多因素对ANAMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐过程影响

以厌氧氨氧化（ANAMMOX）菌利用零价铁还原硝酸盐体系为研究对象,采用单因素调控法结合中心复合法（CCD）系统研究铁形态、进水pH值、温度、Fe/N等对该体系中硝酸盐去除率的影响.结果表明,在相同的反应条件下,投加纳米铁时ANAMMOX体系中硝酸盐的去除效果最优;反应温度和Fe/N对体系中硝酸盐去除率影响十分显著,而进水pH值影响较弱.利用CCD法得出模型预测的最佳反应条件为：进水pH值为4.00,反应温度为35.00℃,Fe/N为38.23,预测的硝酸盐去除率为94.70%,实际实验得出的硝酸盐去除率为88.99%.     

FeS自养反硝化与厌氧氨氧化的耦合脱氮机制

微生物的功能多样性对元素价态的转换存在协同作用是自然界关键的生态调节策略,充分利用这种策略,实现不同微生物的功能组合,可以发展废水处理新工艺.本文以静态批次实验的含氮污染物作为研究对象,把Fe S投加量、NO_3~--N/NO_2~--N比值、厌氧氨氧化(ANAMMOX,AN)和自养反硝化(AD)生物量之比作为反应控制条件,讨论了AN与AD之间代谢产物互补的合作机制,提出了(AN+AD)_(TN→0)脱氮工艺的概念.研究发现过量的Fe S投加在保证AD过程的彻底性之外,并不显著影响AN菌的代谢活性;提高NO_2~--N在电子受体中的比例,会使微生物复合群落处于代谢底物竞争关系之中,对TN的去除产生负面影响; AN生物量的增加加深了复合群落的合作程度,当初始NH_4~+-N与NO_3~--N的化学计量比小于0. 85时,可以实现TN浓度趋零.结果表明,通过认识微生物之间的交互作用,寻求复杂微生物群落功能的规划或调控,可以设计出更加合理的废水处理工艺,达到低物耗投入条件下目标污染物的高效去除.     

1株铁基质自养反硝化菌的脱氮特性

从武汉市东湖深层底泥中分离得到1株铁基质自养反硝化细菌W5,对其自养反硝化脱氮性能进行了研究.结合生理生化试验和16S rRNA基因序列分析,初步鉴定菌株W5属于微杆菌属(Microbacterium sp.).对其脱氮能力和影响因素的研究结果表明,W5菌株的最适脱氮培养条件为NO-3-N 40 mg·L-1,Fe2+500 mg·L-1,pH 6.8~7.0.在最适脱氮条件下培养一周,硝酸氮去除率可达到87.0%,在整个培养过程中亚硝氮产生量很少,最高不超过0.31 mg·L-1.同时未见有氨氮生成,硝酸氮大部分转化成N2.作为电子供体的Fe2+的氧化率达到95.2%.     

pH值对零价铁自养反硝化过程的影响

以零价铁和硝酸盐为基质,通过批量实验和连续流发酵罐实验中铁自养反硝化脱氮速率的测定,研究了铁自养反硝化过程pH值的变化以及pH值对零价铁自养反硝化污泥活性的影响.批量实验采用4个添加污泥的反应瓶,初始pH值分别为6.2、6.7、7.5、8.8和一个初始pH为6.7的未添加污泥瓶.结果表明初始pH值6.7时表现出最高氮素脱除速度,其中未添加污泥的批量瓶pH持续上升至10左右,4个不同初始pH添加污泥的批量瓶的pH值后续均集中在7.5~7.8之间,难以凸显不同pH值对反硝化菌的影响.利用能够控制pH值稳定的连续流发酵罐,通过设立6、6.5、7、7.5、8这5个恒定的pH梯度,对微生物不同pH值条件下的适应性和活性进行观察,结果表明在pH为6.5时污泥活性最大,其氮脱除速率达到1.35mg·(L·h)~(-1).     

铁型反硝化脱氮技术研究进展

传统反硝化工艺是非常有效的废水脱氮技术,具有反应快、效率高等优点,但受废水中有机碳源浓度影响较大.废水中碳源不足不能满足生物反硝化脱氮的需求且会导致总氮(TN)去除率偏低,而投加外源有机碳源会提高处理成本,极易造成二次污染,因而传统反硝化工艺对低碳氮比(C/N)废水脱氮处理具有一定局限性.铁型反硝化脱氮技术作为自养反硝...     

ANAMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐脱氮研究

采用全混式厌氧搅拌罐,研究在自养条件下,ANAMMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐为氮气的可行性及最佳反应条件.投加铁屑71 g·L~(-1),接种厌氧氨氧化颗粒污泥200 mg·L~(-1),控制温度33℃±0.5℃,搅拌强度150 r·min~(-1),水力停留时间10 h,pH值为7.0~8.0.在中性条件下,添加厌氧氨氧化微生物的零价铁还原硝酸盐体系一次性投加零价铁,0~5 d硝酸盐脱氮负荷达到0.12 kg·(m~3·d)~(-1).反应出水氨和亚硝酸盐始终小于2.0 mg·L~(-1),硝酸盐以氮气形式损失,出水pH较进水高值超过8.0,并且可溶性铁含量始终小于7 mg·L~(-1).硝酸盐去除氮能力始终高于0.1 kg·(m~3·d)~(-1).批试实验优化反应条件:在偏酸性条件下(pH值为4~6)反应速度加快,并且液相总氮损失率大于89%.反应温度在30~40℃时,液相总氮损失率大于89%.过于极端的pH值环境及温度环境均不利于耦合反应的进行.     

单质硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化脱氮

通过在厌氧氨氧化(ANAMMOX)连续流反应器中添加单质硫,试图引入单质硫自养短程反硝化(short-cut S~0-SADN)来强化ANAMMOX过程中NO~-_3-N的去除.在温度为(33±2)℃,pH为7.8～8.2条件下,探讨不同的进水NH~+_4-N/NO~-_2-N比对耦合系统中氮素转化以及NO~-_2-N竞争特性的影响.结果表明,在不同的进水NH~+_4-N/NO~-_2-N比(1∶1.3、 1∶1.5、 1∶1和1∶1.1)下,耦合系统的TN平均去除率分别达到了96.78%、 97.21%、 94.68%和97.72%,均远远大于ANAMMOX理论TN最高去除率89%.其中,在进水NH~+_4-N/NO~-_2-N比为1∶1或1∶1.1条件下,耦合系统能够实现单质硫自养短程反硝化耦合ANAMMOX深度脱氮的稳定运行.在最佳进水NH~+_4-N/NO~-_2-N比1∶1.1、NH~+_4-N和NO~-_2-N浓度分别为240mg·L~(-1)和265mg·L~(-1)条件下,TN去除速率达到1.50kg·(m~3·d)~(-1),ANAMMOX和S~0-SADN途径的TN去除率分别稳定在(95.68±1.22)%和(2.04±0.77)%.在整个运行过程中,ANAMMOX在底物NO~-_2-N的竞争过程中一直占据着绝对的优势,ANAMMOX菌的活性(以NH~+_4-N/VSS计)稳定在(0.166±0.008)kg·(kg·d)~(-1).     

零价铁自养反硝化过程活性污泥矿化及解决措施

本研究通过接种生活污水处理厂活性污泥,在升流式厌氧反应器内启动了零价铁还原硝酸盐的反应,经过52d的运行后实现氮去除速率29.3 g·(m~3·d)~(-1).针对运行过程中形成的三价铁及铁氧化物对污泥的包裹,致使污泥矿化,导致活性降低的问题,进行了流加污泥和改变回流两种防矿化方式的可行性研究.采用流加方式,经过22 d运行,硝酸盐氮转化速率在33.0 g·(m~3·d)~(-1)左右,出水亚硝酸盐氮平均浓度16.50 mg·L~(-1),此两者和矿化时期相比均无较大变化,而出水氨氮平均浓度从12.38 mg·L~(-1)下降到3.58 mg·L~(-1),氮去除速率从9.9 g·(m~3·d)~(-1)恢复至15.0 g·(m~3·d)~(-1),生物反应减弱了化学还原硝酸盐过程;采用改变回流方式,反应柱外部设置回流池,利用回流池上部水进行水力循环和上升冲刷,将生成的三价铁及铁氧化物随出水流出并沉积在外部回流池内,在上升流速3.49 m·h-1的条件下,转化硝酸盐对应生成的三价铁量有大约58%通过回流沉淀在外部回流池内,硝酸盐氮反应速率在34.3 g·(m~3·d)~(-1),出水亚硝酸盐氮、氨氮浓度分别为0.22 mg·L~(-1)、0.75mg·L~(-1),未出现氨和亚硝酸盐的大量积累,实现氮去除速率在33.4 g·(m~3·d)~(-1),实现了长期运行中污泥矿化问题的解决.对比两种方式,从处理效果看改变回流模式处理污泥矿化问题优于污泥流加方式.     

反硝化除磷耦合部分亚硝化-厌氧氨氧化一体式工艺的启动

采用厌氧折流板反应器与完全混合反应器(ABR-CSTR)组合的一体式工艺作为试验载体,在连续流的运行条件下,针对低碳高氨氮(NH~+_4-N≥200mg·L~(-1))污水,将不同隔室内的普通厌氧污泥驯化培养为分别具有反硝化除磷、部分亚硝化和厌氧氨氧化功能,以实现三者功能的耦合.A4(CSTR)段通过限氧(DO=0.8 mg·L~(-1))和间歇曝气(曝∶停比=30 min∶30 min)的方式经过30 d成功实现部分亚硝化的启动.随后进一步采取缩短水力停留时间(HRT)的方式实现部分亚硝化的稳定运行,为厌氧氨氧化提供了NO~-_2-N/NH~+_4-N为1.0～1.1的稳定进水基质.A5和A6隔室运行154 d后实现了厌氧氨氧化功能, NH~+_4-N和NO~-_2-N的去除率分别为94%和97%,其出水中NO~-_3-N浓度稳定在22 mg·L~(-1)左右.A1～A3隔室利用回流中的NO~-_x-N作为电子受体成功实现了反硝化除磷功能,PO~(3-)_4-P的去除率为77%.一体式工艺经过175d成功耦合,实现了碳、氮和磷的同步高效去除.     

ANAMMOX菌利用零价铁转化氨和硝酸盐实验

研究在自养条件下,零价铁促使厌氧氨氧化菌同步转化硝酸盐和氨氮的性能.添加零价铁,温度35℃±0.5℃,进水p H7~8,进水氨氮、硝态氮分别为50~100 mg·L~(-1)、50~100 mg·L~(~(-1))条件下,添加ANAMMOX菌后硝酸盐的还原加快8.2倍,并且出现硝酸盐和氨的同步转化,其转化速率最高达17.2 mg·(L·h)~(-1).改变反应时间及进水n(NH+4):n(NO-3),两者摩尔转化比于1.2~3.5范围内波动,该反应并非基元反应.实验证明,氨与硝酸盐同步转化途径为零价铁作用首先将硝酸盐还原为亚硝酸盐,生成的亚硝酸盐再与氨发生厌氧氨氧化反应.     

中试SAD-ASBR系统处理含盐废水的启动与工艺特性

采用ASBR(530 L)接种A~2/O厌氧污泥,考察了厌氧氨氧化(ANAMMOX)的启动及其与反硝化耦合处理含盐废水的脱氮特性,并对菌群结构进行了分析.结果表明,温度35℃±1℃、反应时间为14 h,160 d可实现ANAMMOX的成功启动.稳定运行阶段,ANAMMOX与反硝化耦合(SAD)使得总氮(TN)去除率和去除负荷分别达91.1%和0.45 kg·(m~3·d)~(-1);污泥呈浅红色颗粒状,厌氧氨氧化菌为优势菌,且主要菌属为Candidatus Brocadia(10.6%).此外,采用按梯度逐步提高盐度的驯化方式,可实现SAD对高盐(Cl-浓度8 000 mg·L-1)模拟火电厂废水的高效脱氮除碳,COD和TN去除率分别达93.2%和90.0%.推测SAD中反硝化主要为NO_3~--N→N_2,部分反硝化(NO_3~--N→NO_2~--N)仅占30.3%.     

HABR系统实现固相异养与单质硫自养集成反硝化试验

采用连续流运行方式,将含NO₃--N的原水依次通过HABR(复合式厌氧折流板反应器)内添加木屑(第1系统)和硫磺颗粒(第2系统)的2个系统,在温度为(25±1)℃的条件下,将NO₃--N容积负荷由72g/(m3·d)逐渐提高至80和96g/(m3·d),在不需投加传统型外加碳源的条件下实现了固相异养与单质硫自养的集成反硝化. 结果表明:进水NO₃--N容积负荷为96g/(m3·d)时,系统NO₃--N总去除率达到99.0％,第1系统和第2系统对NO₃--N的去除率贡献各为50.0％;系统出水ρ(COD_Mn)为5.74～10.05mg/L,ρ(SO₄2-)为405～870mg/L,并且没有NH₄+-N和NO₂--N的积累. 第1系统产生的碱度能部分中和第2系统内产生的酸,进水、第1系统、第2系统出水pH分别为7.5、7.5～7.6、6.5～7.2,使硫自养反硝化系统呈现出较强的pH平衡能力,不需外加石灰石调节碱度即可为反硝化细菌提供较适宜的中性生存环境. 系统在pH平衡能力和NO₃--N去除效果2个方面均表现出良好的协同作用,并且通过集成反硝化作用弥补了2个系统单独运行时反硝化过程效率低的缺点,较传统异养型生物反硝化降低了运行成本.      

低总氮浓度下Fe2+促进ANAMMOX生物膜反应器脱氮

在低总氮（TN）浓度条件下考察了Fe²⁺促进串联两级ANAMMOX生物膜反应器脱氮性能的可行性.结果表明,ρ（Fe²⁺）为5、10和15 mg·L^-1能够有效促进厌氧氨氧化反应,ρ（Fe²⁺）为10 mg·L^-1对两级ANAMMOX生物膜反应器的促进程度最大,在进水ρ（TN）约为150 mg·L^-1,总氮负荷（NLR）为0.62 kg·（m³·d）^-1条件下,最高总氮去除率（NRE）可达81.71%.添加Fe²⁺可促进系统胞外聚合物（EPS）的分泌以及亚铁血红素c的合成.批次试验结果进一步验证了ρ（Fe²⁺）为5、10和15 mg·L^-1时对厌氧氨氧化菌活性的促进作用,其中ρ（Fe²⁺）为10 mg·L^-1时的比厌氧氨氧化活性（SAA）是对照组的3.6倍,而当ρ（Fe²⁺）为20 mg·L^-1时,AnAOB活性受到明显抑制.高通量测序结果显示,投加Fe²⁺均促进了反应器中Candidatus_Kuenenia丰度的增加,其中ρ（Fe²⁺）为10 mg·L^-1时两个反应器中Candidatus_Kuenenia的相对丰度分别增至16.18%和4.22%.基于Fe²⁺促进下两级厌氧氨氧化的稳定运行为厌氧氨氧化生物膜工艺处理低总氮浓度废水提供了参考.     

零价铁PRB技术在地下水原位修复中的研究进展

PRB(可渗透反应墙)是地下水治理中新型的原位修复技术,具有成本低、处理效果好、对环境干扰小等优点,已逐渐应用到实际. 原位修复技术中PRB根据结构的不同可分为单处理系统PRB和多单元处理系统PRB,单处理系统PRB适用于单一污染物、污染浓度较低、污染羽规模较小的场地,多单元系统用于污染场地较复杂、污染种类较多的场地. 零价铁PRB去除地下水中无机污染物及有机组分的反应机理主要是氧化还原反应和还原性脱卤反应. 实际场地PRB的运行中存在的主要问题是零价铁钝化及PRB堵塞,现阶段的解决方法主要包括超声、电化学等,但为了提高PRB技术的实用性,铁材料的解钝化技术、实际场地PRB的设计与安装、PRB体系的长期运行及服务期满后的处置均需进一步的研究探索.      

PD-DPR系统处理城市污水与高硝酸盐废水实现稳定亚硝酸盐积累和磷去除的特性

本研究以模拟城市污水和高硝酸盐废水为处理对象,在一个厌氧-缺氧-微曝气运行的SBR反应器内,将短程反硝化工艺(PD,NO₃^-→NO₂^--N)与反硝化除磷工艺(DPR)耦合,并通过联合调控进水C/N比、厌氧排水率和缺氧时间,考察了PD-DPR系统的亚硝酸盐积累特性和除磷性能.结果表明,经过140d,NO₃^-→NO₂^--N转化率(NTR)为80.1%,PO^3-₄-P去除率高达97.64%.在厌氧段(180 min),聚糖菌(GAOs)和聚磷菌(PAOs)对污水有机碳源进行充分利用,将其转化为内碳源;缺氧段(150 min),反硝化聚糖菌(DGAOs)和异养反硝化菌(DOHOs)分别进行内源和外源短程反硝化实现NO^-₂-N稳定积累,同时反硝化聚磷菌(DPAOs)进行高效反硝化吸磷;微曝气段(10 min),在不发生硝化反应的前提下,...     

缺氧MBBR耦合部分厌氧氨氧化强化城市生活污水深度脱氮

缺氧MBBR是强化传统城市污水处理系统脱氮的一种方法,本研究通过向城市污水后置反硝化SBR中投加填料构建了缺氧双污泥系统,实现了城市生活污水部分厌氧氨氧化深度脱氮.在250d的运行中脱氮性能逐渐提高并实现稳定,出水总氮在5 mg·L~(-1)左右. 211～250 d的平均硝氮、氨氮和总氮去除率分别为(97. 7±2. 9)%、(93. 3±2. 9)%和(94. 3±2. 7)%.长期运行中观测到氨氮和硝氮的同步去除.针对氨氮去除途径进行分析,系统同化、硝化作用微弱.缺氧MBBR中存在厌氧氨氧化活性且对脱氮有不可忽视的作用.实时定量PCR结果进一步说明缺氧MBBR中厌氧氨氧化菌富集,特别是缺氧填料生物膜中厌氧氨氧化菌丰度由初始的4. 37×10~7copies·g~(-1)增长到了2. 28×10~(10)copies·g~(-1).本研究表明缺氧填料生物膜在厌氧氨氧化的富集强化城市污水深度脱氮中或许具有可应用的潜能.