厌氧氨氧化颗粒污泥UASB反应器的快速启动

利用厌氧氨氧化絮状污泥和厌氧颗粒污泥启动厌氧氨氧化颗粒污泥UASB反应器,通过调整进水基质浓度及上升流速培养富集厌氧氨氧化颗粒污泥。反应器经过140 d的运行,成功培养出厌氧氨氧化颗粒污泥,NH4+-N和NO2--N去除率分别达到96. 41%和99. 11%,总氮去除负荷可以达到0. 26 kg/(m3·d),并且ΔNO2--N/ΔNH4+-N和ΔNO3--N/ΔNH4+-N分别为1. 32±0. 02和0. 26±0. 01,符合厌氧氨氧化化学反应计量学规律。反应器启动过程中厌氧颗粒污泥经历了解体、重组,颜色由黑色变为灰色最终变为红色,经过160 d的运行后形成1～3 mm的厌氧氨氧化颗粒污泥。     

中试SBBR内厌氧氨氧化的快速启动及微生物特性

采用中试规模的序批式生物膜反应器(SBBR),在温度为25～32℃、pH值=7. 6～8. 3、投加少量厌氧氨氧化(Anammox)菌的条件下,经过120 d的培养,成功启动Anammox工艺。反应器稳定运行期间,对NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为81. 45%和99. 00%,平均总氮去除负荷达0. 41 kgN/(m~3·d)。NH_4~+-N、NO_2~--N去除量与NO_3~--N生成量之比为1∶1. 39∶0. 25,与理论值接近。反应器中以Anammox反应为主导作用并伴有微弱的亚硝酸盐反硝化,Anammox速率达0. 103 kgN/(kgVSS·d)。填料上生物膜的Anammox菌联氨氧化酶活性明显高于反应器中的悬浮污泥,表明填料对Anammox菌具有较好的富集效果。经过驯化培养,SBBR内污泥群落结构及丰度发生明显变化,稳定运行阶段Anammox菌属含量达23. 57%,成为反应器中的优势菌种。     

Anammox的硫酸盐利用特性及脱氮性能

以厌氧氨氧化(Anammox)污泥为种泥,进水中用SO_4~(2-)全部替代NO_2~--N作为电子受体来驯化污泥去氧化NH_4~+-N。反应器运行180 d后,NH_4~+-N去除量变化情况与Anammox菌活性变化情况相近,系统整体NH_4~+-N去除量在40 mg/L以上,但SO_4~(2-)并未去除,因此认为SO_4~(2-)不能作为电子受体来氧化NH_4~+-N,推测NH_4~+-N的去除可能存在其他电子受体;向反应器中添加5 mmol/L的羟氨能促进NH_4~+-N的去除,说明NH_4~+-N的去除与Anammox菌活性有关。反应器中Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia丰度由2.40%增至15.63%,Nitrosomonas属丰度由0.03%增至6.32%,Nitrobacter属丰度由0.12%增至1.54%,AOB活性大于NOB。菌群数量变化说明反应器中NH_4~+-N的去除与AOB、NOB以及Anammox活性有关。在批次实验中,向反应瓶中注入微量氧气后,氨氮的去除与AOB、NOB的硝化作用以及Anammox菌活性呈现显著相关,推测反应器中NH_4~+-N的去除与内部溶解氧量有关。     

膜生物反应器Anammox的快速启动及其抑制动力学

采用MBR作为强化富集厌氧氨氧化菌的反应器,以氯化铵和亚硝酸盐为进水底物,通过逐步缩短水力停留时间(HRT由24 h降低到4 h),成功实现了厌氧氨氧化的启动。整个驯化过程中,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率均维持在90.0%以上,总氮去除负荷(NRR)最大可达0.49kg/(m~3·d),且NO_2~--N/NH_4~+-N和NO_3~--N/NH_4~+-N值分别维持在1.32和0.26附近,符合厌氧氨氧化化学反应计量学规律;同时在驯化过程中,污泥颜色逐渐由深褐色变成红褐色,SEM结果表明接种污泥以杆状菌为主,驯化结束后则以球状菌为主,且结构紧密。采用成熟厌氧氨氧化污泥进行底物(NH_4~+-N和NO_2~--N)抑制动力学试验,并对试验结果采用Haldane模型进行拟合,获得半饱和常数分别为62.54和78.47 mg/L,抑制动力学常数分别为1 244.12和102.30 mg/L,相关性系数(R~2)分别为0.998 6和0.994 5。     

土霉素对厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮性能的影响

通过批次试验和连续流试验研究了土霉素对厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮性能的影响。厌氧氨氧化颗粒污泥反应器(UASB)进水NH_4~+-N浓度为40~50 mg/L,NO_2~--N浓度为55~65mg/L,温度控制为30℃,HRT控制为1.6 h。经过60 d运行,反应器的厌氧氨氧化脱氮性能良好,出水NH_4~+-N和NO_2~--N浓度分别为3.1和6.3 mg/L,对NH_4~+-N、NO_2~--N和TIN的去除率分别为91.2%、93.4%和75.2%。在土霉素对厌氧氨氧化颗粒污泥反应器的长期抑制试验中,颗粒污泥对土霉素具有一定的耐受能力,当进水中的土霉素浓度为10 mg/L时,反应器对NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为70.7%和70.8%;当进水中的土霉素为20 mg/L时,反应器对NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别降低至16.8%和18.1%。与长期抑制试验相比,批次试验中土霉素对颗粒污泥厌氧氨氧化活性的抑制作用较小,土霉素浓度为50、100、150、200和400 mg/L时,对TIN的去除速率分别为0.498、0.480、0.439、0.326和0.120 kg N/(kg VSS·d)。     

高盐度冲击后厌氧氨氧化工艺恢复及运行特性

通过逐步增加UASB反应器进水氮负荷[1.06~1.42 kg/(m³·d)]方式,考察了厌氧氨氧化(Anammox)工艺受到高盐度冲击后的恢复及运行特性。结果表明,经过156 d的运行,NH4+-N、NO2--N、TN去除率及总氮去除负荷(NRR)分别达到97.57%、96.40%、83.90%和1.19kg/(m³·d),这主要归功于Anammox污泥的活性得到了有效恢复[TN的比降解速率由0.131mg/(mgVSS·d)提高到0.302 mg/(mgVSS·d)];随着工艺运行效能的恢复,颗粒污泥的颜色由深褐色变为红褐色,平均粒径也随之增大,粒径>1.5 mm的占比最高,达到了68.25%;此外,胞外聚合物(EPS)含量由96.66 mg/g增大至147.98 mg/g,并且PN/PS值由4.86增大至13.34,厌氧氨氧化工艺可恢复到高效运行状态。     

厌氧氨氧化反应器的接种污泥和启动策略

厌氧氨氧化细菌产率低,倍增时间长,导致厌氧氨氧化反应器启动过程缓慢,极大限制了其工程化应用,因此选择合适的厌氧氨氧化反应器的接种污泥和启动策略具有重要意义.探讨了污(废)水处理工程中常见的活性污泥用作厌氧氨氧化反应器接种污泥的基本原理、启动策略和应用效果,并对世界上第一个生产性厌氧氨氧化反应器的启动过程进行剖析,提出了加快厌氧氨氧化工程启动的"逐级富集扩大"模式.     

厌氧氨氧化滤池的深度脱氮性能与菌群结构分析

为了降低城市污水处理厂深度脱氮过程中有机碳源的消耗量,提出了短程反硝化/厌氧氨氧化双滤池系统,并通过试验考察了厌氧氨氧化滤池的脱氮性能及菌群结构。结果表明,厌氧氨氧化滤池在进水NH~+_4-N和NO~-_2-N平均浓度分别为9.9、9.1 mg/L条件下,出水NH~+_4-N和TN平均浓度分别为2.5、9.5 mg/L,达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准,对应的滤池HRT为15 min,容积氮去除速率为1.0 kg/(m~3·d)。滤池中的厌氧氨氧化菌属为CandidatusKuenenia和CandidatusBrocadia,相对丰度分别为4.33%和2.70%。与传统反硝化滤池相比,短程反硝化/厌氧氨氧化双滤池系统可节省有机碳源62%,同时可降低污泥产量,减少滤池反冲洗次数。     

硫酸盐型厌氧氨氧化反应器的启动特征分析

研究了硫酸盐型厌氧氨氧化反应器的启动特征及氧化还原电位对SO24-去除性能的影响。首先启动厌氧氨氧化并逐渐提高容积负荷至0.625kg/(m3.d),然后以(NH4)2SO4为唯一基质,启动硫酸盐型厌氧氨氧化。结果表明,历时212d后成功启动了硫酸盐型厌氧氨氧化反应器,对NH4+-N和SO42-的去除量分别为76.2、68mg/L。反应器出水的pH值低于进水的。当将氧化还原电位提高到(-43±10)mV时,硫酸盐型厌氧氨氧化受到抑制。较高的(NH4)2SO4浓度和低氧化还原电位有利于硫酸盐型厌氧氨氧化反应的发生。此外,该反应器还同时存在自养反硝化作用。     

应用SBR实现有机废水厌氧氨氧化生物脱氮的研究

采用SBR反应器,以硝化污泥和厌氧氨氧化(ANAMMOX)颗粒污泥的混合污泥为接种污泥,以有机模拟废水为研究对象,进行了厌氧氨氧化生物脱氮工艺研究。结果表明,在控制温度为25℃,水力停留时间为12 d,pH值为7.2～8.5,进水NH4+-N为220 mg/L左右、NO2--N为138 mg/L左右、COD为294 mg/L的条件下成功启动了SBR反应器。在高氨氮、低有机物浓度的条件下,ANAMMOX菌和异养反硝化菌能够实现共存,且ANAMMOX菌仍能成为优势菌属,AN-AMMOX反应是反应器中的主导反应。镜检发现,优势菌尺寸约为1μm,呈圆形或椭圆形,成簇聚生,表面可观察到明显的漏斗状缺口,具有典型的厌氧氨氧化菌特征。污泥中形成了以厌氧氨氧化球状菌为主、其他杆状菌和丝状菌共存的微生物混培体。     

亚硝化/厌氧氨氧化一体化反应器的启动特性分析

以经常规处理后的养猪场废水成功启动自行设计的亚硝化/厌氧氨氧化一体化反应器,着重分析了一体化反应器供氧段和非供氧段的启动特性及处理效果.在启动期间,供氧段对COD、NH4+-N的最大去除率分别达72.24%、71.62%,通过调节曝气量控制系统内的DO浓度实现了稳定的亚硝态氮积累,且出水pH和NO2--N/NH4+-N值满足非供氧段进行厌氧氨氧化的要求;非供氧段可能同时存在反硝化和厌氧氨氧化过程,对NH4+-N、N2--N的最大去除率分别达55.10%、63.74%,脱氮效果明显;第115天,养猪场废水经一体化反应器处理后,对COD、NH4+-N、TN的去除率分别为73.07%、85.00%、67.23%,达到了深度处理的目的.     

NAUTO~(TM)自养脱氮工艺接种启动及稳定运行控制

基于MBBR开发了一种新型全程自养脱氮工艺——NAUTO~(TM),采用其处理污泥厌氧消化脱水液,考察了启动和稳定运行效果。通过接种CANON悬浮载体来缩短NAUTO~(TM)工艺的启动时间。在接种率为10%的情况下,运行84 d后对NH_4~+ -N的去除率即可达83. 40%,总氮去除负荷超过0. 90 kg/(m~3·d)。系统稳定运行超过300 d,出水NH_4~+ -N浓度低于30 mg/L,氨氮和TN去除率分别达到95. 06%和89. 71%,TN去除负荷最高可达1. 21 kg/(m~3·d)。对悬浮载体的高通量测序结果显示,NAUTO~(TM)工艺启动成功后,氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AnAOB)都是系统中的优势菌种,稳定运行阶段丰度分别达到16. 80%和23. 17%,而主要干扰菌群亚硝酸盐氧化菌(NOB)和反硝化菌(DNB)被成功抑制,反硝化菌丰度仅为3. 66%,几乎未检测出NOB。NAUTO~(TM)工艺启动时间短、运行负荷高、运行控制稳定,适合于自养脱氮的工程应用。     

SNAD-IFAS工艺对污泥消化液的处理效能

污泥消化液作为污泥厌氧处理过程的副产物,具有低碳高氮的特点,传统生物脱氮技术难以有效处理。为此,利用固定生物膜-活性污泥反应器(IFAS),考察同步硝化、厌氧氨氧化和反硝化(SNAD)工艺对污泥消化液的处理效能。结果表明,在进水NH~+_4-N浓度为400 mg/L、HRT为18 h的最佳运行条件下,SNAD-IFAS系统对NH~+_4-N、TN与COD的最大去除率分别达到92.6%、77.1%和69.4%,TN去除负荷为12.4 mg/(L·h)。菌群特性活性分析结果表明,亚硝化过程主要发生在悬浮污泥中,厌氧氨氧化与反硝化过程主要发生在生物膜上。微生物群落分析表明,HRT的变化会显著影响微生物群落结构。     

常温下UASB/生物膜厌氧氨氧化反应器脱氮试验

以人工配水为进水,接种某污水厂氧化沟工艺冬季的活性污泥,在(32±1)℃下快速启动一套容积为3.2 L的UASB/生物膜厌氧氨氧化反应器后,将加热水浴锅关闭,考察该反应器在常温(20~24℃)下的生物脱氮效果。结果显示,在常温下厌氧氨氧化反应仍然是该反应器内的主导反应,厌氧氨氧化菌活性很高,对NH+4-N、NO-2-N、TN的平均去除率分别为99.7%、98.0%和97.7%。     

金属离子对厌氧氨氧化反应器效能的影响

以序批式生物膜反应器(SBBR)实现厌氧氨氧化,考察了铁、锰离子对厌氧氨氧化效能和细菌混培物生长的影响。经过180 d的培养发现,增加金属离子浓度可以提高反应器的脱氮效率,铁离子浓度为0.08 mmol/L或锰离子浓度达到0.05 mmol/L时,反应器对NH4+-N和NO2--N的去除率均稳定在95%以上;两反应器的VS值分别提高了1.33倍和1.57倍。表明添加金属离子可以促进厌氧氨氧化菌混培物的生长,这对于厌氧氨氧化工艺的运行有着重要的指导意义。     

氮负荷提升方式强化ANAMMOX反应器的性能研究

采用提高基质浓度和缩短水力停留时间两种氮负荷提升方式运行UASB厌氧氨氧化反应器,比较了两种方式对反应器运行性能的影响。试验结果表明,经过300 d的连续运行,对NH~+_4-N、NO~-_2-N、TN的去除率分别为93.09%、95.26%和88.46%,氮容积去除负荷由0.75kg/(m~3·d)升至2.26 kg/(m~3·d)。稳定阶段的化学计量关系ΔNO~-_2-N/ΔNH~+_4-N和ΔNO~-_3-N/ΔNH~+_4-N分别为1.12和0.14,接近理论值,第Ⅲ阶段出水pH值逐渐升高最后趋于稳定,产气量达到1.51 L/(L·d),污泥粒径增至5.0～7.0 mm,沉速提高至(8.94±0.77)cm/s,颗粒化程度高、颜色鲜红,脱氮性能得到强化。相比提高基质浓度,采用低浓度进水并缩短水力停留时间的方式提升氮负荷,能避免基质自身的抑制作用,稳定且较快地强化厌氧氨氧化反应器性能,有利于颗粒污泥的形成。     

UASB中厌氧污泥脱铵及与硫酸盐还原的关系

在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)建立硫酸盐还原厌氧氨氧化反应过程中,研究了厌氧颗粒污泥对无机废水中铵及硫酸盐的脱除效能,探究了硫酸盐还原与厌氧脱铵的转化途径和机理。结果表明,反应器启动初期NH₄⁺-N与SO₄^2--S即有脱除,平均去除率分别为22.10%和14.83%;中期(运行76 d后)NH₄⁺-N脱除量增加,SO₄^2--S脱除量逐渐减少;后期NH₄⁺-N脱除量最高达到30.79 mg/L,SO₄^2--S基本无脱除。除硝化反应外,H₂O₂以及Anammox反应均可提高NH₄⁺-N的脱除量,且增加HCO₃^-浓度有利于NH₄⁺-N的转化。反应器内出现...     

好氧颗粒污泥处理高氨氮污水的半亚硝化研究

半亚硝化是高氨氮污水通过厌氧氨氧化(ANAMMOX)途径脱氮的基础和关键步骤。在序批式反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS)并处理高氨氮污水,研究了实现半亚硝化的可行性。首先通过调节水力停留时间及进水氨氮浓度实现稳定的短程硝化。进水NH+4-N约为220mg/L时,对NH+4-N的去除率达到98%左右,亚硝态氮积累率(NAR)约为95%,并能够保持稳定运行。此后通过缩短水力停留时间为6 h可控制反应器出水NH+4-N/NO-2-N值在1.0左右,满足ANAMMOX对进水水质的要求。在氨氮氧化过程中NO-3-N浓度基本保持不变,氨氧化菌(AOB)为优势硝化菌群;扫描电镜表明颗粒污泥中主要是球菌、短杆菌,符合AOB的形态特征。     

高效厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮特征及EPS分层特性

考察了处理低氨氮废水的厌氧氨氧化颗粒污泥的脱氮特征、分层EPS组分及三维荧光光谱特性。结果表明,厌氧氨氧化颗粒污泥表现出高效的厌氧氨氧化活性,对NH+4-N和NO-2-N的平均降解速率分别为0.14和0.15 g/(g VSS·d),去除率分别为80.1%和97.0%;对TN的去除率为65.8%;该过程伴随N_2O的产生和短时积累,峰值浓度为0.92 mg/L,仅占TN转化率的2.52%;另外,p H值能指示厌氧氨氧化反应的终点。对分层EPS组分的分析可知,蛋白质为所有EPS层的主要成分,达226.9 mg/g VSS,占EPS总量的58.9%;绝大部分EPS为TB-EPS,占EPS总量的77.1%。三维荧光光谱显示蛋白质主要为酪氨酸和色氨酸,两者在TB-EPS中的荧光强度分别为165.5和46.1 AU/(mg C·L)。该研究结果为今后厌氧氨氧化污泥颗粒化的研究提供了理论依据。     

低温胁迫下包埋厌氧氨氧化污泥颗粒的脱氮性能

为解决在厌氧氨氧化反应进程中,厌氧氨氧化菌抗低温能力较差的问题,以聚乙烯醇-海藻酸钠为包埋剂包埋厌氧氨氧化污泥颗粒,采用UASB反应器研究了HRT对驯化过程中氨氮和亚硝态氮去除效果的影响,考察了温度变化对低温下包埋厌氧氨氧化菌颗粒脱氮效果的影响。结果表明,当进水氨氮浓度为50 mg/L,HRT为7 h时,投加15%包埋污泥后的UASB反应器具有较强的脱氮能力,对NH4+-N、NO2--N的去除率分别为95%和89%。相同条件下,水温从30℃阶梯式降低到14℃时,包埋厌氧氨氧化菌颗粒对NH4+-N的去除率从95%下降为70%,对NO2--N的去除率从89%下降为63%。在14℃下运行期间,调节水力停留时间为11 h可以提高脱氮效果,NH4+-N、NO2--N去除率分别在85%和79%左右。采用聚乙烯醇-海藻酸钠为包埋剂包埋厌氧氨氧化细菌,能大幅度提高低温胁迫下的脱氮性能。