有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响

养殖沉积物中反硝化作用对于缓解氮污染有重要的作用,沉积物中的反硝化和厌氧氨氧化菌可将化合态氮转变为氮气,从而有效降低污染,有机碳在该过程中有着重要的作用。为了解有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响,采取理化分析和分子生物学分析等方法,以养殖池塘沉积物为基质、人工配水为营养液,添加不同浓度的淀粉,分析120 h内底物亚硝氮(NO-2-N)、硝氮(NO-3-N)、氨氮(NH+4-N)和TOC浓度,并对反硝化、厌氧氨氧化菌群丰度变化和反硝化菌多样性进行分析。结果表明:淀粉浓度在150 mg·L-1时,NO-2-N和NO-3-N的去除率最高,分别达到98.90%和99.86%;NH+4-N去除率在淀粉浓度为50 mg·L-1时最高,为35.98%。随着淀粉浓度的增加,反硝化菌的丰度明显增加,但有机碳对厌氧氨氧化菌群具有抑制作用。当淀粉浓度为150 mg·L-1时,反硝化菌的丰度最大、多样性水平最高、物种数目最大,反硝化细菌优势菌属为未分类的变形菌属和β-变形菌属。     

低浓度氨氮废水在ABR中的厌氧氨氧化研究

在低浓度氨氮条件下利用厌氧折流板反应器(anaerobic baffled reactor,ABR)以厌氧污泥混合河涌底泥为接种源启动厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)反应。系统连续运行4个月后出水趋于稳定,当NH3-N和NO2--N容积负荷分别为3.91 g/(m3.d)和3.21 g/(m3.d)时,平均去除率分别为85.7%和98.8%。利用荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)技术对ABR厌氧污泥进行了分析。随后,以缩短HRT或增加进水NH3-N和NO2?-N浓度的方式来逐步提高反应器运行负荷,最后当NH3-N和NO2--N容积负荷分别达到65.53 g/(m3.d)和68.46 g/(m3.d)时,平均去除率为76.3%和91.3%,并培育出粒径为1.7～2.5 mm的颗粒污泥。利用扫描电镜(SEM)观察培育得到颗粒污泥与接种颗粒污泥,发现经驯化的ABR系统内微生物种类已变得较为单一,优势菌群发生明显变化。     

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。     

厌氧膜生物反应器的发展及其耦合厌氧氨氧化脱氮的研究综述

由于厌氧膜生物反应器(AnMBR)在水中有机物资源化利用方面具有独特的优势,逐步成为污水处理领域的研究热点。从反应器与膜组件的配置、有机物的去除以及产甲烷率等方面讨论了影响AnMBR运行效果的主要因素。结合污水深度脱氮的需求,探讨了厌氧氨氧化(ANAMMOX)自养脱氮与AnMBR的耦合技术。介绍了国内外相关耦合工艺的应用形式,总结了关于该耦合工艺最新的研究方法、运行效果等,展望了该技术在污水处理领域的应用前景。     

厌氧氨氧化的研究及其应用

厌氧氨氧化是近年来发现的一种新的氮素转化途径。与部分硝化相结合,应用于污水脱氮,具有运行成本低、节约能源和资源等优点。厌氧氨氧化是一生物过程,已确定的细菌有2种:Candidatus Brocadia anammoxidans和Candida-tus Kuenenia stuttgartiensis。描述了其生理学特性、生物化学途径,介绍了其2种应用途径:全自养亚硝酸型脱氮(CANON)和SHARON-ANAMMOX。     

厌氧氨氧化的研究及其应用

厌氧氨氧化是近年来发现的一种新的氮素转化途径。与部分硝化相结合，应用于污水脱氮，具有运行成本低、节约能源和资源等优点。厌氧氨氧化是一生物过程，已确定的细菌有2种：Candidauas Brocadia anammoxidans和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis。描述了其生理学特性、生物化学途径，介绍了其2种应用途径：全自养亚硝酸型脱氮(CANON)和SHARON-ANAMMOX。     

IC反应器厌氧氨氧化启动与运行特性研究

采用一套有效容积为20 L的IC反应器,接种啤酒废水厌氧处理池污泥,保持反应器进水NH+4-N浓度为120 mg/L,NO-2-N浓度为150 mg/L,在温度为30±1 ℃的条件下,对ANAMMOX反应过程的启动和运行特性进行了研究.结果表明反应器的启动经历了污泥低负荷驯化期、负荷提高期和高负荷运行期3个阶段;在反应器运行到第130 d,反应器启动成功;NH+4-N和NO-2-N的去除率分别约82.1%和94.5%;去除的NH+4-N和NO-2-N及生成的NO-3-N三者之间的比值为11.160.3;在反应器中形成了粒径为1～2 mm的颗粒污泥.     

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。     

温度变化对厌氧氨氧化反应的影响

对一套处理效率高、运行稳定的UASB．生物膜厌氧氨氧化反应器进行了温度变化的实验研究。实验结果表明,厌氧氨氧化反应对温度变化比较敏感,温度从31℃下降到17℃后,反应器内的厌氧氨氧化活性受到显著抑制,氨氮、亚硝酸盐氮和总氮的平均去除率迅速从97．0％、94．1％、86．0％下降为46．2％、41．8％、35．5％。当历时2个月反应器温度逐渐从17℃升高到31℃时,反应器内高效厌氧氨氧化活性逐渐得到恢复。反应器在17℃停止运行2个月后,直接升温至31℃再次运行,仅仅需要17d时间,反应器内厌氧氨氧化高活性就得到恢复,氨氮、亚硝酸盐氮和总氮的最高去除率达到99．4％、90．6％和85．0％。厌氧氨氧化反应的最佳温度应为31℃。     

DO在厌氧序批式生物膜反应器中对厌氧氨氧化反应启动的影响

考察了DO在厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR)中对厌氧氨氧化反应启动过程的影响.结果表明,当进水采用高纯氮气进行除DO处理后进入ASBBR时,ASBBR很快以厌氧氨氧化反应为主,运行13 d后,NO-3-N生成量、NO-2-N去除量、NH+4-N去除量比开始围绕0.25∶1.30∶1.00上下小幅波动,运行100 d后的总氮容积去除负荷为1.560 kg/(m3·d);当进水不除DO处理进入ASBBR时,从运行的第57天开始,ASBBR内才表现出明显的厌氧氨氧化反应特性,运行到第73天时,NO-3-N生成量、NO-2-N去除量、NH+4-N去除量比开始围绕0.21∶1.20∶1.00上下小幅波动,运行的93～100 d,总氮容积去除负荷稳定在较高水平,最高可达1.090 kg/(m3·d);进水不除DO处理时,会使厌氧氨氧化反应启动迟缓;无纺布作为生物载体,具有较强的抗水力负荷和基质(NH+4-N、NO-2-N)负荷能力.     

有机碳源条件下厌氧氨氧化SBBR中的微生物多样性

研究有机碳源对SBBR厌氧氨氧化菌群等微生物的影响。采用16S rDNA序列与PCR-DGGE分析技术相结合的方法,对稳定运行的反应器内的活性污泥和生物膜样品,进行细菌多样性图谱分析,同时采用巢式PCR-DGGE技术对浮霉状菌属(Planctomycetes)细菌进行分析。结果表明,在有机碳源反应系统细菌条带数和多样性指数均高于无机系统,与活性污泥相比,生物膜表尤为明显。当进水不含有机碳源时,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB),厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia oxidizing bacteria,ANAMMOX)为优势功能菌;当进水含有机碳源时,系统中存在的AOB以亚硝化单胞菌(Nitrosomonas sp.)为优势菌群,同时存在反硝化菌,如索氏菌(Thauera sp.)以及厌氧氨氧化菌,它们共同作用完成N的去除。此外,与无机碳源系统相比,有机碳源的存在,有利于浮霉状菌的积累,但压缩了ANAMMOX的生存空间。本研究可为厌氧氨氧化工艺处理低C/N比有机废水提供了理论依据。     

基于多级神经网络模型的厌氧氨氧化系统参数预测

厌氧氨氧化菌生长条件复杂、影响因素多,其工艺系统运行控制复杂,为解决上述问题,研究构建了1个多级神经网络预测模型,以提高SBBR单级自养脱氮厌氧氨氧化系统出水总氮去除率预测精度,并确定了系统工程应用的关键控制参数。一级神经网络模型通过灰色关联度分析,对影响出水总氮去除率的关键性指标进行预测;二级神经网络模型基于一级模型增加数据维度,并通过改进粒子群算法优化网络、借鉴遗传算法变异的思想扩大搜索范围,提高了出水总氮去除率的预测精度。多级神经网络模型预测结果表明,其总氮去除率平均相对误差为0.54%,相对误差为5.76%,均方根误差为1.132 1,预测数据基本上与实际值相符;与其他预测模型相比较,该模型表现出较优的预测精度。进一步分析发现,通过控制工艺系统的曝气量调节出水亚氮浓度,是保证工艺反应的稳定和实现厌氧氨氧化工艺工程应用的有效控制方式。     

不同污泥源厌氧氨氧化污泥的比较

采用厌氧序批式反应器,以好氧硝化污泥和厌氧颗粒污泥为污泥源,通过对氨氮、亚硝酸盐氮、pH等指标的监测和数据分析、污泥颜色变化和菌落电镜照片的观察,研究2种不同污泥源厌氧氨氧化污泥的差异.结果表明,不同污泥源厌氧氨氧化污泥的颜色不同,污泥中具有厌氧氨氧化作用的优势菌不同;由厌氧颗粒污泥为污泥源培养出的厌氧氨氧化污泥具有较高的厌氧氨氧化活性.     

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,NO2--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%,NO3--N生成∶NH4+-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NO2--N在电子受体中的比例升高至56.9%。实验证明,提高NO2--N进水浓度能降低高浓度NO对厌氧氨氧化菌的抑制性。     

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.     

外加AHLs对厌氧氨氧化颗粒污泥UASB启动的影响

厌氧氨氧化(anammox)颗粒污泥反应器的启动是其工程化应用的重要前提。选用升流式厌氧污泥床反应器(UASB),投加外源信号分子N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs),探究其对anammox污泥颗粒化过程的影响,以此考察anammox颗粒污泥工艺启动方式。结果表明,联合投加N-DL-己酰基高丝氨酸内酯(C6-HSL)和N-DL-辛酰基高丝氨酸内酯(C8-HSL)信号分子组(R1)和甲醇对照组(R2)中NH₄⁺-N、NO₂^--N和TN的去除率分别为87.09%、89.13%、76.83%和82.37%、84.39%、69.49%。R1和R2中粒径>0.45 mm的污泥占比为50.67%和35.05%,R1中污泥颗粒化程度高于R2。胞外聚合物(EPS)质量浓度(以每克可挥发性悬浮物)分别为138.31、116.95 mg·g^-1。Anammox功能基因hzo、hzs B基因拷贝数呈增长趋势,且R1高于R2。Anammox菌属Candidatus Brocadia的相对丰度分别为3...     

污泥颗粒化快速启动厌氧氨氧化反应器的探讨

厌氧氨氧化工艺处理成本低,被认为是有应用前景的废水脱氮技术.但是,厌氧氨氧化菌生长缓慢,厌氧氨氧化反应器启动困难.探讨了几种快速启动厌氧氨氧化反应器的方法,包括投加颗粒污泥、惰性载体、絮凝剂及多价阳离子等,并对其作用机理进行了分析.     

容积负荷对厌氧氨氧化反应器运行影响的研究

采用1套有效容积为3 L的厌氧复合床作为厌氧氨氧化反应器,用提高进水基质浓度和缩短反应器水力停留时间2种方式提高反应器的容积负荷,进而研究反应器最佳的进水浓度和水力停留时间。结果表明,在HRT为24 h的条件下,反应器最佳进水浓度NH4+-N与NO2--N在110 mg/L左右;通过调节HRT发现,当HRT大于8 h时,NH4+-N与NO2--N的去除率都在80%以上。     

短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺对氨淋洗液的处理效果

为证明短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理氨淋洗液的可行性,采用生物滴滤池(BTF)进行氨淋洗液的短程硝化,然后利用厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床(UASB)对淋洗液进行脱氮处理。结果表明：当氨浓度为0.03~0.31 mg·L⁻¹时,80%以上的氨被淋洗至液相,淋洗液中28%~84%的氮素可通过后续厌氧氨氧化过程被去除;在低、高氨负荷(0.072~0.72 kg·(m³·d)⁻¹)时,BTF均可实现对氨淋洗液的短程硝化,证明亚硝酸的积累与氨负荷无明显关系;利用淋洗液中游离氨、游离亚硝酸对氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌的抑制作用以及O₂传质的限制作用实现短程硝化。保证短程硝化BTF中亚硝酸积累、氨吸收效果、氨生物转化效率的最佳回流比为1∶2。上述研究结果可为采用短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理氨淋洗液提供参考。     

主流程厌氧氨氧化耦合多种脱氮途径处理市政污水

采用厌氧-好氧-缺氧推流反应器,研究实现低碳氮比主流程厌氧氨氧化(anammox)耦合多种脱氮途径的启动条件,并对脱氮途径进行分析。首先进行短程硝化驯化启动,接着在缺氧池投加填料以及接种厌氧氨氧化细菌(AnAOB),进行主流程anammox工艺脱氮。结果表明,好氧池DO约为1.5 mg·L⁻¹时,NH₄⁺-N去除率为80%,亚硝氮积累率为50%,短程硝化驯化启动成功。AnAOB接种启动后,在维持缺氧池DO为0.3~0.5 mg·L⁻¹,缺氧池NH₄⁺-N去除量为好氧池的3倍时,可实现进水C/N为2,出水总无机氮 (TIN) 低于6 mg·L⁻¹,NH₄⁺-N去除率>95%,这表明anammox驯化启动成功。分析缺氧池氮素变化情况表明缺氧池存在anammox及反硝化多种脱氮途径。高通量测序结果可确定Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia等AnAOB菌属及Denitratisoma(反硝化菌)在缺氧池中显著存在,从微生物种群角度解析了anammox及反硝化等多种脱氮途径,使出水TIN<6 mg·L⁻¹。该工艺可调控主流程anammox耦合多种脱氮途径,为低C/N市政污水深度脱氮提供可行的技术途径。