低氨氮污水SNAD工艺启动-运行效能与微生物生态学特性

采用升流式微氧污泥床膜生物反应器(UMSB-MBR)处理低氨氮、低C/N比污水,考察了同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化(SNAD)工艺启动过程中的运行效能与微生物生态学特性,结果表明:经过厌氧氨氧化(Anammox)、短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)及SNAD工艺启动3个阶段,各阶段末总氮去除率(NRE)分别可达(80.85±0.81)%,(84.62±0.10)%及(90.01±0.23)%,SNAD工艺启动成功时,COD去除效率(CRE)为(85.04±0.18)%;宏基因组测序结果表明,氨氧化菌(Aer AOB)优势菌属Nitrosomonas在PN/A阶段得到富集,且氨氧化功能基因(hao、amo)相对丰度上升;厌氧氨氧化菌(An AOB)优势菌属由Anammox阶段的Candidatus＿Kuenenia转化为SNAD阶段的Candidatus＿Brocadia,厌氧氨氧化功能基因(hzs、hdh)呈先下降后上升的趋势,表明An AOB逐渐适应低DO、低C/N比环境;反硝化菌属Ignavibacterium、unclassified-p-Chloroflexi及反硝化相关...     

A2O-IFAS工艺生物膜微生物群落的演替及分布特性

在A²O-IFAS工艺中探究了不同功能分区生物膜微生物群落的演替及分布特性.利用该工艺处理实际生活污水,总无机氮去除负荷可达（0.10±0.03）kg·m^-3·d^-1,总无机氮和COD的平均去除率分别为70%和79%.高通量测序结果显示,厌氧氨氧化菌Candidatus＿Brocadia在好氧区生物膜中的相对丰度最高（0.43%）,其次是缺氧区生物膜、活性污泥和厌氧区生物膜.此外,絮体污泥与好氧区生物膜有着相似的微生物群落,该结果表明,功能区非生物因素可驱使生物膜微生物群落在缺氧区和厌氧区发生演替现象,DO、C/N比等环境因素和微生物的互作机制是驱动微生物群落分布和厌氧氨氧化菌富集的关键.本研究可为主流厌氧氨氧化菌的富集和技术应用提供重要参考.     

基于纯膜MBBR的CANON工艺稳定运行及抗冲击性分析

应用CANON-MBBR系统处理实际污泥厌氧消化脱水液,考察了系统的稳定运行控制策略。结果表明:稳定期间,系统出水ρ（NH₄+-N）稳定低于25 mg/L,去除率>96%;出水ρ（TIN）<70 mg/L,去除率>87%。系统维持纯生物膜运行,无须进行污泥回流与菌种的补投,实现了稳定的自养脱氮过程。运行期间,考察了水量、DO及温度对系统稳定性的影响,结果表明:在进水流量为80 m3/d（为平稳期1.33倍）、ρ（DO）高达2~4 mg/L和24 ℃低温条件下系统依然保持较高的脱氮性能。高通量测序结果表明,系统优势氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AnAOB）分别为Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia,其相对丰度均值分别为6.5%和30.2%,亚硝酸盐氧化菌（NOB）的相对丰度始终低于0.1%,NOB被成功抑制。悬浮载体生物膜实现了AOB和AnAOB的高效富集,系统较低的AOB丰度限制了系统脱氮能力的进一步提升。     

ABR-MBR组合工艺短程硝化过程的微生物种群

采用Miseq高通量测序技术研究氨氮进水负荷对ABR-MBR组合工艺MBR池中微生物种群的丰度及优势菌群的影响.结果表明,温度为28~32℃、pH值为7.1~7.4、DO为0.5~1mg/L并逐步提高氨氮进水负荷的条件下,可以使氨氧化菌（AOB）大量富集,并抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,从而实现短程硝化的稳定运行.在氨氮进水负荷为0.94kg/（m³·d）时,平均亚硝酸盐积累率达到60%以上,氨氮去除率稳定在90%.在系统运行过程中,变形菌门是系统中的优势菌门,Nitrosomonas的相对丰度由4.97%升至22.56%,硝化螺菌属的相对丰度为0.06%~2.12%.因此,ABR-MBR组合工艺短程硝化过程中亚硝酸盐积累率与AOB的活性、相对丰度密切相关,即AOB的大量富集可以有效实现短程硝化,而NOB的小幅度增长不会影响短程硝化的实现.系统中微生物种群的多样性和功能微生物的结构稳定性保证了ABR-MBR工艺具有稳定和较好的处理效果.     

基于DGAOs富集的内碳源短程硝化反硝化工艺特性

采用序批式生物反应器（SBR）,以厌氧-好氧-缺氧的运行方式,研究了低C/N比下内碳源驱动的短程硝化反硝化工艺运行性能.结果表明,反应器内可同时富集反硝化聚糖菌（DGAOs）和氨氧化细菌（AOB）.DGAOs可以利用聚-β-羟基脂肪酸酯（PHA）为内碳源进行反硝化,且利用的PHA中PHB （聚-β-羟基丁酸酯）占主要部分.稳定运行后,第39d厌氧末期污泥胞内存储物质在荧光显微镜下清晰可见,内碳源存储的PHA在缺氧阶段净消耗量为2.34mmol C/L,较文献报道值高29%.经过55d的驯化后,SBR系统达到了较为稳定的脱氮效果,平均氨氮去除率为（93.13%±4.91%）,内碳源反硝化效率为（49.62%±8.97%）.驯化后的污泥淘汰了反硝化聚磷菌（DPAOs）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）,富集了DGAOs和AOB,其丰度从接种时的0.13%和0.20%分别上升到7.13%和1.11%,实现了低C/N下内碳源驱动短程硝化反硝化.     

电磁波加载内回流硝化液对A/A/O缺氧池反硝化功能的影响

为了提升缺氧池的反硝化功能,对A/A/O系统的内回流硝化液进行电磁波加载.考察了加载时间（T）75s,加载功率（P）分别为100和400W的条件下,不同的硝化液加载百分比（L）（5%、10%、20%）对A/A/O系统功能的影响,优选出工况Ⅰ、工况Ⅲ和工况Ⅵ,分析3种工况下缺氧池混合液的微生物特性和群落结构变化.结果表明电磁波加载可致硝化液絮体结构破裂,有机物的溶出为缺氧池补充大量反硝化碳源,促进异养反硝化菌（Dechloromonas、Azospira、Haliangium）的富集,冗余分析（RDA）结果表明电磁波加载功率增大会使缺氧池中Dechloromonas大量富集.缺氧池的反硝化速率得到较大提高.电磁波加载条件为P=100W,T=75s,L=10%时,池内污泥的比亚硝酸盐还原速率（SNIRR）和比硝酸盐还原速率（SNRR）分别提升至（10.15±1.02）和（14.37±0.63） mg N/（g MLVSS·h）,比未加载时分别提高了20.55%和46.63%;当电磁波加载条件为P=400W,T=75s,L=10%时,二者提高至（10.57±0.82）和（12.16±0.74） mg N/（g MLVSS·h）,比未加载时分别提高了25.53%和28.03%,表明电磁波加载内回流硝化液能够提高A/A/O缺氧池的反硝化功能.     

基于MBBR的CANON工艺处理消化液中试启动

基于移动床生物膜反应器（MBBR）成功启动了自养脱氮工艺（CANON）处理污泥消化上清液.采用8.55m³中试系统,反应器内部填充SPR-Ⅲ填料,填充率44%,通过动态流接CANON污泥（接种比例<1%）,经过70d成功启动CANON工艺.运行至200d,TN去除负荷稳定在0.9kgN/（m³·d）,出水氨氮浓度均值63.9mg/L,氨氮和总氮去除率均值分别为91%和85%.进水中存在的少量有机物使系统同时存在反硝化和厌氧氨氧化两种脱氮途径,促进了总氮的去除,对总氮去除的贡献分别占5%~7%和93%~95%.通过对pH值和曝气强度的控制,防止了悬浮载体结垢,平衡了DO、曝气强度以及生物膜厚度三者之间的关系,使生物膜始终处于适宜的厚度,稳定了系统的处理效果.高通量测序表明悬浮载体上的优势菌种为氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AnAOB）,其丰度整体呈增长趋势,至稳定运行期可达到17%和14%.系统无NOB存在,短程硝化效果良好,反硝化菌群丰度在2%~3%并相对稳定,进水中存在的少量有机物不会影响厌氧氨氧化菌的增殖.     

菜地氨氧化微生物驱动的N2O和NO对有机无机肥配施的响应

氨氧化细菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）是驱动土壤氨氧化过程的"引擎".氨氧化过程在土壤氧化亚氮（N₂O）和一氧化氮（NO）排放过程中扮演着重要角色.有机无机肥配施是实现化肥零增长和作物稳产增产的重要途径，但在有机无机肥配施下，菜地土壤AOB和AOA对氨氧化过程的相对贡献仍不清楚.本研究采用选择性抑制的方法（辛炔和乙炔）区分有机肥添加近3年后（2016年10月—2019年5月）AOB和AOA在氨氧化过程中对碱性菜地土壤N₂O和NO产生的相对贡献.试验共设5种施肥处理：不施氮肥（CK）、单施尿素（N）、单施有机肥（M）、50%尿素+50%有机肥（M1N1）和80%尿素+20%有机肥（M1N4）.结果表明，有机无机肥配施（M1N1和M1N4）可显著增加土壤电导率、有机碳和全氮含量.培养试验发现，与N处理相比，M和M1N1处理分别使N₂O排放量增加100.7%和38.8%，NO排放量增加77.9%和42.8%，AOB基因丰度增加16.6%和10.2%，同时，AOB对N₂O排放的相对贡献增加6.5%.相反，M1N4处理分别使N₂O和NO排放量降低19.3%和4.8%，AOB基因丰度降低37.5%，同时，AOB对N₂O及NO排放的相对贡献分别降低7.8%和7.4%.相关分析表明，土壤N₂O和NO累积排放量与土壤AOB基因丰度呈显著正相关（p<0.05），与土壤AOA基因丰度无显著相关性.有机无机肥配施下AOB是氨氧化过程的主要驱动者，适当比例的有机无机肥配施（即M1N4）措施可在一定程度上减弱AOB对碱性菜地土壤N₂O及NO排放的相对贡献.     

进水碳氮比对生物膜微生物群落及系统脱氮性能的影响

为了解析进水C/N对生物膜法处理性能的影响,研究了C/N从2. 5下降至0. 14过程中生物膜形态特征及微生物群落结构的变化。生物膜系统在进水C/N为2. 5条件下启动并运行54 d,生物膜污泥浓度增至19. 6 mg/cm3,生物膜呈黑色且形态疏松,系统氨氮去除率由初始的88%逐渐降至20%。进水C/N降低至0. 14并继续运行105 d,进水C/N降低后,生物膜逐渐脱落,生物膜污泥浓度降至10. 1 mg/cm3。随后生物膜的生物量开始稳定,并逐渐增至C/N降低前的水平,氨氮去除率逐渐恢复最终达到88%。进水C/N波动对生物膜形态和微生物群落均有显著影响。随着进水C/N降低,生物膜形态密实呈砖红色,微生物多样性增加,生物膜中的放线菌门相对丰度减少,绿弯菌门和变形菌门相对丰度增加,Denitratisoma、Nitrosomonas和厌氧氨氧化菌逐渐被富集,生物膜系统逐渐稳定,实现了良好的脱氮效果。     

利用垃圾渗滤液富集培养氨氧化菌

确保活性污泥中适当的氨氧化菌(AOB)的数量及活性对污水生物除氮过程至关重要,投加富集AOB是增加活性污泥中AOB浓度的方法之一. 为了经济有效地获取富集的AOB并有效处理难降解的垃圾渗滤液,对利用垃圾渗滤液富集培养AOB的可行性进行了研究. 采用烟台市生活垃圾填埋场的垃圾渗滤液作为培养基,利用辛安河污水处理厂A2/O工艺二沉池的回流污泥进行接种,通过更代方式富集培养AOB. 结果显示:更代4次后,菌液中AOB的浓度增至原来的5.6倍;向活性污泥中投加14.5%的经过4次更代富集培养的AOB,氨氧化速率提高了65.4%,从而验证了利用垃圾渗滤液富集AOB是可行的.      

A2N双污泥反硝化除磷系统微生物的先间歇后连续培养及快速启动

以实际生活污水为对象,研究了反硝化聚磷菌(DPB)的驯化培养以及A2N双污泥反硝化除磷系统的快速启动.采用先独立培养反硝化聚磷菌和好氧硝化生物膜再连续运行的方式成功地快速启动了A2N系统.采用污水处理厂除磷工艺中的活性污泥为种泥,在SBR系统中以先A/O(厌氧,好氧)后A/A(厌氧,缺氧)的方式运行.32 d成功地使反硝化聚磷菌成为优势菌属.在SBR反应器中,采用硝化效果较好的活性污泥为种泥,好氧硝化生物膜30 d挂膜成功.氨氮去除率稳定在99%以上.然后.A2N系统连续运行,11d后系统反硝化除磷效果进入稳定状态,出水氨氮和正磷酸盐浓度均为O,硝态氮为10.26 mg/L,出水COD为19.56 mg/L,COD、氨氮、总氮和磷去除率分别为91%、100%、77%和100%,说明A:N系统具有很好的脱氮除磷效果,认为系统启动成功.     

高盐高碱环境下硝化反硝化过程及N2O产生特征

采用稳定运行在高盐高碱环境厌氧/好氧/缺氧(A_n/O/A)模式下的序批式生物膜反应器(SBBR),考察在不同碳氮比(C/N)条件下,硝化反硝化过程及N_2O产生特征.结果表明,在C/N为5、2和对照组(C/N=0)时,总氮去除率分别为(98. 17±0. 42)%、(65. 78±2. 47)%和(44. 08±0. 27)%; N_2O的产生量分别为(32. 07±2. 03)、(21. 81±0. 85)和(17. 32±0. 95) mg·L~(-1); N_2O转化率(N_2O产生量在去除总氮中的比例)分别为(29. 75±0. 93)%、(30. 04±2. 17)%和(41. 69±0. 80)%.高盐高碱条件下,亚硝酸盐氧化菌(NOB)受到很强的抑制作用,硝化过程基本停留在亚硝酸盐阶段.由于高盐高碱环境对N_2O还原酶活性的抑制,使得异养反硝化过程产生了大量N_2O,随着碳氮比的增大,有更多的碳源用于反硝化过程,因而总氮去除率和N_2O产生量均随之增加.随着碳氮比的增大,N_2O转化率随之降低,这可能是由于异养反硝化过程氮素还原酶对电子的竞争所形成的,碳氮比越高,电子竞争越弱.高通量测序表明:在SBBR中,氨氧化细菌(AOB)被富集,而几乎不存在NOB;优势异养反硝化菌属主要是Thauera、Azoarcus和Gemmobacter.     

A2N双污泥反硝化除磷系统微生物的先间歇后连续培养及快速启动

以实际生活污水为对象,研究了反硝化聚磷菌（DPB）的驯化培养以及A₂N双污泥反硝化除磷系统的快速启动.采用先独立培养反硝化聚磷菌和好氧硝化生物膜再连续运行的方式成功地快速启动了A₂N系统.采用污水处理厂除磷工艺中的活性污泥为种泥,在SBR系统中以先A/O（厌氧/好氧）后A/A（厌氧/缺氧）的方式运行,32 d成功地使反硝化聚磷菌成为优势菌属.在SBR反应器中,采用硝化效果较好的活性污泥为种泥,好氧硝化生物膜30 d挂膜成功,氨氮去除率稳定在99%以上.然后,A₂N系统连续运行,11 d后系统反硝化除磷效果进入稳定状态,出水氨氮和正磷酸盐浓度均为0,硝态氮为10.26 mg/L ,出水COD为19.56 mg/L ,COD、氨氮、总氮和磷去除率分别为91%、100%、77%和100%,说明A₂N系统具有很好的脱氮除磷效果,认为系统启动成功.     

Contributions of biofilm and suspended sludge to nitrogen transformation and nitrous oxide emission in hybrid sequencing batch system

Hybrid system combines the nature of suspended growth and attached growth has been widely applied to wastewater treatment. In this research, the contributions to N transformation and N2O emission by biofilm and suspended sludge in the hybrid sequencingbatch reactor for a simultaneous nitrification, denitrification and phosphorus removal process were investigated. For the hybrid system, nitrification occurred mostly in the suspended sludge, while the biofilm played the major role in denitrification. The interaction of the biofilm and the suspended sludge in the same reactor resulted in a better overall nitrogen removal performance with simultaneous nitrification and denitrification. However, N2O emission was the main end product of nitrogen removal for the hybrid system; while it was N2 for the biofilm. The relative low N2O emissions from the pure biofilm and the pure suspended sludge corresponded to the relatively high nitrate at the end of the aeration period compared with the hybrid system.     

乙酸钠丙酸钠配比对A2/O-BCO反硝化除磷及菌群结构的影响

采用厌氧/缺氧/好氧和生物接触氧化反应器（A²/O-BCO）组成的反硝化除磷系统处理模拟生活污水,通过调节进水乙酸钠、丙酸钠的配比（乙酸钠：丙酸钠分别为1：0,2：1,1：1,1：2和0：1）,考察了系统对有机物的去除以及同步脱氮除磷的影响,同时通过高通量测序对比了不同配比下微生物菌群结构的变化.结果表明：乙酸钠丙酸钠配比对有机物和NH₄⁺-N的去除影响较小,对厌氧段有机物的消耗和TN的去除率以及磷的释放和吸收影响较为明显;TP去除率仅为50.3%~56.8%,需进一步优化系统的运行参数.当乙酸钠：丙酸钠=1：1时,厌氧段有机物消耗量最大,占有机物流入量的61.2%,厌氧释磷量最大（23.2mg/L）且缺氧吸磷率最高（71.4%）,而TN的去除效果则随丙酸钠含量的增加而增加.高通量测序结果表明：A²/O反应器中微生物多样性降低,混合碳源污泥中微生物多样性比单一碳源更丰富;驯化后的污泥中绿弯菌（Chloroflexi）和螺旋菌（Saccharibacteria）减少,变形菌（Proteobacteria）和拟杆菌（Bacteroidetes）增加.BCO反应器中Nitrospira和Nitrosomonas总占比为2.1%~31.4%,且抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,有利于短程硝化的实现.     

短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺深度处理垃圾渗滤液

为解决垃圾渗滤液中高浓度污染物对微生物的毒性抑制、生物处理出水有机物或氮不达标及投加碳源成本高的问题,采用UASB(上流式厌氧污泥床)-A/O(缺氧/好氧)反应器-ANAMMOXR(厌氧氨氧化反应器)工艺,通过短程硝化-ANAMMOX(厌氧氨氧化)深度处理实际垃圾渗滤液与生活污水混和液(体积比为1∶10),其ρ(COD_Cr)、ρ(NH₄+-N)和ρ(TN)分别为(750±30)(290±10)和(300±10)mg/L,试验共进行90 d. 结果表明:COD_Cr、NH₄+-N和TN的去除率分别为88%±1%、95%±1%和91%±1%,最终出水质量浓度分别为(67±5)(15±2)和(35±5)mg/L,满足GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》的排放要求. A/O反应器中的ρ(FA)(FA为游离氨)在0.21～1.38 mg/L之间,可抑制NOB(硝酸细菌),使AOB(氨氧化细菌)成为优势菌种,从而实现并维持NO₂--N积累率(70%～96%)较高的短程硝化,继而在ANAMMOXR中通过ANAMMOX去除残余NH₄+-N和NO₂--N,实现系统对氮的深度去除.      

生活污水常温处理系统中AOB与NOB竞争优势的调控

常温（19℃±1℃）条件下,采用SBR工艺处理低碳氮比（C/N）实际生活污水,研究氨氧化菌（AOB）与亚硝酸盐氧化菌（NOB）竞争优势的调控,在接种全程硝化污泥的系统中使AOB成为优势菌群,启动并维持常温短程硝化.通过控制曝气量为40 L/h使系统溶解氧处于较低水平（DO_average<1.0 mg/L）,同时结合好氧硝化时间的优化控制,即在pH值“氨谷"点前及时停止曝气的短周期定时控制,强化AOB的竞争优势.待AOB的竞争优势初步形成后（亚硝酸盐积累率NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N达到50％）,每周期曝气时间随着NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N的提高由3 h逐步延长至4 h、 5 h,从而提高NH⁺₄-N去除率,进一步增强AOB在系统中的竞争优势,短程硝化成功启动,NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N稳定在95%以上.FISH检测结果表明AOB大约占总菌群的9.97％.在线控制好氧硝化时间可以很好地维持短程硝化效果,NH⁺₄-N去除率达到97%以上.研究还表明,对于全程硝化污泥常温下如果不限制溶解氧,单纯依靠短周期定时控制无法使AOB成为优势硝化菌群.