好氧颗粒污泥藻酸盐提取物的聚集形态研究

为探寻细菌藻酸盐对好氧污泥颗粒化的作用,借鉴海藻酸盐的提取方法,将好氧颗粒污泥中的细菌藻酸盐提取和鉴定后,对10～500mg·L-1,范围内不同浓度的藻酸盐提取物在50mg·L-1CaCl2溶液中的聚集形态进行了原子力显微镜观察.结果表明,细菌藻酸盐占好氧颗粒污泥干重的35.1%±1.9%.在CaCl2作用下,藻酸盐提取物具有从无序聚集成有序状态的超分子自组装特性,随着浓度的增加,藻酸盐提取物自发聚集,由纳米级的胶束微球聚集为微米级的花状,进而连接成网状成层堆积.好氧颗粒污泥中细菌藻酸盐通过形成具有三维空间结构的细菌藻酸盐-金属凝胶而对颗粒污泥的形成起骨架作用.其中,细菌藻酸盐-Ca2 凝胶在颗粒污泥的形成和维持其稳定结构中起主要作用.     

局部包埋ANAMMOX活性填料启动生物滤池

以厌氧氨氧化细菌(AAOB)混培物、聚乙烯醇(PVA)、碳酸钙和粒径2~4 mm的颗粒活性炭作为主要包埋材料,制备出局部包埋ANAMMOX活性填料。研究了该填料在生物滤池启动过程中的运行效果。实验结果表明,局部包埋固定化技术可使生物滤池在较高的水力负荷和高反冲洗强度条件下仍保持稳定的AAOB生物量,滤池中AAOB的比生长速率为0.0027 h-1,经过包埋固定后AAOB的增殖过程不会受到不利的影响且活性恢复较快。滤池内存在反硝化与ANAMMOX耦合的现象。通过监测进出水的pH值变化可快速判断ANAMMOX工艺脱氮负荷的变化情况。用Logistic模型模拟局部包埋ANAMMOX生物滤池细菌增殖规律相关性极强,相关系数R值达0.983。局部包埋固定化技术可以有效地固定AAOB,有助于解决AAOB在大规模工程应用中发生的细菌流失等问题,具有一定的应用前景。     

厌氧氨氧化反应过程的三维荧光光谱解析

采用三维荧光光谱表征了厌氧氨氧化UASB反应器启动过程中和有机冲击负荷条件下的出水样品,应用平行因子分析方法解析样品中各主成分的三维荧光光谱图。研究结果表明,反应器启动阶段,出水中含有类蛋白质、类富里酸和类腐殖酸物质,主要源于接种污泥的菌体自溶和残留有机物厌氧发酵。随着反应器的运行,出水中的类蛋白质,类富里酸物质和类腐殖酸荧光物质逐渐减少。在有机冲击负荷条件下,出水中的类蛋白质组分迅速增加并成为反应器出水中的主要荧光物质。该研究为厌氧氨氧化的启动及运行控制的监控表征提供了新的方法。     

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。     

无机碳强化处理焦化废水EGSB反应器运行效能

为实现处理焦化废水的颗粒污泥的快速培养,进而高效处理焦化废水,在22~27 ℃环境温度下,平行运行2个EGSB反应器,用焦化废水驯化处理啤酒废水颗粒污泥,对微氧运行（与厌氧对比）,有机营养物添加（厌氧、微氧运行）、无机碳营养添加（厌氧、微氧运行）3种情况时的污染物质（COD）去除效果进行实验研究。研究结果表明：与厌氧相比,微氧运行能够明显强化焦化废水中毒性污染物质的去除。在焦化废水驯化初期,多次水质冲击（1 500 mg·L-1COD, 220 mg·L-1氨氮→2 000 mg·L-1COD,70 mg·L-1氨氮→700 mg·L-1COD,104~220 mg·L-1氨氮）,微氧运行时COD平均去除率为24.8%（厌氧运行时仅为5.16%）。微氧运行虽然保证了污泥床的有效膨胀,但COD去除率的提高仍然有限。有机营养物的添加并没有使得COD去除率大幅提高,厌氧时为22.8%,微氧时为37.5%。无机碳营养（碳酸氢钠）的添加能够大幅提高焦化废水中COD去除率,厌氧时提高到53.8%;微氧时提高到75.4%,增幅分别达到31.0%和37.4%。微氧运行条件与无机碳营养的耦合作用能强化焦化废水中COD的去除,快速驯化培养处理焦化废水颗粒污泥。通过给处理焦化废水微氧EGSB反应器内添加碳酸氢钠,40 d就能完成高活性颗粒污泥的培养,高效处理焦化废水中各种污染物质。进水COD、酚类、氰化物和硫氢化物分别为54.8-1 927 mg·L-1,10.1-154.3 mg·L-1,0.9-57.8 mg·L-1和66.7-340.4 mg·L-1、进水流量1.2 L·h-1、HRT10 h 时,COD去除率达到78%~86%,酚类、氰化物、硫氢化物的平均去除率分别高达98.9%、93.1%和97.5%。     

城市生活污水短程硝化系统的恢复与启动

为了实现主流的短程硝化反硝化和厌氧氨氧化,设计了基于pH-DO和阀ON-OFF间歇曝气的在线控制系统,搭建了中试级别的短程硝化SBR,在高DO条件下基于城市生活污水恢复种泥活性后,加入反硝化稳定短程,最后接入厌氧氨氧化滤池实现全过程自养脱氮。将脱氮率、NO2--N积累率等作为考察指标,研究了系统的启动过程和稳定性。结果表明：控制SBR（sequencing batch reactor）中DO=2~2.5 mg·L-1、HRT=8~10 h、SRT=4~5 d、T=25℃,启动恢复3个月后,系统能保持90%以上的NO2--N积累率、NO2--N/NH4+-N=0.96±0.18;短程硝化反硝化能达到50%左右的NH4+-N去除率,60%左右的TIN去除率;短程硝化接厌氧氧氨氧化能保证90%左右的NH4+-N去除率和TIN去除率,出水达一级A标准。由实验结果分析,系统在高DO条件下能恢复短程硝化污泥的活性,基于pH-DO和阀ON-OFF间歇曝气的在线控制系统稳定性高,能保证短程硝化系统的稳定运行;恢复活性后,后接厌氧氨氧化滤池能实现中试级别的全过程自养脱氮。     

淡水水体底泥中厌氧氨氧化菌的原位鉴别

采用16S rRNA方法对江苏省新沂河的底泥样品进行了厌氧氨氧化菌的原位检测,建立了样品的16S rRNA克隆文库,共包括6个16S rRNA克隆序列.对文库中克隆序列利用ARB软件包进行了排队分析及系统发育树的绘制.分析结果表明,新沂河底泥样品中含有与已知厌氧氨氧化菌Candidatus“Brocadia anammoxidans”相似性为91%的16S rRNA基因,经鉴定为厌氧氨氧化菌Brocadia分支的新种类.样品中还含有组成Planctomycetes新分支的16S rRNA基因,它们与已知厌氧氨氧化菌序列的遗传距离较远,其微生物特性还有待进一步研究.厌氧氨氧化菌在淡水环境中的发现将有助于进一步研究厌氧氨氧化过程在受损淡水生态系统修复重建中的作用,重新认识其中的氮循环过程.     

反硝化除磷耦合部分亚硝化-厌氧氨氧化一体式工艺的启动

采用厌氧折流板反应器与完全混合反应器(ABR-CSTR)组合的一体式工艺作为试验载体,在连续流的运行条件下,针对低碳高氨氮(NH~+_4-N≥200mg·L~(-1))污水,将不同隔室内的普通厌氧污泥驯化培养为分别具有反硝化除磷、部分亚硝化和厌氧氨氧化功能,以实现三者功能的耦合.A4(CSTR)段通过限氧(DO=0.8 mg·L~(-1))和间歇曝气(曝∶停比=30 min∶30 min)的方式经过30 d成功实现部分亚硝化的启动.随后进一步采取缩短水力停留时间(HRT)的方式实现部分亚硝化的稳定运行,为厌氧氨氧化提供了NO~-_2-N/NH~+_4-N为1.0～1.1的稳定进水基质.A5和A6隔室运行154 d后实现了厌氧氨氧化功能, NH~+_4-N和NO~-_2-N的去除率分别为94%和97%,其出水中NO~-_3-N浓度稳定在22 mg·L~(-1)左右.A1～A3隔室利用回流中的NO~-_x-N作为电子受体成功实现了反硝化除磷功能,PO~(3-)_4-P的去除率为77%.一体式工艺经过175d成功耦合,实现了碳、氮和磷的同步高效去除.     

常温低基质下碱度和溶解氧对厌氧氨氧化的影响

通过改变进水碱度、光照条件和溶解氧,对以陶粒为填料的常温低基质上向流厌氧氨氧化生物滤柱的脱氮性能进行了研究.借助克隆测序技术对滤柱内的微生物菌群进行了分析.结果表明,水温为20℃±2℃,水力停留时间为3 h条件下,当进水碱度在44~350 mg·L-1时,随着碱度的降低,氨氮去除率从97.2%降至75.6%,总氮去除率从89.7%降至75.1%,而亚硝氮去除率稳定在99.7%,进水碱度为0 mg·L-1时,出水亚硝氮浓度突跃至4.9 mg·L-1.当进水碱度恢复至350 mg·L-1,存在自然光照情况下,氨氮去除率较没有光照时的氨氮去除率降低12.3%.水力停留时间为1.5 h条件下,当进水DO小于3mg·L-1时,平均氨氮去除率和亚硝氮去除率分别为99.7%和100%,平均总氮去除负荷为1.0 kg·(m3·d)-1.16S rRNA克隆测序鉴定结果表明,滤柱下部的厌氧氨氧化菌种类为Candidatus Jettenia asiatica和Candidatus Brocadia sp.,这两种菌对20℃±2℃水温有很好的适应性.     

基于不同接种污泥复合型厌氧氨氧化反应器的快速启动特征

为获得快速启动厌氧氨氧化的最佳污泥源及厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成工艺,采用本实验室自主研发复合型CAMBR反应器(厌氧折流板反应器(ABR)+膜生物反应器(MBR),分别接种厌氧颗粒污泥(R1)和絮状反硝化污泥(R2),考察不同接种污泥的厌氧氨氧化启动特征和颗粒化程度.结果表明,R1与R2反应器分别耗时45 d和60 d均成功快速启动厌氧氨氧化,其启动过程均可分为活性停滞期、活性提高期、活性稳定期3个阶段,但每个阶段氮素的去除规律略有不同,稳定运行期内,R1和R2反应器内NH_4~+-N和NO-2-N的平均去除率均高达95%以上;此外,R1反应器中形成了直径0.8~1.6mm为主的厌氧氨氧化红色颗粒污泥,R2反应器则以不规则块状和絮状为主,颗粒化程度较低,两个反应器内均可观察到红色颗粒污泥上浮现象;稳定运行期内NH_4~+-N、NO-2-N和NO_3~--N之间的定量关系分析表明:R1反应器内可能存在着硝酸盐型厌氧氨氧化,致使NH_4~+-N过量转化,R2反应器内则为典型亚硝酸盐型厌氧氨氧化.