间歇曝气模式下曝气量对短程硝化恢复的影响

采用SBR反应器在间歇曝气模式下对搁置2个月的短程硝化污泥进行恢复,控制曝气量分别为120、100、80和60L·h-1,在温度为25℃、交替好氧/缺氧时间比为30 min/30 min条件下处理实际生活污水,进水氨氮浓度为50~80 mg·L~(-1),出水氨氮浓度分别在第12、18、21和21周期之后稳定在5 mg·L~(-1)以下,氨氮去除率均高达95.00%左右;第30、35、38和42周期时,亚硝氮积累浓度分别达到20.83、22.81、21.50和20.73 mg·L~(-1),硝氮出水浓度均低于0.5 mg·L~(-1),亚硝积累率均高于99%,氨氧化菌(AOB)活性最终均稳定在100.00%左右,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性逐渐被抑制,4种曝气量下均成功实现了短程硝化的恢复.     

不同曝气量对SBBR短程硝化微生物特性及氮转化的影响

在实验室规模的序批式生物膜反应器(SBBR)中研究了不同曝气量(7.2、12.0、15.6L·h-1,对应反应器中平均溶解氧浓度分别为0.5、0.8、1.2mg·L-1)下生物膜的生物特性变化及短程硝化过程规律.结果表明:减小曝气量使反应器内溶解氧浓度降低,将导致生物膜的总生物量下降,生物膜中氨氧化菌逐渐成为优势菌,无论数量还是生物活性均高于亚硝酸氧化菌,利于亚硝酸盐积累;在一个反应周期中,生物膜对溶解氧需求的分配是不同的,曝气初期溶解氧主要用于异氧菌对COD的降解,其后用于氨氮转化.根据上述规律,提出在短程硝化过程中采用"梯级递减式曝气"供氧新策略,即在反应初期保持一种较大的曝气量,提高反应器溶解氧浓度,促进COD快速降解,随后保持一种小曝气量使反应器中溶解氧维持较低的浓度,从而促进亚硝酸盐积累及优化供氧效率.     

同步短程硝化-厌氧氨氧化-短程反硝化颗粒污泥培育过程及其性能

本研究以低碳氮比废水为基质,厌氧氨氧化污泥优配普通活性污泥为接种物,在新型气升式内循环反应器中培育同步短程硝化-厌氧氨氧化-短程反硝化颗粒污泥.结果表明,经过225 d的连续运行可培育成熟稳定的颗粒污泥,其总氮去除率高达91.4%.相较于絮状污泥,颗粒污泥中厌氧氨氧化活性显著增加,并且厌氧氨氧化活性在4个脱氮过程中活性最大,其次是短程硝化,且短程反硝化比活性是亚硝酸盐还原比活性的2.1倍.高通量测序结果表明,颗粒污泥中短程硝化和厌氧氨氧化的优势菌分别为Nitrosomonas和Candidatus_Brocadia,并相较于絮状污泥,它们的丰度分别增加至0.70%和0.57%.Thauera可能是颗粒污泥中潜在的短程反硝化优势菌,其丰度达到0.26%.RT-qPCR分析结果表明,相比接种阶段,短程硝化的功能基因amoA和hao转录水平分别增加了3.5和1.5倍,厌氧氨氧化功能基因hzsA转录水平增加了2.1倍,短程反硝化过程中napA和narG转录水平增加的倍数之和是nirK和nirS的倍数之和的4.8倍.本研究结果将为处理低碳氮比废水提供新的思路.     

高氨氮废水半短程硝化控制及曝气经济性运行优化

本研究进水模拟了污泥消化液、晚期垃圾渗滤液等高氨氮低碱度低碳氮比的废水,在碱度缺乏(不足以实现完全短程硝化)条件下获得了稳定的半短程硝化,并通过曝气量和污泥浓度(MLSS)双因素调控,实现了半短程硝化的高效经济运行.研究表明,进水碱度缺乏条件下短程硝化体系出水亚硝氮/氨氮浓度比值y与进水HCO3-∶NH4+物质的量的比...     

溶解氧对短程硝化稳定性及功能菌群的影响

在常温条件下,采用序批式反应器（SBR）研究不同溶解氧（DO）浓度对短程硝化稳定性的影响.在低DO （0.5mg/L）条件下,前75个周期可以一直维持短程硝化,亚硝积累率（NAR）在80%以上,但是随着运行周期增加,NAR逐渐减少,到105个周期已完全变为全程硝化.通过接种同一污泥提高DO浓度到2.5mg/L,经过180个周期,NAR始终在90%以上,能够长期维持短程硝化的稳定运行.通过不同DO条件下AOB和NOB的氧半饱和常数对比分析及qPCR试验研究,结果表明长期低DO条件下容易使Nitrospira的生长获得优势,Nitrospira是影响短程硝化稳定的重要因素,高DO条件下,AOB对溶解氧具有更高的亲和力,通过提高供氧浓度的策略,可以维持短程硝化的长期稳定.     

运行模式对同步短程硝化反硝化脱氮及微生物群落特征的影响

采用复合序批式生物膜反应器（HSBBR）处理高盐废水,实现了同步短程硝化反硝化脱氮。考察了运行模式对同步短程硝化反硝化系统COD去除和脱氮性能的影响,利用高通量测序技术分析了微生物群落的变化。结果表明:当反应器以缺氧/好氧交替模式运行时（缺氧/好氧时间比为2.0 h/4.5 h）,NH₃-N、总无机氮（TIN）和COD去除率分别为95.00%、84.83%和86.72%,出水中含有NO₂--N和NO₃--N。以完全好氧模式运行时（缺氧/好氧时间比为0.0/6.5 h）,NH₃-N去除率达到100.00%,TIN和COD去除率分别为85.94%和89.46%,出水中只含有NO₂--N。高通量测序结果表明:在门水平上,2种模式下生物膜和悬浮污泥中的优势菌均为变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）;Nitrosomonas是本研究检测出的唯一氨氧化菌（AOB）属,当反应器由缺氧/好氧交替模式转换为完全好氧模式时,悬浮污泥和生物膜中Nitrosomonas的相对丰度均增加;悬浮污泥和生物膜中优势反硝化菌属相似,包括Candidatus_Competibacter、Paracoccus、Thauera和Denitratisoma,在完全好氧模式下,悬浮污泥和生物膜中Candidatus_Competibacter和Thauera的相对丰度较低,而Paracoccus和Denitratisoma的相对丰度较高。多种反硝化菌与氨氧化菌的共同作用,使反应器能够实现高效同步短程硝化反硝化脱氮。     

曝气量及COD浓度对SBBR同步硝化反硝化效能的影响

采用悬浮球形填料,以人工模拟生活污水为原水,研究了曝气量及进水COD浓度对序批式膜生物反应器(SBBR)内同步硝化反硝化(SND)效能的影响。试验结果表明,在0.025~0.070 m3/h的曝气量范围内,SBBR的COD及NH4+-N去除率都能达到90%左右,COD和NH4+-N的降解过程具有时序性,即曝气初期以COD降解为主,待COD降解基本完成后,NH4+-N降解速率才明显提高。SBBR内同步硝化反硝化效率与曝气量成反比,即曝气量越低,TN去除率越高;当曝气量为0.025 m3/h时,TN去除效率最高,达到73.26%。在200~700 mg/L的进水COD浓度范围内,COD去除率始终维持在90%左右,TN去除率随着进水COD浓度增加呈现先升高后降低的变化趋势。     

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.     

固定化氨氧化细菌短程硝化稳定性研究

以高分子聚合物为载体,采用细胞增殖技术固定氨氧化细菌,研究了氨氮负荷、HRT、初始游离氨(FA)和有机物等因素对短程硝化过程稳定性的影响.实验结果表明,当进水氨氮负荷分别为100、150和200 mg/L时,出水氨氮浓度均小于10 mg/L;当进水氨氮浓度为25.8、51.1和93.3 mg/L时,分别经历3、6、12 h后,出水氨氮浓度低,亚硝化效果好,可以根据进水氨氮浓度的变化,适当地凋整系统水力停留时间(HRT)并优化系统的运行;当游离氨(FA)浓度>9 mg/L时,对氨氧化细菌会产生抑制;低分子有机物的存在对氨氧化细菌的活性具有一定的促进作用,有机物浓度对亚硝化率基本不产生影响,实验过程中在有机物存在的条件下.发生了短程硝化反硝化反应.使得系统总氮减少.     

不同DO下MBR内微生物群落结构与运行效果关系

应用A/O-MBR处理实际生活污水,考察了不同溶解氧(DO)条件下,微生物群落结构与其处理效果的对应关系.结果表明,DO浓度在0.2~4.0mg/L对COD去除效果无明显影响,COD平均去除率均在90%以上.DO浓度变化对NH4+-N去除影响较大,DO浓度下降到0.2mg/L时,NH4+-N平均去除率由99%下降到65%.通过PCR-DGGE分析,较高DO条件下(4.0,2.0mg/L)的总细菌微生物群落多样性高于较低DO条件(0.5,0.2mg/L),但其群落结构变化与与反应器的处理效果对应关系不明显;氨氧化菌的群落结构变化较明显,且在不同的DO条件下起主要作用的氨氧化菌的菌属不同,其群落变化与反应器的NH4+-N去除效果相对应,DO为2.0,0.5mg/L时氨氧化菌群落结构比较相似,此时反应系统的脱氮效果也比较好.     

不同短程硝化系统中微生物群落结构的对比分析

为探讨有机碳源对短程硝化系统中微生物群落结构的影响,采用构建克隆文库的方法对模拟无机城市生活污水和模拟实际城市生活污水短程硝化系统中的微生物群落结构进行对比分析.实验结果表明,变形菌门(Proteobacteria)和未培养菌(uncultured bacterium)是两系统中的优势菌群.两系统中的菌群结构存在差异,但优势菌群及其所占比例相似.两系统中的主要脱氮菌类群也相似,但由于有机碳源浓度的不同其菌属及比例有所差异.无机短程硝化系统中的脱氮菌群包括亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化螺菌属(Nitrospira)和Denitratisoma,其中自养硝化菌的比例高于其在有机短程硝化系统中的比例,但仍低于异养菌在该系统中的比例.有机短程硝化系统中的脱氮菌群主要包括β-Proteobacteria中的一些反硝化细菌和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),其中亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)的含量很少.     

不同曝气位点对微氧强化硫酸盐还原-反硝化脱硫效果及群落结构的影响

微氧强化硫酸盐还原-反硝化脱硫(SR-DSR)工艺因具有同步处理废水中COD、NO~-_3、SO■生成S~0且运行成本低、流程短的优势而受到关注.但因不同曝气方式而在反应器中形成的不同微氧区的位置对反应器运行效能、S~0转化率和群落结构的影响尚不明确.因此,本文以5 mL·min~(-1)·L~(-1)曝气速率、10.4 mmol·L~(-1)硫酸钠、31 mmol·L~(-1)乳酸钠和8 mmol·L~(-1)硝酸钾连续运行膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器,对比研究了回流槽中(底部)曝气(微氧区位于反应器下部)和反应区上部曝气(微氧区分别位于反应器上部和下部但DO更低)运行稳定后,反应器的运行效能、S~0转化率和功能微生物的演替规律.结果表明,上部曝气时乳酸盐去除率为100%,出水中乙酸盐浓度为9.1 mmol·L~(-1),丙酸盐浓度为3.7 mmol·L~(-1),NO~-_3去除率为100%,出水中NO~-_2浓度为0.35 mmol·L~(-1),SO■去除率为84%,出水中S~(2-)浓度为2.6 mmol·L~(-1),S~0转化率为59%.与底部曝气相比,上部曝气时出水中乙酸盐和丙酸盐浓度分别升高2.2和1.9 mmol·L~(-1),NO~-_2浓度下降0.15 mmol·L~(-1),S~(2-)浓度降低0.5 mmol·L~(-1),SO■去除率和S~0转化率分别下降6%和1%.上部曝气时,反应器下部和上部均存在相对减弱的微氧环境,使得反应器中硫酸盐还原菌(SRB)Desulfomicrobium和Desulfobulbus的总丰度分别增加9%和5%,硫氧化反硝化菌(soNRB)Halothiobacillaceae和Sulfurovum的丰度均减小3.1%,异养反硝化菌(hNRB)Comamonas的丰度升高0.2%,互营菌Synergistaceae的丰度减少37%.其中,反应器下部的SRB和soNRB总丰度分别升高28%和3%,为SO■还原和S~0转化提供了充分条件,而反应器上部的微氧环境又减弱了SO■还原过程,从而降低了反应器出水中的S~(2-).因此,在碳源充足的条件下,可以采取反应器上部曝气的方式创造微氧环境,既可以保证较高的S~0转化率,又可以减少出水中S~(2-)和NO~-_2的浓度.     

SBR法交替缺氧好氧模式下短程硝化效率的优化

采用SBR法以实际生活污水为研究对象,通过交替缺氧好氧的运行模式实现了短程硝化的快速启动.在不同的缺/好氧时间比条件下考察了短程硝化的启动时间、污染物处理效果以及氨利用速率的变化.结果表明,在缺氧/好氧时间比为1:1和2:1条件下,分别用了31,55d使得两系统的亚硝酸盐积累率达到90%,短程状态稳定.氨氮去除率达到95%以上,COD出水在50mg/L以下,总氮去除率提高20%,污染物的去除效率有所提高.由全程到短程的转变期间,系统氨利用速率分别提高了67.5%和89.8%,同时提高了短程硝化的效率.期间,污泥沉降性较好,污泥容积指数稳定在60~80mL/g.     

The effect of dissolved oxygen concentration on long-term stability of partial nitrification process

Dissolved oxygen (DO) concentration is regarded as one of the crucial factors to influence partial nitrification process. However, achieving and keeping stable partial nitrification under different DO concentrations were widely reported. The mechanism of DO concentration influencing partial nitrification is still unclear. Therefore, in this study two same sequencing batch reactors (SBRs) cultivated same seeding sludge were built up with real-time control strategy. Different DO concentrations were controlled in SBRs to explore the effect of DO concentration on the long-term stability of partial nitrification process at room temperature. It was discovered that ammonium oxidation rate (AOR) was inhibited when DO concentration decreased from 2.5 to 0.5 mg/L. The abundance of Nitrospira increased from 10^11.5 to 10^13.7 copies/g DNA, and its relative percentage increased from 0.056% to 3.2% during 190 operational cycles, causing partial nitrification gradually turning into complete nitrification process. However, when DO was 2.5 mg/L the abundance of Nitrospira was stable and AOB was always kept at 10^10.7 copies/g DNA. High AOR was maintained, and stable partial nitrification process was kept. Ammonia oxidizing bacteria (AOB) activity was significantly higher than nitrite oxidizing bacteria (NOB) activity at DO of 2.5 mg/L, which was crucial to maintain excellent nitrite accumulation performance.     

曝停时间比对间歇曝气SBR短程硝化的影响

常温条件下(20~25℃),以生活污水为研究对象,采用间歇曝气序批式反应器1#、2#、3#,研究了不同曝停时间比(3:1、3:2、3:3)对亚硝酸盐氮积累、亚硝化稳定性、污染物去除效果及污泥沉降性能的影响.结果表明,在一定范围内,单元停曝时间所占比例越大,即曝停时间比越小越有利于亚硝酸盐氮的积累,启动速度越快,三者分别经35,30,29d实现了亚硝化的启动;稳定运行阶段,三者的氨氮容积去除负荷分别为0.57,0.48,0.40d-1,曝停时间比越小,则氨氮去除负荷越小,COD去除效果没有明显区别;1#运行至第82d时,亚硝化率呈现逐渐下降的趋势,2#、3#仍能稳定运行,因此曝停时间比越小,越有利于抑制NOB的增殖,维持亚硝化的稳定,且污泥沉降性能越好,越有利于抑制丝状菌污泥膨胀.     

低氧条件下A2/O工艺对城市污水脱氮处理的中试研究

以巢湖市某污水处理厂实际污水为处理对象,基于节能降耗的需求开展A²O工艺中试研究.研究结果表明：当溶解氧从2mg/L降至0.5mg/L时,COD和氨氮的去除率分别为80%和90%,去除性能并未受到影响,没有出现亚硝酸积累,而TN的去除率有较大幅度的提升,从15%提升至44%.低溶解氧条件下,温度降低主要对TN去除率产生影响,从夏季的44%下降至冬季的29%,而氨氮的去除率仍维持在90%以上.由于进水碳源不足,出水主要以硝酸盐氮为主,低温脱氮率仅为29%.长期低氧条件下运行,AOB和NOB的优势种属为Nitrosomonadaceae和Nitrospira,相对丰度分别为2.33%和6.40%.系统NOB在数量和动力学性能上均优于AOB,同时发现存在Denitratisoma好氧反硝化菌,其相对丰度为1.59%.研究结果为低氧条件下实现城市污水脱氮提供了理论和实践依据.     

AOB溶解氧亲和力低于NOB条件下序批反应器中NOB淘汰的实现机制

经精确测定AOB和NOB的溶解氧半速度常数及其他动力学参数,研究在AOB溶解氧亲和力低于NOB条件下,在序批反应器中短程硝化实现机制.测得AOB和NOB的溶解氧半速度常数分别为0.46和0.14mg O₂/L.在这种条件下,AOB的最大比生长速率高于NOB是实现短程硝化的重要特点,测得的AOB和NOB最大比生长速率分别为0.65和0.45d^-1.两级硝化数学模拟的结果表明,在AOB的溶解氧亲和力低于NOB条件下,低溶解氧和高泥龄都不利于短程硝化实现,而较高溶解氧和低泥龄的组合条件有利于短程硝化实现.在序批反应中的实验结果验证了数学模拟结论的正确性.