.49%和99.68%,B的出水NH4+-N、TIN和PO43--P平均去除率则分别为93.85%、76.44%和98.44%....     

DO和曝停比对单级自养脱氮工艺影响试验研究

为提高SBBR单级自养脱氮系统脱氮性能并考察DO和曝/停比对SBBR单级自养脱氮系统的影响,采用4组对比试验进行研究.结果表明,连续和间歇2种曝气方式均可实现单级自养脱氮,在进水氨氮浓度为160 mg/L左右,温度30℃±2℃,pH值7.8～8.2,HRT为2 d,DO为0.8～1.0 mg/L的条件下,连续曝气系统的氨氮转化率和总氮去除率分别达到80%和70%.DO为(曝气)2.0～2.5　mg·L^-1/(停曝)0.2～0.4 mg·L^-1,曝/停比为2 h∶2 h的系统则达到90%和80%以上.SBBR单级自养脱氮系统的DO应随其曝/停比进行调节,同时还可能与反应器内生物量及微生物在活性污泥和生物膜中的分布情况有关.本研究还探讨了SBBR单级自养脱氮的机理.     

两个CANON污水处理系统中氨氧化古菌的丰度和多样性研究

近期,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)在各类环境中的发现,打破了人们原来认为氨氧化主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)完成的观点.但是在全程自养脱氮(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)污水处理系统中关于AOA的研究却鲜有提及.利用PCR、克隆、实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,q PCR)等分子生物学技术,对1个小试(lab-scale,L)和1个中试(pilot-scale,P)CANON系统中的生物膜和活性污泥絮体两种形态的污泥进行AOA数量和种属特征的研究.结果表明:1系统L和P中,AOA的amo A基因数量平均值(以dry sludge计)分别为2.42×106copies·g-1和6.51×106copies·g-1;2 AOA的amo A基因丰度随污泥形态不同数量相差很大:L系统中,生物膜AOA amo A丰度约为活性污泥絮体的11.1~15.1倍;P系统中,污泥絮体AOA amo A数量是生物膜中的2.8倍;3多样性方面:P系统的AOA多样性较低,仅出现一个OTU,该OTU属于Nitrosopumilus subcluster 5.2类群;L系统AOA多样性较高,共有8个OTU出现,分别属于Nitrososphaera subcluster 9、subcluster 8.1、subcluster 4.1、subcluster 1.1和Nitrosopumilus subcluster 5.2这5个类群.总之,在同一个CANON系统中,污泥形态不同,AOA的丰度和群落结构相差较大;AOA可能发挥着氨氧化的作用.     

低浓度氨氮废水单级自养脱氮EGSB反应器的快速启动

将单级自养脱氮生物膜污泥作为种泥接种于膨胀颗粒污泥床反应器中,并对该反应器进行启动.在温度为(30±2)℃,p H值为7.8~8.2,DO为0.2~1.1 mg·L~(-1),上升流速为2.0~4.0 m·h~(-1)的条件下,进行了低浓度氨氮(60~100 mg·L~(-1))废水的单级自养脱氮工艺快速启动研究.结果表明,经过83 d的运行,反应器历经适应期、提高期和稳定期后,稳定运行阶段NH_4~+-N、TN去除率分别达到99.4%和80.7%.通过控制回流比和提高进水氨氮负荷维持了稳定的低DO状态,有效抑制了硝化细菌的生长,而部分亚硝化反应和厌氧氨氧化反应为主导反应并能保持高效、稳定的脱氮效果,成功实现了在膨胀颗粒污泥床反应器中单级自养脱氮过程的启动.颗粒污泥平均粒径从174μm增大到296μm.扫描电镜显示颗粒污泥表面光滑,微生物以球菌、短杆菌为主.FISH结果显示亚硝化细菌分布在颗粒污泥表面,厌氧氨氧化菌分布在颗粒污泥内部.反应器中构建了稳定的自养脱氮颗粒污泥系统.     

混合接种PN与PN/A颗粒污泥快速启动连续流自养生物脱氮反应器

在连续流条件下,快速培养亚硝化-厌氧氨氧化（PN/A）颗粒污泥是实现污水高效生物脱氮处理的关键技术. 与PN/A污泥相比,亚硝化（PN）颗粒污泥具有生长周期短、易于批量化培养的优点,并可作为富集厌氧氨氧化菌（AMX）的载体. 在3个完全混合流反应器（R1~R3）中,分别按照质量比3∶1、1∶1和1∶3混合接种PN/A和PN颗粒污泥,并通过设置高氨氮负荷、短水力停留时间和强水力剪切条件,成功启动了连续流自养生物脱氮工艺. 结果表明,尽管R3的启动时长较R1和R2更长,但污泥接种比并未显著影响连续流反应器在稳定状态下的脱氮性能,总氮去除负荷均可达到2.6 kg·（m³·d）^-1以上. 接种的PN颗粒污泥通过提供好氧氨氧化菌种（AOB）,为AMX生长供给了充足的亚硝态氮基质,充分发挥了培养PN/A颗粒污泥的前驱体作用. 由高通量测序结果可知,R1~R3中成熟颗粒的微生物丰度和多样性指数均明显高于接种污泥. AOB（Nitrosomonas属）和AMX（Candidatus Kuenenia和Brocadia属）与Chloroflexi、Bacteroidetes和Chlorobi等异养菌门是驱动自养生物脱氮和维持颗粒结构稳定的关键菌群. 总之,PN与PN/A颗粒污泥的混合接种是快速启动连续流自养脱氮工艺的可行策略,对工程应用具有指导意义.     

全程自养颗粒污泥快速启动及混合营养型脱氮性能分析

在连续流条件下,基于颗粒污泥全程自养脱氮(CANON)工艺的快速启动和混合营养条件下高效脱氮,是CANON工程应用的重要环节.本研究在气提内循环反应器(AIR)中,以老化的CANON颗粒污泥经机械破碎至0.3 mm作为种泥,实现混合营养型单级颗粒污泥同步脱氮除碳.启动26 d,通过控制DO,系统出现稳定的部分硝化,再缩短HRT提升氨氮负荷至5.65 kg·(m³·d)^-1,促进颗粒化和厌氧氨氧化;第68 d,总氮去除率达到58%之后,进水加入有机物,C/N从0提升到0.25和0.5,促进AOB、AMX和异养微生物的协同,氨氮去除率达95%,总氮去除率达85%,COD去除率达80%左右.COD浓度增加,能较好地抑制Nitrospira菌属等NOB的活性,q(NH⁺₄-N)和q(TN)稳定在0.4 g·(g·h)^-1和0.34 g·(g·h)^-1,q(NO^-₃-N)约为0.02 g·(g·h)^-1