厌氧氨氧化工艺快速启动策略及其微生物特性

为探讨种泥投加及氮负荷提升方式对厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation, anammox）工艺启动中微生物丰度及群落结构的影响,采取先普通活性污泥驯化后再接种anammox种泥的方式启动anammox工艺。结果表明在活性迟滞阶段投加anammox菌种可以快速启动anammox工艺。通过缩短水力停留时间的方式增加氮负荷并可以避免直接提高进水氮浓度导致的基质毒性抑制,有利于达到更高的总氮去除负荷。稳定运行时反应器的氮去除负荷达0.51 kg·(m3·d)-1,anammox菌基因丰度为4.92×109 copies·g-1 (以VSS计),占细菌总数的2.70%。启动阶段,反应器内微生物多样性逐渐下降,检测到浮霉菌门中4个anammox菌属,以Candidatus Jettenia和Candidatus Kuenenia为主要anammox菌属。在接种污泥处于活性迟滞阶段时,结合提高进水氮浓度、缩短水力停留时间和投加anammox菌种的方式可以快速启动anammox工艺。     

饥饿对厌氧氨氧化污泥颗粒化及污泥形态的影响

厌氧氨氧化颗粒污泥经过长期保存会逐渐解体成絮状,但目前关于保存后期的饥饿环境对不同形态污泥的影响尚缺乏深入研究。针对该问题,以饥饿15 d颗粒解体后的厌氧氨氧化絮状污泥作为接种污泥,考察了其颗粒化过程及其对于反应器启动和运行的影响,同时对比研究了絮状和颗粒状厌氧氨氧化污泥对于饥饿的响应及其活性恢复情况。结果表明:饥饿10 d后补料继续培养3个批次,厌氧氨氧化颗粒污泥反应活性的恢复速率高于絮状污泥;接种厌氧氨氧化絮状污泥80 d左右,反应器中NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率均达到100%,160 d可以实现污泥的颗粒化。此研究结果可为利用长期保存下的种泥启动厌氧氨氧化反应器提供参考。     

低接种量条件下实现厌氧氨氧化快速启动的策略

厌氧氨氧化(Anaerobic ammonia oxidation, anammox)是目前最高效节能的脱氮方式,可以在不加碳源的条件下实现自养高负荷脱氮。然而,厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonia oxidizing bacterial, anAOB)因其生长缓慢,会导致污水处理工艺的启动周期较长。因此,为缩短anammox的启动周期,设置了3种不同污泥接种方式(A：接种500 mg·L⁻¹ anAOB; B：接种500 mg·L⁻¹ anAOB+5 000 mg·L⁻¹反硝化菌;C：接种500 mg·L⁻¹ anAOB+5 000 mg·L⁻¹硝化菌)开展anammox启动实验,分析了底物浓度对脱氮效果的影响以及不同接种条件下微生物群落的差异。结果表明,采用向反应器投加500 mg·L⁻¹ anAOB+5 000 mg·L⁻¹反硝化菌的接种方式,可以实现anammox的快速启动;启动30 d后,总氮去除效率(nitrogen removal rate, NRR)可达1.41 kg·(m³·d)⁻¹以上。微生物群落分析结果表明,反应器中主要存在的anAOB为Candaditue Kuenenia;与单独接种anammox污泥相比,接种反硝化污泥和anammox污泥会使Candaditue Kuenenia的相对丰度提高了40.0%,从而使脱氮效率提高了31.2%。底物浓度对anammox过程的影响结果表明,进水${\rm{NO}}_2^{-} $-N质量浓度达到500 mg·L⁻¹时会导致游离亚硝酸(FNA)浓度升高,而当FNA质量超过0.05 mg·L⁻¹时,会严重影响anAOB活性,导致反应器出水水质波动;通过降低进水${\rm{NO}}_2^{-} $-N浓度,可以使系统恢复。以上研究结果说明,通过接种反硝化菌和anAOB的方式可实现anammox的快速启动,加速实现anammox工艺在污水处理中大规模应用。     

污泥颗粒化快速启动厌氧氨氧化反应器的探讨

厌氧氨氧化工艺处理成本低,被认为是有应用前景的废水脱氮技术.但是,厌氧氨氧化菌生长缓慢,厌氧氨氧化反应器启动困难.探讨了几种快速启动厌氧氨氧化反应器的方法,包括投加颗粒污泥、惰性载体、絮凝剂及多价阳离子等,并对其作用机理进行了分析.     

厌氧氨氧化菌接种污泥的选择培养过程研究

厌氧氨氧化菌的2种不同接种污泥培养实验表明,厌氧消化污泥和好氧硝化污泥均可成功启动厌氧氨氧化过程.接种厌氧消化污泥比好氧硝化污泥培养的厌氧氨氧化菌启动快,但后者去除效果较好.接种好氧硝化污泥的反应器的厌氧氨氧化速率随着氨氮基质进水浓度的增加呈线性增加.进水氨氮浓度为280 mg/L时的氨氮平均去除率达91%;而接种厌氧消化污泥的相应氨氮平均去除率仅为52%.厌氧氨氧化过程以接种好氧硝化污泥来启动为宜.     

不同污泥源厌氧氨氧化污泥的比较

采用厌氧序批式反应器,以好氧硝化污泥和厌氧颗粒污泥为污泥源,通过对氨氮、亚硝酸盐氮、pH等指标的监测和数据分析、污泥颜色变化和菌落电镜照片的观察,研究2种不同污泥源厌氧氨氧化污泥的差异.结果表明,不同污泥源厌氧氨氧化污泥的颜色不同,污泥中具有厌氧氨氧化作用的优势菌不同;由厌氧颗粒污泥为污泥源培养出的厌氧氨氧化污泥具有较高的厌氧氨氧化活性.     

快速启动厌氧氨氧化用于老龄垃圾渗滤液脱氮及其机理分析

基于短程硝化处理后的老龄垃圾渗滤液,含有大量难降解有机污染物,且氨氮和化学需氧量浓度高,C/N比低等特点。本研究以厌氧硝化污泥作为接种污泥,采用升流式厌氧污泥床反应器(UASB),快速启动厌氧氨氧化反应,对其进行深度脱氮。探究启动厌氧氨氧化反应的最佳条件和脱氮性能,根据污泥形貌特征和微生物群落结构的变化,阐明厌氧氨氧化的作用机理。结果表明,厌氧氨氧化快速启动最佳条件：温度为(30±1) ℃、初始pH为7.5、NO₂⁻/NH₄⁺为1.25~1.50、无外加碳源和MLSS为4 200 mg·L⁻¹。历经60 d后,厌氧氨氧化成功启动,进水TN容积负荷最高为0.45 kg·(m³·d)⁻¹,TN容积负荷去除速率最高为0.36 kg·(m³·d)^-1,NH₄⁺-N、NO₂⁻-N和TN去除率超过80%。同时,UASB运行至第60天时,接种污泥形貌呈现花椰菜结构,微生物群落多样性减少,Planctomycetes门为优势菌群,其丰度为44.4%。Candidatus Brocdia属为第一优势菌属,其丰度为42.8%,证实厌氧氨氧化快速启动成功,AnAOB利用NO₂⁻-N为电子受体,以NH₄⁺-N为电子供体实现深度脱氮。综上所述,厌氧氨氧化的快速启动可为短程硝化处理后的老龄垃圾渗滤液深度脱氮提供参考。     

加速厌氧污泥颗粒化的研究进展

厌氧污泥颗粒化过程是一个多阶段过程,取决于操作条件、基质组成等多种因素.在简述污泥颗粒化机理及影响因素的基础上,综述了近年来加速厌氧污泥颗粒化的研究进展,指出厌氧污泥颗粒化应用前景广阔,并提出了几点建议.希望能为厌氧污泥颗粒化技术的工程实践提供一定的理论基础.     

好氧与厌氧氨氧化复合颗粒污泥完全自营养脱氮影响因素

采用间歇实验,考察了初始NH⁺₄-N浓度、DO浓度和pH对颗粒污泥完全自营养脱氮的特性的影响。研究表明,在完全自营养脱氮系统中,当DO为0.6～0.8 mg/L,pH控制在7.5～7.8时,好氧氨氧化和厌氧氨氧化速率在一定范围内随NH⁺₄-N浓度（30～150 mg/L）的增加而增加,较高的氨氮浓度能提高自营养脱氮反应速率。较高的DO有利于提高亚硝酸盐氧化速率,但会导致亚硝酸盐的积累;DO浓度过低时,好氧氨氧化过程受到抑制。NH⁺₄浓度为36 mg/L,DO控制在0.6～0.8 mg/L的条件下,当pH值为7.8时,完全自营养脱氮的效果最佳,总氮去除速率达最大值为23.976 mg/(g MLSS·d)。     

硝酸盐反硝化颗粒污泥的快速培养与理化特性

以甲醇为碳源,在USB反应器内接种活性污泥,50 d内培养出优质的反硝化颗粒污泥。颗粒污泥的形成历经3个阶段:启动运行期,颗粒污泥出现期以及颗粒污泥成熟期。颗粒污泥床底层反硝化效率最高可达总量的78%,中部颗粒污泥湿密度与沉降速率较大,分别为1.077 g/mL和194 m/h。成熟的颗粒污泥具有湿密度大,沉降速率高等特点,颗粒表面丝状体互相缠绕,有明显的孔隙结构。     

高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养及其特性分析

为实现高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养,以反硝化颗粒污泥为接种污泥,对高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养进行了研究。在降低进水硝酸盐($ {\rm{NO}}_{\rm{3}}^{\rm{ - }}$)浓度的同时,采用逐步升高进水高氯酸盐($ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$)浓度的方法,考察了高氯酸盐还原颗粒污泥培养过程中$ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$的去除以及颗粒污泥的特性。结果表明：以反硝化颗粒污泥为接种污泥,经过50 d快速培养出高氯酸盐还原颗粒污泥,$ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$去除速率达96%以上;其混合液悬浮固体浓度(MLSS)为50.68 g·L−1,混合液挥发性固体浓度(MLVSS)为40.58 g·L−1,主要粒径分布在<0.60 mm和1.00~2.00 mm。$ {\rm{NO}}_{\rm{3}}^{\rm{ - }}$浓度逐步降低的培养方式可缓解$ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$对颗粒污泥中各类微生物的毒性,为高氯酸盐颗粒污泥的快速培养提供了新的方法,具有重要的理论和实践意义。     

不同泥源对厌氧氨氧化反应器启动的影响

采用2套上流式生物膜反应器,分别接种少量厌氧氨氧化污泥和大量硝化污泥,考察其对厌氧氨氧化反应器启动的影响。污泥接种入反应器后,测得接种厌氧氨氧化污泥的反应器(R1)内MLSS为0.22 g/L,另一个反应器(R2)MLSS为2.7 g/L。与直接接种厌氧氨氧化污泥相比,R1经过72 d的运行才显现出厌氧氨氧化特性。经过114 d的培养,前者氮去除速率由0.23 kg/(m3.d)提升到5.29 kg/(m3.d),总氮去除率大于89%;R2的氮去除速率由0.01 kg/(m3.d)提升到1.1 kg/(m3.d),总氮去除率大于84.6%。说明普通污泥启动需要一个较长的筛选过程,直接接种少量的厌氧氨氧化污泥比接种普通的污泥能够更快启动厌氧氨氧化反应器。     

厌氧氨氧化（ANAMMOX）生物滤池反应器的启动特性

采用平行对比实验,讨论不同实验条件下上向流厌氧氨氧化（ANAMMOX）滤池反应器的启动特性。对比条件为温度、接种污泥、联氨和羟胺。结果表明：温度是影响厌氧氨氧化细菌活性的主要因素;接种200mL具有活性的厌氧氨氧化污泥后,在避光、加热38℃、不控制联氨和羟氨的条件下,45d可成功启动厌氧氨氧化滤池反应器;反应过程NH4^＋N：NO2^-·N：NO3-N的化学计量摩尔比为1：1．17：0．30,其总氮去除率达到87．38％,总氮容积去除负荷可达到1．41kg／（m^3·d）。     

长期保藏对厌氧氨氧化污泥脱氮性能的影响

主要目的是开发经济有效的ANAMMOX污泥保藏技术。把厌氧氨氧化污泥在30℃、自然环境、5℃和-20℃下分别保藏15、30、45、150和365 d。结果表明,保藏后的厌氧氨氧化污泥对底物的转化比都不是典型的ANAMMOX反应计量比。通过物料衡算,保藏后的污泥都具有不同程度的硝化能力。冷冻(-20℃)保藏不但运行费用高,而且使污泥的厌氧氨氧化活性丧失。厌氧氨氧化污泥在5℃保藏后的剩余活性高于同期30℃保藏的污泥。但短期(≤45 d)内,厌氧氨氧化污泥在自然环境(春、秋和冬季)中避光缺氧保藏是较经济有效的方法。     

局部包埋ANAMMOX活性填料启动生物滤池

以厌氧氨氧化细菌(AAOB)混培物、聚乙烯醇(PVA)、碳酸钙和粒径2~4 mm的颗粒活性炭作为主要包埋材料,制备出局部包埋ANAMMOX活性填料。研究了该填料在生物滤池启动过程中的运行效果。实验结果表明,局部包埋固定化技术可使生物滤池在较高的水力负荷和高反冲洗强度条件下仍保持稳定的AAOB生物量,滤池中AAOB的比生长速率为0.0027 h-1,经过包埋固定后AAOB的增殖过程不会受到不利的影响且活性恢复较快。滤池内存在反硝化与ANAMMOX耦合的现象。通过监测进出水的pH值变化可快速判断ANAMMOX工艺脱氮负荷的变化情况。用Logistic模型模拟局部包埋ANAMMOX生物滤池细菌增殖规律相关性极强,相关系数R值达0.983。局部包埋固定化技术可以有效地固定AAOB,有助于解决AAOB在大规模工程应用中发生的细菌流失等问题,具有一定的应用前景。     

两级ANAMMOX串联快速启动后置反应器的性能及机理

外源添加酰基高丝氨酸内酯类信号分子(AHLs)可以提高厌氧氨氧化菌(AAOB)的活性,有助于厌氧氨氧化(ANAMMOX)的快速启动,然而,AHLs的获取会增加操作成本。基于此,本研究构建了两级ANAMMOX串联反应器,以充分利用一级反应器(R1)出水有效成分实现后置反应器(R2)的快速启动。以R1的出水为进水,并逐渐过渡到以R1出水上清液和合成废水为进水的策略运行R2;通过脱氮性能、污泥特性和微生物群落变化来验证该策略的可行性,并进行了相关的机理分析。结果表明,R2在第56天实现了快速启动,运行90 d后,在总氮容积负荷为0.6～0.7 kg·(m³·d)^-1时,总氮去除率达到93%以上,显著高于直接以合成污水启动的对照组(R3,61%)。这可归因于R1流失污泥为R2提供了稳定的生物量补充,并且其上清液包含的群体感应信号分子促进了R2中AAOB的活性提高。高通量测序结果表明,R1出水引入的有机物导致R2群落多样性升高,反硝化菌等异养菌相对丰度增加,ANAMMOX功能菌Candidatus Brocadia占比下降,然而,与R1相比,R2物质运输和代谢相关功能基因表达水平上调。以上结果说明,通过两级ANAMMOX串联实现后置反应器的快速启动是可行的。     

混凝强化形成好氧颗粒污泥

为了缩短好氧颗粒污泥形成的时间,通过在颗粒污泥形成初期投加混凝剂的方式,研究强化造粒条件下颗粒污泥的形成过程及其特性。结果发现,投加混凝剂后,反应器在第8天出现了颗粒污泥,并在第25天时实现完全颗粒化,比未加混凝剂反应器颗粒形成的时间缩短了2 d,完全颗粒化时间缩短了10 d。强化造粒条件下形成的颗粒污泥,颗粒强度、比重分别为99.03%和1.1892,分别比对照高出3.28%和0.1539。可以看出,在混凝强化造粒条件下培养出的颗粒污泥,与常规方法相比具有颗粒化进程快,颗粒强度大,比重大等优点。     

常温下基质与时间对ANAMMOX污泥活性保藏影响

采用厌氧氨氧化污泥,通过脱氮效能的测定,研究了常温（15±2）℃下保藏过程中基质添加与保藏时间对污泥活性的影响以及探讨长期保持污泥活性的保藏策略。结果表明,在无营养物添加的情况下,保藏的前45天厌氧氨氧化污泥氮去除速率由0.107 kg/（m3·d）下降到0.025 kg/（m3·d）,其速率下降最快,但是经过6 d培养,污泥的活性可以得到恢复;当保藏365 d后,厌氧氨氧化污泥活性基本消失,即使通过11 d恢复也无明显的厌氧氨氧化特性。说明常温下保藏时间对厌氧氨氧化污泥活性影响显著,随着保藏时间的延长污泥氮去除速率会大幅降低,甚至消失。根据衰减指数模型拟合出常温状态下厌氧氨氧化污泥活性衰减模型为y=0.547×exp（-0.0109×t）。通过定期（15 d）投加营养物,经过150d和365 d保藏后的厌氧氨氧化污泥仍然保持48%和31%的活性。说明定期投加营养物可以有效缓解厌氧氨氧化污泥活性在常温保藏过程中的衰减,适用于厌氧氨氧化污泥常温下长期保藏。     

好氧颗粒污泥的特点及其研究进展

综述了好氧颗粒污泥的基本特征和微生物相、好氧颗粒污泥形成的主要影响因素及其颗粒化反应器等。好氧颗粒污泥是近几年发现的在好氧条件下自发形成的细胞自身固定化过程 ,是生物膜特殊的生长形式。颗粒污泥具有良好的沉降性能、较高的生物量和在高容积负荷条件下降解高浓度有机废水的良好生物活性。污泥颗粒化过程是一个多阶段的过程 ,取决于废水组成及其操作条件的选择。在气提式内循环间歇反应器 (internalcirculatesequencingbatchairliftreac tor ,ICSBAR )中易于培养出性能良好的好氧颗粒污泥。