MUCT短程硝化和反硝化除磷系统中Candidatus Accu- mulibacter的代谢活性和菌群结构

采用实现亚硝酸型硝化的MUCT工艺处理低C/N实际生活污水,在短程硝化的基础上实现反硝化除磷.研究短程硝化建立与破坏过程中,亚硝酸盐积累率的变化对系统除磷性能及Candidatus Accumulibacter菌群结构的影响.结果表明:MUCT除磷以反硝化除磷为主,平均反硝化除磷率高达88%.磷去除率与亚硝酸盐积累率具有很好的正相关性.短程硝化阶段磷的平均去除率比全程硝化阶段高30%以上,证明了亚硝酸盐更适合作为低C/N比污水反硝化除磷的电子受体.以多聚磷酸盐激酶基因(ppk1)作为遗传标记,采用实时荧光定量PCR方法考察不同亚硝酸盐积累率下Accumulibacter的丰度、各主要进化分支的菌群结构和相对丰度.当系统处于全程硝化状态时,存在少量以硝酸盐为电子受体的Acc-I型反硝化聚磷菌,低于总Accumulibacter的5%;当系统进入短程硝化状态后,Acc-I逐渐消失.运行期间以亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化除磷的Acc-IID始终是优势聚磷菌,达到总Accumulibacter的92%以上,甚至接近100%,保证了亚硝酸型反硝化除磷的稳定运行,亚硝酸盐浓度是影响其丰度变化的重要因素.     

双污泥BCR反硝化同步脱氮除磷的试验研究

利用连续流双污泥生物澄清反应器(BCR)反硝化除磷系统,以模拟城市生活污水为处理对象,研究双污泥系统对COD、NH4+-N、TN的去除效果及不同NO3--N浓度对反硝化除磷的影响。试验结果表明:双污泥BCR反硝化除磷系统对COD、NH4+-N和TN具有良好的去除效果,平均去除率分别为83.22%、97.2%、75.47%。控制生物膜好氧硝化反应池中DO浓度为3、4、5 mg/L,池内NO3--N浓度分别达到22、30、38 mg/L,TP的平均出水浓度分别为2.11、0.96、2.69 mg/L。当硝化池中NO3--N浓度为30 mg/L时,系统的运行情况较好,出水TP的浓度相对较理想。     

异养硝化/好氧反硝化菌生物强化含海水污水的SBR短程硝化系统初探

研究了异养硝化-好氧反硝化菌应用于短程硝化系统的可行性.采用生物强化技术将4株高效异养硝化-好氧反硝化菌投入耐盐短程硝化污泥中,考察了其对含海水污水的SBR短程硝化系统的强化效果,并比较了强化系统与原系统的差异性.结果表明,强化系统的NO2--N最大积累量比原系统降低34.92%,而且到达NO2--N最大积累量的时间比原系统提前2h.强化系统的TN和COD在硝化段中后期持续降低,硝化结束时其TN和COD去除率比原系统高出15.24%和5.39%,NH4+-N去除率和亚硝化率比原系统高出6.85%和14.47%.强化系统的pH比原系统高0.46,而ORP低25.84mV.强化系统的性能提升是由强化菌的异养硝化作用和好氧反硝化作用引起的.当受到70%海水盐度冲击时,强化系统的稳定性高于原系统,强化菌的加入有效地抑制了系统从短程硝化向全程硝化转变的趋势.在强化系统与原系统运行的各阶段,强化菌种的数量发生了变化,且随着系统排泥强化菌大量流失.本研究为异养硝化-好氧反硝化菌应用于短程脱氮系统的可行性提供了理论参考.     

MUCT-MBR工艺反硝化除磷脱氮研究

自行设计的双反应器MUCT-MBR简化了MUCT工艺,将反应池由5个简化到2个,减小了工艺占地面积,并且采用膜过滤取代二沉池出水,操作简单,出水安全可靠.针对MUCT-MBR工艺脱氮除磷性能,尤其是反硝化除磷功能进行研究.结果表明,当进水C/N/P比在33.3/5/1～25/5.5/1范围内,整个实验过程中COD、 TN和TP平均去除率分别达到89.3%、 75.4%、 79.2%;且膜出水不受污泥沉降性的影响.缺氧段的反硝化吸磷是MUCT-MBR工艺除磷的关键,系统运行至第58 d,系统中反硝化除磷菌（DPAOs）所占比例达84.2%,反硝化除磷占系统总磷去除的67.07%.     

厌氧-缺氧下反硝化除磷对低碳污水的处理性能研究

采用厌氧-缺氧条件运行的序批式移动床生物膜反应器,考察了NO3--N进水浓度及其投加方式对低碳废水(COD=200mg/L)反硝化除磷的影响.经驯化后,反硝化聚磷菌(DPB)在总聚磷菌的份额从15.7%增长到71.3%,富集了DPB.NO3--N的浓度对处理有较大影响.在NO3--N为30mg/L(即C/N=6.7:1)时,COD、PO43--P和NO3--N的去除率分别为97.8%、82.0%和81.2%,实现低碳污水的高效处理.NO3--N较低或较高浓度(20mg/L和40mg/L)时,缺氧段吸磷不充分,PHB由厌氧开始时的2.2mg/g左右分别积累至5.1mg/g和3.5mg/g,影响下一周期磷的释放.1次投加、2次投加和连续流加NO3--N,除对缺氧初期的反硝化吸磷速率有影响外,对反硝化除磷的效率影响不明显.     

A~2/N-SBR工艺短程反硝化除磷脱氮研究

以生活污水作为处理对象,研究了双污泥短程硝化-反硝化除磷工艺A2/N-SBR长期反硝化除磷脱氮的性能,考察了典型周期系统运行效果,并探讨短程反硝化聚磷菌代谢机制。结果表明:A2/N-SBR工艺长期稳定运行有机物去除及脱氮除磷性能良好;典型周期内NO-2-N和TP出水浓度分别为0.53 mg/L和1.14 mg/L,TP去除率达88.8%;厌氧释磷阶段COD和胞内糖原浓度分别减少107.21 mg/L和76.81 mg/L,内碳源PHB含量增加150.88 mg/L,厌氧末期TP浓度是初始TP浓度的2.6倍,缺氧吸磷阶段TP和NO-2-N去除率分别为94%和96%。A2/N-SBR工艺脱氮除磷效果显著且稳定性强,短程反硝化聚磷菌吸磷反应的电子供体PHB的合成来自外碳源和糖原。     

A~3/O-MBR工艺反硝化除磷性能研究

为探究自行设计的A~3/O-MBR工艺脱氮除磷性能,以模拟生活污水为处理对象,重点研究了在内循环回流比(γ)为100%,硝化液回流比(α)分别为100%、200%、300%条件下系统反硝化除磷特性。结果表明:缺氧II区是工艺反硝化除磷的关键,系统具有优良的同步脱氮除磷效果,ρ(COD)出水均低于50 mg/L。当回流比为200%时,系统对TN、TP去除效果最好,平均去除率分别为75.46%和88.94%,出水平均ρ(TN)、ρ(TP)分别为14.97 mg/L和0.48 mg/L。通过静态释/吸磷试验测定不同硝化液回流比条件下反硝化聚磷菌占总聚磷菌的比例及污泥含磷量,当回流比为200%时,反硝化聚磷菌所占比例最高达95.47%,该回流比条件下缺氧II区污泥含磷量最高为23.07 mg/L,最大吸磷量为0.2136 g/d。     

垃圾渗滤液在厌氧复合床反应器中反硝化-产甲烷的小试研究

本试验是在厌氧复合床反应器中进行垃圾渗滤液的反硝化-产甲烷的小试研究。试验结果显示,处理有机物浓度较高的垃圾渗滤液时,反硝化-产甲烷能够在厌氧复合床反应器中实现同步进行。厌氧复合床反应器对垃圾渗滤液的COD去除率可达85%,对人工模拟回流的NO3--N去除率可达到99%。在反硝化-产甲烷耦合的同一反应器中,反硝化对COD的消耗去除起主要作用.随着进水COD浓度的升高,产甲烷量增大。当进水ρ(COD)/ρ(NO3--N)>10时,下部的污泥床几乎承担了全部反硝化任务,NO3--N去除率接近反应器总去除率。     

生物炭A/O工艺短程硝化反硝化研究

环境温度下,以生物活性碳A/O工艺实现短程硝化反硝化处理城市生活污水。研究了具有短程硝化反硝化功能的生物活性碳污泥培养,并对HRT、曝气量及A/O体积比、回流比进行了讨论。结果得到在环境温度20~26℃,进水NH4+-N浓度150 mg/L,HRT为8 h,曝气量0.3 L/min条件下,亚硝酸积累率高达75%,达到了短程硝化目的;在A/O体积比为1:2,回流比为2:1时,短程硝化反硝化的TN去除率高达86.9%,COD去除率达92.7%;生物活性碳污泥在试验阶段无污泥膨胀发生,SVI稳定在150左右;处理实际城市生活污水,系统运行稳定,COD、NH4+-N、TN去除率分别平均达91.3%,98.8%,90.2%。     

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NO3--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21d和20d实现短程反硝化的成功启动,且其NO2--N积累量和亚硝酸盐积累率(NAR)均维持在较高水平,分别为12.61mg·L-1、79.76%和13.85mg·L-1、87.60%。当2号SBR初始NO3--N浓度为20mg·L-1,且初始COD浓度由60mg·L-1升高至140mg·L-1时,系统实现最高NO2--N积累时间可由160min逐渐缩短至6min,同时NO3--N比反硝化速率(以VSS计)由3.84mg·(g·h)-1增加至7.35mg·(g·h)-1,初始COD浓度的提高有利于实现短程反硝化过程NO2--N积累。2号SBR初始COD浓度为100mg·L-1,当初始NO3--N浓度由20mg·L-1增加至30mg·L-1时,系统NAR均维持在90%以上,最高可达100%(NO3--N初始浓度为25mg·L-1);当初始NO3--N浓度≥35mg·L-1时,系统COD不足导致NO3--N不能被完全还原为NO2--N。此外,在不同初始COD浓度(80、100、120mg·L-1)和NO3--N浓度(20、25、30、40mg·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。     

SBR双颗粒污泥系统脱氮除磷性能研究

以模拟废水为研究对象,对SBR双颗粒污泥系统的脱氮除磷性能进行了考察.试验结果表明,A₂N双颗粒污泥系统能使硝化菌和聚磷菌分别在各自最佳的环境中生长,有利于系统脱氮除磷的稳定和高效运行,可控制性也得到了提高.在COD为300 mg·L^-1条件下,系统对COD的平均去除率达到78.8%,大部分COD被聚磷菌用来合成PHA;当溶解氧控制在3.55~4.90 mg·L^-1和5.60~6.60 mg·L^-1之间时,硝化SBR对氨氮的去除率分别为87.0%和94.5%.除磷SBR仅设置缺氧段时,磷去除率为72%;增设后曝气段后,磷去除率增至85%.NO_x^--N(NO₂^--N+ NO₃^--N)的去除主要发生在缺氧段,在反硝化除磷时作为电子受体被去除,平均去除率为90.6%.     

好氧颗粒污泥处理制糖工业废水厌氧出水的除磷特性研究

制糖工业废水经厌氧生物处理后,COD大幅下降,但是出水中N、P含量仍然较高,严重破坏水体生态平衡.利用好氧颗粒污泥对制糖工业废水的厌氧出水进行脱氮除磷处理,讨论了其除磷过程.经复合底物(乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐)培养的好氧颗粒污泥直径1.7 mm,SVI为38.43 mL.g-1,TP去除率达90.9%,出水磷含量仅为1.3 mg.L-1,单位COD释磷率为0.571,厌氧条件下磷的释放速率达到5.73 mg.(g.h)-1,好氧颗粒污泥表现出较好的沉淀性能和较高的除磷活性.由于底物中丙酸盐、丁酸盐含量增加,使得聚磷菌在反硝化过程中NO3--N的利用率增加,即消耗单位质量的NO3--N可以吸收更多的磷.好氧颗粒污泥及其胞外聚合物中P元素的含量与其中Mg、Ca、Fe元素的含量表现出很高的相关性,胞外聚合物对P的吸附使得体系除磷能力进一步增强.通过对污泥反硝化除磷的研究发现,反硝化聚磷菌占总聚磷菌的61.9%,其吸磷量与消耗硝酸盐的比值[m(P)/m(NO3--N)]为1.14.     

Denitrifying phosphorus removal in a step-feed CAST with alternating anoxic-oxic operational strategy

A bench-scale cyclic activated sludge technology (CAST) was operated to study the biological phosphorus removal performance and a series of batch tests was carried out to demonstrate the accumulation of denitrifying polyphosphate-accumulating organisms (DNPAOs) in CAST system. Under all operating conditions, step-feed CAST with enough carbon sources in influent had the highest nitrogen and phosphorus removal efficiency as well as good sludge settling performance. The average removal rate of COD, NH₄⁺-N, PO₄³⁻ -P and total nitrogen (TN) was 88.2%, 98.7%, 97.5% and 92.1%, respectively. The average sludge volume index (SVI) was 133 mL/g. The optimum anaerobic/aerobic/anoxic (AOA) conditions for the cultivation of DNPAOs could be achieved by alternating anoxic/oxic operational strategy, thus a significant denitrifying phosphorus removal occurred in step-feed CAST. The denitrification of NOx− -N completed quickly due to step-feed operation and enough carbon sources, which could enhance phosphorus release and further phosphorus uptake capability of the system. Batch tests also proved that polyphosphate-accumulating organisms (PAOs) in the step-feed process had strong denitrifying phosphorus removal capacity. Both nitrate and nitrite could be used as electron acceptors in denitrifying phosphorus removal. Low COD supply with step-feed operation strategy would favor DNPAOs accumulation.     

硝化液回流比对ABR-MBR工艺反硝化除磷效能的影响

基于ABR工艺与MBR工艺的耦合联动,以低C/N比生活污水为研究对象,构建生物相分离、液相循环和功能联动的ABR-MBR新型组合工艺,以实现稳定、高效、节能的多功能生物除污(去碳-脱氮-除磷)为目标,通过优化水力停留时间(HRT)以获得ABR优质碳源提供与MBR短程硝化实现的最佳组合,并进行了硝化液回流比为100%、200%、300%和400%时对反硝化除磷的影响研究.ABR-MBR耦合工艺在不同条件下的运行研究结果表明,将溶解氧(DO)维持在低浓度(0.3~1.0 mg·L-1)下及HRT维持在较短(HRTMBR=3 h)情况下在MBR中实现了短程硝化,亚硝酸盐积累率达到60%以上;随着硝化液回流比的增大,ABR中反硝化除磷效能先升高后下降,以300%时反硝化除磷效果为最佳,此时亦处于MBR短程硝化阶段,实现了短程反硝化除磷(主要以NO-2作为电子受体的反硝化除磷),且短程反硝化除磷在系统除磷中占据了主导作用.     

利用第二缺氧段硝酸盐氮浓度作为MUCT工艺运行控制参数

以模拟生活污水为对象考察了第二缺氧段硝酸盐氮质量浓度(SNO-3)作为MUCT工艺运行控制参数的可行性.将进水COD质量浓度恒定为(290±10)mg.L-1,TN质量浓度恒定为(55±0.5)mg.L-1,TP质量浓度恒定为(7.0±0.5)mg.L-1,改变第二缺氧段硝酸盐氮质量浓度以比较各段出水TN和TP质量浓度.结果表明,SNO-3值显著影响着出水TN和TP质量浓度,控制内循环回流量维持SNO-3为2.5 mg.L-1,可实现MUCT工艺的最优控制.利用各段硝酸盐氮和TP平均质量浓度进行的物料平衡计算结果表明SNO-3是影响厌氧段释磷量、第一缺氧段和第二缺氧段硝酸盐氮反应量、第二缺氧段吸磷量的重要参数.     

Effects of nitrite on phosphate uptake in anaerobic-oxic process

An anaerobic-oxic (A/O) biological phosphorus removal reactor was operated to study the effect of nitrite on phosphate uptake. The phosphorus uptake profile was determined under different operating conditions. The results indicated that in addition to oxygen and nitrate (DPB_Na, nitrate denitrifying phosphorus removal), to some extent, nitrite could also serve as an electron acceptor to achieve nitrite denitrifying phosphorus removal (DPB_Ni). The quantity and rate of phosphorus uptake of DPB_Ni, however, were evidently lower than that of DPB_Na. The experiment results revealed that nitrite would bring toxic action to phosphate-accumulating organisms (PAOs) when NO₂ ⁻-N ⩾ 93.7 mg/L. The nitrite existing in the anoxic reactor made no difference to the quantity and rate of denitrifying phosphorus removal, but it could reduce the consumption of nitrate. Moreover, the data showed that the aerobic phosphate uptake of DPB_Ni was lower than that of anaerobic phosphorus-released sludge in a traditional A/O process. However, there was not much difference between these two kinds of sludge in terms of the total phosphorus uptake quantity and the effluent quality. Translated from Environmental Science, 2006, 27(4): 701–703 [译自: 环境科学]     

失稳硝化膜生物反应器的性能恢复研究

对高水力负荷条件下丧失硝化功能的膜生物反应器进行恢复实验,将水力停留时间(HRT)从原来的5h延长到正常条件下可以实现完全硝化的10h后,在进水NH4+-N浓度为500mg.L-1的条件下反应器可去除99%的NH4+-N,但NO2--N出现严重积累,在60d的实验过程中NO2--N平均出水浓度为425mg.L-1.荧光原位杂交分析结果表明,氨氧化菌(AOBs)在总菌中的比例与恢复实验前没有变化,分别为12.9%(恢复实验期)和9.75%(恢复实验前),但氨氧化杆菌(Nitrosomonas)在AOBs中的比例从80%降低到40%;亚硝酸盐氧化细菌(NOBs)在总菌中的比例下降一半(从5.64%下降至2.84%),并以慢生型的Nitrospira为主.高NO2-含量和高胞外物浓度(497.1mg.L-1)可能是导致亚硝酸盐氧化功能难以恢复的主要原因.     

进水C/P对SNEDPR系统脱氮除磷性能的影响

为了解不同进水C/P条件下同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)的脱氮除磷特性.以实际城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180 min)/低氧(溶解氧0.5~1.0 mg·L~(-1))运行的序批式反应器(SBR),考察了进水C/P(分别为60、30、20、15、10)对系统C、N、P去除特性的影响.结果表明:适当降低进水C/P(由60降至30)有利于提高系统内PAOs竞争优势.当C/P为30时系统除磷性能最高,厌氧段释磷速率(PRR)和好氧段吸磷速率(PUR,以P/MLSS计,下同)分别高达3.5mg·(g·h)-1和4.2 mg·(g·h)-1,出水PO3-4-P浓度均低于0.3 mg·L~(-1),且PPAO,An高达88.1%;但进一步降低进水C/P至10时,PO3-4-P去除率和PPAO,An分别由38.1%和82.4%降低至3.1%和5.3%,PRR和PUR分别仅为0.2 mg·(g·h)-1和0.24mg·(g·h)-1,系统表现出较差的除磷性能.降低C/P对系统COD去除性能没有影响,COD去除率稳定在85%左右.此外,当C/P由60降低至20时,系统硝化性能变差,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度分别由0和6.9 mg·L~(-1)升高至5.1 mg·L~(-1)和16.2 mg·L~(-1);而当C/P进一步降低至10时,系统硝化性能得以恢复,但亚硝积累特性遭到破坏,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度逐渐降低为0,但出水NO-3-N浓度由0.08 mg·L~(-1)升高至14.1 mg·L~(-1).SNED率先由62.1%降低为36.4%后又逐渐提高至56.4%.C/P低于15时,有利于提高GAOs的竞争优势,且C/P由20降至10时系统脱氮性能得以恢复,原因在于GAOs内源反硝化作用的增强.     

Advanced nitrogen and phosphorus removal in A2O-BAF system treating low carbon-to-nitrogen ratio domestic wastewater

A laboratory-scale anaerobic-anoxic-aerobic process (A²O) with a small aerobic zone and a bigger anoxic zone and biologic aerated filter (A²O-BAF) system was operated to treat low carbon-to-nitrogen ratio domestic wastewater. The A²O process was employed mainly for organic matter and phosphorus removal, and for denitrification. The BAF was only used for nitrification which coupled with a settling tank Compared with a conventional A²O process, the suspended activated sludge in this A²O-BAF process contained small quantities of nitrifier, but nitrification overwhelmingly conducted in BAF. So the system successfully avoided the contradiction in sludge retention time (SRT) between nitrifying bacteria and phosphorus accumulating organisms (PAOs). Denitrifying phosphorus accumulating organisms (DPAOs) played an important role in removing up to 91% of phosphorus along with nitrogen, which indicated that the suspended activated sludge process presented a good denitrifying phosphorus removal performance. The average removal efficiency of chemical oxygen demand (COD), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and NH₄⁺-N were 85.56%, 92.07%, 81.24% and 98.7% respectively. The effluent quality consistently satisfied the national first level A effluent discharge standard of China. The average sludge volume index (SVI) was 85.4 mL·g⁻¹ additionally, the volume ratio of anaerobic, anoxic and aerobic zone in A²O process was also investigated, and the results demonstrated that the optimum value was 1:6:2.