生物膜系统中部分反硝化实现特性

以移动床生物膜反应器（moving-bed biofilm reactor,MBBR）为例,考察生物膜系统中部分反硝化NO₂^--N积累特性,并通过耦合厌氧氨氧化验证生物膜系统中部分反硝化耦合厌氧氨氧化（partial denitrification with anaerobic ammonium oxidation,PD+ANAMMOX）工艺的可行性.结果表明,在C/N为3.0,填充率为20%的条件下,经过40 d的富集培养,实现部分反硝化,NO₂^--N积累率达（69.38±3.53）%;接种生物膜NO₃^--N还原酶（nitrate reductase,NAR）活性为0.03 μmol·（min·mg）^-1,NO₂^--N还原酶（nitrite reductase,NIR）活性为0.18 μmol·（min·mg）^-1,富集培养后生物膜NAR活性增至0.45 μmol·（min·mg）^-1,NIR活性降至0.02 μmol·（min·mg）^-1,从酶学角度验证了部分反硝化实现;高通量测序结果显示,Thauera属从0.3%增加至37.27%,在微生物群落中占主导地位,该菌属被认为是部分反硝化过程的主要功能菌.随后与厌氧氨氧化耦合,出水总氮达（6.41±1.50） mg·L^-1,总氮去除率达（88.16±2.71）%,证明了生物膜系统中PD+ANAMMOX的可行性及稳定性.     

好氧反硝化菌的脱氮特性研究与探讨

本论文对好氧反硝化菌株FR2,FX5,FW4在好氧条件下的反硝化特性进行了研究。结果表明：反硝化主要发生在菌体的对数生长期,且反硝化过程中NO2^--N有少量的积累。 对不同温度、pH、碳源对好氧反硝化作用的影响进行了研究,结果表明：该三株菌在好氧条件下均具有良好的反硝化效果;温度为25℃～30℃的中性和微碱性条件反硝化效果较好;以乙酸钠为碳源的反硝化效果最好,NO3^-N的去除率最高。以葡萄糖为碳源的反硝化效果最差,NO3^-N的去除率最低。     

Performance of completely autotrophic nitrogen removal over nitrite process under different aeration modes and dissolved oxygen

In this study, three sequential batch biofilm reactors (SBBRs) were operated for 155 days to evaluate the performance of completely autotrophic nitrogen removal over nitrite (CANON) process under different aeration modes and dissolved oxygen (DO). Synthetic wastewater with 160-mg NH4 ⁺-N/L was fed into the reactors. In the continuously-aerated reactor, the efficiency of the ammonium nitrogen conversion and total nitrogen (TN) removal reached 80% and 70%, respectively, with DO between 0.8–1.0 mg/L. Whereas in the intermittently-aerated reactor, at the aeration/non-aeration ratio of 1.0, ammonium was always under the detection limit and 86% of TN was removed with DO between 2.0–2.5 mg/L during the aeration time. Results show that CANON could be achieved in both continuous and intermittent aeration pattern. However, to achieve the same nitrogen removal efficiency, the DO needed in the intermittently-aerated sequential batch biofilm reactor (SBBR) during the aeration period was higher than that in the continuously-aerated SBBR. In addition, the DO in the CANON system should be adjusted to the aeration mode, and low DO was not a prerequisite to CANON process.     

污泥龄对除磷亚硝化颗粒系统的影响

以低C/N比生活污水为研究对象,接种成熟除磷颗粒污泥,探究泥龄对中低温度下(14～21℃)除磷亚硝化颗粒污泥的影响.结果表明,常温下(20℃±1℃),泥龄为30 d,曝气量为5 L·(h·L)~(-1)可实现除磷颗粒污泥中AOB的富集,NAR达到90%以上.当温度降低到15℃,泥龄为40 d时除磷性能恶化,颗粒结构变松散并伴有丝状菌生成.相对充足的氧气使亚硝化失稳,NAR下降至22. 4%. NOB不具备迅速适应环境变化的能力,采取12 d厌氧饥饿加排泥的策略,削弱了NOB的相对活性,迅速恢复了除磷亚硝化性能.批次实验显示温度从20℃下降到15℃,聚磷菌仍能保持较高的氧利用率,但AOB的SOUR下降了18%,此时是温度而不是溶解氧浓度制约了氨氧化能力.控制泥龄为30 d,同时降低曝气量为4 L·(h·L)~(-1),实现了低温下(15℃±1℃)除磷亚硝化颗粒污泥系统的稳定运行.     

乙酸钠作为碳源不同污泥源短程反硝化过程亚硝酸盐积累特性

为探究乙酸钠作为碳源时,不同污泥源外源短程反硝化过程中亚硝酸盐积累特性,采用1号和2号SBR分别接种某污水处理厂二沉池和同步硝化反硝化除磷系统剩余污泥,通过合理控制初始硝酸盐浓度和缺氧时间,实现了短程反硝化的启动,并考察了其在不同初始COD和NO_3~--N浓度条件下的碳、氮去除特性.试验结果表明:以乙酸钠为碳源,1号和2号SBR可分别在21 d和20 d实现短程反硝化的成功启动,且其NO_2~--N积累量和亚硝酸盐积累率(NAR)均维持在较高水平,分别为12. 61 mg·L-1、79. 76%和13. 85 mg·L-1、87. 60%.当2号SBR初始NO_3~--N浓度为20 mg·L-1,且初始COD浓度由60mg·L-1升高至140 mg·L-1时,系统实现最高NO_2~--N积累时间可由160 min逐渐缩短至6 min,同时NO_3~--N比反硝化速率(以VSS计)由3. 84 mg·(g·h)-1增加至7. 35 mg·(g·h)-1,初始COD浓度的提高有利于实现短程反硝化过程NO_2~--N积累. 2号SBR初始COD浓度为100 mg·L-1,当初始NO_3~--N浓度由20 mg·L-1增加至30 mg·L-1时,系统NAR均维持在90%以上,最高可达100%(NO_3~--N初始浓度为25 mg·L-1);当初始NO_3~--N浓度≥35 mg·L-1时,系统COD不足导致NO_3~--N不能被完全还原为NO_2~--N.此外,在不同初始COD浓度(80、100、120 mg·L-1)和NO_3~--N浓度(20、25、30、40 mg·L-1)条件下,2号SBR的脱氮除碳和短程反硝化性能均优于1号SBR.     

CAST工艺高温短程硝化的实现及其除磷性能

以模拟废水为研究对象,考察了22、25、28℃这3个温度下CAST反应器内短程硝化的实现及其除磷性能.结果表明,不同温度下系统的TN去除均稳定在80%以上,且NH_4~+-N去除良好.当温度为22℃和25℃时系统内未观察到亚硝积累,除磷率为94. 3%和86. 9%,升高温度至28℃,反应器内亚硝积累率为87. 2%,实现稳定的短程硝化.此外,高温短程硝化阶段(28℃),系统释、吸磷能力较22℃和25℃均有所下降,且厌氧段释磷量/COD消耗量(P/C)比明显低于前两个阶段.然而,该温度条件下反应器除磷性能并未恶化,除磷率为68. 9%,说明进水碳源充足不仅能保证CAST工艺对TN的去除,同时可用于解毒NO_2~-以减弱其对聚磷菌的抑制.不同温度条件下的污泥吸磷小试发现,O_2、NO_3~-、NO_2~-均可作为电子受体进行吸磷,其中好氧吸磷速率高于以NO_3~-和NO_2~-为电子受体的反硝化吸磷速率,且以O_2和NO_3~-为电子受体的吸磷速率与温度呈负相关.     

基于不同污泥量间歇饥饿的CANON工艺启动

为了探究不同污泥量间歇饥饿对于全程自养脱氮（CANON）工艺启动的影响,R1、R2和R3反应器分别采用水力筛分间歇饥饿、部分污泥间歇饥饿和全部污泥间歇饥饿3种不同的方式启动CANON工艺.结果显示,R1、R2和R3反应器分别在第44,66和58d顺利启动,第70d时,其总氮去除率分别达到73.63%、71.56%和67.40%左右,粒径分别达到了404,359和306μm.分析表明,水力筛分间歇饥饿方式可以选择性地针对絮状污泥进行饥饿,避免间歇饥饿对于污泥EPS及粒径的负面影响,在有效抑制NOB菌活性的同时易于保持相关功能菌的活性;部分污泥间歇饥饿的方式在一定程度上避免了AOB和ANAMMOX活性的衰减,但同时NOB的抑制效果也较差;整体间歇饥饿策略对于NOB的抑制效果最好,但同时也不利于CANON工艺相关功能菌的活性保持.     

EGSB-CANON工艺启动及动力学特性

采用EGSB（Expanded Granular Sludge Bed）反应器,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中通过改变曝气方式以及优化曝气/非曝气逐步实现CANON工艺的稳定运行.通过研究不同曝气/非曝气条件下CANON工艺的脱氮性能的变化,探究系统内不同污泥粒径中功能菌的活性,揭示EGSB反应器不同的运行条件以及系统内不同粒径的微生物聚集体在CANON工艺启动过程中的影响机制与菌群结构特性.结果表明,当恒定曝气量为0.5L/min,曝气/非曝气为2：1（60min：30min）时,实现了AerAOB（Aerobic Ammonia-Oxidizing Bacteria）与AnAOB（Anaerobic Ammonium-Oxidation Bacteria）协同脱氮的目的,并成功将NOB（Nitrite-Oxidizing Bacteria）的活性由3.41mgN/（h·gVSS）抑制到0.75mgN/（h·gVSS）.在对AnAOB的双底物（NO₂^--N和NH₄⁺-N）抑制动力学结果进行Haldane拟合时,得到NH₄⁺-N和NO₂^--N的半饱和常数（k_s）、抑制动力学常数（k_h）分别为106.8,331.9mg/L,272.4,66.61mg/L,相关性系数（R²）分别为0.98133和0.99142.在CANON污泥颗粒化形成过程中,污泥粒径在0.154~0.335mm范围内主要以AerAOB为主,污泥粒径在1mm以上主要以AnAOB为主.不同粒径下微生物聚集体的协同作用以及稳定的群落结构实现了CANON工艺的稳定运行.     

重稀土元素钇对短程反硝化工艺的影响

研究重稀土元素钇（Y（III））对短程反硝化工艺的短期和长期影响.结果表明,1~50mg/L的Y（III）对亚硝酸盐的积累量无明显影响,60~100mg/L的Y（III）会影响硝酸盐的还原和亚硝酸盐的积累.1~10mg/L的Y（III）对细菌活性呈现促进作用,20~100mg/L的Y（III）对细菌活性呈现抑制作用.胞外吸附的Y（III）是抑制细菌活性的主要因子,线性拟合的相关性系数R²为0.957,半抑制浓度IC_50（吸附）为1.079mg/L（以湿重计）,对应水中Y（III）浓度为54.35mg/L.SEM显示,添加Y（III）会使细菌产生更多的胞外聚合物（EPS）将细菌包裹以抵抗Y（III）的毒性,EDS显示被包裹的细菌表面碳、氮元素含量大幅度降低,EPS影响了底物的传质.130d的长期实验表明,5mg/L的Y（III）会使反应器的反硝化性能逐渐消失,停止添加稀土后,反应器的亚硝酸盐积累功能也不能恢复.     

晚期渗滤液脱氮过程中的抑制现象及其消除

对于垃圾填埋过程中高氨氮浓度、低C/N的晚期渗滤液,反硝化碳源不足会造成A/O脱氮系统的亚硝酸积累,导致对氨氧化和亚硝酸氧化过程的抑制作用.A,²/O流程中的厌氧处理对难降解有机物的水解酸化作用可为后续反硝化提供易降解有机碳源,可消除亚硝酸盐的积累及其对硝化过程的抑制.试验表明,厌氧处理可使氨氧化速率和反硝化速率提高约1倍和1.3倍,分别达0.123mgN/(mgMLSSd)和0.0675mgN/(mgMLSSd),TN去除率由8%提高到15%.使浓度高达1000mg/L的氨氮,在0.138mgN/(mgMLSSd)的进水负荷下较为彻底地氧化为安全的硝酸盐.