氨氧化菌混培物在O2/微量NO2下的氨氧化动力学

运用序批式试验,在无分子氧条件下,确定了好氧氨氧化菌的NO2型氨氧化动力学方程,得到了最大氨氧化速率[qNO2.max=0.144 mg·(mg·h)-1]、二氧化氮半饱和常数(KNO2=0.821μmol·L-1)和二氧化氮抑制性常数(Ki=1.721μmol·L-1).在微量NO2气体中添加2%O2氧气后,氨氧化速率明显提高,最大氨氧化速率发生在体积分数2%O2和50×10-6 NO2的条件下,达到0.198 mg·(mg·h)-1.在21%O2和微量NO2条件下,氨氧化速率继续大幅度提高;在21% O2和100×10-6 NO2时氨氧化速率达到0.477 mg·(mg·h)-1,比无NO2空气曝气条件下氨氧化速率高3倍.提出了NO2表观强化氨氧化函数的概念,建立了在O2和微量NO2混合气体下的氨氧化动力学方程,利用2%O2和微量NO2条件下的实验结果验证了动力学方程,讨论了NO2强化氨氧化的机理.     

有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响

接种稳定运行300余天的厌氧氨氧化污泥,通过批次试验,研究了不同浓度乙酸钠和不同种类有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响.结果表明:在初始NO2--N浓度为35mg/L左右,乙酸钠浓度为0~200mg/L时,乙酸钠的冲击不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,且一定程度上促进厌氧氨氧化反应的进行,最大比氨氧化速率与乙酸钠浓度呈正相关性;不同有机物对厌氧氨氧化系统的促进作用不同,氨氧化速率从高到低依次为乙酸钠、蛋白胨、葡萄糖和淀粉;反硝化作用伴随整个反应过程,但硝态氮还原速率[0.0155~0.0442mgN/(L?min)]小于氨氧化速率[0.1090~0.1498mgN/(L?min)],因此厌氧氨氧化菌在系统中一直占主导地位.在有机物的冲击下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的总氮,提高系统总氮的去除率,从而改善出水水质.     

铁离子对厌氧氨氧化反应器性能的影响

考察了铁离子对厌氧氨氧化反应器性能的影响.研究发现,经过205d的连续培养,添加铁离子可提高反应器的基质转化能力,铁离子浓度为0.075 mmol·L-1时,反应器对NH4+-N和NO2--N的最大去除速率分别为对照(铁离子浓度0.03 mmol·L-1)的1.8倍和1.6倍;添加铁离子可促进厌氧氨氧化菌生长,以NO3--N产生量和挥发性固体浓度(VS)表征厌氧氨氧化菌生长,铁离子浓度为0.075 mmol·L-1时,细胞生长量为对照(铁离子浓度为0.03 mmol·L-1)的1.36倍;试验反应器的VS是对照的2.15倍.添加铁离子可引起厌氧氨氧化菌细胞结构改变,细胞内产生不明灰色区域.试验还证明,厌氧氨氧化菌对铁离子的需求量相对较大,原有厌氧氨氧化菌培养基的铁含量相对不足.     

不同基质浓度下SBR进水方式对厌氧氨氧化的影响

采用厌氧SBR反应器,分别以配水培养和以实际晚期垃圾渗滤液培养的厌氧氨氧化菌为研究对象,考察了不同基质浓度下,SBR改进式连续进水方式与一次性进水方式对厌氧氨氧化工艺运行性能的影响.结果表明,当处理人工配水时,在中低进水浓度下(NO2--N￡400mg/L),与改进式连续进水方式相比,宜采用一次性进水方式运行;在高进水浓度下(NO2--N3400mg/L)改进式连续进水方式比一次性进水方式优势明显,特别是在5h改进式连续进水方式下,平均比污泥脱氮速率增加至39.11mgN/(gVSS·h),相比一次进水方式效率提高40%.当处理进水NO2--N浓度为(300±20)mg/L的实际晚期垃圾渗滤液时, 5h改进式连续进水的SBR比污泥脱氮速率最高.由于晚期渗滤液较配水成分复杂,使得厌氧氨氧化菌面临有机物和有害物质的影响,其厌氧氨氧化的反应速率低于同等基质浓度配水条件下的厌氧氨氧化反应速率.     

微量NO2下完全自营养脱氮动力学及运行优化

采用间歇试验研究了微量NO2氛围下,好氧、厌氧氨氧化复合颗粒污泥动力学特性.结果表明,微量NO2能提高O2反应活性,强化好氧氨氧化过程.反应动力学可用Andrews方程描述,NO2半饱和系数和抑制系数分别为1.32,7.11μmol/L.NO2强化厌氧氨氧化过程动力学模型中最大强化系数为43.5,NO2半饱和系数和抑制系数分别为16.9,0.348μmol/L,基础速率系数为0.024.建立了NO2强化完全自营养脱氮动力学模型,并对EGSB反应器中脱氮过程进行了模拟,当DO为0.6mg/L,NO2为3.0μmol/L时,总氮去除率达最大值.根据模拟结果优化反应器运行条件,总氮去除率由26.86%~31.65%提高到58.83%~63.08%,总氮平均去除速率由0.113 kg/(m3·d)提高到0.234kg/(m3·d).     

典型纳米金属氧化物对氨氧化菌Nitrosomonas europaea的生物胁迫影响

对比研究了3种典型纳米金属氧化物颗粒(NPs,包括纳米TiO2(n-TiO2),纳米CeO2(n-CeO2)和纳米ZnO(n-ZnO))在不同作用浓度下(0,0.1,1,10,50mg/L)对污水生物脱氮系统中代表性氨氧化菌─ Nitrosomonas europaea连续作用6h的毒性效应及作用规律.结果表明,3种NPs对N.europaea的生物胁迫效应与其投加浓度均呈正相关.其中,50mg/L的n-CeO2, n-ZnO与对照组相比,可显著降低N.europaea细菌浓度,破坏细胞膜完整性,抑制氨氧化速率.相同浓度条件下, n-ZnO对N.europaea的毒性影响最大, n-TiO2影响最小.虽然n-ZnO释放的Zn2+对N.europaea具有明显的毒性效应,但n-ZnO及其产生的尺寸效应仍是其生物胁迫产生的重要来源.     

硝化过程中影响亚硝酸盐积累的因素

采用间歇式批试验法,改变pH值、DO浓度和温度,试验发现:当pH值分别为8.2、7.5、9.2、6.5和5.0,DO分别为1.0mg/L、2.0mg/L、4.5mg/L和温度为30℃、25℃、35℃和10℃时,氨氧化速率依次减小。进水氨氮浓度为50mg/L～250mg/L,保持pH值为8.0±0.2时,游离氨浓度为4.45mg/L～22.68mg/L左右,最大HNO2浓度远<0.2mg/L,游离氨和HNO2对好氧氨氧化菌的影响较小。结果表明,pH值、DO浓度和温度对好氧氨氧化菌的富集有显著影响。在富集过程中,控制pH值、DO浓度和温度是关键因素,游离氨和HNO2进行适当控制,以保证抑制亚硝酸盐氧化菌而不抑制好氧氨氧化菌。     

SNAD生物膜厌氧氨氧化活性的氨氮抑制动力学研究

通过批试实验研究了氨氮浓度对SNAD生物膜厌氧氨氧化性能的影响.SNAD生物膜反应器以生活污水为进水.进水NH₄⁺-N和COD浓度平均值分别为70mg/L和180mg/L,出水NH₄⁺-N,NO₂^--N,NO₃^--N和COD浓度平均值分别为2mg/L,2mg/L,7mg/L和50mg/L.SNAD生物膜具有良好的厌氧氨氧化活性.初始NH₄⁺-N和NO₂^--N浓度都为70mg/L时,厌氧氨氧化批试NH₄⁺-N、NO₂^--N和TIN去除速率分别为0.121kg N/（kg VSS·d）,0.180kg N/（kg VSS·d）和0.267kg N/（kg VSS·d）.采用Haldane模型可以很好的拟合氨氮浓度对厌氧氨氧化活性的影响.在高FA和低FA工况下氨氮浓度对厌氧氨氧化活性的抑制动力学常数相差不大.M1（FA浓度为0.7~20.4mg/L）和M2（FA浓度为6.3~190.5mg/L）的最大NO₂^--N理论去除速率r_max分别为0.209kg N/（kg VSS·d）和0.221kg N/（kg VSS·d）,氨氮半饱和常数Ks分别为9.5mg/L和6.1mg/L,氨氮自身抑制常数K_I分别为422mg/L和597mg/L.氨氮（而不是游离氨）对SNAD生物膜的厌氧氨氧化活性起主要抑制作用.     

AAO污水处理工艺中厌氧氨氧化效能及微生物交互作用

选取3座AAO工艺市政污水处理厂为研究对象,应用qPCR和¹⁵N稳定同位素示踪技术,考察活性污泥样品中厌氧氨氧化菌丰度、速率、功能及与其他氮循环微生物的季节性交互作用.结果表明,所有样品中均能检测到厌氧氨氧化菌,其丰度为10⁶~10⁷copies/g VSS,速率为0.11~0.90μmol N/（g VSS·h）.较自养硝化而言,异养反硝化过程不仅具有为厌氧氨氧化菌提供更多NO₂^-的潜势,还是NO₂^-的强力竞争者;而自养硝化过程中的AOB较AOA能提供更多NO₂^-.厌氧氨氧化菌对氨氧化的贡献率为2.55%~7.89%,对系统脱氮的贡献率为2.07%~6.59%,且夏季表现均高于冬季.CCA结果进一步证明环境温度是活性污泥中厌氧氨氧化表现的关键环境要素之一,而反硝化和硝化速率则是关键微生物因素.说明虽然厌氧氨氧化菌在污水生物处理系统中的丰度并不高,但依然起着不容忽视的脱氮效能,该研究结果补充了污水生物处理脱氮过程和氮素迁移转化过程中的氮平衡计算,为厌氧氨氧化在低氨氮城市污水处理领域的生产性应用提供理论支持.     

游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸影响试验

为探究高游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸的影响.本试验采用序批式活性污泥反应器(SBR),以短程硝化污泥为研究对象,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下,氨氧化过程氨逃逸的变化规律.结果表明,当0.62 mg·L~(-1)FA7.7mg·L~(-1)时,水中游离态氨(NH_3)和水分子(H_2O)结合,生成较稳定的NH_3·H_2O,几乎未发生氨逃逸.当FA浓度较高时(FA687.1 mg·L~(-1)),氨氮未被氧化成氧化态氮[曝气结束时氧化态氮(NO_x~--N)浓度0.1 mg·L~(-1)],但总氮(TN)损失量却达到了269.7 mg·L~(-1),因此,NH_3·H_2O通过挥发作用使得NH_3从水中逸出.在较高FA浓度条件下,氨根离子(NH_4~+)会以NH_3形式被吹脱,从而发生氨逃逸.在226.6 mg·L~(-1)≤FA≤711.8 mg·L~(-1)范围内,氨逃逸速率(FEV)随着FA浓度的增加而增加.     

异养硝化、厌氧氨氧化及古菌氨氧化与新的氮循环

自然界中氮循环与微生物的作用密不可分.在过去的几年里,随着异养硝化、厌氧氨氧化和古菌氨氧化过程的发现,人们对氮循环的认识发生了明显的变化.就异养硝化菌、厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌的发现、生化机理及分子生物学等方面进行综述,旨在为今后人们重新认识和构建新的氮循环提供有用信息,并对这些新型微生物今后在污水生物脱氨处理中的应用提出了一些展望和设想.指出今后在污水生物处理系统中,可通过富集异养硝化菌强化同步硝化反硝化、富集厌氧氨氧化菌实现单级自养脱氟、富集氨氧化古菌提高低溶解氧下的脱氮效率.     

中试MBBR装置强化氨氮去除速率的影响条件研究

采用中试MBBR组合工艺处理深圳市布吉河道的城镇污水,进水平均氨氮浓度为(25.88±7.73)mg/L,出水平均为(1.11±1.93)mg/L.单因素小试研究表明,反应器中挂有生物膜的悬浮填料具有强化氨氮去除的效果,投加该填料时获得的比氨氧化速率比采用活性污泥进行反应提高了25.5%;试验条件下通过投加甲醇将COD从139mg/L提高至587mg/L,比氨氧化速率从2.55mg/(gMLVSS·h)下降至1.91mg/(gMLVSS·h);当MLVSS浓度从0.45g/L逐步提高到4.05g/L时,容积氨氧化速率从3.68mg/(L·h)线性增加至7.82mg/(L?h),拟合度R2为0.967,但比氨氧化速率随MLVSS浓度的提高反而逐渐下降,从8.24mg/(gMLVSS·h)降至1.93mg/(gMLVSS·h);当温度从5℃升高到35℃,比氨氧化速率从0.99mg/(gMLVSS·h)提高至2.89mg/(gMLVSS·h),采用Arrhenius经验方程描述时,拟合度R2为0.970;当DO浓度从0.5mg/L逐步增加至4.0mg/L时,比氨氧化速率从0.62mg/(gMLVSS·h)提高至2.28mg/(gMLVSS·h),Monod方程可以很好的描述DO浓度与比氨氧化速率之间的关系,拟合度R2为0.994,氨氧化半饱和常数值为3.0mg O2/L.     

UASB反应器中厌氧氨氧化污泥的种群分析

利用变性梯度凝胶电泳、克隆和实时PCR等分子生物学技术对2个厌氧氨氧化反应器中的微生物进行了初步研究.变性梯度凝胶电泳结果表明,尽管2个反应器的接种污泥不同,但经过1年多的连续运行,二者的微生物种群结构基本相同;Planctomycete克隆结果表明,相似的15个序列(>99%)与已报道的3个属的厌氧氨氧化菌的序列均有较大距离(<92%),而与具有厌氧氨氧化功能的KSU-1序列有97%的相似,amoA基因克隆结果表明,反应器中的部分好氧氨氧化菌属于β-Proteobacteria中具有厌氧氨氧化活性的Nitrosomonas;实时PCR结果表明,厌氧氨氧化细菌占细菌总量的27%~29%,好氧氨氧化菌约为5%.     

铁强化厌氧氨氧化脱氮机理研究进展

如何强化厌氧氨氧化细菌生长代谢,提高厌氧氨氧化工艺脱氮效能以及保障工艺长期稳定运行是有关厌氧氨氧化研究的热点之一.铁强化厌氧氨氧化是当前研究最为广泛且最具经济性和实用性的一种措施.本文简述了铁强化厌氧氨氧化技术及其强化脱氮效能;重点从优化厌氧氨氧菌的生长环境、促进胞外聚合物分泌、加速脱氮功能菌群富集、诱导细胞结构演变、调控关键酶和功能基因表达、促进信号分子合成以及强化非生物脱氮反应等方面总结了铁强化厌氧氨氧化菌生长代谢和厌氧氨氧化系统脱氮效能的机理.最后对铁强化厌氧氨氧化技术进行总结展望,并提出废铁屑强化厌氧氨氧化技术的构想.     

厌氧氨氧化UASB系统对氨氮的超量去除机制研究

采用UASB反应器在改变NO₂^--N/NH₄⁺-N比条件下,考察厌氧氨氧化系统对NH₄⁺-N的超量去除特征、相关酶的催化活性以及污泥菌群结构.结果表明,随着进水NO₂^--N浓度降低,反应器对NH₄⁺-N的去除量相比理论较大,在停供NO₂^--N情况下,反应器内NH₄⁺-N去除可达55 mg/L.反应器内NH₄⁺-N的去除并不是是来自进水中SO₄^2-和Fe³⁺/EDTA络合物,而是存在NH₄⁺-N的好氧硝化.过氧化氢酶测定联合分子生物学技术分析显示,好氧硝化的所需氧量分别来自进水和过氧化氢酶产氧.反应器底部污泥层的氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AnAOB）活性优于上部污泥层,相反,上部污泥层的异养反硝化菌（HDB）活性优于底部污泥层,二者协同将NH₄⁺-N转化为N₂.     

进水亚硝氮限制下Anammox去除氨氮研究

利用UASB反应器分别在降低进水亚硝氮/氨氮比（R）和停供亚硝氮条件下研究了Anammox体系运行特性.发现随着进水亚硝氮减少,亚硝氮与氨氮去除摩尔比减小,发生氨氮超量去除现象,即使进水无亚硝氮时也可去除氨氮.当R为1：2时,氨氮超量去除量达最大,均值为57.2mg/L;长期停供亚硝氮条件下氨氮能够稳定去除,平均去除量为45.6mg/L.停供亚硝氮后Anammox体系中微生物群落多样性增加,AnAOB、氨氧化菌和反硝化菌相对丰度均增加.其中AnAOB相对丰度从9.44%增长到13.26%;氨氧化菌相对丰度从3.29%增长到7.3%;反硝化菌相对丰度由0.54%增加到3.14%.研究表明,溶解氧是氨氮超量去除量的限制性因素,氨氮超量去除的途径包括：好氧氨氧化、厌氧氨氧化与部分内碳源反硝化.在微量溶解氧作用下,主要是氨氧化菌与厌氧氨氧化菌协同实现了氮的去除.     

不同供氧策略对SBBR反应器实现短程硝化厌氧氨氧化的影响分析

以氨氮浓度较高的垃圾渗滤液为处理对象,分析研究了不同供氧策略对SBBR反应器实现短程硝化厌氧氨氧化的影响.在4种不同供氧策略(a、b、c和d的总供氧时间分别为16h、12h、12h和8h;好氧/厌氧交替频率分另U为4h/2h、3h/3h、2h/2h和2h/4h)下同步启动反应器,保持各反应器内环境温度为(30.0±4-0.5)℃,并控制曝气阶段溶解氧(DO)浓度为(1.2±0.1)mg·L-1.实验结果表明,反应器内的微生物经过124d的驯化和增殖,具有一定的脱氮能力,但是效果不同,其中,采用总供氧时问为12h,好厌氧交替频率为2h/2h供氧策略的反应器c效果最好,氨氮去除率达到96.6%左右,而且抗氨氮冲击负荷的能力最强,最大的氨氮容积负荷为0.186 g·(L·d)-1;在曝气阶段由于DO浓度的限制,亚硝酸盐出现积累;缺氧阶段,由于厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌的协同作用,亚硝酸盐氮和氨氮同时被去除,且没有硝酸盐的积累.从4个反应器和渗滤液原水中提取细菌总DNA,通过PCR-DGGE技术获得DGGE图谱.分析图谱中各泳道的条带数目和条带亮度、各泳道间的相似性系数C,值,结果表明,不同供氧策略对反应器内的细菌多样性和种群结构产生了较大影响.     

应用紫外/氯组合工艺去除微污染原水中氨氮的特性研究

针对饮用水中氨氮超标对环境造成的污染问题,采用紫外/氯组合工艺对饮用水中氨氮进行降解研究.结果表明,紫外/氯高级氧化工艺可以有效去除水中氨氮.一方面,自由氯和氨氮之间发生取代反应将氨氮转化为氯胺,254 nm紫外光可有效裂解N—Cl键,一氯胺在254 nm处的摩尔吸光系数为354 L·mol~(-1)·cm~(-1),量子产率为0.68 mol·E~(-1);另一方面,自由氯光解产生的自由基可直接氧化氨氮.随着紫外辐照剂量的增加,氨氮和总溶解性氮(TN)的浓度逐渐减少,当紫外辐照剂量达到1000 mJ·cm~(-2)时,氨氮(起始浓度2 mg·L~(-1))和TN的去除率分别为53%和35%,相比单独氯化条件下分别提高了20%和15%.随着Cl_2/N的增加,氨氮和TN的浓度逐渐减小,当Cl_2/N≥1.6时,紫外/氯组合工艺对氨氮的去除率接近100%,当Cl_2/N1.6时,紫外/氯工艺对TN的去除率相比单独氯化工艺提高了30%左右.此外,氨氮去除率随pH升高而增加,而TN去除率随pH升高而降低.本研究结果可为紫外/氯组合工艺在水厂中的实际应用提供有效的理论和技术支持.     

厌氧铁氨氧化处理模拟垃圾渗滤液的影响因素研究

厌氧条件下,微生物将NH~+_4-N氧化和Fe~(3+)还原的反应称为厌氧铁氨氧化(Feammox).试验以处理垃圾渗滤液的厌氧氨氧化污泥(ANAMMOX)为接种污泥驯化Feammox污泥,研究了不同NH~+_4-N及Fe~(3+)浓度对Feammox系统的影响,并采用扫描电镜(SEM)分析了Feammox系统不同运行阶段的污泥形态特征.结果表明:在厌氧序批式反应器中,在常温条件下控制进水NH~+_4-N浓度为50 mg·L~(-1)、pH在7.4～7.6之间,经过88 d厌氧富集培养后NH~+_4-N最大转化率达到52.73%,最大转化量为28.37 mg·L~(-1),出水Fe~(2+)浓度随着运行时间的增加逐渐增加,最高浓度为2.87 mg·L~(-1).高浓度NH~+_4-N(400 mg·L~(-1))和Fe~(3+)(500 mg·L~(-1))条件下,氨氮转化量分别达到了40.69 mg·L~(-1)和29.23 mg·L~(-1),说明高进水基质条件下仍然有Feammox反应发生.低浓度NH~+_4-N(100 mg·L~(-1))和Fe~(3+)(50 mg·L~(-1))条件下,NH~+_4-N转化量与Fe~(2+)生成量的线性关系较强,R~2分别为0.86544和0.86034.通过SEM分析可得,Feammox污泥表面附着有不规则矿物,这些矿物沉积在微生物细胞表面阻碍传质,从而降低微生物代谢效率.