不同添加剂强化低丰度厌氧氨氧化菌群的比较

以来源于一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化(combined partial nitrification-anammox,CPNA)序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)工艺的活性污泥为对象,通过厌氧批式实验,比较3种添加剂(Fe~(2+)、氧化石墨烯、Fe~(3+))投加后对厌氧氨氧化菌的脱氮效果、活性、关键功能基因数量、群落结构和功能丰度的影响。实验结果表明:经过42 d的厌氧培养后,3种添加剂对厌氧氨氧化脱氮性能都有一定的强化作用,投加氧化石墨烯提高效果最好,它的总氮去除率最高能达到76.01%,平均总氮去除率高于对照组22.71%;而投加Fe~(2+)和Fe~(3+)组的平均总氮去除率分别仅高于对照组5.69%和1.72%。投加3种添加剂均能提高厌氧氨氧化菌活性,其中氧化石墨烯组的活性比对照组提高8.08%,Fe~(3+)组的活性比对照组提高10.02%。投加氧化石墨烯对厌氧氨氧化菌代谢过程中hzo基因数量的提高效果最好,比对照组提高6.83倍,投加Fe~(2+)和Fe~(3+)分别比对照组提高5.14倍和4.90倍;且投加氧化石墨烯对浮霉菌门富集扩培效果最好,其丰度比对照组提高44.51%,而投加Fe~(2+)和Fe~(3+)后丰度结果分别比对照组提高1.03%和稍低于对照组。投加氧化石墨烯对微生物代谢功能的提升效果最佳。     

污泥接种策略与联氨促进垃圾渗滤液厌氧氨氧化工艺快速启动及其运行效果

针对厌氧氨氧化工艺启动速度慢及在垃圾渗滤液中脱氮效率低的问题,探究了厌氧氨氧化工艺在处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液中的快速启动及稳定运行策略。结果表明,厌氧氨氧化工艺接种反硝化污泥:anammox颗粒污泥=9:1的启动效果最佳,100 d时TN去除率可达75.1%。但由于垃圾渗滤液中COD较高,异养反硝化菌生长迅速且严重影响厌氧氨氧化菌活性。通过投加6 mg·L^-1的N₂H₄之后,异养反硝化菌活性受到抑制,反应器内厌氧氨氧菌占据主导地位,Candidatus Kuenenia菌相对丰度由0.2%提升到10.6%,TN去除率及氮去除速率分别达90.6%和0.143 kg·(kg·d)^-1以上。在厌氧氨氧化工艺中投加适量N₂H₄可实现垃圾渗滤液的稳定高效自养脱氮。     

厌氧氨氧化菌活性恢复及富集培养研究

为了防止微生物流失,向厌氧序批式反应器(ASBR)中投加纤维膜(无纺布)作为厌氧氨氧化菌的载体,而使ASBR改为厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR),研究了厌氧氨氧化菌活性恢复及富集培养过程中氮负荷提高对ASBBR的影响。经过23d的培养,厌氧氨氧化菌的活性恢复到原有的水平,然后提高TN容积负荷培养厌氧氨氧化菌。至132d时,反应器TN容积去除负荷达到了2.060kg/(m3·d)。整个过程中NH4+-N和NO2--N去除率一直保持在98%以上。当厌氧氨氧化菌活性恢复后,NH4+-N、NO2--N消耗量与NO3--N生成量之比最终趋于一定值(1.00∶1.30∶0.25)。在培养过程中,污泥颜色逐渐由灰色变为红棕色,最终变为浅红色。结果表明,反应器运行很稳定,NH4+-N、NO2--N出水浓度非常低,在短时间内能提高到较高的容积去除负荷。可见,ASBBR很适合厌氧氨氧化菌的富集培养。     

有机物浓度对厌氧氨氧化脱氮性能影响试验研究

通过间歇试验和连续试验研究了不同有机物浓度对厌氧氨氧化活性及脱氮性能的影响。间歇试验结果表明：自养条件下厌氧氨氧化菌的最大比反应速率为0.189 kg NH⁺₄-N/（kg VSS·d）;当氨氮和亚硝酸盐氮浓度为80 mg/L时,有机物的添加降低了厌氧氨氧化速率,当有机物浓度超过70 mg/L时,厌氧氨氧化菌的最大比反应速率降低到0.05 kg NH⁺₄-N/（kg VSS·d）以下,是反硝化菌与厌氧氨氧化菌竞争亚硝酸盐产生了可逆抑制的结果。连续试验结果表明,高氮低碳源有机环境下厌氧氨氧化能稳定运行,并且比自养系统中总氮的去除率有所提高,当COD值为50 mg/L时,总氮去除率最大,平均值达96.59%,是反硝化菌和厌氧氨氧化菌共同脱氮的结果;当有机物浓度过高时,ANAMMOX对TN去除贡献率持续降低,反硝化不断得到强化,厌氧氨氧化运行不稳定。     

无机碳在厌氧氨氧化系统中的迁移转化

基于厌氧氨氧化(Anammox)反应,采用13C同位素示踪法分析无机碳(IC)在工艺中的迁移转化路径,考查厌氧氨氧化工艺的固碳潜力及厌氧氨氧化菌相关的固碳机理;同时,结合微生物分子学等方法,通过比较反应前后NH_4~+-N、NO_2~--N、TN及IC的变化,分析推导出工艺的固碳机理。结果表明,在进水IC为10.70 mg左右时,系统平均固碳率在12.05%以上;经~(13)C标记处理后的Anammox污泥中~(13)C丰度值由1.07%增加至1.17%以上;Anammox污泥中cbbLR1基因拷贝数经氮素和IC影响后分别为5.79×10~8copies·g~(-1)和5.56×10~8copies·g~(-1),较处理前均有所增加,但变化不明显。进水中投加的IC参与了微生物体内的碳代谢;厌氧氨氧化菌存在遵循卡尔文循环固碳途径的功能基因。cbbLR1基因丰度与氮素浓度之间呈显著相关,与IC浓度之间的相关性不明显,说明该基因丰度对氮素的响应度比IC大。     

盐度胁迫及K+干预对厌氧氨氧化脱氮性能的影响研究

为了解含盐废水对厌氧氨氧化菌产生的影响及K+干预后脱氮性能变化的问题,采用升流式污泥床反应器(UASB)梯度投加NaCl后再进行K+干预,分析其对污泥活性及脱氮性能的影响和机理.结果表明,0～15 g/L盐度(以NaCl质量浓度计)为厌氧氨氧化污泥的耐受范围.20、30 g/L盐度对菌体抑制明显,氨氮、亚硝态氮去除率及...     

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。     

缺氧及厌氧环境下厌氧氨氧化菌的衰减系数

衰减系数是表征微生物增长的重要动力学参数,与所处环境密切相关。采用基质利用速率测定方法,以厌氧氨氧化工艺中最常见的厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)为对象,探讨了其在缺氧(NO_2~--N、NO_3~--N)及厌氧环境下的衰减系数。结果表明:基质利用速率测定方法可有效避免由于其他细菌的衰减而引起的实验误差;缺氧(NO_2~--N、NO_3~--N)及厌氧环境下厌氧氨氧化菌的衰减系数依次为0.035 2 d~(-1)、0.025 7 d~(-1)和0.051 2 d~(-1),相比于其他自养菌,厌氧氨氧化菌的衰减系数较小。在进行污泥保存时,维持NO_3~--N的缺氧环境有利于厌氧氨氧化菌活性和数量的保存。     

厌氧氨氧化耦合部分反硝化处理低浓度氨氮废水

通过接种厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)与部分反硝化菌(Thauera)形成厌氧氨氧化与部分反硝化耦合处理模拟城镇污水中的氨氮(NH_4~+-N)与硝氮(NO3--N),考察不同NO3--N/NH_4~+-N比对耦合系统脱氮性能的影响及最佳NO3--N/NH_4~+-N比下耦合系统的稳定性和脱氮的途径。结果表明:在COD/NO3--N为2.5、NH_4~+-N浓度为20~40 mg·L~(-1)的条件下,NO3--N/NH_4~+-N比在0.8~1.6的范围内均可实现部分反硝化与厌氧氨氧化协同脱氮,且当NO3--N/NH_4~+-N比为1.2时,耦合效果最佳,对应的NH_4~+-N、NO3--N及总氮(TN)去除率分别为92.85%、99.68%和96.42%;厌氧氨氧化菌在耦合系统中的活性稳定在(4.62±0.44)mg·(g·h)-1(以VSS计),且与反硝化菌存在协同竞争关系,进水NO3--N的84.3%由厌氧氨氧化途径去除,15.7%由异养反硝化途径去除。     

ANAMMOX与反硝化协同作用及氮素负荷研究

向成功启动并稳定运行630 d后的UASB生物膜反应器系统连续添加有机物,分析其对厌氧氨氧化反应脱氮效果的影响,并进行氮素浓度负荷试验.在厌氧氨氧化反应器系统中连续投加有机COD(葡萄糖),系统运行稳定,有机COD(葡萄糖)存在对系统去除氮素能力影响不大,有机COD去除率达到92.0%,仅用23 d,在同一反应器系统中成功实现了厌氧氨氧化与反硝化协同作用脱氮.氮素浓度负荷试验阶段,进水氨氮(NH 4-N)、亚硝氮(NO-2-N)以及总氮(TN)浓度负荷分别从0.063 kg/(m3·d)和0.063 kg/(m3·d)和0.126 kg/(m3·d)提升到了0.239 kg/(m3·d)、0.315 kg/(m3·d)和0.554 kg/(m3·d),相应去除率分别为84.0%、93.0%和85.0%,厌氧氨氧化工艺的UASB生物膜反应器对氮素浓度负荷仍有很大提升空间.     

厌氧氨氧化颗粒污泥的快速培养与形成机理

利用反硝化颗粒污泥掺杂少量厌氧氨氧化污泥启动厌氧氨氧化反应器,掺杂体积比为10∶1,旨在快速启动厌氧氨氧化反应器并培养厌氧氨氧化颗粒污泥。结果表明,反应器连续运行60 d,成功培养出厌氧氨氧化颗粒污泥。反应器启动可分为细胞自溶期、活性提高期以及活性稳定期3阶段,细胞自溶期,颗粒污泥大量裂解,PN/PS由0.6升高到1.25,VSS/SS由0.45降低至0.38。活性提高期,PN/PS比值降低,VSS/SS比值回升。反应器进入活性稳定期,NH4-N、NO2-N、NO3-N 3种氮素转化比率维持在理论值1∶1.32∶0.26左右,PN/PS比值继续降低至0.6,VSS/SS比值回升至0.41。培养过程中污泥颜色由黑经棕逐渐变为红色,内部有大量类似于厌氧氨氧化菌的球型菌和椭球型菌。     

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.     

pH和C:N对厌氧氨氧化耦合短程反硝化脱氮性能的影响

以低DO和逐渐降低亚硝态氮浓度的方式运行厌氧氨氧化(ANAMMOX)上流式污泥床(AUASB)反应器,第57天实现稳定运行,氨氮去除率保持在85%以上,采用高通量测序技术分析发现ANAMMOX污泥中主要功能菌转变为Candidatus kuenenia,丰度为8.85%,好氧氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas的丰度为1.48%,短程反硝化菌Thauera丰度为0.66%。将AUASB反应器中污泥接种在ANAMMOX序批式反应器(ASBR)后,通过外加有机碳源的方式使ASBR拥有了短程反硝化的能力,然后研究了不同C:N(质量比)和不同pH条件下亚硝态氮积累情况和氮素转化特性,结果表明:当C:N为3.2:1.0时,亚硝态氮积累率最高为84%,但有部分亚硝态氮被还原。当pH为7.8时,ANAMMOX菌活性最高,氨氮去除率为95%。扫描电子显微镜(SEM)观察到ANAMMOX菌为球状,短程反硝化菌为短杆状。     

两级常温厌氧—好氧—固定化微生物组合工艺处理酿酒废水

酿酒废水是一种典型的高氨氮浓度的有机废水.采用两级常温厌氧-好氧-固定化微生物组合工艺对酿酒废水进行中试研究,重点考察了各级工艺对有机物和氨氮的去除效果,并且对影响系统稳定运行的主要因素进行分析.试验结果表明,稳定运行状态下,一级厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器对有机物去除率可达到70%～90%,处理效果受环境温度影响较大;二级EGSB反应器可以同时去除有机物和氮氧化物;三级好氧接触氧化反应器对有机物的去除率可达到70%,氨氮去除率维持在50%;包埋硝化菌流化床反应器最终能有效地去除水中的氨氮,出水氨氮质量浓度低于15 mg/L.     

厌氧产氢ASBR对氮的脱除

在厌氧序批式人工有机污水生物产氢反应器(ASBR)中发现氮"丢失"现象,并对此产氢系统发生脱氮作用的机理和主要影响因素进行了研究。结果表明,在以葡萄糖为发酵底物的厌氧产氢系统中,微生物分别以铵和硫酸盐为电子供体和电子受体发生了硫酸盐型厌氧氨氧化;进水有机物负荷和pH主要通过影响不同种微生物的活性而影响脱氮性能,氨氮和硫酸盐的浓度直接与氮素去除率有关。在最大产氢能力为16 m3/(m3·d)、氢气体积百分比为65%的生物制氢系统中,最大脱氮效率约为64%。产氢效率与氮脱除率呈现负相关关系。研究表明,在控制条件下,可以实现高有机物废水厌氧脱除氨态氮,为生活污水直接厌氧脱氮开辟一条新途径。     

运行方式对低基质厌氧氨氧化系统脱氮及菌群结构的影响

为了考察运行方式对厌氧氨氧化系统脱氮性能及菌群结构的影响,建立一套厌氧移动床生物膜反应器,在(25±1)℃恒温、低基质(TN≤60 mg·L~(-1))条件下,分别以连续式和间歇式方式运行,采用高通量测序,基于直系同源蛋白簇基因(COGs),对16S rRNA扩增子测序结果进行功能预测,来表征微生物菌群结构和微生物功能的变化。结果表明:系统总氮负荷为(227±13) mg·(L·d)~(-1)时,间歇式运行脱氮效率(90.6%)优于连续式运行效率(74.6%),生物膜厌氧氨氧化细菌的相对丰度高于悬浮污泥;反应器由连续式变为间歇式运行后,主要功能菌属Ca. Brocadia丰度降低,同时,具有部分反硝化作用的Pseudomonas菌丰度出现明显升高。进一步分析可知,在适量的有机物条件下,间歇式运行能够获得更好的厌氧氨氧化与反硝化协同处理效果。本研究结果可为污水处理厂的实际运行提供参考。     

微氧曝气-一段式厌氧氨氧化-反硝化组合工艺处理餐厨沼液

针对餐厨沼液高氨氮、低C/N的特点,采用“微氧曝气-一段式厌氧氨氧化-BioClens反硝化”工艺,进行了餐厨沼液脱氮除碳的小试研究。经150 d的运行优化,系统稳定后该工艺的耗氧有机物(以COD计)、TN平均去除率分别达到81.3%和81.8%。微氧曝气单元为厌氧氨氧化单元消除餐厨沼液中有机物的影响并保留NH₄+-N,其耗氧有机物(以COD计)及NH₄⁺-N去除率分别为81.6%和13.7%,为厌氧氨氧化稳定运行提供保障。厌氧氨氧化单元是NH₄⁺-N的主要去除单元,稳定后运行后总氮去除负荷为0.480 kg·(m³·d)^-1;BioClens反硝化单元对前两段工艺中产生的NO₃^--N进行反硝化深度去除,在以乙酸钠为碳源,包埋固定化填料填充比为5%、C/N=3的情况下,其平均NO₃^--N去除率达90%。该工艺实现了对餐厨沼液经济高效处理,具有应用潜...     

一体式PN/A耦合EBPR工艺高效低耗处理实际低C/N主流城市污水

针对低C/N城市污水脱氮除磷因碳源不足存在能耗、药耗高以及脱氮除磷效率低等问题,开发一体式短程硝化/厌氧氨氧化(PN/A)耦合强化生物除磷工艺(EBPR),以降低碳源消耗和能耗、提高脱氮除磷效率,从而实现高效低耗减污降碳。通过构建悬浮污泥和生物膜共存的混合系统,采用厌氧-好氧运行模式以及间歇曝气,考察短程硝化/厌氧氨氧化与强化生物除磷过程的耦合效果。结果表明,反应器能长期稳定运行,出水总无机氮(TIN)质量浓度稳定低于4 mg·L^-1,溶解态磷(DP)质量浓度约0.2 mg·L^-1,TIN平均去除率大于90%,DP的平均去除率大于85%,平均脱氮负荷为53 mg·(g·d)^-1,强化间歇曝气能够在系统内实现NOB抑制,亚硝氮积累率可达60%以上,甚至100%。控制悬浮污泥好氧污泥龄为3.5 d,NOB由悬浮污泥向填料转移。由于生物膜传质受限,系统的亚硝氮积累率并未受到影响。该系统内厌氧氨氧化活性提高了5倍,厌氧氨氧化菌以Candidatus Brocadia为主,相对丰度为1.1%,较主流条件下提高了2.75倍。本研究结...     

厌氧活性污泥处理废水中的U(Ⅵ)

用人工驯养的厌氧污泥进行除铀实验,探讨了微生物投加量(VSS)、pH值、U(Ⅵ)初始浓度、外加电子供体和污泥重复利用等对污泥处理U(Ⅵ)的影响,并进行了相关机理分析。实验结果表明,在适当的pH范围内(5.2～6.6),厌氧污泥对铀保持较长时间的高效去除率;当以还原铁粉和无水乙醇作电子供体时,U(Ⅵ)去除率保持在95%以上的时间为未加电子供体时的2倍。U(Ⅵ)去除速度与VSS投加量成正比关系,U(Ⅵ)初始浓度对去除效果的影响不大,厌氧污泥可以长期使用。pH值的影响最关键,其次是外加电子供体。厌氧污泥除U(Ⅵ)机理为氧化还原和吸附的共同作用。     

NO对厌氧氨氧化反应的影响

通过在厌氧氨氧化塔式生物滤池内通入不同浓度的NO气体,探究NO对厌氧氨氧化反应的影响。当NO进气浓度升高至4 018 mg·m-3,NO-2-N进水浓度降低至20 mg·L~(-1)时,NO-N在电子受体中的比例升高至78.8%,NO去除速率最高达165.8 mg·d-1,证明厌氧氨氧化菌可以利用NO-N为电子受体进行厌氧氨氧化反应脱除NO。在这一过程中,TN去除负荷与不通入NO时相比下降了74.3%,NO-3-N生成∶NH+4-N消耗比从0.26下降至0.13。当NO进气浓度升高至8 036 mg·m-3时,NO对厌氧氨氧化菌产生了抑制,TN去除负荷和NO消耗速率分别下降了47.1%和69.6%,同时NO-2-N在电子受体中的比例升高至56.9%。实验证明,提高NO-2-N进水浓度能降低高浓度NO对厌氧氨氧化菌的抑制性。