侧流FNA抑制的CANON颗粒-絮体复合系统参数优化

为探究侧流游离亚硝酸(FNA)处理抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)策略相关工艺参数的最佳组合,在颗粒-絮体复合系统的全程自养脱氮(CANON)工艺中,采用批次试验探讨污泥沉降时间、FNA处理浓度及处理时间对相关功能菌活性的影响,针对性抑制NOB活性,降低FNA对功能菌活性影响.结果显示,沉降时间影响处理污泥中功能菌群活性,随着沉降时间的延长,排出污泥中厌氧氨氧化菌(AnAOB)活性逐渐减弱.沉降1min后进行排泥排出了大部分NOB并且反应器内保留了尽可能多的AnAOB,此时排出的污泥中AnAOB、氨氧化菌(AOB)和NOB的相对活性分别为15.79%、54.55%和68.63%.综合FNA对NOB和AOB活性的影响,采用0.6mg/L的FNA抑制12h后AOB活性为38.71%,而NOB活性仅为12.5%.响应曲面分析结果显示,FNA处理时间、处理浓度是影响NOB、AOB活性的关键因素.     

基于侧流FNA处理的颗粒-絮体污泥CANON启动

为探究游离亚硝酸(FNA)侧流处理絮体污泥抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性启动全程自养脱氮(CANON)工艺的可行性,考察了FNA处理对氨氧化菌(AOB)和NOB活性的影响,探究在颗粒-絮体污泥SBR反应器中水力筛分的絮状污泥经侧流FNA处理的运行效果. 结果表明:0.6mg/L FNA处理后的R1经过30d运行,NH₄⁺-N去除率恢复到处理前的水平,并且短程硝化稳定,系统平均出水总氮为13.84mg/L,且△NO₃^--N/△NH₄⁺-N比值接近CANON反应方程式理论比值0.11,成功启动CANON工艺. 而0mg/L FNA处理的R2由于NOB大量增殖导致启动失败. 批次试验结果证实,经过0.6mg/L FNA处理后,6h内NOB活性仅为对照组(FNA=0mg/L)的16.39%,并且在随后的运行中并未发现NOB活性的恢复,NOB得到了有效的抑制. 但与此同时,AOB的活性也受到了影响,反应器中NH₄⁺-N去除率仅为处理前的69.69%,AOB活性6h仅恢复68.06%.     

低C/N比CANON工艺脱氮机制分析

该文在微氧升流反应器中构建颗粒-絮体污泥体系,以乙酸钠作为碳源,探究了C/N对CANON工艺脱氮效率的影响,并分析了低C/N下该工艺的脱氮机制。当C/N=0.75时,TN和NH₄⁺-N去除率达到了最高值92%和95%。而当C/N从0.75增长至1时,TN和NH₄⁺-N去除率分别下降至80%和85%;C/N回调至0.75后,10 d左右反应器性能恢复至91%TN去除率。C/N=0.75时脱氮贡献分析和粒度分布表明AnAOB对NO₂^--N的摄取处于优势地位,反应器内主要发生Anammox反应和短程反硝化反应,合适的C/N并不会导致异养菌取代AnAOB的优势地位,且Anammox反应的脱氮贡献在56%～62%之间。     

一体化全程自养脱氮(CANON)工艺的效能及污泥特性

在氨氮浓度梯度升高的条件下,通过控制DO等方式在一体化CSTR反应器中实现了一体化全程自养脱氮(CANON—completely autotrophic nitrogen removal over nitrite).结果表明随进水氨氮浓度(76.05~583.93mg/L)的升高,系统的氨氮和总氮去除负荷逐渐提高,试验期间无亚硝态氮的积累,反应器后期在高氨氮进水下最高氨氮去除率84.4%,最高去除负荷0.42kg/(m3·d);最高总氮去除率72.0%,最高去除负荷0.35kg/(m3·d).污泥氧消耗速率实验得出好氧氨氧化菌的耗氧速率为169.46 mgO2/(gVSS·h)、硝酸化细菌的好氧速率为39.63 mgO2/(gVSS·h).采用总氮去除量和硝态氮产生量的比值(△TN/△NO3-)表征硝酸化反应对出水氨氮浓度的影响.试验进一步研究了反应器内污泥形态的变化,得出第102d的污泥粒径(86.36μm)比第30d(54.09μm)增加60%,污泥的SEM分析得出实验后期相对于前期污泥表面丝状菌减少,胞外聚合物增多.以上结果表明该反应器具备良好的造粒功能,有利于自养脱氮工艺的启动与稳定.     

一体化全程自养脱氮(CANON)工艺的效能及污泥特性

在氨氮浓度梯度升高的条件下,通过控制DO等方式在一体化CSTR反应器中实现了一体化全程自养脱氮(CANON—completely autotrophic nitrogen removal over nitrite).结果表明随进水氨氮浓度(76.05~583.93mg/L)的升高,系统的氨氮和总氮去除负荷逐渐提高,试验期间无亚硝态氮的积累,反应器后期在高氨氮进水下最高氨氮去除率84.4%,最高去除负荷0.42kg/(m3·d);最高总氮去除率72.0%,最高去除负荷0.35kg/(m3·d).污泥氧消耗速率实验得出好氧氨氧化菌的耗氧速率为169.46 mgO2/(gVSS·h)、硝酸化细菌的好氧速率为39.63 mgO2/(gVSS·h).采用总氮去除量和硝态氮产生量的比值(△TN /△NO3-)表征硝酸化反应对出水氨氮浓度的影响.试验进一步研究了反应器内污泥形态的变化,得出第102d的污泥粒径(86.36μm)比第30d(54.09μm)增加60%,污泥的SEM分析得出实验后期相对于前期污泥表面丝状菌减少,胞外聚合物增多.以上结果表明该反应器具备良好的造粒功能,有利于自养脱氮工艺的启动与稳定.     

磷酸盐对CANON工艺的脱氮特性研究

为考察全程自养脱氮(CANON)处理高浓度含氮磷废水的可能性,以人工配制高氨氮废水为进水,研究了磷酸盐对连续流CANON工艺的脱氮性能的影响.结果表明:CANON反应器控制p H在7.60~7.80,HRT为16.5 h和温度(30±1)℃的条件下,当磷酸盐浓度为30 mg·L~(-1)时,反应器的脱氮性能达到最高,NH+4-N平均去除率为98.3%,TN的平均去除率85.3%,NRR为1.1 kg·m~(-3)·d-1.磷酸盐浓度大于30 mg·L~(-1)时,反应器内的微生物浓度逐渐降低,总氮去除效率逐渐降低.在整个磷酸盐试验期间,磷酸盐对短程硝化无明显影响,而对ANAMMOX反应影响较大.     

长期低温对絮状-颗粒耦合CANON脱氮及菌群影响

在SBR反应器中探究长期低温对等污泥浓度比例絮状-颗粒(1:1～1:1.5)耦合CANON系统的脱氮效能和微生物群落结构的影响.结果表明,在经历长期低温(10℃)条件下运行并回温(10→30℃)后,等比例污泥CANON系统NH₄⁺-N、TN去除率及TN去除负荷与温度变化呈正相关性,在回温30℃下运行30d后分别达到72.4%、63.0%和0.094kgN/(m³·d).氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AAOB)活性与温度表现出正相关性,在回温后分别为0.025和0.049gN/(gVSS·d),分别为降温前(30℃)的83.3%和79.1%,NOB活性一直维持在较低水平(0.001gN/(gVSS·d)).高通量测序结果显示,长期低温对优势菌门无明显影响.回温后,颗粒和絮状污泥中的优势菌门分别为Ignavibacteriae和Proteobacteria;回温后系统颗粒污泥中功能菌Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia(AAOB)相对丰度分别为6.017%、2.623%,其在絮状...     

Fe(Ⅱ)对CANON工艺处理城镇污水脱氮性能的影响

全程自养脱氮(CANON)工艺,作为新型脱氮工艺应用于城镇污水深度脱氮过程中,有望降低污水处理的运行费用。考察了亚铁离子[Fe(Ⅱ)]对CANON工艺启动及稳定运行时脱氮性能的影响。结果表明：15～23℃条件下投加6.3 mg/L Fe(Ⅱ)时,可有效启动并稳定运行CANON工艺处理城镇污水,该工艺氮去除负荷(NRR)、总氮去除率(TNRE)和氨氮去除率(ARE)分别为(4.8±1.1) g-N/(L³·d)、(97±1)%和(44.2±9.3)%;相关性分析表明,通过调控Fe(Ⅱ)投加量可有效抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性;本次优化的Fe(Ⅱ)投加量为6.3 mg/L,其对CANON工艺脱氮性能的影响机制与CANON工艺中功能微生物活性的提高、Fe(Ⅱ)与进水氨氮及其他氮化合物的循环反应、铁型反硝化过程以及铁型厌氧氨氧化过程的耦合有关。     

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.     

全自养脱氮颗粒污泥的培养及脱氮性能的恢复与强化

采用交替限氧-厌氧和低充放比(30%)运行模式,在SBR反应器中成功启动全自养脱氮(CANON)工艺,启动过程经历常规硝化主导阶段、短程硝化主导阶段和全自养脱氮阶段,总氮去除速率和总氮去除效率分别达到(312±15)mg/(L·d)和(71.2±4.3)%.培养得到的污泥中颗粒污泥(粒径3300μm)和絮状污泥(粒径<300μm)体积分别占污泥总体积的39%和61%.在自养脱氮性能恶化的SBR反应器进水中长期添加适量N2H4,反应器脱氮性能得以恢复甚至强化,反应器总氮去除速率升高到(480±34)mg/(L·d),颗粒污泥的比例增加到污泥总体积的51%.     

CANON生物膜载体储存及活性恢复研究

采用不同活性恢复手段研究了短期低温（20d,15℃）储存及常温（25℃）低负荷运行后,CANON-MBBR反应器的活性恢复效果.结果显示,CANON悬浮载体经短期低温储存后,通过先恢复温度后缓慢提高进水负荷的方式可使其TN去除负荷恢复率达到102%.若在温度未恢复的基础上直接将进水负荷提升至原水平运行,CANON悬浮载体生物膜将无法维持正常的EPS含量而易发生脱膜现象,致使TN去除负荷恢复率仅为84%.另外,系统有一定基质浓度的基础上,经过25d常温（25℃）低负荷SBR运行后,通过同样的恢复手段可使TN去除负荷恢复率达到96%.通过微生物菌群分析,确定CANON-MBBR系统中功能微生物优势菌属分别为Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia,采取合适的恢复手段使系统进入稳定运行阶段后,两者丰度均可分别达到11%以上及27%以上,且悬浮载体脱膜并未对微生物组成造成明显影响.     

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...     

低温对CANON型序批式生物膜反应器脱氮的影响

探究了4种低温水平下基于亚硝化的全程自养脱氮（CANON）型序批式生物膜反应器（SBBR）的运行效果及其氮素转化机制.结果表明,当CANON型SBBR在不同的低温水平下稳定运行后,其脱氮微生物优势菌群发生了不同程度的变化,随之改变了系统的氮素转化途径及其脱氮性能.当温度>15℃时,SBBR中AOB和anammox菌的丰度与活性未受到明显抑制,CANON作用始终是系统脱氮的主要途径,SBBR对TN的平均去除率亦较为理想;而当温度<15℃时,anammox菌的丰度与活性在10,5℃下分别出现不同程度的降低,进而改变了SBBR的氮素转化途径,使其脱氮性能出现不同程度的恶化.在10℃时,NOB的增殖及其活性的提高使硝化/反硝化作用取代CANON作用成为SBBR脱氮的主要途径,此时系统对TN的去除率骤降至（16.87±4.79）%;在5℃时,反硝化过程中第1步还原反应的停滞与反硝化菌对NO₂^--N利用率的提高使SBBR中氮素的去除依赖于CANON作用和短程硝化/反硝化作用的协同,系统对TN的去除率为（54.83±3.68）%.     

CANON工艺处理猪场沼液的启动及微生物种群结构分析

在连续流合建式反应器内接种普通活性污泥,以实际猪场沼液作为进水,保持温度为(30±1)℃,控制低溶解氧(DO浓度为(0.5±0.1)mg·L~(-1)),通过分阶段提高氨氮浓度的方式启动CANON(Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)工艺,同时采用高通量测序技术对反应器启动前后的微生物种群结构进行分析.结果表明,反应器可在210 d实现成功启动CANON工艺,启动成功后,当猪场沼液进水氨氮浓度为450 mg·L~(-1)时,氨氮和总氮的去除率分别达到69.8%和61.1%;出水(NO_3~--N+NO_2~--N)/ΔNH_4~+接近0.11.同时,CANON工艺启动成功后,微生物种群结构发生了很大的变化:其优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)(36.16%)、绿弯菌门(Chloroflexi)(14.22%)、浮霉菌门(Planctomycetes)(11.07%)、酸杆菌门(Acidobacteria)(10.41%)和绿菌门(Chlorobi)(12.82%);与脱氮功能相关的菌属为Candidatus_Brocadia (ANAMMOX菌)、Nitrosomonas(AOB菌)、Comamonadaceae(反硝化菌)和Xanthomonadaceae(反硝化菌)等.     

基于硫化物硝酸菌抑制的城市污水单级自养脱氮工艺研究

采用外循环序批式反应器(ECSBR),通过向反应器中分阶段投加硫化物,成功抑制体系中亚硝酸氧化菌(NOB)的活性,实现了城市污水单级短程硝化/厌氧氨氧化自养生物脱氮,出水氨氮为3.78 mg·L-1,氨氮去除率为88.4％,氮去除负荷为66.8 g·m-3·d-1.在投加硫化物前,系统氮转化途径以全程硝化为主,出水硝酸盐为13 ～22 mg·L-1,生成硝态氮与去除氨氮比值＞0.9.在投加硫化物后,NOB的活性受到了抑制,出水硝酸盐降为4.18 mg·L-1,生成硝酸盐与去除氨氮比值平均为0.17.体系中大量的氮以氮气的形式被去除,占进水氮的65.4％.氮转化途径由全程硝化向短程硝化/厌氧氨氧化耦合脱氮转化.研究还表明,硫化物对于体系NOB的抑制是可逆的,停止投加硫化物后,NOB的活性又重新恢复.因此,分阶段投加硫化物能保证反应过程中对NOB的持续抑制作用,为实现单级自养脱氮工艺的快速启动和稳定维持提供了一种新的策略.     

AnMBR-Anammox耦合污水甲烷回收及自养脱氮的工艺特性研究

本研究分别启动了厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)和部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器(Partial Nitrification/Anammox, PN/A),两者达到稳态后耦合为"AnMBR+PN/Anammox"新系统,实现前段有机质甲烷化、后段自养脱氮的污水处理目的.耦合系统运行结果表明:化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)在AnMBR的去除率为96%,其中80.3%的COD在此段转化为CH_4,Anammox内一定的反硝化作用进一步强化了COD去除,系统COD总去除率达97%以上;氮污染物经AnMBR处理后均以NH~+_4-N形态存在,再经PN/A处理后,总氮(total nitrogen, TN)平均去除率达78%;系统出水COD和TN值分别低于13和11 mg·L~(-1).因此,AnMBR-Anammox耦合系统在同步实现污水甲烷回收、自养脱氮、低碳氮排放方面具有显著优势,本研究结果为开发AnMBR-Anammox耦合新工艺提供了理论依据.     

流量分配对短程生物脱氮过程中N2O产生的影响

利用SBR反应器,通过在线pH曲线控制好氧-缺氧反应时间,成功实现了短程生物脱氮,并考察了分段进水条件下流量分配对SBR反应器运行性能及N2O产量的影响.结果表明,与原水分2次在不同阶段等量加入反应器的二段进水方式相比,原水分3次等量进入反应器的三段进水方式能够有效降低脱氮过程中外碳源投加量和氧化亚氮产量;氧化亚氮主要产生于硝化过程,反硝化过程能够将硝化阶段积累的N2O还原至N2.2次、3次等量进水条件下,生物短程脱氮过程中乙醇投加量分别为0.8和0.6 mL,N2O释放量分别为8.86和5.05 mg·L-1(以N计).硝化过程中NO-2-N的积累是导致系统N2O产生的主要原因.