双重抑制下亚硝化系统的启动及运行特性

采用连续进水(feed-batch)方式的SBR在高氨氮负荷(1 kg·(m~3·d)~(-1))和双重抑制下实现了亚硝化系统的启动及稳定运行。采用荧光原位杂交技术(FISH)对活性污泥中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)种群及数量变化进行测定。结果表明在温度(35±1)℃,进水氨氮浓度为1000mg·L~(-1)的条件下对NOB的抑制由游离亚硝酸(FNA)和DO的双重抑制转变为游离氨(FA)和DO的双重抑制,污泥亚硝酸盐氧化速率由28.16mg·(g·h)(以MLVSS计)降到0.3 mg·(g·h)~(-1)(以MLVSS计)以下,成功实现了高氨氮废水的稳定亚硝化。反应器出水NO_2~--N平均浓度为466.45 mg·L~(-1),NO_2~--N/NH_4~+-N接近1,NO_3~--N浓度低于20 mg·L~(-1),満足厌氧氨氧化(ANAMM0X)的进水基质要求。FISH结果表明,富集培养阶段AOB、NOB的优势种属由亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)及硝化螺旋菌属(Nitrospira)转变为Nitrosomonas及硝化杆菌属(Nitrobacter),抑制过程中NOB逐渐被淘汰最终硝化菌以Nitrosomonas为主,从微生物学角度佐证了亚硝化的稳定运行。     

流态对活性污泥硝化性能及菌群结构的影响

生化反应器流态会影响基质分布,从而影响反应器内微生物的性能与菌群结构。在相同氮负荷下运行SBR和CSTR以对比分析2种典型流态(推流式和完全混合式)对活性污泥中硝化菌性能及其菌群结构的影响。结果表明,SBR中,氨氧化速率(AUR)和亚硝酸盐氧化速率(NUR)分别为(16.55±2.05)mg N/(L·g VSS·h)和(15.33±2.02)mg N/(L·g VSS·h),CSTR中AUR和NUR分别为(10.13±0.73)mg N/(L·g VSS·h)和(9.34±2.56)mg N/(L·g VSS·h);SBR中,氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)含量分别为(3.4±0.3)%和(5.4±1.2)%,优势菌分别为Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis lineage和Nitrobacter,CSTR中,AOB和NOB含量分别(3.1±0.4)%和(6.8±1.1)%,优势菌分别为Nitrosospira和Nitrospira。虽然2个流态下的硝化菌含量接近,但推流式的硝化速率比完全混合式高64%,这是因为推流式更有利于反应速率较快的r-strategist(Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis lineage和Nitrobacter)生存,而完全混合式则更利于反应速率较慢K-strategist(Nitrosospira和Nitrospira)生存。     

两种一体式全程自养脱氮反应器的启动与运行特征对比

针对采用一体式全程自养脱氮(CANON)工艺的活性污泥反应器和移动床生物膜反应器(MBBR)进行了超过400 d的考察，并对两者的运行特征进行了比较。结果显示，活性污泥CANON反应器经过长期运行，内部的污泥絮体首先聚集形成了生物膜，生物膜经刮擦脱落后可进一步形成颗粒污泥；转化形成的颗粒污泥系统对氨氮和总氮的平均去除率分别为97.6%和81.8%。在MBBR中，系统对氨氮和总氮的去除受曝气的制约，平均值分别为87.0%和72.9%;另外由于生物膜的保护，长期运行后亚硝酸盐氧化菌(NOB)将难以被抑制。反应器微生物群落组成结构显示，生物膜中的氨氧化菌(AOB)、NOB和厌氧氨氧化菌(AnAOB)相对丰度分别为5.66%、2.99%和21.10%,而颗粒污泥中这3种功能菌的相对丰度分别为7.62%、0.34%和6.85%。     

MBBR一体式耦合短程硝化-厌氧氨氧化处理污泥水

采用移动床生物膜反应器(MBBR)处理已回收磷后的实际污泥水,在进水平均氨氮浓度为167.51 mg·L~(-1)、HRT为22.24 h、DO为0.5 mg·L~(-1)和温度为24～26℃的条件下实现了一体式短程硝化-厌氧氨氧化过程的耦合,对氨氮和总无机氮的最大去除率可达96%和79.7%。但是,一体式反应器受DO浓度影响较大,维持稳定的DO浓度对于系统的氮去除非常重要。荧光原位杂交(FISH)及高通量测序结果表明,MBBR的生物膜及活性污泥中Nitrosomonas菌分别占总菌数的10.46%和21.46%,厌氧氨氧化菌的优势菌种Candidatus Kuenenia在生物膜和活性污泥中分别占总菌数的4.13%和0.71%。因此,MBBR中活性污泥主要完成亚硝化,生物膜主要完成厌氧氨氧化,常温条件下,两者在一个反应体系中共同完成了对污泥水中氮的高效自养脱除。以上结果表明了一体式反应器处理实际污泥水的可行性,可为该工艺在实际工程中的应用提供参考。     

低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化与异养反硝化高效耦合脱氮

通过连续流实验研究了低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化颗粒污泥与异养反硝化菌的耦合脱氮性能,同时采用批试实验考察耦合系统中的氮素转化及去除途径。结果表明:采用低浓度乙酸盐对厌氧氨氧化颗粒污泥进行驯化,可以实现厌氧氨氧化与异养反硝化的高效耦合脱氮。系统在稳定时期,进水NH_4~+-N为30~40 mg·L~(-1)、NO_2~--N为45~55 mg·L~(-1)、CH_3COONa为60~80 mg·L~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N和TN的去除率分别为93.84%、94.62%和86.46%。耦合系统中的颗粒污泥同时存在厌氧氨氧化特性、硝化特性和反硝化特性。颗粒污泥表现出良好的厌氧氨氧化特性,总氮去除速率为12.46 mg·(g MLSS·h)~(-1)。系统中存在的硝化细菌可以消耗进水中的溶解氧从而缓解溶解氧对ANAMMOX菌的抑制,其中AOB活性高于NOB活性。系统中颗粒污泥对硝氮的反硝化作用强于对亚硝氮的反硝化作用,亚硝氮反硝化和硝氮反硝化的降解速率分别为1.89和3.59 mg·(g MLSS·h)~(-1)。当亚硝氮和硝氮同时存在时,反硝化菌优先将硝氮还原成亚硝氮。     

基于宏基因组学的亚硝酸盐氧化菌属的新陈代谢功能分析

为探究亚硝酸盐氧化菌(NOB)的菌群结构及其新陈代谢功能特性,在富集NOB菌属的基础上,基于宏基因组学技术探究了富集活性污泥系统内NOB微生物种群结构、相互作用关系、氮转化相关功能基因及蛋白质功能特性.结果表明,Nitrobacter为富集后活性污泥系统中最优势菌属,相对丰度为37.8％.微生物菌种之间表现出各种错综复...     

基于SBBR的单级自养脱氮快速启动

以普通活性污泥为接种污泥,采用人工配制无机氨氮废水进行单级自养脱氮工艺快速启动研究。启动过程经历了污泥适应期、部分短程硝化选择期以及单级自养脱氮实现期3个阶段。经过29 d的培养驯化,通过控制游离氨的方法实现了部分短程硝化。当出水中亚硝酸盐积累率达到60%左右时,立即将序批式生物膜反应器(SBBR)由连续曝气改为间歇曝气,间歇曝气使得厌氧氨氧化菌(AAOB)的富集与亚硝酸氧化菌(NOB)的淘汰同时进行,并且避免了高浓度亚硝酸盐对AAOB的抑制作用,从而实现了单级自养脱氮的快速启动。实验仅用50 d成功启动了SBBR单级自养脱氮工艺,总氮容积去除负荷达到0.173 kg N/(m3·d),氨氮的平均去除率达到98.68%,总氮的平均去除率达到80.87%。成功启动之后,反应器内只有少量的悬浮污泥,大部分的污泥都附着在填料上,污泥颜色呈褐色,而反应器内壁及出水管上附着的污泥呈浅砖红色,表明反应器内富集了大量的AAOB。     

间歇曝气比在短程硝化中对硝化活性的影响

采用序批式间歇反应器(SBR)处理生活污水,温度控制在(25.0±0.5)℃,研究好氧曝气与缺氧搅拌时间比(间歇曝气比)分别为30min∶30min(A模式)和40min∶20min(B模式)对亚硝酸盐氮积累、污泥性能参数、反应速率(比氨氮氧化速率、比硝酸盐氮产生速率、比亚硝酸盐氮产生速率)、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性的影响。A模式下运行64个周期时,出水亚硝酸盐氮质量浓度为19.04mg/L,亚硝酸盐氮积累率高达99.21%;B模式下运行75个周期时,出水亚硝酸盐氮质量浓度为19.42mg/L,亚硝酸盐氮积累率高达95.47%;研究表明缺氧时间所占比例越大越有利于短程硝化的实现。在实现短程硝化过程中,A模式在38个周期之后AOB活性超过NOB活性;B模式在34个周期之后AOB活性超过NOB活性。     

NaCl盐度对耐盐活性污泥沉降性能及脱氮的影响

针对海水冲厕工程的实施,采用序批式活性污泥反应器(SBR)处理实际含盐生活污水,考察了盐度对耐盐活性污泥沉降性能及脱氮效能的影响。研究发现,经过长期盐度驯化后的污泥系统也会出现丝状菌污泥膨胀。在经过10 g/L盐度长期驯化的污泥系统中,污泥容积指数(SVI)随着盐度的升高而降低,盐度升高使丝状菌减少,污泥絮体变小变密实。但是,盐度降低时会引发更严重的污泥膨胀,导致污泥流失。对脱氮性能的研究表明,硝化菌的耐盐能力较强。当盐度由10 g/L改变为0、5、15、20 g/L时,氨氮去除率依然可以维持在99%以上。但亚硝酸盐积累率无论是盐度升高或降低时都升高,这表明驯化后污泥中的亚硝酸氧化菌(NOB)对盐度变化的耐受能力比氨氧化菌(AOB)弱,无论盐度升高或降低都会对其产生较大的影响。     

污水低氧脱氮机制及其应用研究进展

阐述了污水低氧脱氮的基本原理,即抑制或去除亚硝酸盐氧化菌(NOB),同时保留氨氧化菌(AOB),并保持其活性;探讨了污水低氧脱氮实现途径;详细介绍了几种典型的污水低氧脱氮工艺(短程硝化(SHARON)工艺、厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺、好氧反氨化(DEMON)工艺、低氧自养硝化反硝化(OLAND)工艺、甲烷营养型硝化反硝化工艺和亚硝酸盐型完全自养脱氮(CANNON)工艺)的应用研究进展;最后对污水低氧脱氮处理工艺的工程运用进行了展望.     

硅藻土固定化颗粒污泥对海水养殖废水除氨性能

针对实际海水养殖废水低碳高氮的特点,采用间歇式活性污泥法(SBR)和好氧活性污泥添加硅藻土载体的方式,考察硅藻土载体和活性污泥共同作用下的好氧曝气系统对海水养殖废水中氨态氮(NH+4-N)、亚硝酸态氮(NO-2-N)和化学耗氧量(COD)的去除效果,以及对污泥沉降性能和硝化细菌特征的影响。实验结果表明,常温条件下,溶解氧(DO)≥4.5mg/L,p H控制在7.0~8.0,HRT为11 h,沉降时间10 min,反应器可以处理NH+4-N浓度在50 mg/L左右的海水养殖废水,NH+4-N和COD去除率分别达到98.93%左右和76.62%以上,NO-2-N出水浓度低于0.028 mg/L。载体污泥颗粒照片和扫描电镜结果表明,添加硅藻土载体内核后,颗粒污泥的成熟期缩短,颗粒的稳固度和沉降性能提高。在系统启动成功稳定运行后,通过FISH分析表明,在氨氧化菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)成为优势菌群后,AOB大约占总菌群的33.5%,并且AOB与NOB菌群数量约为1∶1.33,AOB和NOB两大类菌群之和约占总菌群的77.2%,成为系统中优势菌群。     

处理畜禽废水的序批式生物膜反应器中的细菌多样性

采用序批式生物膜反应器(SBBR)处理畜禽废水,在室温(9～18℃)下,采用8 h/周期、交替停曝气的模式运行,控制曝气阶段DO浓度在2 mg/L,可实现明显的亚硝酸盐积累,氨氮及总氮的去除率分别可达(95.1±0.8)%和(87.2±0.6)%。为揭示SBBR中细菌种群构成及其动态变化规律,采用PCR-DGGE技术进行了细菌多样性分析,并构建了系统发育树,结果表明:与接种污泥相比,驯化期生物膜中细菌种群丰富度未发生明显变化,运行期交替曝气、停曝模式有助于提高生物膜中细菌的多样性指数,但受运行模式及氨氮负荷变化影响,运行期氨氧化菌多样性指数略低于驯化期;生物膜内存在一些具有反硝化功能的变形菌和特殊的氨氧化细菌,在本实验条件下未发现厌氧氨氧化菌,说明主要脱氮机理为同时短程硝化反硝化。     

2种温度下污泥水富集硝化菌的对比

污泥水富集硝化菌添加强化硝化工艺可以在处理高温、高浓度氨氮污泥水的同时富集硝化菌并添加至城市污水处理系统强化硝化,但硝化菌对温度敏感,温度将对硝化菌的富集效果产生影响。研究在高氨氮负荷(1.20 kg·(m~3·d)~(-1))下运行SBR以富集硝化菌,对比2种温度(25℃、30℃)下富集硝化菌的群落结构和动力学特性。荧光原位杂交结果表明,硝化菌r-决策者(Nitrosomonas europaea,Nitrobacter)的份额随温度升高而逐渐增加。硝化动力学参数测定发现,随温度升高,AOB活性增加,基质半饱和常数增加;而NOB则相反,这主要是因为温度升高,反应器中最大游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)浓度增加,而NOB比AOB更容易受FA、FNA的抑制。此外,温度对AOB与NOB的溶解氧半饱和常数无明显影响。     

序批式曝气生物滤池处理含海水污水中的硝化性能

采用序批式曝气生物滤池工艺,以牡蛎壳为填料、含海水污水为处理对象,系统考察不同的海水含率、原水葡萄糖和氨氮浓度等原水条件下的硝化性能。结果表明,对于海水含率在40%到100%的污水处理,氨氮去除率可达到95%以上,表明该生物滤池中的氨氧化菌(AOB)可耐受较高的海水盐度;耐海水盐度的驯化硝化细菌中,AOB的耐盐度抑制能力强于亚硝酸氧化菌(NOB),当海水含率大于70%时,NOB的活性更容易受到抑制。在高海水盐度下,降低原水的葡萄糖与氨氮浓度可提高NOB活性。牡蛎壳附着生物膜与液相悬浮污泥中的AOB和NOB均参与了氨氮去除,生物膜中的AOB和NOB活性高于悬浮污泥。     

短程硝化过程中NO-2-N高效富集的工艺条件实验研究

针对厌氧氨氧化工艺需要提供充足的亚硝酸盐氮为电子受体的问题，利用培养基对SBR中具有一定短程硝化功能的污泥进行富集培养，得到氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的数量之比为104︰1，并研究了工艺条件对短程硝化的影响，结果表明，适合氨氧化菌生长的最佳温度为30℃、pH为7.5、nHCO^-₃/nNH⁺₄-N值为1。以适合氨氧化菌生长的最佳环境条件优化SBR，在进水氨氮浓度为250 mg/L时，氨氮的转化率达到90％以上，亚硝酸盐氮积累率维持在85％以上，反应器中氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌的数量之比为10³∶1，亚硝酸盐的高效积累为厌氧氨氧化工艺处理高氨废水的过程提供了稳定的电子受体。     

以游泳馆污水为处理对象的SBR中不同污泥负荷下氨氧化菌群落的演变

为了研究污泥负荷对SBR系统内活性污泥微生物中氨氧化菌群落结构的影响,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,对不同污泥负荷条件下SBR处理经投加葡萄糖调节的游泳馆污水的活性污泥中氨氧化菌进行了分析。研究结果表明,氨氧化菌的群落结构在不同污泥负荷条件下变化明显,在有机碳源较低的情况下生长旺盛,随着污泥负荷的提高其DGGE图谱条带数量逐渐减少,亮度逐渐减弱;在高污泥负荷环境下,氨氧化菌受到严重抑制,多样性指数大幅下降,并从系统中消失。SBR系统内氨氧化菌大部分为不可培养的变形菌,最常见的氨氧化菌是β变形菌中的亚硝化螺菌和亚硝化单细胞菌。     

不同污泥源厌氧氨氧化污泥的比较

采用厌氧序批式反应器,以好氧硝化污泥和厌氧颗粒污泥为污泥源,通过对氨氮、亚硝酸盐氮、pH等指标的监测和数据分析、污泥颜色变化和菌落电镜照片的观察,研究2种不同污泥源厌氧氨氧化污泥的差异.结果表明,不同污泥源厌氧氨氧化污泥的颜色不同,污泥中具有厌氧氨氧化作用的优势菌不同;由厌氧颗粒污泥为污泥源培养出的厌氧氨氧化污泥具有较高的厌氧氨氧化活性.     

基于DO和游离氨联合控制的短程硝化快速启动及稳定运行研究

在高氨氮废水中,为了实现序批式活性污泥反应器(SBR)短程硝化的快速启动及稳定运行,采用DO与游离氨(FA)联合控制的策略进行调控。结果表明:控制DO为1.42～1.53mg/L,曝气时间为3.5h,将初始FA平均值从1.75mg/L提高至8.74mg/L,经过30d的运行,亚硝酸盐氮积累率达到75.71%,氨氮去除率稳定在80%左右,可以实现快速启动;进一步将DO提高至1.77～1.90mg/L,曝气时间降低至2.5h,可实现长达61d的稳定运行,氨氮平均去除率维持在85.70%,亚硝酸盐氮积累率平均达到91.80%。因此,FA和DO联合调控可抑制亚硝酸盐氧化菌活性,促进氨氧化菌增殖,可以实现短程硝化的快速启动及稳定运行。     

基于溶解氧和缺氧时长调控的间歇曝气策略对短程硝化脱氮工艺的影响

短程硝化的实现可推动能源节约型脱氮工艺的应用.通过阐述间歇曝气策略实现短程硝化的机理,分析了应用间歇曝气策略实例中的运行参数,总结了 DO协同缺氧时长分别在单独短程硝化工艺、短程硝化-反硝化(PN/D)工艺以及短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺中的影响效果,如对功能菌活性和系统脱氮效率的影响;提出了以功能菌种、污泥存...     

硫化物抑制亚硝酸氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术

利用硫化物对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用,快速建立短程硝化。通过改变供氧条件,硫化物作为电子供体推动自养反硝化,实现同一序批反应器一体化脱氮。采用序批反应器SBR处理模拟市政污水,在DO浓度(1.5±0.5)mg·L~(-1),硫化物浓度50 mg·L~(-1),温度25℃,水力停留时间12 h的条件下,共运行90 d,控制反应器厌氧低氧时间,达到90%以上的总氮去除率。同时研究了硫化物对短程硝化的抑制作用、最适宜运行p H条件、污泥颗粒大小变化、污泥产生量等。硫化物抑制亚硝酸盐氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术有着反应条件可控性高、短程硝化建立时间短、脱氮效果好等优点,适用于低碳氮比的市政污水处理。