厌氧氨氧化SBBR启动过程中菌群演替分析

采用序批式生物膜反应器(SBBR),以混合污泥作为接种污泥,研究了反应器启动过程中菌群演替规律。结果表明,通过逐步提高进水NH4+-N和NO2--N含量的方式将SBBR的N容积负荷由0.10 g/(L·d)提升至1.164 g/(L·d),经过144 d成功启动厌氧氨氧化SBBR,TN去除率达93.92%,厌氧氨氧化活性为5.86 mg/(g·h)。在反应器启动过程中,厌氧氨氧化菌的丰度不断升高,其它非功能菌的丰度逐渐降低。稳定运行期,浮霉菌门在活性污泥和生物膜上的丰度有显著的差异,前者为8.83%,后者为24.21%。3种检出的厌氧氨氧化菌属在活性污泥和生物膜上的差异也十分明显,Candidatus Jettenia、Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia在活性污泥中的丰度分别为2.89%、2.29%和0.65%,而在生物膜的丰度分别为10.04%、5.93%、2.22%。     

生物填料的投加对厌氧序批式反应器启动影响研究

采用厌氧序批式反应器(ASBR)和厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR),以相同的反硝化污泥作为接种污泥,自配模拟废水,调节进水pH为7.5~8.0,反应器中水体温度为(30±0.5)℃,研究了生物填料的投加对厌氧序批式反应器厌氧氨氧化反应的启动影响。经过120 d运行,ASBBR成功启动了厌氧氨氧化反应,NH3-N容积负荷为96mg/(L·d),NH3-N去除率达到81.53%,NH3-N、NO2--N减少量与NO3--N生成量之比为1:1.11:0.25。而未投加填料的ASBR没有发生厌氧氨氧化反应,NH3-N容积负荷为22 mg/(L·d),NH3-N去除率达到23.36%,NH3-N、NO2--N减少量与NO3--N生成量之比为1:0.91:1.18。实验结果表明,生物填料的投加使ASBBR易于形成厌氧环境,有利于厌氧氨氧化反应器的启动,同时有利于NH3-N的去除。     

厌氧氨氧化启动过程及特性研究进展

厌氧氨氧化菌（Anammox）生长缓慢,生长率低,倍增时间长,导致其富集慢、反应器启动耗时长,成为厌氧氨氧化工程化应用的限制性因素。因此,明确厌氧氨氧化反应器的启动过程与特性将为实现其快速启动提供理论参考。本文系统阐述了厌氧氨氧化反应器启动过程的影响因素,包括：反应器类型对厌氧氨氧化启动过程的影响,归纳了常见厌氧氨氧化反应器上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、序批式反应器（SBR）、流化床反应器、膜生物反应器（MBR）等的优缺点及适用性;总结了不同填料、接种污泥、启动负荷和温度的控制造成启动特性的差异,认为添加多孔性填料（无纺布、海绵、生物质炭等）、接种颗粒污泥、控制进水NO2?-N的浓度（＜100mg/L）、梯度式低温驯化等手段可促进厌氧氨氧化快速启动。同时,本文阐述了厌氧氨氧化启动过程中底物消耗阶段、化学计量比、微生物富集比例以及优势微生物种群差异规律的最新研究进展,阐明了厌氧氨氧化快速启动的生化反应过程。最后,本文认为在Anammox菌的微观生长模型、功能基因改性及适宜性生长环境因子等方面仍有待进一步研究。     

连续流与序批式组合运行启动高性能CANON反应器

在完全混合流反应器中接种亚硝化颗粒污泥,通过分阶段使用连续流和序批式运行方式,成功启动了全自养生物脱氮(CANON)工艺,并对反应器性能、污泥形态与活性、微生物菌群结构的变化规律进行了深入分析。结果表明,基于初始连续流运行获得的良好基质比,序批式阶段的高氨氮负荷和高溶解氧条件可有效促进污泥浓度与活性的增长,使得反应器在最终连续流状态下的总氮去除负荷达到了1.75 kg·(m~3·d)~(-1)。运行期间,颗粒污泥的密实度和沉降性能均得到改善。由Miseq高通量测序的结果可知,CANON颗粒污泥具有相对较高的微生物多样性。对应于总氮比去除速率0.24 g·(gVSS·d)~(-1),Nitrosomonas(好氧氨氧化菌)与Candidatus Kuenenia(厌氧氨氧化菌)丰度比值约为3:1。少量贫营养型亚硝酸盐氧化菌对CANON工艺没有显著影响。     

铝盐混凝剂强化絮状厌氧氨氧化污泥颗粒化研究

探究不同剂量铝盐混凝剂(聚合氯化铝)对厌氧氨氧化污泥颗粒化的影响。采用经过筛分的絮状厌氧氨氧化污泥作为种泥(粒径小于0.425 mm)，设置空白组和实验组，实验组在2、4、8 mg/L铝盐投加量下开展序批式反应器的厌氧氨氧化污泥颗粒化研究。具体分析厌氧氨氧化污泥颗粒化过程中沉降性能、脱氮性能、污泥粒径变化和微生物群落特征。实验结果表明，经过110天的富集培养，铝盐混凝剂的投加提升了厌氧氨氧化污泥粒径。与空白组相比，投加铝盐混凝剂促进厌氧氨氧化污泥平均粒径增长了209.8μm，同时改善了污泥沉降性能，污泥沉降比和污泥体积指数出现一定降低。微生物群落分析结果表明，投加铝盐后拟杆菌门相对丰度增加了7.8%，浮霉菌门相对丰度降低了9.8%。其中，厌氧氨氧化优势菌属Candidatus Kuenenia相对丰度降低了8.9%，但并没有影响系统脱氮活性。两组反应器最终容积脱氮负荷差异不大，稳定在0.6 kgN/(m³·d)左右。本研究初步探究了利用铝盐混凝剂强化厌氧氨氧化污泥颗粒化的效果。     

厌氧氨氧化反应器的启动试验研究

采用自制厌氧序批式反应器(ASBR),分别以好氧絮状污泥和厌氧颗粒污泥为接种污泥探究厌氧氨氧化反应器的启动情况。分别经过70、40 d的培养,厌氧氨氧化反应得以发生。随后通过加大进水基质浓度来提高污泥的脱氮活性,到第120天时,两个反应器对氨氮和亚硝氮的去除率分别达到了44.6%、57.5%和64.2%、71.7%;其中氨氮去除量与亚硝氮去除量和硝氮生成量的物质的量之比分别为:1∶1.28∶0.23和1∶1.23∶0.23,接近理论值(1∶1.32∶0.26)。     

连续流与序批式组合运行启动高性能CANON反应器

在完全混合流反应器中接种亚硝化颗粒污泥,通过分阶段使用连续流和序批式运行方式,成功启动了全自养生物脱氮（CANON）工艺,并对反应器性能、污泥形态与活性、微生物菌群结构的变化规律进行了深入分析。结果表明,基于初始连续流运行获得的良好基质比,序批式阶段的高氨氮负荷和高溶解氧条件可有效促进污泥浓度与活性的增长,使得反应器在最终连续流状态下的总氮去除负荷达到了1.75 kg·（m³·d）^-1。运行期间,颗粒污泥的密实度和沉降性能均得到改善。由Miseq高通量测序的结果可知,CANON颗粒污泥具有相对较高的微生物多样性。对应于总氮比去除速率0.24 g·（g VSS·d）^-1,Nitrosomonas（好氧氨氧化菌）与Candidatus Kuenenia（厌氧氨氧化菌）丰度比值约为3：1。少量贫营养型亚硝酸盐氧化菌对CANON工艺没有显著影响。     

接种厌氧絮状污泥的厌氧氨氧化反应器的快速启动

厌氧氨氧化技术因其节能、运行费用低、不需添加有机物等优点而备受关注,但反应器启动慢是该技术面临的瓶颈问题。为了加速厌氧氨氧化反应器的启动,该研究在两个不同阶段中先后在同一UASB反应器中接种絮状污泥和添加颗粒活性炭,以含NH4+-N和NO2--N的人工配水为进水,进行连续试验,并在试验过程中调整运行参数,最终添加活性炭的絮状污泥反应器在运行85 d后成功启动厌氧氨氧化过程,总氮去除率稳定在80%-90%。结果表明在使用活性炭吸附法固定化时,反应器启动迅速,活性炭可以成为厌氧氨氧化菌的理想载体。     

厌氧氨氧化污泥启动EGSB反应器研究

通过厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器接种低温(4℃左右)下存放18个月的厌氧氨氧化污泥,处理模拟废水,研究如何用长时间低温保存后的厌氧氨氧化污泥启动反应器。在温度(34±1)℃、进水pH为7.40～7.64、DO的质量浓度控制在0.10 mg/L以下成功启动反应器。运行110 d后,进水TN负荷最高可达2.3 kg/(m.3d),NH4+-N、NO2--N去除率分别为90.93%、99.76%,出水pH明显高于进水,平均达到7.99;第135天在反应器中发现有红色厌氧颗粒污泥形成;经扫描电子显微镜观察,第165天厌氧颗粒污泥布满球状菌。     

不同泥水比ASBR颗粒污泥特性及微生物群落结构分析

采用3套厌氧序批式反应器(ASBR),接种厌氧污泥,研究了不同泥水比(4∶6,5∶5,6∶4)R1、R2、R3反应器运行过程中有机物的去除效率及颗粒污泥性质的差异,同时利用高通量测序技术从分子生物学水平分析微生物群落结构。研究表明,3组反应器运行125 d,均培养出成熟的厌氧颗粒污泥,污泥粒径各范围(0.4～0.6,0.6～1.0,1.0～1.4和1.4～1.8 mm)的占比分别为12.5%,29.5%,49.8%,11.5%;10.4%,27.6%,46.4%,10.2%和9.8%,27.3%,40.1%,8.8%,R1培养出的颗粒污泥粒径较大,结构更为致密。扫描电镜发现,污泥菌群均由以丝状菌和杆状菌为主逐渐转变为以球状菌为主的集聚体。高通量测序结果表明,拟杆菌(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)是丰度较高的菌门;乙酸型产甲烷菌及氢营养型甲烷菌丰度大幅上升,分别由接种污泥时的29.7%和24.7%增长至52.9%,48.9%,52.2%和36.5%,33.8%和29.3%,泥水比较小的R1富集了更多的产甲烷菌,显著提升了甲烷产量。     

厌氧序批式反应器处理啤酒废水的快速启动研究

以中等浓度啤酒废水为水源,在低温下(14～20℃)研究了厌氧序批式反应器的快速启动过程。试验结果表明:当采用污水厂消化污泥接种,投加粉末活性炭并以间歇搅拌方式运行到第76天时,反应器容积负荷为6.5kg/(m3.d),出水挥发性脂肪酸浓度和CODCr去除效率分别为2.5mmol/L以下和96.1%,污泥停留时间达到了19.4d,同时完成污泥的颗粒化。和未添加活性炭相比污泥颗粒化时间缩短10d,表明厌氧序批式反应器低温下处理啤酒废水的快速启动是可行的。     

以活性污泥为接种污泥厌氧氨氧化工艺的快速启动及脱氮效能

以活性污泥作为接种污泥,研究了采用厌氧序批式生物膜反应器（anaerobic sequencing biofilm batch reactor,AnSBBR）进行低浓度含氮废水的厌氧氨氧化工艺的快速启动。通过调整进水溶解氧（dissolved oxygen,DO）和水力停留时间（hydraulic retention time,HRT）等关键控制因素,加速厌氧氨氧化生物膜的快速形成。结果表明,启动运行40天后,发生明显的厌氧氨氧化反应。运行90天,氮去除效率（nitrogen removal efficiency,NRE）和脱氮负荷率（nitrogen removal loading rate,NRLR）分别达到99.7%和0.048 kg/(m³?d)。生物膜内部呈现红色,扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）发现厌氧氨氧化生物膜是由多个小聚合体形成,多为球菌,内部结构排列紧密。微生物群落进一步分析表明,厌氧氨氧化菌（AnAOB）主要为Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia,且在168天最高达到了12%的相对丰度,表明AnAOB成为生物膜内重要的优势菌属。     

垃圾渗滤液部分亚硝化的启动运行及菌群分析

采用序批式反应器(SBR),以未经预处理的晚期垃圾渗滤液为进水,控制反应器内温度为(30±1)℃,DO的质量浓度为(0.5±0.1)mg/L,在不外加碳源的情况下,以0.219 kg/(m~3·d)的氨氮负荷条件成功在第20天快速启动部分亚硝化。随后逐步增加进水氨氮负荷至0.618 kg/(m~3·d),亚硝化率稳定在95%以上。通过控制曝气搅拌时间,使出水ρ(NO_2~--N)/ρ(NH_4~+-N)长期稳定在1.1~1.3,易生物降解有机物基本被去除,为后续与厌氧氨氧化耦合创造了关键工艺条件。对污泥样品进行16s-r RNA测序分析,发现系统内AOB菌属丰度从接种时的0.62%增至7.08%(300 d);NOB菌属丰度从接种时的0.77%降至小于0.01%(300 d),基本被洗出系统。说明在高氨氮、低DO含量的情况下,系统内AOB得到了有效的富集,使系统维持了极高的亚硝化效率。     

接种好氧硝化污泥的CRI滤池厌氧氨氧化启动性能研究

为解决CRI滤池因碳源缺乏导致的TN去除效率低的问题,考察了接种好氧硝化污泥后CRI滤池启动厌氧氨氧化的可行性及启动性能。结果表明,经过适应期(1～20 d)、活性迟滞期(21～49 d)、活性提高期(50～132 d)和活性稳定期(133～137 d)后可成功启动厌氧氨氧化,活性稳定期NH3-N、 NO2--N、 TN平均去除率分别可达到94.7%、 94.2%、 87.0%。运行至137 d时,生物膜量(VS)、胞外多聚物(EPS)、比厌氧氨氧化活性(SAA)、血红素(Heme)分别达到92.82 mg/g[滤料]、 115.82 mg/g[VS]、 79.68 mg[N]/(g[VS]·d)、 0.93μmol/g[VS], CRI滤池已具有良好的厌氧氨氧化活性。16S rRNA高通量测序结果表明,在厌氧氨氧化活性稳定期,菌群丰度和多样性均随滤料深度的增加而增大,厌氧氨氧化菌属Candidatus Brocadia的相对丰度为1.09%～5.27%,在检出的菌属中占绝对优势,为CRI滤池内发生厌氧氨氧化脱氮提供了基础。     

厌氧氨氧化反应器启动及富集培养方法研究进展

回顾了近年来厌氧氨氧化反应器启动方面研究的进展,比较了不同接种污泥源、不同反应器的选取对厌氧氨氧化反应器启动成功的快慢及脱氮效能的影响.分析结果表明,接种不同的污泥源和采用不同类型的反应器对于厌氧氨氧化反应器启动快慢具有重要的意义.总结了厌氧氨氧化反应器启动成功后的特点,提出了快速富集厌氧氨氧化反应的基本策略.     

高负荷冲击下厌氧氨氧化反应器的快速启动策略

为实现高负荷冲击下厌氧氨氧化反应器的快速启动，通过调节进水负荷，设置出水回流，启动以海绵为载体的上流式厌氧污泥床反应器。实验前期进水氮负荷为4 kgN/(m³·d)，启动27 d后添加出水回流，氨氮去除率达80%，总氮去除率达51%。第37天时提高氮负荷至6 kgN/(m³·d),41 d系统达到稳定运行，总氮去除率可达74%。在高流速冲击下利用海绵作为填充物，水力冲击使微生物分泌大量胞外聚合物，并黏附在多孔的海绵体上，形成稳定的生物载体。高通量测序结果表明，Candidatus Kuenenia为主要的厌氧氨氧化菌，其丰度为8.1%。在高负荷冲击下通过海绵填充和设置出水回流可以快速启动厌氧氨氧化反应器，为高负荷下厌氧氨氧化反应器的启动提供了新思路。     

复合型UASB厌氧氨氧化反应器的脱氮性能及污泥形态变化研究

采用提高进水基质的方式启动复合型UASB厌氧氨氧化反应器,研究启动过程中反应器的脱氮效果和运行状况,并通过污泥形态变化了解厌氧氨氧化菌富集情况。结果表明经过286 d的运行,NH_4~+-N、NO_2~--N和总氮(TN)去除率维持在90%以上,总氮去除负荷由0.129 kg/(m~3·d)提升至0.520 kg/(m~3·d),反应器启动成功。化学计量关系和pH变化均可作为判断反应器运行状况的指标,反应器启动成功时的ΔNH_4~+-N:ΔNO_2--N:ΔNO_3--N为1:1.24:0.14,出水pH在8.3～8.5之间,ΔpH维持在0.9左右。当反应器中TN质量浓度为186 mg/L时,游离氨对厌氧氨氧化的抑制浓度为3.1～20.4 mg/L。启动过程中,黑色颗粒污泥先解体,第256天污泥颜色转变为红褐色,再运行30天后反应器中出现大量颗粒污泥。复合型UASB厌氧氨氧化反应器能加速污泥颗粒化,同时有效减轻污泥上浮问题。     

厌氧氨氧化生物脱氮工艺的快速启动策略综述

厌氧氨氧化工艺的启动过程就是厌氧氨氧化菌不断富集和活性逐步提高的过程。本文综述了实现厌氧氨氧化工艺快速启动的基本策略,并总结了厌氧氨氧化工艺启动成功的主要特征。相关文献表明,培养生物膜能够有效地减少菌种流失,接种污泥颗粒化有利于厌氧氨氧化颗粒污泥的形成,进而缩短反应器的启动时间。     

生活污水SBR亚硝化颗粒污泥的快速启动

采用R1,R2两组序批式反应器(SBR),研究生活污水亚硝化颗粒污泥的快速启动策略。其中R1接种的硝化絮状污泥中添加30%亚硝化颗粒污泥,R2只接种硝化絮状污泥。结果表明,R1经12 d(48个周期)启动成功,R2经过42 d(168个周期)启动成功,两个反应器的亚硝化率均能稳定维持在95%以上,颗粒平均粒径在第60天分别达到了922μm和625μm。采用亚硝化和颗粒化同时进行的策略可以快速启动亚硝化颗粒污泥,接种部分亚硝化颗粒污泥可以进一步缩短启动时间。而R1中PS/PN的变化比较平稳,说明R1中的微生物能够尽快的适应新的环境,抵御环境的变化。出水浊度和SVI的检测结果表明,R1的颗粒结构比R2紧凑,且凝聚沉降性能比R2好,R1更有利于污泥浓度的增长。     

厌氧氨氧化工艺的快速启动试验研究

为了研究如何获得厌氧氨氧化的快速启动工艺,采用SBR作为富集厌氧氨氧化菌的反应器,接种絮状硝化污泥,考察其厌氧氨氧化快速启动性能。以氯化铵和亚硝酸盐为进水底物,通过逐步提高进水NH_4~+-N、NO_2~--N的浓度,成功实现了厌氧氨氧化的启动,此方法可快速培养出具有厌氧氨氧化活性的污泥,整过驯化过程中,NH_4~+-N、NO_2~--N的去除率均维持在90%以上,总氮去除负荷最大可达0. 52 kg/(m~3·d),厌氧氨氧化菌活性高。