无纺滤布生物膜反应器对厌氧氨氧化脱氮负荷提高的实现

采用无纺滤布生物膜反应器,研究了厌氧氨氧化工艺脱氮负荷提高的可行性.研究结果表明,封存污泥经过15 d培养,可成功实现厌氧氨氧化活性恢复,氨氮去除率可以指示活性恢复程度.厌氧氨氧化无纺滤布ASBR反应器具有较高的脱氮潜能,试验阶段氮容积去除负荷最高可以达到2.06 kg/(m3·d).     

同步半硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥工艺在低氨氮污水脱氮的应用

为了检验同步半硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥工艺(simultaneous partial nitritation/Anammox with granular sludge,SPNAGS)对低氨氮污水的生物脱氮效果,开展了长期的小试试验研究.结果显示,在污水氨氮浓度从200mg/L降到20~50 mg/L时,系统中的颗粒污泥发生解体,难以保持颗粒状,且污泥颜色由原来的红棕色变为灰黄色,系统仍然保持很高的氨氮去除率(95%),但总氮的去除率却逐渐降低,最后仅有20%左右,约80%的氨氮转化为硝酸盐.因此,本研究进一步证明了该工艺在应用于低氨氮浓度污水生物脱氮时,系统内亚硝酸盐氧化细菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)的控制既是关键,也是挑战.     

半短程硝化-厌氧氨氧化处理污泥消化液的脱氮研究

采用实验室规模的半短程硝化-厌氧氨氧化联合工艺,研究了对高氨氮、低ρ(C)/ρ(N)污泥消化液的处理能力.结果表明,在A/O反应器中,短程硝化在温度9～20℃、平均ρDO=5.4 mg/L、SRT值为30 d左右时,进水氨氮负荷0.64 kg/(m3.d)的条件下,经过29 d得以实现,通过控制游离氨ρFA>4 mg/L时,此后,从30—96 d,出水亚硝氮累积率维持在70%左右;短程硝化实现之后,进而实现了半短程硝化,出水氨氮与亚硝氮浓度比维持在1∶1.32左右;采用UASB反应器,接种由好氧颗粒污泥、厌氧颗粒污泥、氧化沟活性污泥及短程硝化活性污泥组成的混合污泥,在避光、厌氧、(30±0.2)℃、pH=7.3～7.9条件下,以污泥消化液经短程硝化处理后的出水为进水,初期进水氨氮、亚硝氮容积负荷分别为0.07、0.10kg/(m3.d),经过24d运行,氨氮和亚硝氮开始出现同步去除现象,195 d时总氮去除负荷达1.03 kg/(m3.d);待半短程硝化运行稳定和厌氧氨氧化反应成功启动后,将二者联立并运行了105 d,最终总氮去除率达到70%.     

回流比对短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理晚期垃圾渗滤液自养脱氮的影响

采用"连续流短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺"处理低碳氮比高氨氮浓度的晚期垃圾渗滤液.主要考察了在不同外回流比(100%~600%)的条件下,A/O反应器中氨氮转化率以及亚硝酸盐积累率的变化,游离氨(free ammonia,FA)与游离亚硝酸(free nitrite acid,FNA)的平均质量浓度变化;UASB反应器的厌氧氨氧化活性及其在相同高度(10 cm)处的粒径变化情况.试验结果表明,当回流比维持在300%时,A/O反应器中的亚硝酸盐氧化细菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)被FA和FNA联合抑制,进而达到了较好的短程硝化效果,A/O反应器中氨氮转化率、亚硝酸盐积累率分别达到93.5%、95.6%以上,UASB厌氧氨氧化反应器污泥持留性与活性均达到较高的水平,总氮去除负荷达到1.04 kg/(m~3·d)以上.定量PCR结果表明,厌氧氨氧化菌占全菌的比例达到了试验期间的最大值3.78%.     

UASB 厌氧氨氧化启动研究及三维荧光分析

传统生物脱氮处理需要大量的外加碳源和能源,厌氧氨氧化可节约脱氮成本.实验选用合肥经开区某污水处理厂的氧化沟污泥作为接种污泥,在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)内进行反应.实验分为三个阶段:第一阶段为厌氧氨氧化菌培养阶段,75天后氨氮去除率达到了90.6％,亚硝态氮去除率达到了91.3％,总氮去除率达到了81.3％,启动成功;第二阶段在进水中加入不同浓度的有机碳源,此阶段进水COD浓度为90 mg·L-1时总氮去除率最高,达到了86.7％;第三阶段,将UASB反应器和实验室已有的短程硝化反应器耦合,总氮去除率略微下降但仍能达到78.1％.除测量水质常规指标外,还使用平行因子法分析出水水样中的荧光物质.     

有机碳源对厌氧氨氧化污泥颗粒化的影响

为探究有机碳源对厌氧氨氧化(Anammox)污泥颗粒形成的影响,采用两组平行的SBR,通过改变进水中有机碳源的质量浓度进行研究.结果表明:适量的有机碳源(130 mg/L)可通过提高反应器中的胞外聚合物(EPS)含量从而加速颗粒污泥的形成,提高污泥的沉降性能.添加与不添加有机碳源的两组反应器分别于28和35 d颗粒化成功,平均颗粒粒径分别达450和409μm.过量有机碳源( 230 mg/L)会使污泥出现解体,粒径减小,污泥的沉降性能明显变差.当有机碳源小于110 mg/L时,可通过反硝化作用促进厌氧氨氧化反应从而提高脱氮效率;但是当有机碳源质量浓度大于110 mg/L时,会抑制厌氧氨氧化反应,并降低脱氮效率.在厌氧氨氧化工艺实际运行中,应避免有机物质量浓度超过110 mg/L.     

污水厂A/O除磷出水为基质的Anammox小试研究

为研究污水处理厂厌氧氨氧化(Anammox)工艺可行性,在实际生活污水处理厂中进行厌氧氨氧化工艺的小试实验.向污水厂A/O除磷工艺出水中投加亚硝酸盐作为基质,启动厌氧氨氧化滤柱.反应器启动成功后,进水改为A/O除磷和亚硝化工艺处理后的生活污水,观察厌氧氨氧化工艺实际工程应用的效果.结果表明,第106~144天,进水温度为15~20℃,最大出水氨氮和总氮质量浓度为4.1和13.4 mg/L,出水氮素满足国家一级A排放标准;第168~204天,反应器运行进入冬季,进水温度为12~15℃,采用延长水力停留时间的方法实现污水处理达标;第222~240天时,水温降低到10~12℃,在进水投加125 mg/L碳酸氢钠,总氮去除负荷提高了40%,最大出水氨氮和总氮质量浓度为1.4和13.6 mg/L,冬季出水氮素达标.在整个过程中滤柱生物膜厚度持续增加,最终达113μm,单位MLSS污泥厌氧氨氧化负荷大于5 kg/(kg·d),厌氧氨氧化工艺在市政污水处理厂高效稳定运行.     

连续流全程自养脱氮工艺启动及脱氮性能分析

在处理低碳氮比废水时,全程自养脱氮工艺表现出了良好的脱氮效果.为此,采用曝气上流式污泥床反应器(AUSB)对全程自养脱氮工艺的脱氮性能进行研究.结果表明:只投加氨氮不加入其他氮源的条件下表现出了73%的总氮去除率,在逐步增加进水氨氮和降低水力停留时间的过程中系统的脱氮能力得到提升,总氮去除负荷达到0.47 kg/(m~3·d)以上,在本实验开始后的第60天出现了肉眼可见的颗粒.在运行期间,系统内NOB得到有效抑制,Δρ(TN)/Δρ(NO_3~--N)接近于理论值8,经过135 d的运行成功在连续流反应器内启动了全程自养脱氮颗粒污泥.实验结果表明,本实验通过采用增大进水负荷的方式促进了微生物的生长,构建出更适合CANON功能菌种的生长条件,NOB得到逐步淘汰.同时,在多种生物种群的共同作用下,反应器表现出高效的脱氮效果,在人工配水条件下,颗粒污泥连续流全程自养脱氮工艺启动成功.     

UAF反应器实现厌氧氨氧化反应的试验

目的研究UAF（升流式厌氧生物滤床）反应器实现厌氧氨氧化反应快速去除水中总氮问题．方法试验用水为人工配制,采用城市污水处理厂厌氧消化污泥作为接种污泥,在温度为35℃、pH为7．0～8．0的条件下,通过逐渐提高NH4^＋N与NO2^-N的负荷培养厌氧氨氧化细菌．结果反应器连续运行约156d后,NH4^＋-N和NO2^--N的去除率分别达到50％、55％,获得的具有厌氧氨氧化活性的污泥为棕红色,并在反应器的下部形成了颗粒污泥;试验末期通过向进水中投加消氧剂抗坏血酸,NH4^＋-N与NO2^--N的去除率分别提高到71％和73％．结论利用UAF反应器成功实现了厌氧氨氧化工艺的快速启动．     

MBR-CANON工艺处理生活污水的快速启动及群落变化

为研究全程自养脱氮工艺(CANON)处理生活污水的可行性,在常温膜生物反应器（MBR）中,保持进水氨氮不变,采用逐渐缩短水力停留时间(HRT)的策略在限氧条件下快速富集氨氧化菌(AOB),之后减小曝气量并进一步缩短HRT富集厌氧氨氧化菌(anammox),并通过DGGE技术分析不同阶段的种群变化．结果表明：CANON工艺在78 d内成功启动,总氮去除率达80％,总氮去除负荷RNR达0.95 kg·m-3·d-1;将该工艺应用于生活污水的处理,实现了COD和氨氮的同时高效去除;微生物群落发生了较大变化,稳定运行的反应器中氨氧化细菌为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),厌氧氨氧化菌为Candidatus Kuenenia stuttgariensis．MBR-CANON工艺可以有效应用于常温生活污水的脱氮．     

采用高通量测序分析全程自养脱氮（CANON）系统不同脱氮效能下的微生物群落结构

从微生物优势菌群构成角度揭示一体式全程自养脱氮反应器(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)启动、稳态运行及崩溃的微观机理,有助于优化调控微生物种群、增强CANON的脱氮效能.试验采用序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR),以间歇曝气方式启动CANON系统(35℃±1℃),考察了CANON系统从启动、稳定到恶化过程的氮素转化率和微生物活性;同时对污泥样品采用16S rDNA宏基因组高通量测序技术,考察种泥和不同脱氮效能时期的微生物种群结构.试验结果表明:本CANON系统的厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation bacteria,AnAOB)为Candidatus Kuenenia,氨氧化菌(ammonium oxidation bacteria,AOB)和硝化菌(nitrite oxidation bacteria,NOB)分别为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和Uncultured Nitrospinaceae;系统启动时,AnAOB丰度达到0.44%,AOB和NOB分别占总菌的27.61%和1.33%,脱氮效果最佳时的总氮容积去除率达到218.0 mg/(L·d);由于系统溶解氧质量浓度较低(0.15~0.25 mg/L),好氧段发生厌氧氨氧化反应,好氧段结束时亚硝氮积累量持续下降,导致缺氧段亚硝酸盐基质不足,AnAOB受到抑制;长期运行条件下,反应器内生物多样性及AnAOB丰度均有所下降.反应末期,Nitrosomonas占总菌群数量的62%,成为优势菌种,而AnAOB仅占0.13%,与此时较低的总氮容积去除率(19.3 mg/(L·d))相吻合.     

抗高盐菌株的驯化及其对高盐含氮废水的处理

针对生物处理法处理高盐废水时普遍存在微生物易失活甚至死亡的问题,在上流式固定床反应器中,通过小幅度提高进水盐度来驯化抗高盐厌氧氨氧化菌株。实验结果表明,盐度从0增加至30g/L,系统对氨氮、亚硝氮、总氮的去除率平均值分别为72.56%、92.54%、73.83%,氨氮、亚硝氮、总氮的容积负荷去除分别为0.81、1.03、1.74kg/(m3·d);盐度高于30g/L时,细菌活性受到抑制,系统脱氮能力显著下降;减小盐度,细菌活性恢复。此外,系统能较快适应负荷的变化,具有较强的抗负荷冲击的能力。     

Effect of Dissolved Oxygen on Operation of EGSB

An expanded granular sludge bed (EGSB) reactor was adopted to study the dissolved oxygen (DO) effect on the operation. With the chemical oxygen demand (COD) 800-1 800 mg/L, pH 6.0-7.3, volume loading rate (VLR) 5.4-11.5 kg COD/(m3·d), the operational behaviors of EGSB reactor was researched. And the max DO concentration which influenced steady operation of EGSB reactor was determined by contrasting the changes due to different concentrations of the influent DO. With the COD 1 200-2 000 mg/L, VLR 7.2-12.0 kg COD/(m3·d), the operational characteristic of EGSB reactor was researched by aerating the recycle effluent. The results was: when the DO concentration of influent was under 3.0 mg/L, the removal efficiency of COD was 82%-90% and the operation of the EGSB reactor was steady; when the DO concentration of influent was over 3.0 mg/L, the oxidation-reduction potential (ORP) fluctuated greatly and the operation of the EGSB reactor was instable; the acidified wastewater of saccharide whose pH value was 5.1-6.5 could be treated by aerating the recycle effluent and the efficiency of COD was up to 85%-92%.     

低温EGSB反应器运行机理

为研究对低温EGSB反应器的运行机理,考察温度和液体上升流速(Vup)对EGSB反应器处理低浓度啤酒废水时运行效果和污泥产甲烷活性的影响,分析不同温度和Vup时EGSB反应器内速率常数K和活化能E的变化.结果表明:温度降低,污泥产甲烷活性明显降低,COD去除率也相应降低.EGSB反应器在35℃、15℃(与35℃时同样的Vup)和15℃(提高Vup至最佳)时K分别为0.391×103d-1、0.107×103d-1和0.254×103d-1.低温EGSB反应器提高Vup前后E分别为4.897×104J/mol和1.197×104J/mol.温度降低使得EGSB反应器内污泥活性和COD去除率降低,K明显降低,但Vup的提高却能显著提高K,减小E,使EGSB反应器在15℃低温下仍能保持高处理率.     

电气石对厌氧氨氧化菌驯化与反应器启动的影响

为了研究电气石对厌氧氨氧化菌驯化过程的影响,采用2个平行的连续搅拌式生物反应器,其中一个添加电气石(记为R1),另一个未添加电气石作为空白对照(记为R2).2个反应器均在第23天观察到显著的NH_4~+-N和NO_2~--N同时去除,即表现出厌氧氨氧化活性.添加电气石反应器R2的污泥适应期比对照反应器R1缩短42 d(R2为12 d,R1为54 d),且最高氮负荷达到205.0mg/(L·d),比对照表现出更好的耐负荷冲击能力.此外,电气石可以调控pH和氧化还原电位使其保持在厌氧氨氧化菌适合范围内,为驯化提供稳定环境.厌氧氨氧化活性批式实验显示,添加电气石驯化得到的菌体的SAA最高比对照增加48.8%,微生物胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)检测结果显示,添加电气石反应器R2的多糖、蛋白质和总EPS分别比对照反应器R1增加7.6%、86.7%和43.8%,说明电气石可以促进微生物生长代谢,提高厌氧氨氧化反应活性.粒径与扫描电子显微镜检测说明:电气石并不利于污泥颗粒化,而是大部分污泥与电气石分散生长.谱系分析说明:驯化过程中,微生物组成由接种活性污泥中大量杆菌与丝状菌逐渐演变,筛选出如反硝化菌、亚硝化菌等功能菌种.     

有机碳源对SNAD工艺脱氮性能及微生物种群结构的影响

为考察不同有机碳源质量浓度对亚硝化的全程自养脱氮工艺(SNAD)脱氮性能的影响,将该工艺应用到生活污水的处理中,采用MBR反应器,以葡萄糖作为有机物来源,通过逐步增大COD来实现,并运用PCR-DGGE技术研究了微生物种群结构的变化.反应器运行结果和DGGE图谱分析表明:碳氮比为0~2时,COD的增加不会抑制AOB和Anammox菌,AOB和Anammox菌的菌属种类不受影响,反而通过反硝化作用提高氮去除负荷.总氮去除率和氮去除负荷分别为67%和0.34 kg/(m3·d)左右.碳氮比为3~4及生活污水运行条件下,Anammox菌不受影响,AOB的活性受到抑制,菌属种类减少,脱氮效率下降.生活污水运行阶段,总氮去除率和氮去除负荷平均分别为73%和0.17 kg/(m3·d).Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis一直是反应器内的优势菌属,共同完成脱氮过程.     

Inhibitory effect of ammonia nitrogen on specific methanogenic activity of anaerobic granular sludge

A series of batch experiments were conducted in 125 mL serum bottles to assess the toxicity of different concentrations of ammonia nitrogen to the specific methanogenic activity of anaerobic granular sludge from upflow anaerobic sludge bed（UASB） and expanded granular sludge bed（EGSB） reactors. The effects of pH value and temperature on toxicity of ammonia nitrogen to anaerobes were investigated. The results show that the specific methanogenic activity of anaerobic granular sludge suffers inhibition from ammonia nitrogen, the concentrations of ammonia nitrogen that produce 50 % inhibition of specific methanogenic activity for sludge from UASB and EGSB reactor are 2.35 and 2.75 g/L, respectively. Hydrogen utilizing methanogens suffers less inhibition from ammonia mtrogen than that of acetate utilizing methanogens. Hydrogen-producing acetogens that utilize propionate and butyrate as substrates suffer serious inhibition from ammonia nitrogen. The toxicity of ammonia nitrogen to anaerobic granular sludge enhances when pH value and temperature increase. Anaerobic granular sludge can bear higher concentrations of ammonia nitrogen after being acclimated by ammonia nitrogen for 7 d.     

Three controllable factors of steady operation of EGSB reactor

The bench-scale EGSB (expanded granular sludge bed) reactor was operated to study the effect of sludge loading rate, pH value and nutrient element on the operation of the EGSB reactor and the control rule of these factors. Continuous flow was used to treat synthetic wastewater containing dextrose and beer, and the temperature of reactor was controlled at mesophiles temperature (33 ℃). The experimental results demonstrated that the proper sludge loading rate was 0.9-1.42 kg COD/(kg VSS·d); the pH value in the reactor was controlled by adding sodium bicarbonate, the proper additive quantity was 1000-1200 mg/L; the additive quantity of nutrient element was as follows: 41.3 mg/(SS·d) of FeCl2·4H2O, 4.3 mg/(SS·d) of CoCl2·6H2O, 8.2 mg/(SS·d) of NiCl2·6H2O, 7.5-13 mg/(SS·d) of CaCO3,and 56.7-22.7 mg/(SS·d) of 7Na2S·9H2O, respectively. When these parameters were properly determined, the EGSB reactor could treat wastewater with 400-5000 mg/L COD concentration. The COD removal efficiency was over 85%. The operation of the EGSB reactor was steady and the EGSB reactor had strong anti-shock load ability.