Anammox反应器的高效运行及有机物抑制效应

为实现Anammox反应器的稳定高效运行,进一步揭示COD对Anammox反应的抑制效应,以低活性的Anammox颗粒污泥为接种泥源,采用低负荷协同N2H4强化的方式启动反应器,随后逐步增加进水氮素浓度提高反应器的容积负荷,并研究不同时期Anammox反应体系的脱氮性能。通过向反应体系投加有机物,考察基质浓度和COD对反应体系的协同影响,并探讨COD对AAOB的抑制特性。结果表明:经15 d运行可实现AAOB活性的快速恢复,TN去除率提升至85%;运行150 d后污泥活性迅速提高,反应体系TN负荷增至1.002 kg/(m~3·d),TN去除率稳定在89%左右。低浓度的COD对Anammox反应的影响较小;当COD浓度由100 mg/L增加到150 mg/L时,AAOB活性受到一定抑制,Anammox反应的脱氮贡献比例下降至50%左右;当COD浓度增至200 mg/L时,AAOB活性受到显著抑制,此时Anammox反应的脱氮贡献比例仅为22%左右。AAOB具有较强的低基质亲和力,COD对Anammox反应的抑制效应依赖于基质浓度,体系中NO2--N和TN度增加都会加剧COD对Anammox反应的抑制效应,且COD对Anammox反应的抑制效应随COD浓度升高而愈发显著,抑制特性可用用非竞争性抑制模型较好地拟合。     

不同有机物对厌氧氨氧化耦合反硝化的影响

通过连续试验和血清瓶批式试验研究了不同种类有机物对厌氧氨氧化耦合异养反硝化脱氮性能的影响.结果表明,从TN去除率来看,对耦合反应器的影响:苯甲酸钠<邻苯二酚<间苯二酚<丙酸钠<乙酸钠;苯甲酸钠、邻苯二酚、间苯二酚、丙酸钠和乙酸钠对厌氧氨氧化菌的影响很小.苯酚反硝化菌能利用苯甲酸钠、邻苯二酚、间苯二酚、丙酸钠和乙酸钠作为电子供体进行反硝化.不同有机物对苯酚反硝化菌的影响不同,进而影响苯酚反硝化菌与厌氧氨氧化菌之间的协同和竞争关系.苯甲酸是苯酚降解过程中可能的中间产物.     

厌氧氨氧化耦合反硝化底物竞争抑制特性

通过连续流实验和批式实验研究了有机物和NO₂^--N对厌氧氨氧化菌和反硝化菌耦合脱氮特性的影响.在连续流实验中,保证底物NO₂^--N充足,研究了葡萄糖有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥反应器脱氮性能的影响.当进水葡萄糖有机物的COD浓度为100mg/L时,颗粒污泥具有良好的厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮活性,当COD浓度为200mg/L时,颗粒污泥的厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮活性较差.当进水COD浓度分别为100,200mg/L时,反应器中颗粒污泥的厌氧氨氧化NH₄⁺-N去除活性分别为0.096,0.071kg NH₄⁺-N/（kgVSS-d）,厌氧氨氧化NO₂^--N去除活性分别为0.153,0.092kg NO₂^--N/（kgVSS-d）,反硝化NO₂^--N去除活性分别为0.111,0.212kg NO₂^--N/（kgVSS-d）.在批式实验中,研究了碳源种类和COD/NO₂^--N比对厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥脱氮性能的影响.控制COD/NO₂^--N比为1~4,以葡萄糖为碳源时,厌氧氨氧化菌在亚硝态的竞争过程中占据优势;以乙酸钠为碳源时,控制COD/NO₂^--N比为1~4,厌氧氨氧化菌在亚硝态的竞争过程中处于劣势.     

有机物对连续流Anammox脱氮及微生物群落影响

采用UASB连续流反应器,研究了不同有机物浓度对厌氧氨氧化的脱氮性能及微生物群落结构的长期影响,结果表明,在COD浓度分别为0,20,40,60和80mg/L时,40mg/L COD浓度条件下对厌氧氨氧化反应的促进程度最大,TN和COD去除率稳定在88.5%和75.3%.在低浓度COD（20mg/L）条件下,厌氧氨氧化反应受影响程度不明显,而COD为60和80mg/L时,系统脱氮性能受到不同程度的抑制.通过高通量测序技术对不同COD浓度下的微生物群落结构进行分析,结果表明不同COD浓度下,绿曲挠菌门（Chloroflexi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）等占据主导,且随着COD浓度从0增至80mg/L,浮霉菌门相对丰度从24.60%降至7.70%,其中的Candidatus Brocadia属降幅最大,丰度从12.14%减至3.63%,变形菌门相对丰度从15.40%增至36.30%,其中Bdelloribrio菌属的增幅最大,丰度从0.01%增至8.39%.     

三价铁对有机物存在下厌氧氨氧化脱氮的影响

考察了三价铁(2.24～7.84mg/L)存在下厌氧氨氧化系统对有机物的耐受性能,并通过16SrRNA高通量测序技术和定量PCR探究其机理.结果表明,进水COD浓度为50和100mg/L时,4个反应器的氨氮和总氮去除率均较高(＞90％),三价铁的强化作用不明显;进水COD浓度继续升高(150和200mg/L),厌氧氨氧...     

氮氧化物气体的产生及其对厌氧氨氧化的影响研究

硝化、反硝化生物脱氮反应,因产生N2O温室气体,开始引发一些环保工作者的关注。新开发的厌氧氨氧化工艺在生物脱氮方面具有无可比拟的优越性。在其脱氮的3种反应途径中,也可能产生NO、NO2和N2O微量气体。文章对目前厌氧氨氧化反应中,这3种微量气体的产生情况进行了综述,并总结了这3种气体对厌氧氨氧化反应的影响。提出考察厌氧氨氧化过程中温室气体的排放情况和如何减少或控制温室气体的排放将成为厌氧氨氧化工艺应用中重要的研究方向之一。     

有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响

接种稳定运行300余天的厌氧氨氧化污泥,通过批次试验,研究了不同浓度乙酸钠和不同种类有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响.结果表明:在初始NO2--N浓度为35mg/L左右,乙酸钠浓度为0~200mg/L时,乙酸钠的冲击不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,且一定程度上促进厌氧氨氧化反应的进行,最大比氨氧化速率与乙酸钠浓度呈正相关性;不同有机物对厌氧氨氧化系统的促进作用不同,氨氧化速率从高到低依次为乙酸钠、蛋白胨、葡萄糖和淀粉;反硝化作用伴随整个反应过程,但硝态氮还原速率[0.0155~0.0442mgN/(L?min)]小于氨氧化速率[0.1090~0.1498mgN/(L?min)],因此厌氧氨氧化菌在系统中一直占主导地位.在有机物的冲击下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的总氮,提高系统总氮的去除率,从而改善出水水质.     

铁离子对厌氧氨氧化反应器性能的影响

考察了铁离子对厌氧氨氧化反应器性能的影响.研究发现,经过205d的连续培养,添加铁离子可提高反应器的基质转化能力,铁离子浓度为0.075 mmol·L-1时,反应器对NH4+-N和NO2--N的最大去除速率分别为对照(铁离子浓度0.03 mmol·L-1)的1.8倍和1.6倍;添加铁离子可促进厌氧氨氧化菌生长,以NO3--N产生量和挥发性固体浓度(VS)表征厌氧氨氧化菌生长,铁离子浓度为0.075 mmol·L-1时,细胞生长量为对照(铁离子浓度为0.03 mmol·L-1)的1.36倍;试验反应器的VS是对照的2.15倍.添加铁离子可引起厌氧氨氧化菌细胞结构改变,细胞内产生不明灰色区域.试验还证明,厌氧氨氧化菌对铁离子的需求量相对较大,原有厌氧氨氧化菌培养基的铁含量相对不足.     

有机碳源对一体化厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响

试验通过在进水中投加有机碳源(白糖),研究有机碳源对一体化厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响。试验结果表明:进水COD浓度对一体化厌氧氨氧化反应器脱氮性能产生明显的影响。当进水中COD浓度约为50mg/L时,即可导致系统总氮去除率大幅度下降,出水总氮去除率由不添加COD的87.8%降至76%,氨氮去除率由不添加COD的98.8%降至85%;当进水COD浓度上升至约100mg/L时,出水总氮的去除率由不添加COD的87.8%降至69%,氨氮去除率由不添加COD的98.8%降至77%;当进水COD浓度约为100mg/L时,并将调节槽曝气量由原来的0.4L/min增至0.6L/min,系统出水水质明显得到优化,总氮去除率恢复到未投加COD时的水平。有效地控制一体化厌氧氨氧化反应器内有机碳源的量,能明显地提高系统的脱氮效果。     

基质比对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

采用厌氧氨氧化反应器(ASBR)处理模拟生活污水,在温度为30℃时,控制进水NO_2~--N浓度为(30.0±0.2)mg·L~(-1),pH为(7.2±0.2),考察了NO_2~--N/NH_4~+-N分别为0.9、1.1、1.3、1.4、1.5和1.6时,对厌氧氨氧化(ANAMMOX)脱氮效果的影响.结果表明,当NO_2~--N/NH_4~+-N为1.4时,出水NH_4~+-N、NO_2~--N及TN的浓度分别为0.8、1.5和7.7 mg·L~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N及TN的去除率分别高达96.2%、95.4%和85.3%,此时脱氮性能最好,与发生厌氧氨氧化时NO_2~--N/NH_4~+-N理论值1.32比较接近.     

SBR工艺中反硝化除磷特性研究

在ＮＯ^-₃-N/COD为0.04、0.095、0.125和0.27条件下,采用SBR反应器研究了反硝化除磷的特性.试验表明,污染物与控制参数（pH、ORP、 DO）具有良好的相关性.在搅拌阶段,ORP可以指示是否发生了反硝化聚磷反应;在好氧阶段,上述3个参数都可以监测TN浓度的低谷（NAS point）,但是pH最为灵敏.在NAS point排放上清液,能提高反应器的效率和出水水质.在反硝化聚磷的过程中,反硝化聚磷菌（DPBs）首先快速将ＮＯ^-₃-N转化为某种中间产物,然后再将该产物逐渐转化为N₂.有机碳源对DPBs的除磷能力有较大影响,当ＮＯ^-₃-N/COD大于0.095时,随着比值的升高,DPBs除磷能力增强.结果表明,为取得良好的反硝化除磷效果,ＮＯ^-₃-N/COD应不低于0.125.     

NO2——N对铜绿微囊藻生理特性的影响

采用藻类生物测试标准方法研究了不同NO2--N初始浓度条件下铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的生长及生理变化.结果表明,相对BG11(NO2--N初始浓度为0)培养基,低初始NO2--N浓度(1,10mg/L)条件下铜绿微囊藻生长良好;高NO2--N初始浓度(20,30,40mg/L)条件下藻生长缓慢甚至停滞. NO2--N初始浓度由10mg/L到30mg/L,亚硝酸还原酶(NiR)活性和过氧化氢酶(CAT)活性呈增加趋势;在NO2--N初始浓度分别为20~30mg/L和20~40mg/L时,叶绿素a(Chl-a)含量和丙二醛(MDA)含量随NO2--N浓度增大而逐渐升高;在初始NO2--N浓度0,1,10,20,30mg/L条件下硝酸还原酶(NR)没有明显变化.这表明,铜绿微囊藻在NO2--N初始浓度10,20,30mg/L条件下能维持一定的生长,主要由于藻叶绿素含量的增加,NiR活性和防止细胞过氧化的酶CAT活性的提高所致.     

有机物对厌氧氨氧化生物膜反应器脱氮效能及微生物群落的影响

为考察有机物对厌氧氨氧化生物膜反应器脱氮效能的影响,采用MPN（most probable number）法和高通量测序技术,结合处理效果数据,对比分析了有无有机物影响下生物膜中微生物群落差异.试验表明：在进水有机物（COD）为30和60 mg·L^-1作用下,总氮去除率与进水COD为0 mg·L^-1时的84.10%相比较分别提高了5.08%和10.41%;COD为90 mg·L^-1时,总氮去除率降至89.05%.由MPN法和高通量测序结果可知,相对于无有机物,60 mg·L^-1有机物使反应器中反硝化菌数量增加,浮霉菌门和变形菌门丰度明显提高,且微生物群落更加丰富.有机物能影响反应器中厌氧氨氧化、反硝化脱氮效能及微生物菌落丰度,适宜的有机物浓度可使厌氧氨氧化与反硝化作用有效耦合,提高反应器的脱氮效能.本研究可为厌氧氨氧化生物膜反应器处理含有机物的实际污水提供参考价值.     

温度对MBBR和A/O工艺中污染物去除效果比较

实验考察了较高温度(23~26℃)和较低温度(12~15℃)对MBBR和A/O工艺去除有机物及脱氮效果的影响,以探索低温时实现高效脱氮的工艺及运行控制条件。结果表明:温度对MBBR影响较小:23~26℃时,MBBR对COD、NH3-N、TN去除率分别为95%、97%和96%;12~15℃时,其去除率分别为95%、95%和92%。温度对A/O工艺影响较大:23~26℃时,A/O工艺对COD、NH3-N、TN去除率分别为92%、85%和85%;12~15℃时,其去除率分别下降到88%、67%和63%。MBBR因其独特的生物结构而保存了较多的耐寒微生物和硝化反硝化菌,从而使其对温度的适应性明显好于A/O工艺。实验对我国北方较寒冷地区的水处理具有一定的指导意义。     

盐度对厌氧氨氧化反应器运行性能的影响

考察了厌氧氨氧化反应器处理高盐度、高浓度含氮废水的可行性.结果表明,高盐度显著抑制厌氧氨氧化活性,这种抑制具有可逆性.在30g·L-1(以NaCl计)盐度条件下,未驯化泻泥的厌氧氨氧化活性比对照(无盐水质条件)低67.5%;驯化污泥的厌氧氨氧化活性只比对照低45.1%.由高盐环境转移到低盐环境(无盐水)时,驯化污泥的厌氧氨氧化活性可提高43.1%.通过逐渐提高盐浓度,并调整反应器容积负荷避免基质抑制,可使厌氧氨氧化反应器适应30g·L-1(以NaCl计)盐度,其处理效能与对照期接近.但由于高盐度条件对厌氧氨氧化细菌生长的负面影响,反应器长期运行于高盐度条件下,容易出现功能衰退.     

有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响

研究了有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.在没有有机物的条件下,进水基质(氨氮和亚硝氮)浓度为70～280 mg·L-1,容积总氮负荷为0.29～0.72 kg·m-3·d-1,氨氮去除率86.0%～99.7%,亚硝氮去除率88.7%～99.3%.添加有机物(酵母膏100 mg·L-1)后,ANAMMOX反应器运行性能与容积总氮负荷有关.容积总氮负荷低于0.43 kg·m-3·d-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响较小,氨氮和亚硝氮去除率保持在94%以上;但当容积总氮负荷为0.72 kg·m-3·d-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能产生严重影响,氨氮和亚硝氮去除率降至75%以下.停止添加有机物并降低容积总氮负荷,可在短期内消除有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.