ANAMMOX富集与优化停曝比对MBR-SNAD工艺的影响

采用膜生物反应器（MBR）研究了厌氧氨氧化细菌在富集过程中的活性变化,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中以恒定曝气量,通过优化停曝比实现氨氧化细菌（AerAOB）和厌氧氨氧化细菌（AnAOB）协同脱氮并且有效抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,然后添加有机物（乙酸钠）逐步启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化（SNAD）工艺.结果表明,在厌氧氨氧化细菌富集过程中,通过不断缩短水力停留时间（HRT）提高进水氮负荷的方式强化厌氧氨氧化细菌活性,其平均活性由0.603mgN/（h·gVSS）提高到了8.1mgN/（h·gVSS）;当恒定曝气量为50mL/min,停曝比为4：10（min：min）时,AerAOB和AnAOB对氨氮的去除量分别占总氨氮去除量的58.8%和41.2%,NOB氧化亚硝态氮的量占总硝态氮生成量的15.3%,成功抑制了NOB的活性;当C/N比为0.5,调整停曝比为4：15后,反硝化过程氮去除量占总氮去除率的20.9%,厌氧氨氧化过程氮去除量占总氮去除率的79.1%,实现了AerAOB、AnAOB和反硝化细菌（DNB）协同脱氮的目的.     

火山岩填料曝气生物滤池的SNAD工艺启动特性及功能菌丰度演替

为研究同步亚硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)工艺在浸没式生物滤池反应器(SBAF)内的运行特性,同时接种亚硝化污泥和富集ANAMMOX的填料启动SNAD反应器.结果表明在60 mg·L~(-1)有机物浓度下,自养脱氮和反硝化实现较好的耦合,并在该浓度下稳定运行了67 d,其总氮去除率最高可达92.0%,COD去除率最高达82.9%,最高总氮去除负荷为2.3 kg·(m~3·d)~(-1).与全程自养脱氮(CANON)工艺相比,SNAD工艺的平均总氮去除率提高了12.6%.荧光定量PCR结果显示,系统启动后AOB菌的丰度有所增长,ANAMMOX菌的丰度增长了1个数量级,而NOB菌和反硝化菌的数量维持在较低水平(小于10~7 copies·g~(-1)),表明以火山岩为填料的浸没式生物滤池反应器有利于ANAMMOX和AOB的协同生长,可快速实现SAND工艺的启动.     

连续流SNAD工艺处理猪场沼液启动过程中微生物种群演变及脱氮性能

为了实现合建式连续流同步部分亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化SNAD(simultaneous partial nitrification,ANAMMOX,and denitrification)工艺处理实际猪场沼液,保持温度为(30±1)℃,控制溶解氧(DO)为(0.4±0.1)mg·L~(-1),首先通过逐步提高模拟进水氨氮浓度来实现SNAD工艺的启动,然后实现SNAD工艺处理实际猪场沼液的稳定运行.同时,采用高通量测序和实时定量PCR(qPCR)技术对反应器启动前后及沼液替换成功时关键生物种群进行分析.结果表明,150 d左右可实现SNAD工艺的启动, 298 d完成实际沼液的替换,其出水(NO~-_3-N+NO~-_2-N)/ΔNH~+_4-N小于0.11,对NH~+_4-N和TN的平均去除率为63.26%和55.71%.高通量测序结果表明,绿弯菌门(Chloroflexi,相对丰度50.78%)、变形菌门(Proteobacteria, 13.34%)、浮霉菌门(Planctomycetes, 9.26%)是沼液替换成功时污泥中的优势菌门;主要优势脱氮菌属Nitrosomonas的相对丰度由启动前1.55%增加到1.98%;两类具有厌氧氨氧化(ANAMMOX)功能菌Candidatus_Brocadia和Candidatus_Kuenenia的相对丰度分别从启动前0.01%和未检出(0.01%)增加到4.66%和4.18%;Denitratisoma作为主要的反硝化菌,丰度由启动前未检出(0.01%)增加到2.06%.qPCR结果表明,与接种污泥相比,沼液替换成功后AOB、ANAMMOX菌和反硝化菌的含量均有明显增加.将SNAD工艺用于实际猪场沼液处理,可实现高效稳定脱氮,节约后续处理成本.     

基于改良ASM1的SNAD工艺启动和优化

采用微氧升流式膜生物反应器（UMSB-MBR）启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化（SNAD）工艺,拟通过构建数学模型实现工艺启动过程分析及其优化过程预测.结果表明：反应器历经厌氧氨氧化和全程自养脱氮（CANON）工艺后,通过引入有机碳源（C/N比为0.5）启动SNAD工艺（总氮去除率可达87.66%）,并运用ASM1模型及实验数据成功建立SNAD工艺启动模型;通过模型分析发现,氮负荷（NLR）的增大（由0.24~1.88kg/（m³·d））,适宜的溶解氧（DO）浓度（0.2~0.4mg/L）均有利于SNAD工艺的快速启动;通过模型预测发现,随着C/N比（由0.5~3.0）增大,反硝化菌（DNB）对厌氧氨氧化菌（AnAOB）活性的抑制程度不断增强,造成脱氮主要途径由厌氧氨氧化向异养反硝化过程转化,综合考虑C/N比为1.5时SNAD工艺效能和微生物菌群配置处于最佳状态.     

低温SNAD颗粒污泥工艺启动方式

为研究启动方式对同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)颗粒污泥工艺的影响,低温(12.7~18.3℃)条件下,R1和R2反应器分别通过先启动全程自养脱氮(CANON)工艺和先启动厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD)工艺的方式逐步启动SNAD颗粒污泥工艺.结果表明,R1反应器启动成功后,氨氮几乎完全去除,总氮去除率达到86.7%.低氨氮浓度运行时,出水总氮去除率下降至75.3%,出水总氮浓度在10 mg·L~(-1)左右,NOB存在过量增殖现象,出水总氮浓度超过北京市水污染物排放标准一级A规定.R2反应器启动成功后,出水几乎不含氨氮,总氮去除率在89.1%左右,略高于R1反应器.低氨氮浓度运行时,出水氨氮浓度小于1.0 mg·L~(-1),出水总氮浓度小于6 mg·L~(-1),出水氨氮和总氮浓度满足地标一级A标准.先启动SAD工艺可以在启动初期通过厌氧运行将NOB逐渐淘汰出系统内,维持了系统的稳定性,为后续曝气启动SNAD工艺提供了良好的基础,维持了反应器的稳定运行,实现出水总氮长期排放达标.     

基于间歇饥饿的SNAD工艺运行

在室温下(22℃±3℃)用SBR反应器运行SNAD工艺,通过定期延长系统水力停留时间,营造间歇饥饿环境,探讨间歇饥饿策略下SNAD工艺的运行情况.结果表明,系统经过间歇饥饿运行后,好氧阶段末的NO_3~--N浓度降至8. 72 mg·L~(-1),亚硝酸盐积累率达到83. 18%,表明NOB活性得到了有效抑制,实现了亚硝化性能的提高;系统经过间歇饥饿运行后,好氧阶段末的亚氮与氨氮基质的比例得到调整,为后续厌氧氨氧化过程提供了合适底物,使出水氨氮浓度降至1. 0 mg·L~(-1)以下,同时由于出水硝氮浓度降低,总氮去除率达到了92. 07%左右,系统处理性能提高;通过测定功能菌活性,发现饥饿后亚硝化性能提高的主要原因是饥饿期AOB活性衰减速率低于NOB及恢复期前期AOB活性恢复速率显著高于NOB.     

污水处理厂SNAD工艺小试

在污水处理厂室外,以A/O除磷工艺出水为基质,启动全程自养脱氮(CANON)生物滤柱反应器.反应器启动成功后,进水中投加葡萄糖作为有机碳源,启动同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)工艺,研究SNAD生物滤柱处理城市生活污水的效果.结果表明,第119～128 d,CANON工艺氨氮去除率大于95%,最大出水总氮浓度为13. 0 mg·L~(-1),超过了北京市地标一级A排放标准.第129 d在进水中投加葡萄糖30 mg·L~(-1)启动SNAD工艺,第133～187 d时SNAD工艺总氮去除率在85%左右,出水总氮浓度为5. 5～7. 3 mg·L~(-1).第195d观察到滤柱出现堵塞现象,在第196 d对反应器进行反冲洗,反冲洗后的30d期间,反应器总氮去除率大于85%,出水总氮浓度维持在6. 2～7. 2 mg·L~(-1).与CANON工艺相比,SNAD工艺提高了总氮去除率,将出水总氮浓度降低了6 mg·L~(-1),使出水氨氮和总氮浓度达到北京市地标一级A标准.     

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.     

间歇恒定/梯度曝气对SNAD工艺启动的影响

本实验在室温(20℃±3℃)下用2组反应器R1和R~2接种厌氧氨氧化污泥,分别采用间歇恒定曝气和间歇梯度曝气方式启动SNAD工艺,研究了两种不同间歇曝气方式对SNAD工艺启动的影响.结果表明,启动过程中,R~2在各阶段恢复稳定所需的时间更短,SNAD的实际启动速度更快;启动成功后R1和R~2的特征值Δρ(TN)/Δρ(NO_3--N)分别达到6. 46和10. 34,R~2的NOB抑制效果更好;通过周期监测,发现R~2的周期DO波动稳定,R1的周期DO整体逐渐提高、周期末达到0. 5 mg·L~(-1)以上,分析认为R~2中稳定的低DO环境促进了NOB抑制;启动成功后R1和R~2反应器内PN/PS值分别达到2. 745和2. 823,颗粒粒径分别达到365. 8μm和402. 1μm,R~2的颗粒稳定性和沉降性更强,粒径增长更快.     

Inhibition factors and Kinetic model for ammonium inhibition on the anammox process of the SNAD biofilm

The aim of the present work was to evaluate the anaerobic ammonium oxidation (anammox) activity of simultaneous partial nitrification, anammox and denitrification (SNAD) biofilm with different substrate concentrations and pH values. Kaldnes rings taken from the SNAD biofilm reactor were incubated in batch tests to determine the anammox activity. Haldane model was applied to investigate the ammonium inhibition on anammox process. As for nitrite inhibition, the NH₄⁺-N removal rate of anammox process remained 87.4% of the maximum rate with the NO₂⁻-N concentration of 100 mg/L. Based on the results of Haldane model, no obvious difference in kinetic coefficients was observed under high or low free ammonia (FA) conditions, indicating that ammonium rather than FA was the true inhibitor for anammox process of SNAD biofilm. With the pH value of 7.0, the r_max, Ks and K_I of ammonium were 0.209 kg NO₂⁻-N/kg VSS/day, 9.5 mg/L and 422 mg/L, respectively. The suitable pH ranges for anammox process were 5.0 to 9.0. These results indicate that the SNAD biofilm performs excellent tolerance to adverse conditions.