CANON反应器运行稳定性及温度冲击的影响

为考察长期运行条件下全程自养脱氮(CANON)反应器的运行效果,以人工配置无机高氨氮废水为进水,研究了连续流CANON反应器的运行稳定性.CANON反应器在控制内部温度为35℃±1℃,pH 7.39～8.01,水力停留时间3.7～5.1 h条件下,稳定运行超过1 a,短程硝化性能与厌氧氨氧化性能均获得稳定,平均TN去除负荷达到1.8 kg.(m3.d)-1,平均TN去除率为65.09%,最大TN去除率可达81.65%.低温冲击时,虽然ANAMMOX菌与AOB都会受到低温的抑制,但由于ANAMMOX菌对低温更加敏感,受到的抑制更加严重,因此造成NO2--N严重积累.温度恢复35℃后,CANON反应器性能很快恢复正常,短暂的低温冲击不会对CANON反应器稳定性构成显著影响;当经历超过50℃以上的高温冲击时,尽管AOB可在1周内恢复正常,但ANAMMOX菌的活性被完全破坏,使CANON反应器彻底崩溃,应予以避免.     

基于DO和ORP一阶导数的短程硝化SBR实时控制研究

以序批式生物反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)为基础,研究了短程硝化SBR启动过程中在线监测信号(溶解氧(DO)和氧化还原电位(ORP))的变化规律,考察了不同进水氨氮负荷下DO和ORP一阶导数的变化特征,并对SBR中不同阶段的微生物群落结构进行了对比分析.结果表明,在特定的运行条件下(29～30℃,初始pH8.2,SRT=14),避免硝化阶段的过度曝气,可在第6 d实现短程硝化-反硝化SBR的快速启动.SBR对氨氮去除率维持在97%以上,亚硝化率(NAR)可长期稳定在98%以上.对SBR运行过程中的DO和ORP进行了长期监测,并对它们的一阶导数进行实时计算,结果发现,在短程硝化终点和反硝化终点处,DO与ORP的一阶导数均出现了极值,并且在不同进水氨氮负荷下,极值基本维持稳定.微生物群落分析结果表明,全程硝化阶段的污泥中同时含有氨氧化菌(AOB)和亚硝酸氧化菌(NOB),短程硝化污泥中几乎不含NOB.研究表明,利用DO和ORP的一阶导数极值作为控制参数是稳定可行的,对实现短程硝化SBR工艺的实时控制具有潜在的研究和应用价值.     

生物转盘系统中短程硝化的实现

在生物转盘反应器接种普通好氧污泥,在进水COD浓度为300mg/L,氨氮浓度为15mg/L,pH7.5～8.0,室温条件下启动试验,挂膜成功后对盘面以表层异养菌为主的生物膜层进行亚硝酸盐氧化菌的驯化,通过不断提高进水氨氮负荷和控制较低的C/N,系统硝化反应经历了由弱→强→弱的变化,而氨氧化反应不断得到强化。64d时,当进水N/C比为3.75,COD和氨氮浓度分别为40mg/L和150mg/L,氨氮面积负荷为7.46g/m·2d,HRT=3.16h时,出水亚硝氮累积率达到56.7%,系统中实现了短程硝化反应,随着系统的稳定,亚硝氮平均累积率为80%,最高达95.8%;驯化过程中生物膜厚度由0.2cm增加到0.5cm,颜色也由浅黄色变成黄褐色,镜检发现微生物种类变少,钟虫和累枝虫等消失,膜体中间由大量的丝状体连接。     

中试MBBR反应器启动CANON工艺及其短程硝化

采用150 L的移动床生物膜(MBBR)反应器,控制温度为28℃,以无机高氨氮(平均浓度350 mg·L^-1)废水为原水,启动全程自养脱氮(CANON)工艺,同时,取其中絮状污泥至5L的SBR反应器中,维持进水NH⁺₄-N浓度为90～200 mg·L^-1,共同进行短程硝化恢复研究.结果表明,MBBR反应器中,HRT平均为12 h时,短程硝化与TN去除率互相制约,TN去除率平均为38.2%,δNO^-₃-N/TN值平均为0.274,当HRT降至6h后,δNO^-₃-N/TN值由0.347下降至0.146; SBR反应器通过间歇曝气,分别维持曝气与停曝时间为30 min与20 min,好氧过程中DO浓度为0.5～0.6 mg·L^-1,且每周期末FNA浓度高于0.18 mg·L^-1时, 12 d后系统内NAR由0增长至99.2%,NUR从24.8 mg·(g·h)^-1<...     

低温低氨氮SBR短程硝化稳定性试验研究

在11~15℃条件下,采用序批式反应器(SBR)研究(50±5)mg/L氨氮浓度下短程硝化的稳定性.结果表明,2种溶解氧浓度(初始DO浓度分别为0.9~1.5,4.5~5.0mg/L)下反应器均能达到良好的稳定性和去除效果,150个周期内亚硝化率一直维持在95%以上,氨氧化率85%以上,平均SVI为35.22mL/g,2种DO水平下的平均氨氮污泥负荷分别为0.15,0.23kgN/(kgMLSS·d).当初始DO浓度为4.5~5.0mg/L时,21~23℃条件下无法实现短程硝化的稳定运行,经过42个周期亚硝化率降至70%,而31~33℃条件可以实现短程硝化的恢复并维持其稳定.经过不同温度条件下的对比分析及FISH试验研究,表明11~15℃与31~33℃均可抑制NOB的活性,从而有利于实现生活污水短程硝化的稳定运行.     

硝化耦合CANON的铁锰氨生物净化工艺启动与运行

在某生物除铁除锰水厂,以中试模拟滤柱开展了硝化耦合CANON的铁锰氨生物净化工艺启动与运行试验,并分析了氨氮转化去除路径.结果表明,生物除铁除锰滤池历经164 d驯化培养,可实现硝化耦合CANON去除氨氮并稳定运行,特征值ΔNH+4-N/ΔNO-3-N为1.49,生物滤柱对Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)和NH+4-N的氧化去除量分别为(9.87±1.17)、(2.25±0.06)和(1.51±0.06)mg·L-1.基于氮素守恒和溶解氧(DO)守恒分析,通过CANON过程去除的氨氮质量分数为33.48%~38.87%,氨氮去除量与实际需氧量的平均比例为1∶3.79~1∶3.94.温度越低,氨氮经CANON过程去除的质量分数越低.     

生物膜短程硝化系统的恢复及其转化为CANON工艺的过程

在温度为30℃±1℃条件下,以改性聚乙烯为填料,人工配置无机NH+4-N废水为进水,研究生物膜短程硝化系统的恢复过程.短程硝化首先通过过量曝气破坏,使NOB适应高浓度游离氨后,在连续曝气条件下,DO控制在0.5 mg·L~(-1)以下,FA控制在1.5 mg·L~(-1)以上,维持反应器运行83 d未实现短程硝化,84 d改连续曝气为间歇曝气,出现NO-2-N积累现象,142 d再次验证这一规律.随着反应器的运行,生物膜系统中为ANAMMOX菌提供了生存环境,厌氧氨氧化作用产生,短程硝化系统逐步转化为CANON工艺,并逐渐增加进水NH+4-N浓度和进水流量,反应器的TN去除率与TN去除负荷逐渐提高.当反应器运行至450 d,TN去除率达到64.03%,去除负荷为2.52 kg·(m~3·d)~(-1).因此,一旦NOB适应了高浓度的游离氨,生物膜系统的短程硝化恢复不易实现,但间歇曝气是一个有效的方法,随着反应器的连续运行,短程硝化工艺最终转化为CANON工艺,而且,这一转变进一步强化了短程硝化的稳定性.     

低温低氨氮SBR短程硝化稳定性试验研究

在11~15℃条件下,采用序批式反应器(SBR)研究(50±5)mg/L氨氮浓度下短程硝化的稳定性.结果表明,2种溶解氧浓度(初始DO浓度分别为0.9~1.5,4.5~5.0mg/L)下反应器均能达到良好的稳定性和去除效果,150个周期内亚硝化率一直维持在95%以上,氨氧化率85%以上,平均SVI为35.22mL/g,2种DO水平下的平均氨氮污泥负荷分别为0.15,0.23kgN/(kgMLSS·d).当初始DO浓度为4.5~5.0mg/L时,21~23℃条件下无法实现短程硝化的稳定运行,经过42个周期亚硝化率降至70%,而31~33℃条件可以实现短程硝化的恢复并维持其稳定.经过不同温度条件下的对比分析及FISH试验研究,表明11~15℃与31~33℃均可抑制NOB的活性,从而有利于实现生活污水短程硝化的稳定运行.     

陶粒CANON反应器的接种启动与运行

通过CANON接种污泥,以人工配制无机高氨氮废水为对象,研究以陶粒为填料的CANON反应器启动与运行情况,结果表明:①陶粒可以作为CANON反应器合适填料,温度通过水浴控制在30℃±1℃,HRT为9 h、pH控制在7.00~8.08之间,经过60 d成功启动了CANON反应器,TN的去除负荷达到0.79 kg·(m3·d)-1;②在温度30℃时,陶粒CANON反应器中临界DO范围在1.12~1.69 mg·L-1之间,CANON反应器中短程硝化和厌氧氨氧化性能可维持稳定,高于此范围时,会出现CANON反应器中短程硝化不稳定现象;③在温度25℃,控制DO在1.01~1.54 mg·L-1之间时,尽管NO-3-N变化值与TN变化值的比值(δNO-3-N/δTN)略微偏离理论值0.127,为0.150~0.204,但CANON反应器脱氮性能趋于稳定,TN去除率最高为75.56%,TN的去除负荷最高达到0.97 kg·(m3·d)-1,这意味着CANON工艺的适宜温度范围至少可以降低至25℃.     

厌氧氨氧化菌的生物特性及CANON厌氧氨氧化工艺

厌氧氨氧化(ANaerobicAMMonium OXidation,缩写为ANAMMOX)指的是在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气的过程.该过程由一类独特的、被称为"厌氧氨氧化菌"的专性厌氧微生物催化完成.作为细菌域浮霉菌门的成员,厌氧氨氧化菌具有与普通原核细菌显著不同的细胞结构;更重要的是,厌氧氨氧化在氮循环中扮演重要角色,并在污水处理领域显示出良好的应用潜力:厌氧氨氧化联合短程硝化非常适合处理高氨氮低碳废水.在一段式的CANON(Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite)厌氧氨氧化工艺中,好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌在氧限制的单个反应器内协同去除氨氮,这在节省反应器空间的同时对系统内功能菌群的优化调控提出了更高的要求.本文重点介绍了厌氧氨氧化菌的生物特性以及CANON厌氧氨氧化工艺的最新进展.     

溶解氧对序批式全程自养脱氮工艺运行的影响

在常温22~26℃下,接种成熟的全程自养脱氮(CANON)污泥至2个相同的SBR反应器,通过设置不同的初期DO及不同的DO梯度,考察了DO控制策略及DO值对CANON工艺脱氮性能,稳定性及污泥形态的影响.结果表明,初期DO为0.05~0.10mg/L的反应器可以稳定运行,氨氮和总氮的平均去除率分别为99%和85.4%,而初期DO为(0.40±0.5)mg/L的反应器的氨氮和总氮平均去除率分别为99%和0;在反应器运行稳定之后,逐渐增加DO浓度, DO为0,0.2,0.4,0.5mg/L时的厌氧氨氧化反应速率分别为35.95,23.89,31.50,19.25mgN/(L·h),延时曝气2h后反应器仍可正常运行.在一定DO范围内,CANON反应器的活性随着DO的升高而升高,较高DO对接种初期的CANON反应器冲击较大且不可逆,对稳定运行的CANON反应器的影响较小;但是当CANON工艺稳定运行之后,短时高DO对CANON工艺的影响是可逆的.显微镜照片显示稳定运行的CANON反应器内出现了颗粒化的趋势.     

氨氮浓度对CANON工艺性能及微生物特性的影响

为了考察氨氮浓度对CANON反应器启动过程、运行性能及微生物特性的影响,在2个相同的常温MBR反应器内同时接种取自城市污水厂的普通活性污泥,在限氧条件下启动CANON工艺.其中R1进水氨氮保持80mg/L不变,通过逐渐减小HRT启动,R2则保持HRT不变,通过逐渐增加进水氨氮启动.启动成功后,2个反应器分别在不同氨氮浓度下稳定运行相同时间后,取泥样做扫描电镜观察反应器内微生物形态.同时采用克隆-测序分析技术对2个反应器内全细菌进行16S rRNA分析,鉴定反应器内功能微生物种属.结果表明,R1和R2的启动时间分别为78,50d.TN去除负荷分别达到0.9,0.7kg/(m3·d)以上.反应速率测定结果表明,高氨氮运行的反应器内亚硝化菌和厌氧氨氧化菌具有较高的活性,NOB被抑制或淘洗的较为彻底.SEM及克隆测序结果表明,2个反应器中的功能微生物均为亚硝化单胞菌和待定斯图加特库氏菌,R1中存在少量硝化杆菌,而R2中几乎检测不到硝化菌.因此,高氨氮下运行的反应器具有更高的活性及稳定性.     

一种CANON工艺处理低氨氮废水的新模式

利用上流式污泥床反应器,以出水复氧回流的方式快速启动CANON工艺,并研究了启动及运行过程特征.结果表明,以出水复氧进行回流的方式可以快速启动并稳定运行CANON工艺;在污泥体积分数为25%,进水NH_4~+-N为157 mg·L~(-1),HRT为2 h的条件下,经过50 d的稳定运行,总氮去除速率NRR从1.31 kg·(m~3·d)~(-1)逐渐升高到1.47 kg·(m~3·d)~(-1).复氧回流的方式有效地控制了反应器内溶解氧的量,使得DO0.01 mg·L~(-1),对系统中的NOB起到了良好的抑制效果,同时也为An AOB提供了一个良好的生长环境;通过控制回流量的大小可以精确地控制NO_2~-的产生速率,使得与NO_2~-消耗速率达到一个良好的平衡状态,避免了NO_2~-的积累及其硝化反应的发生.因此,复氧回流CANON工艺在运行的稳定性方面表现出了很大的优势,为CANON工艺处理低氨氮废水提供了一个新模式.     

两种不同抑制策略下部分亚硝化系统运行特性比较

为研究如何控制部分亚硝化系统的稳定性,在高氨氮负荷[1 kg·(m~3·d)~(-1)]和不同的双重抑制策略下启动并连续运行两个序批式反应器(sequencing batch reactors,SBRs).结果表明在温度35℃±1℃,进水氨氮负荷为1 kg·(m~3·d)~(-1)的条件下,FA和DO的双重抑制和FNA和DO的双重抑制均可成功实现高氨氮废水稳定的部分亚硝化,出水NO-2-N/NH+4-N接近1,NO-3-N浓度接近于零,满足ANAMMOX反应的进水基质要求.R1反应器在DO和FA的控制策略下,亚硝氮氧化速率从28.16mg·(g·h)~(-1)减小到0.3 mg·(g·h)~(-1)(以NO-2-N计,下同),而氨氧化速率减小43.60%,最终稳定在20 mg·(g·h)~(-1)(以NH+4-N计,下同)左右.R2反应器在DO和FNA的控制策略下,亚硝氮氧化速率从12.37 mg·(g·h)~(-1)降至0.02 mg·(g·h)~(-1),而氨氧化速率仍维持在较高水平[45 mg·(g·h)~(-1)].DO和FNA双重抑制的系统与DO和高FA双重抑制的系统相比,具有富集时间短,AOB活性高,运行稳定性强等优点,更适用于启动部分亚硝化系统及维持系统稳定性.     

拔风管对CANON型人工湿地脱氮性能的影响

以猪场沼液为处理对象,探究了拔风管对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)氮素转化性能及微生物种群结构的影响.结果表明,拔风管数量可显著影响CANON型TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.在水力负荷(HLR)≤0.18m3/(m2·d)的前提下,随着拔风管数量由0增...     

全程自养脱氮耦合反硝化除磷的启动及稳定运行

采用改进型ABR-MBR反应器,接种普通活性污泥,以氨氮为200 mg·L~(-1)、C/N=1的人工配水为处理对象,研究全程自养脱氮耦合反硝化除磷一体式工艺的启动及其脱氮除磷效能.控制反应器运行条件:温度为(25±1)℃,pH=7. 5±0. 2,回流比由50%逐步提升至200%.结果表明,ABR厌氧阶段消耗70%COD,使得在低DO、高氨氮下能够21 d内快速启动部分亚硝化;随后以间歇曝气(曝停比:2 h∶2 h,DO为0. 3～0. 4 mg·L~(-1))的运行方式在132 d内成功启动耦合工艺内的CANON部分,使得ABR缺氧段的电子受体中硝酸盐氮浓度稳步上升,最终于160 d成功启动耦合工艺.稳定运行后,MBR内TN去除负荷达到0. 22 kg·(m~3·d)~(-1),出水各项指标COD、TN和PO_4~(3-)-P去除率分别为87. 0%、90. 4%和81. 8%.批次试验估算ABR内以硝酸氮盐为电子受体的PAOs约占PAOs的68%,系统内已培育出相互适应协作的DPAOs、AOB和An AOB菌种,具有良好同步脱氮除磷效果.