上流式厌氧氨氧化反应器氮负荷提升过程中的运行性状

接种厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation,ANAMMOX)颗粒污泥至上流式厌氧污泥床反应器(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket,UASB),并控制进水NO_3~--N/NO_2~--N质量比为1∶1。在(33±1)℃下,通过研究不同进水总氮质量浓度(200 mg/L、400mg/L、600 mg/L)和水力停留时间(12 h、8 h、6 h、4 h)下的脱氮效能、污泥形态及微生物群落结构,多维分析上流式ANAMMOX反应器氮负荷提升过程中的运行性状。结果表明,在进水NO_3~--N和NO_2~--N质量浓度均为200 mg/L、总氮质量浓度为400 mg/L、水力停留时间为6h的运行工况下反应器可获得最佳处理效能,NO_3~--N、NO_2~--N和总氮去除负荷分别达到0.76 kg N/(m3·d)、0.75 kg N/(m3·d)和1.32kg N/(m3·d),三者去除率分别为95.0%、93.8%和82.5%。氮负荷提升过程中的污泥形态和微生物群落结构动态变化显示,相较于水力停留时间的缩短,进水总氮质量浓度增加对上流式ANAMMOX反应器运行过程的影响更为显著,其不仅导致了颗粒污泥解聚,还显著降低了微生物种群的多样性和均匀度。核酸测序结果表明,反应器中分布着3种潜在的ANAMMOX优势功能菌,且三者丰度会随进水总氮质量浓度增加而发生明显演替。研究表明,在上流式ANAMMOX反应器氮负荷提升过程中,进水总氮浓度的控制更为关键。     

基于GAC颗粒污泥厌氧氨氧化EGSB反应器的快速启动

以GAC颗粒污泥为接种污泥研究厌氧氨氧化EGSB反应器快速启动的条件及运行参数。反应器的启动在17 d内完成,总氮容积负荷达到1.62 kg/(m3·d)。采用缩短水力停留时间方式提高反应器负荷,14 d内反应器总氮容积负荷能快速升至1.45 kg/(m3·d),实验结果表明采用低基质浓度和缩短水力停留时间方式更利于厌氧氨氧化反应器的启动。第18~21 d平均产气速率为1.1 L/h,用气相色谱仪对EGSB反应器产生的气体进行分析,N2O、CO2平均体积分数分别为0.8%、0.02%,如何降低气体中N2O的浓度需要进一步研究。     

UASB反应器中厌氧氨氧化菌脱氮效果及运行条件

通过UASB反应器中接种厌氧氨氧化颗粒污泥,处理模拟实验废水,检测其厌氧脱氮效果,并探寻其最佳运行条件。研究表明,UASB反应器中厌氧氨氧化菌具有高效的脱氮效果。厌氧氨氧化菌对NH~+_4-N和NO~-_2-N的适宜浓度负荷均为220 mg/L,水力停留时间适宜为4 h,最适温度为35℃,最佳p H值为8.0,在此条件下,NH~+_4-N,NO~-_2-N和TN的去除率分别可达97%,98.5%及88%。     

以SRB颗粒污泥为载体的硫酸盐型厌氧氨氧化的启动研究

采用复合式厌氧折流板反应器(HABR),研究先驯化硫酸盐还原菌(SRB)颗粒污泥、再以之为载体进行硫酸盐型厌氧氨氧化的启动,通过NH_4~+-N、SO_4~(2-)、COD等指标的变化探讨启动的效能。在7pH8.5、温度为(32±1)℃的条件下,采用低负荷启动方式,以CH_3COONa为有机碳源,通过逐步缩短HRT提高进水负荷来驯化培养硫酸盐还原菌颗粒污泥。结果表明,SO_4~(2-)与COD去除效果逐步达到稳定,最高去除率分别为86.2%和68.8%,S0全程积累并趋于稳定,经过60 d的驯化,SRB颗粒污泥平均粒径达到3 mm,硫酸盐还原反应启动成功。之后以驯化成熟的SRB颗粒污泥为载体,保持COD为50 mg/L,通过提高进水中NH+4-N和SO2-4负荷的方式启动硫酸盐型厌氧氨氧化。结果表明,NH_4~+-N和SO_4~(2-)去除效果逐步上升并稳定在50%以上,最高分别达到52.5%与53.7%。硫酸盐型厌氧氨氧化成功启动。     

序批式厌氧反应器厌氧氨氧化渗滤液脱氮试验研究

通过接种具有厌氧氨氧化性能的污泥,采用序批式厌氧反应器(ASBR)处理垃圾渗滤液,研究水力停留时间(HRT)、pH、温度等对厌氧氨氧化反应过程的影响并确定各因素的最佳控制范围。结果表明,在本试验条件下,HRT、pH和温度的适宜范围分别为24 h、7.5~8.5和35℃。在此条件下,进水NH~+_4-N浓度为150 mg/L,NO~-_2-N浓度为160 mg/L,COD浓度为300 mg/L时,出水NH~+_4-N、NO~-_2-N、TN、COD平均浓度分别为15.5 mg/L、0.01mg/L、43.2 mg/L和152.1 mg/L,相对应的平均去除率分别为89.7%、99.9%、86.1%和47.6%。     

厌氧氨氧化颗粒污泥的培养及影响因素

在EGSB反应器中快速启动厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺,总氮去除速率为0.931±0.006 kg/(m~3·d),总氮去除效率为90.5%±0.8%。培养得到厌氧氨氧化颗粒污泥和絮状污泥混合物,污泥平均粒径为307.5μm。高质量浓度的NO_2~-(143.25 mg/L)抑制厌氧氨氧化菌活性;N_2H_4可强化厌氧氨氧化,但高质量浓度的N_2H_4抑制厌氧氨氧化菌活性;短期添加丙酸盐(COD质量浓度0~400 mg/L)对厌氧氨氧化速率几乎无影响;厌氧氨氧化速率随Fe~(3+)浓度(0~1.2 mmol/L)的增加而增加。     

接种不同污泥启动厌氧氨氧化ASBR反应器研究

采用ASBR反应器,分别以好氧硝化污泥和厌氧颗粒污泥为种泥,通过对氨氮、亚硝酸盐氮等指标的监测和数据分析、污泥颜色的观察,研究2个厌氧氨氧化反应器启动的可行性及其差异.结果表明,2个厌氧氨氧化反应器均可成功启动;采用好氧硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器耗时142 d,启动前后污泥颜色变化不大,亚硝酸盐氮浓度超过20 mmol/L会对厌氧氨氧化产生明显的抑制作用;采用厌氧颗粒污泥启动厌氧氨氧化反应器耗时249 d,启动前后污泥颜色变化很大,从黑色逐渐变为砖红色,亚硝酸盐氮浓度超过13.4 mmol/L会对厌氧氨氧化产生抑制作用;分别用以上2种污泥启动的厌氧氨氧化ASBR反应器中占优势地位的厌氧氨氧化菌不同.     

ABR厌氧氨氧化反硝化协同脱氮除碳研究

为明确厌氧氨氧化和反硝化协同脱氮除碳过程,采用ABR反应器控制进水氨氮和亚硝酸盐氮质量浓度分别为75 mg/L、110 mg/L,研究在不同进水COD浓度下脱氮除碳效果。结果表明,在ABR反应器的不同隔室脱氮除碳途径存在差异,低浓度COD(质量浓度120 mg/L)为Anammox菌和反硝化菌之间良好的协同作用提供了保障从而实现稳定高效脱氮除碳,TN和COD去除率分别在98%和79%以上,但在高进水COD(质量浓度120 mg/L)条件下,异养反硝化作用增强使得COD去除率可达到92%,Anammox受到限制致使总氮去除率降至70%。     

厌氧氨氧化反应器中微生物种群结构分析

借助扫描电镜和T- RFLP等分析技术,观察厌氧氨氧化膜生物反应器( Membrane Bioreactor,MBR)中氮素、污泥颜色、颗粒污泥微观结构并对微生物种群进行分析,以为厌氧氨氧化菌的快速富集培养提供有用信息.结果表明,运行的110 d间,厌氧氨氧化MBR的容积总氮负荷达0.245 kg/(m3·d),去除率为80%,NH+4+ -N和NO2- -N去除率分别为81%和91%.污泥的VSS/TSS比由初始的0.66提高到0.77,颗粒污泥颜色转为红褐色,以杆状和球状菌为主,其中,Planctomyce、Pirellula、Gemmata和Pseudomonas等种属均已证明具有厌氧氨氧化活性.     

利用普通反硝化活性污泥快速启动厌氧氨氧化试验

采用有效容积为6.3 L的上流式流化床接种普通污泥,进行了厌氧氨氧化反应器的启动,研究了先富集反硝化污泥再启动厌氧氨氧化反应器的过程特征。首先投配硝氮质量浓度70 mg/L、以葡萄糖为碳源、COD为200 mg/L的模拟废水增强污泥的反硝化能力。运行6 d后,出水硝氮质量浓度在10 mg/L左右,反应器对硝氮的去除率稳定在80%以上,污泥具有较高的反硝化活性。随后投配氨氮质量浓度50~60 mg/L、亚硝氮质量浓度30~58 mg/L的废水进行厌氧氨氧化菌培养。培养一开始出水氨氮质量浓度就比进水低,第31 d氨氮的去除率达到50%以上。逐步提高进水氨氮和亚硝酸氮质量浓度,从100 mg/L、140 mg/L、200 mg/L到420 mg/L,氨氮和亚硝氮去除率亦不断提高。第40 d后,反应器氨氮去除量、亚硝氮去除量和硝氮增加量之比在1∶(1.3±0.2)∶(0.3±0.1)范围内小幅波动,表明厌氧氨氧化反应已经成为反应器内的主导脱氮反应。经过76 d的培养,在进水氨氮和亚硝氮质量浓度分别为405.23 mg/L和488.24 mg/L时,反应器对它们的去除率达到80%和95.22%,最大氮去除速率为0.93 kg/(m3·d)。研究表明,采用上流式流化反应器先富集反硝化菌再培养厌氧氨氧化菌和采用逐步提高进水负荷的启动策略,对于快速培养高活性Anammox污泥、启动反应器是有效的。     

电渗透-过硫酸盐氧化对污泥胞外聚合物的影响

利用电渗透-高级氧化协同的方法,采用自制装置对市政污水厂的脱水污泥进行了深度脱水研究,系统研究了恒定电压和恒定电流对污泥脱水效果的影响,并分析了电渗透-高级氧化协同对污泥中胞外聚合物(EPS)的影响规律。结果表明,电压和电流的变化对于污泥脱水的影响显著,电渗透-高级氧化协同对污泥中的胞外聚合物有明显的破坏作用,其中电渗透作用对松散附着型EPS(LB-EPS)和黏液层EPS(S-EPS)的破坏明显,而高级氧化作用对于紧密黏附型EPS(TB-EPS)的破坏更为显著。     

部分亚硝化-厌氧氨氧化串联工艺处理餐厨垃圾厌氧消化液研究

针对餐厨垃圾厌氧消化液高氨氮(NH_4~+-N)浓度、低C/N比的特点,采用部分亚硝化(Partial Nitrification,PN)-厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium O_xidation,ANAMMOX)串联工艺,进行餐厨垃圾厌氧消化液处理可行性分析。利用启动成功的ANAMMOX反应器进行潜能试验,结果表明,该反应器所能承受的最大进水NH_4~+-N和NO_2~--N质量浓度及COD均为300 mg/L,由此确定亚硝化反应器进水NH_4~+-N质量浓度约为600 mg/L,COD为400 mg/L左右。在该进水条件下,调控亚硝化反应器温度为30℃,DO质量浓度为2~3 mg/L,进水pH=7.8~8.3,经过39 d成功启动亚硝化。进一步调控DO质量浓度在0.5~1.0 mg/L,成功实现部分亚硝化,出水NO_2~--N/NH_4~+-N质量浓度比在0.90~1.27,并于第15 d与ANAMMOX反应器联立。串联工艺整体TN去除率为82.5%,且主要由ANAMMOX工艺承担。研究表明,该串联工艺基本实现了餐厨垃圾厌氧消化液联合生物脱氮。     

铁/铝/钛电极脉冲电场强化厌氧氨氧化工艺处理效果的研究

脉冲电场在一定程度上可以强化厌氧氨氧化工艺,通过对持续运行的厌氧氨氧化反应器R1、R2、R3施加铁电极、铝电极、钛电极脉冲电场,探究电极材质对厌氧氨氧化工艺脱氮效果及菌群结构的影响。结果表明,R1的脱氮效果要优于R2、R3,经过76 d的连续培养,R1的总氮去除率为85.23%,而R2、R3的总氮去除率分别为68.65%、73.47%。同时长期培养导致3组反应器中的菌群结构较接种污泥发生了变化,根据Shannon和Simpson指数,反应器中微生物的群落多样性逐渐降低,R1中厌氧氨氧化菌属的相对丰度逐渐提升,至64 d, R1、R2、R3污泥中Candidatus Kuenenia的相对丰度分别为54.05%、42.06%、43.96%(接种污泥为44.69%)。铁电极脉冲电场强化更有利于厌氧氨氧化菌的富集及工艺脱氮性能的提升。     

温度对亚硝化颗粒污泥性能和生物脱氮影响及其机理探究北大核心

以实际废水为研究对象,在序批式反应器中探究了温度对亚硝化颗粒污泥的性能及生物脱氮的影响。实验结果表明温度由10℃升高至30℃,亚硝化颗粒物污泥的混合悬浮固体由2 769 mg/L增加至4 120 mg/L,污泥体积指数(SVI)由58 m L/g下降至45 m L/g。此外,温度升高导致亚硝化颗粒污泥胞外聚合物含量下降,但是,胞外聚合物中蛋白质和多糖的比值增加,进而影响颗粒污泥的亚硝化率。当温度由10℃升高至30℃时,好氧颗粒污泥的亚硝化率由35%升高至92%。机理研究表明高温有助于亚硝化颗粒污泥的形成和亚硝化率的提高。本结果可为最终实现稳定、持久、高效的短程硝化-反硝化生物脱氮提供可行性方案。     

软/硬质悬浮填料对MBR中EPS的影响

以聚丙烯无纺布为膜组件,向浸渍式膜生物反应器(MBR)中分别投加硬/软质悬浮填料处理人工废水.分析测定EPS、SVI、膜污染阻力及跨膜压力的变化,采用统计分析方法研究了软/硬质悬浮填料对MBR中EPS及SVI的影响;通过扫描电镜(SEM)分析,表征添加软/硬质悬浮填料膜表面的污染状况.结果表明,添加软/硬质悬浮填料膜组件表面滤饼中的溶解性EPSS和结合性EPSB与膜污染阻力的皮尔逊相关系数(rp)分别为0.929～ 0.984和0.798～0.853,EPSS与膜污染阻力之间表现出更强的相关性,EPSS对膜污染阻力的贡献大于EPSB.添加软/硬质悬浮填料MBR污泥混合液的EPS与SVI的皮尔逊系数(rp)分别为0.895和0.798,呈现明显的正相关性.SEM分析也表明,添加软质填料的膜表面污泥覆盖程度大于硬质填料的膜表面,但膜内部的污泥沉积量明显低于硬质填料.与软质悬浮填料相比,硬质悬浮填料能导致MBR污泥混合液的SVI和EPS含量增大,增加膜污染速率和不可逆膜污染阻力,软质悬浮填料具有更好的控制膜不可逆污染的效能.     

铁离子对膜生物反应器中污泥性质及膜污染的影响

以处理模拟生活污水的平板膜-生物反应器为依托,将进水铁离子质量浓度分别调配成6 mg/L、1g mg/L、40 mg/L,考察三价铁离子对膜生物反应器中污泥性质及膜污染的影响.结果表明,投加铁离子对平板膜-生物反应器的出水水质影响不大.随着铁离子投加质量浓度的增加,跨膜压差(TMP)增长趋势变小,膜污染得到缓解,其中铁离子投加质量浓度为40 mg/L时,膜污染控制效果最好.铁离子的投加强化了生物絮凝作用,造成污泥质量浓度的上升,溶解性微生物产物(SMP)和松散型胞外聚会物(LB-EPS)质量比的下降.从膜阻力分析可以看出.投加铁离子主要是降低SMP和LB-EPS等凝胶层污染物引起的外部阻力.     

氧化预处理对污泥蛋白质提取及脱水性的影响

为了提高污泥蛋白质的提取效率并提高其脱水性,分别采用过硫酸氢钾、过氧化钙及被Fe2+活化后的过硫酸氢钾和过氧化钙预处理污泥,以考察其对污泥脱水性及蛋白质提取效率的影响并选出一种最佳的氧化预处理方式.结果表明,过硫酸氢钾和过氧化钙单独调理时,污泥脱水性有明显提高且蛋白质提取量较高.经Fe2+活化后,虽然污泥比阻(FSR)比单独调理时降低50％以上,但因反应生成具有絮凝效果的Fe3+导致蛋白质提取量大幅降低.结合蛋白提取效率,发现采用0.1 g/gTSS(干物质质量)的过氧化钙单独调理效果最好,此时污泥比阻(FSR)与毛细吸水时间(tCST)分别为0.37×1013m/kg、22.4 s,相比原污泥比阻与毛细吸水时间分别降低78.4％和76.6％,同时蛋白质提取量高达104.52 mg/g TSS,与原污泥相比增加了 80.4％.     

Cu2+对活性污泥代谢及群落结构的影响

为探究微量Cu2+对微生物代谢产物及群落结构的影响,采用序批式反应器(SBR),以含Cu2+原水作用下活性污泥为研究对象,分析不同质量浓度Cu2对胞外聚合物(EPS)和溶解性代谢产物(SMP)的影响,并通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析总细菌在不同质量浓度微量Cu2+驯化前后的群落结构.结果表明,活性污泥的EPS质量浓度受Cu2+的影响呈波动下降趋势,反应中后期趋于稳定,稳定区间与Cu2+质量浓度成反比.Cu2+加入反应体系后会造成SMP质量浓度短暂下降,随后微生物释放SMP来缓解环境压力,SMP质量浓度有所回升;中后期由于Cu2+积累导致细胞自溶、释放SMP,SMP质量浓度突增,增长幅度与Cu2+质量浓度成正比.不同质量浓度Cu2+会造成特定菌群的消亡,还会促进耐受力强的微生物成为优势菌种.含Cu2+原水会使微生物量和群落多样性降低,当Cu2+质量浓度为3.5 mg/L时SDI由1.92下降至1.23,而由于新优势菌种的产生,Cu2+质量浓度为5.0 mg/L时SDI有所回升.