接种不同污泥启动厌氧氨氧化ASBR反应器研究

采用ASBR反应器,分别以好氧硝化污泥和厌氧颗粒污泥为种泥,通过对氨氮、亚硝酸盐氮等指标的监测和数据分析、污泥颜色的观察,研究2个厌氧氨氧化反应器启动的可行性及其差异.结果表明,2个厌氧氨氧化反应器均可成功启动;采用好氧硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器耗时142 d,启动前后污泥颜色变化不大,亚硝酸盐氮浓度超过20 mmol/L会对厌氧氨氧化产生明显的抑制作用;采用厌氧颗粒污泥启动厌氧氨氧化反应器耗时249 d,启动前后污泥颜色变化很大,从黑色逐渐变为砖红色,亚硝酸盐氮浓度超过13.4 mmol/L会对厌氧氨氧化产生抑制作用;分别用以上2种污泥启动的厌氧氨氧化ASBR反应器中占优势地位的厌氧氨氧化菌不同.     

利用普通反硝化活性污泥快速启动厌氧氨氧化试验

采用有效容积为6.3 L的上流式流化床接种普通污泥,进行了厌氧氨氧化反应器的启动,研究了先富集反硝化污泥再启动厌氧氨氧化反应器的过程特征。首先投配硝氮质量浓度70 mg/L、以葡萄糖为碳源、COD为200 mg/L的模拟废水增强污泥的反硝化能力。运行6 d后,出水硝氮质量浓度在10 mg/L左右,反应器对硝氮的去除率稳定在80%以上,污泥具有较高的反硝化活性。随后投配氨氮质量浓度50~60 mg/L、亚硝氮质量浓度30~58 mg/L的废水进行厌氧氨氧化菌培养。培养一开始出水氨氮质量浓度就比进水低,第31 d氨氮的去除率达到50%以上。逐步提高进水氨氮和亚硝酸氮质量浓度,从100 mg/L、140 mg/L、200 mg/L到420 mg/L,氨氮和亚硝氮去除率亦不断提高。第40 d后,反应器氨氮去除量、亚硝氮去除量和硝氮增加量之比在1∶(1.3±0.2)∶(0.3±0.1)范围内小幅波动,表明厌氧氨氧化反应已经成为反应器内的主导脱氮反应。经过76 d的培养,在进水氨氮和亚硝氮质量浓度分别为405.23 mg/L和488.24 mg/L时,反应器对它们的去除率达到80%和95.22%,最大氮去除速率为0.93 kg/(m3·d)。研究表明,采用上流式流化反应器先富集反硝化菌再培养厌氧氨氧化菌和采用逐步提高进水负荷的启动策略,对于快速培养高活性Anammox污泥、启动反应器是有效的。     

处理垃圾渗滤液好氧颗粒污泥的培养及其脱氮特性

以垃圾渗滤液为试验用水,通过不断增加氨氮负荷(初始氨氮质量浓度从100 mg/L逐渐增加到180 mg/L)、并且适当投加外碳源的策略,在20 d内形成了好氧颗粒污泥,粒径为0.17 ～ 0.20 mm,到第109 d,好氧颗粒污泥粒径达到0.65 ～ 2.10 mm.在培养过程中由于氨氮质量浓度较高,水中游离氨(Free Ammonia,FA)抑制了亚硝酸氧化细菌(Nitrite-Oxidizing Bacteria,NOB)的活性,形成了短程硝化,并在第20～50d、第89～ 109 d发生了同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification,SN D),其中第89～109 d较为明显,在反应器内部C/N比为3.1～3.9情况下,总氮去除率稳定在70％左右.SEM显示好氧颗粒污泥存在大量孔隙,有利于底物输送.对培养过程中第1d、34 d、54 d、79 d、109 d的荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization,FISH)结果进行统计分析,发现氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)分别占总菌量的2.37％、5.54％、7.26％、16.32％、22.33％.冰冻切片FISH结果表明,AOB主要聚集在好氧颗粒污泥的最外层,有利于AOB利用并消耗液相主体中的溶解氧,同时在好氧颗粒污泥内部形成缺氧区,有利于内部实现反硝化.好氧颗粒污泥的粒径越大,内部缺氧区越大,越有利于实现SND.通过对胞外聚合物(Extracellular Polymer Substances,EPS)染色,发现好氧颗粒内部β-D-吡喃葡萄糖的空间分布为外层较多,并随着颗粒孔隙向内延伸,在次外层与内层不均匀分布,这很好地解释了好氧颗粒污泥反应器在好氧的运行方式下,发生SND的途径及碳源的可能来源.研究表明,利用好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液具有较高的氨氮去除率(97％以上),好氧颗粒污泥的形态及结构有利于AOB的富集,同时在其内部储存了碳源,有利于SND的发生.     

低强度超声对短程硝化污泥活性的影响

为提高短程硝化反硝化脱氮效率,采用低强度超声对短程硝化反应进行强化,通过对比氨氧化率和亚硝酸盐生产量,考察低强度超声对短程硝化污泥活性影响。首先,通过对超声能量的优化试验,发现低强度超声能够提升短程硝化污泥反应速率,且超声能量为43.20 kJ时氨氧化率和亚硝酸盐生成量最大;然后考察超声能量与污泥浓度的关系。结果表明:1)在相同超声能量(43.20 kJ)条件下,随着污泥质量浓度(0.34~1.03 g VSS/L)增加,能量密度降低,反应速率不断提高;2)保持污泥浓度恒定,增加超声能量,发现在43.20 kJ时短程硝化污泥活性最好,氨氧化速率比对照组提高25.42%,继续增加能量后去除速率开始下降,原因是适宜的能量会增加微生物细胞壁和细胞膜的通透性,加快基质传递和反应速率,提高微生物活性,但当所施加能量超出其所能承受范围,则会对微生物内部产生损害,降低其活性;3)考察超声能量对胞外聚合物浓度和酶活性影响,在43.20 kJ条件下,多糖、蛋白质和胞外聚合物(EPS)浓度分别提高了18.32%、26.54%和22.05%,氨单加氧酶活性增加19.82%。研究表明,由于低强度超声作用加快胞外聚合物分泌,增加生物酶活性,进而促进了短程硝化污泥反应速率。     

厌氧氨氧化颗粒污泥的培养及影响因素

在EGSB反应器中快速启动厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺,总氮去除速率为0.931±0.006 kg/(m~3·d),总氮去除效率为90.5%±0.8%。培养得到厌氧氨氧化颗粒污泥和絮状污泥混合物,污泥平均粒径为307.5μm。高质量浓度的NO_2~-(143.25 mg/L)抑制厌氧氨氧化菌活性;N_2H_4可强化厌氧氨氧化,但高质量浓度的N_2H_4抑制厌氧氨氧化菌活性;短期添加丙酸盐(COD质量浓度0~400 mg/L)对厌氧氨氧化速率几乎无影响;厌氧氨氧化速率随Fe~(3+)浓度(0~1.2 mmol/L)的增加而增加。     

厌氧氨氧化反应器中微生物种群结构分析

借助扫描电镜和T- RFLP等分析技术,观察厌氧氨氧化膜生物反应器( Membrane Bioreactor,MBR)中氮素、污泥颜色、颗粒污泥微观结构并对微生物种群进行分析,以为厌氧氨氧化菌的快速富集培养提供有用信息.结果表明,运行的110 d间,厌氧氨氧化MBR的容积总氮负荷达0.245 kg/(m3·d),去除率为80%,NH+4+ -N和NO2- -N去除率分别为81%和91%.污泥的VSS/TSS比由初始的0.66提高到0.77,颗粒污泥颜色转为红褐色,以杆状和球状菌为主,其中,Planctomyce、Pirellula、Gemmata和Pseudomonas等种属均已证明具有厌氧氨氧化活性.     

曝气量及亚硝酸盐浓度对SBBR单级自养脱氮系统性能的影响

为了提高单级自养脱氮工艺的脱氮性能及稳定性,采用SBBR反应器,通过连续试验及间歇试验研究了曝气量对单级自养脱氮系统脱氮效率及脱氮负荷的影响,分析了反应器内不同曝气条件下氨氮降解特征、亚硝酸盐质量浓度与氨氮降解速率的关系,并探讨了污泥的亚硝酸盐氧化活性与SBBR反应器稳定性的关系。连续试验结果表明,曝气量从48 L/h提高到88 L/h,总氮平均去除率由72.46%增长至93.00%,总氮平均去除负荷由0.29 kg N/(m3·d)提高至0.57kg N/(m3·d)。间歇试验结果表明:氨氮降解速率随曝气量增加而提高,出水氨氮及总氮质量浓度随曝气量增加而降低;同时曝气期DO质量浓度随曝气量增加而有所升高;在整个SBBR周期内未出现亚硝酸盐积累的现象,亚硝酸氮质量浓度一直较低(低于2.00mg/L),向反应器中添加亚硝酸盐可以促进氨氮的降解;随曝气量增加,由于污泥的亚硝酸盐氧化活性较低,硝化作用产生的硝酸盐并未大幅增长,系统表现出了较好的稳定性;氨氮未完全降解时,反应器内DO质量浓度曲线缓慢下降或基本保持不变,当氨氮完全被去除时,系统不再耗氧,DO质量浓度迅速升高,曲线出现拐点,DO拐点对单级自养脱氮控制有重要参考价值。     

同步硝化与反硝化(SND)好氧颗粒污泥脱氮过程初步研究

研究好氧颗粒污泥的同步硝化反硝化脱氮,寻找消除氮素对水体污染的途径。在反应器中培养了好氧条件下具有同步硝化反硝化功能的颗粒污泥,进行脱氮过程研究。好氧颗粒污泥为无载体结构,直径2～3 mm,其构成松隙,具有厌(兼)氧与好氧微生物生长代谢的环境;反应液中氨氮浓度为201 mg·L-1时,6 h反应周期内氨完全被氧化,出水中检测不到NO2--N,仅残留2 mg·L-1的N03一N,硝化与反硝化两个过程完成了脱氮反应,颗粒污泥中存在硝化细菌和反硝化细菌;改变反应器中进水有机物浓度,发现COD浓度越大,氮去除率越低,硝化细菌在高有机物浓度下反应活性受抑制,自养硝化细菌竞争氧及其他营养物质的能力弱于异养细菌;在好氧条件下(4 mgO2·L-1),进水中不加有机碳源,反应6 h后NH4+-N去除率达75％,反应过程中pH值下降,说明颗粒污泥中硝化细菌为自养型,硝化反应产酸降低反应器中pH值;在厌氧条件下,进水COD和NO3--N浓度分别为227.25 mg·L-1和103.63 mg·L-1,反应结束后,NO3--N去除率为74％,反应过程中pH值呈上升趋势,证明了好氧颗粒污泥中存在厌氧反硝化细菌,且反硝化细菌生长于颗粒污泥内部的厌氧区域,反硝化产碱使反应液pH值上升。     

缺氧颗粒污泥特性研究

采用SBR反应器在缺氧条件下培养颗粒污泥,并对其理化性质、生物组成以及反硝化活性进行了研究.研究表明,缺氧颗粒污泥的湿密度为1.003-1.021 g/cm3;VSS/SS在54%-68%.低于一般的好氧和厌氧颗粒污泥;颗粒沉速在8.4-108 m/h,高于普通活性污泥;颗粒污泥表面主要为短杆菌,细菌排列紧密,颗粒表面不平整,内部细菌较少,主要为杆菌,并且分布不连续.颗粒表面和内部均存在孔隙和空穴.缺氧颗粒污泥反硝化活性很好.NOx-N的最大比消耗速率(N/VSS)达到了0.092 mg(mg.h).     

氨氮生物硝化分段动力学特性研究

本文利用富集培养的硝化污泥研究了氨氮生物硝化动力学的基本规律.结果表明,氨氮浓度对硝化速率有显著的影响.主体溶液中氨氮质量浓度小于2.3 mg/L时,硝化符合一级反应动力学.随着溶液中氨氮浓度升高,将会出现半级(本文为0.35级)或零级反应动力学,对应的氨氮质量浓度范围分别为2.3～18.2 mg/L和18.2～100 mg/L.各级反应的速率常数分别为0.16 d-1/(mg/L)、0.23 d-1/(mg/L)0.35和0.61d-1.氨氮质量浓度不同,动力学级数不同,硝化速率不同,达到相同的硝化效率反应时间有很大的差别.由于完全混合式反应器的硝化速率主要取决于出水氨氮浓度;因此氨氮出水浓度要求越低,硝化速率越低,反应时间越长,达到较彻底的硝化程度就越困难.     

苯酚对生物硝化过程的抑制

硝化细菌由于其特殊的生理生态特性,容易受环境因素和共存有毒有害物质的影响,使硝化过程不稳定,脱氮效率降低.采用批式试验,研究了苯酚对生物硝化过程的抑制效应.结果表明,苯酚对硝化有抑制作用,该抑制属非竞争性抑制,是可逆的.苯酚与2,4-二氯酚共存时产生叠加抑制效应.且抑制剂存在时,温度对硝化速率影响更大.因此含酚废水生物脱氮处理时需引起注意.     

以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌驯化

以活性污泥为种泥,通过序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR),在厌氧-缺氧-好氧交替的条件下驯化培养以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌(Denitrifying Phosphorus-Accumulating Organisms,DPAO)。在330 d的培养时间内监测磷酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐等常规指标,并研究驯化不同阶段的一个周期内各指标的变化及进行相应的动力学分析。结果表明,随着驯化的进行,厌氧阶段释磷速率逐渐增加,释磷量也相应增大,出水磷质量浓度最终维持在0.8mg/L,去除率达到91.8%,硝氮全部去除。通过对16S r RNA测序结果的比对,得到聚磷菌占总菌的76.93%,反硝化除磷菌占聚磷菌的一半以上。而聚糖菌仅占5.13%,聚磷菌成为优势菌种。此外,在整个驯化过程中,水质和环境条件的变化使出水中磷质量浓度出现波动,而出水硝氮的变化不大。研究表明,以硝酸盐作为主要氮源培养反硝化除磷细菌的方式是可行的,并有利于聚磷菌对聚糖菌的竞争,使聚磷菌成为优势菌种。     

硫酸盐还原菌去除铅的实验研究

考查了初始p H值、反应温度、接种量等对硫酸盐还原菌菌株的生长和对重金属铅去除效果的影响,应用X射线衍射(XRD)、表面能量色谱分析(EDS)对沉淀物进行了表征。结果表明,该菌株生长及去除铅的最佳条件为:p H=8.0,温度30℃,接种量10%,该条件下的去除率高达99.79%。所得到的沉淀物为硫化铅,立方方铅矿结构,结晶度良好。进一步研究了最佳条件下不同初始浓度硝酸铅对硫酸盐还原菌细胞中亚硫酸盐还原酶(SiR)和腺苷酰硫酸还原酶(APS)比活力的影响。结果表明,硝酸铅质量浓度低于950mg/L时,亚硫酸盐还原酶和APS还原酶比活力受到轻微抑制,当硝酸铅质量浓度为1 100 mg/L时,其比活力受到明显的抑制。重金属铅对亚硫酸盐还原酶比活力抑制作用相对明显。     

生物填料地下渗滤系统处理生活污水的中试研究

以活性污泥等生物基质为填料.在不同的水力负荷和有机负荷条件下,研究了地下渗滤系统对生活污水的处理效果.中试结果表明:地下渗滤系统对COD、NH_4~+-N和TP有着良好的去除效果,在水力负荷为4 cm·d~(-1),污染负荷为280 mg·L~(-1)和320 mg·L~(-1)时.COD、NH_4~+-N和TP的去除去分别达到91.2%、97.2%、88.0%和90.6%、95.6%、90.4%;水力负荷达到450 mg·L~(-1)时,有机物及氨氮的去除率下降迅速,仅为83.2%和85.5%,TP的去除率略有提高,为91.7%;平均污染负荷为300 mg·L~(-1),水力负荷为4.0 cm·d~(-1)、6.5 cm·d~(-1)和8.1 cm·d~(-1)时,COD、NH+4_4~+-N和TP的去除率分别达到90.6%、97.4%、90.0%.87.3%、96.8%、84.0%和85.6%,96.3%,83.3%;适宜的生活污水处理条件是水力负荷为8.1 cm·d~(-1),污染负荷低于450 mg·L~(-1).在以上工况下的出水水质均优于生活杂用水水质标准(CJ251-89)和沈阳市污水处理中水回用标准,处理效果稳定;系统垂直方向的氨化细菌分布较均匀,硝化细菌在70 cm以上区域数量较多,反硝化细菌在70 cm以下区域数量较多;氨化细菌与COD、NH_4~+-N和TN的去除率的相关性显著,硝化及反硝化细菌与COD、NH_4~+-N和TN的去除率的相关性极显著;氨化、硝化和反硝化细菌与TP的去除率的相关性均不显著,说明生物作用不是TP脱除的主要途径.     

青海湖氮素分布特征及其对藻类生长的影响

以青海湖水体的11个样点为研究对象,测定不同形态氮素(总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮)质量浓度、藻类数量及叶绿素质量浓度,同时测定其他相关因子,并对氮素对藻类生长的影响进行分析。结果表明:青海湖水体中总氮、硝酸盐氮及氨氮质量浓度分别为0.80mg/L、0.28 mg/L和0.20mg/L,且湖心区(深水区)样点质量浓度大于岸边区(浅水区)样点,浅水区植物生长及沙柳河等外源输入均对氮素质量浓度有一定程度的影响;亚硝酸盐氮质量浓度为9.70μg.L-1,浅水区质量浓度高于深水区;浅水区氨氮的氧化作用可能是亚硝酸盐氮质量浓度在浅水区高于深水区的主要原因,同时溶解氧是此过程的限制因子;水体氮素与藻类数量为显著的负相关性,但与叶绿素质量浓度为显著正相关性。青海湖水体不同形态氮素分布具有不同特征,且氮素对藻类的生长和繁殖具有不同的影响。     

生物除铁除锰滤层营养条件的研究

采用模拟生物除铁除锰滤柱,通过测定整个生物滤层对铁、锰的去除效果考察了营养物质对生物滤层综合生化能力的影响,从而探求了生物滤层对铁、碳、氮等营养元素的需求.结果表明,成熟滤层内的铁、锰氧化细菌对进水铁的营养需求极低(0.04 mg/L).成熟滤层对有机物具有一定的去除能力,而无机碳减少量相对较大,大约有3～4 mg/L,溶解在水中的二氧化碳即可保证滤层对碳的需求.成熟滤层将氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐,但这种转化实际上并没有使水中氮的总量减少,只是氮的形态发生了转化;而滤柱内氮的减少是被生物体利用的结果.极低的氮素含量即可保证成熟生物滤层对氮素的需求.这表明极低的营养条件即可满足铁、锰氧化细菌的正常生理代谢,铁、锰氧化细菌可以在贫营养环境下生存.结合全国大部分地区的地下水水质状况,进而得出地下水生物除铁除锰技术在全国大部分地区可以推广使用.     

氯胺消毒管网“三氮”与总氯变化的预测模型

为探讨氯胺消毒供水管网的水质问题,建立了一种试验规模的氯胺消毒供水管网水质模拟系统。基于质量守恒原理和双Monod方程建立了该系统的硝化与氯胺衰减动力学耦合模型,并通过试验对该模型进行了验证。模型中的部分参数采用非线性多项式回归方法进行估计。应用该模型确定了活性氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的数量。该模型对管网模拟系统内氨氮、硝酸盐氮与总氯的预测值与实测值基本一致,但对亚硝酸盐氮的预测值与实测值存在较大偏差。     

莱州湾东岸地下水硝酸盐空间变异特征研究

应用经典统计学和地统计学对莱州湾东岸地下水NO3-质量浓度进行分析,采用Kriging方法对未观测点进行估值,分析研究区不同区域NO-3质量浓度的空间变异特征。同时,利用地理信息系统与Surfer软件分析研究区土地利用类型和NO-3质量浓度之间的关系。结果表明:1)莱州湾东岸地区地下水NO3-质量浓度平均值为118.51mg/L,变异系数为0.80,表现为中等强度变异;2)研究区地下水NO-3质量浓度的变异函数理论模型符合高斯模型,块金值/基台值为41.5%,表现为中等程度的空间相关性;3)不同土地利用类型中,耕地地下水中硝酸盐质量浓度平均值(136.09 mg/L)最高,其次是城镇用地(89.15 mg/L),水产养殖区(30.32 mg/L)最低,其中耕地超标率为81.25%,城镇用地超标率为76.92%,水产养殖区均未超标。农业生产过量使用化肥和城镇生活中的生活生产废水大量排放是造成地下水硝酸盐质量浓度过高的主要原因。而水产养殖区由于受人类生活、生产与耕作影响较少,地下水硝酸盐质量浓度相对较低。     

碳源和硝酸盐对SBBR反硝化除磷影响的试验研究

研究碳源和硝酸盐对填加聚氨酯载体的SBBR反硝化除磷的影响。在SBR中填加聚氨酯载体,将生物膜法和活性污泥法相结合,形成序批式生物膜反应器(SBBR),在厌氧/缺氧交替运行条件下利用NO3-作为电子受体,研究NaAc浓度、NaAc与丙酸钠的比例、NO3-浓度及NO3-投加方式等因素对除磷效果的影响。PO43-质量浓度在9~11 mg/L之间,COD质量浓度为200 mg/L时,SBBR有较佳的除磷效果;当进水NaAc与丙酸钠配比为2时,进水COD自身降解速率较慢,且不影响除磷效果;分批次(这里分2次)投加硝酸盐有利于硝酸盐向亚硝酸盐的转化;NO3-质量浓度为65 mg/L左右时,能获得较好的除磷、除氮效果。填加聚氨酯载体的SBR装置除磷效果较理想;碳源和硝酸盐对SBBR反硝化除磷影响显著。