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.     

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 overnitrite,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益依1益),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 r DNA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,An AOB)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,An AOB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,An AOB受到抑制;长期运行条件下,反应器内生物多样性及An AOB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An AOB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.     

厌氧及二级交互间歇曝气脱氮新工艺

为了有效地处理废水中的有机物和氮,开发了一种新型高效一体化的厌氧及二级交互间歇曝气生化脱氮新工艺 CHBNR(Cui HongBiologicalNutrientsRemovalProcess).该工艺有好氧、缺氧、厌氧区三部分所组成,能够有效地处理有机营养成分.试验记录表明从开发到试运行,CODcr和BOD5的去除率始终保持在92%以上,T N去除率在不同的BOD5/TKN的比值下有所不同.即BOD5/TKN在3.6～7.8时,T N去除率在87%～89%之间;BOD5/TKN在2.1左右时,T N去除率在65%左右.随BOD5/TKN的降低T N去除率有降低的趋势.该工艺具有非常良好的有机物及氮的去除效果,同时还有非常良好的污泥沉淀性和较高的悬浮物SS去除能力.     

曝气增强垂直潜流型人工湿地脱氮效果研究

构建了一种增强型垂直潜流人工湿地模型,使用人工曝气手段增强人工湿地脱氮效果．增强型人工湿地曝气优选的曝气位置在基质顶面以下约30cm处,优选的气水比为6：1．使用以上条件运行人工湿地的结果表明,曝气点附近硝化反应明显增强．实验数据表明,相同条件下曝气运行时,总氮去除率达到68％,非曝气运行则为55％,但这种方式对COD的去除没有明显的增强作用．     

两级木炭曝气生物滤池的挂膜启动研究

以木炭作为两级曝气生物滤池的填料,以城市污水处理厂二沉池回流污泥为接种污泥,并以初沉池出水为原水启动挂膜,研究两级木炭曝气生物滤池在污水处理中的各级挂膜启动状况,考察在不同实验条件下水中污染物的去除规律。试验结果表明,启动初始阶段,两个滤柱对C0D的初始去除率均达到60％以上,并且在较短时间内填料表面能形成稳定的生物膜;两级滤柱串联运行过程中,一级滤柱对C0D的去除起主要作用,二级滤柱主要用于去除NH3-N,两级木炭曝气生物滤池在启动后期对COD和NH3-N的累积去除率均达到80％以上。     

SBR中不同曝气方式下CANON工艺的启动与运行

全程自养脱氮工艺(CANON)是近年来发展起来的一种新型脱氮工艺,在CANON的运行过程中,DO的控制不当很容易引起系统脱氮率下降,甚至崩溃.合理控制反应器内部溶解氧是CANON工艺稳定运行的关键.目前,关于不同曝气方式下CANON启动与运行的研究结果还存在争议,为此,本实验在序批式反应器SBR中分别采用间歇曝气SBR(R1)和连续曝气SBR(R2),研究不同曝气方式下启动CANON及其遭到延时曝气破坏后的恢复.结果表明:R1和R2分别在第21天、27天成功启动CANON.进行延时曝气破坏后,在只改变HRT与增加运行周期的条件下,R1和R2分别经过25 d、33 d成功恢复CANON.最终R1和R2的总氮去除率分别为84.32%、73.62%.在SBR中可以通过同时亚硝化/厌氧氨氧化和交替亚硝化/厌氧氨氧化两种途径提高总氮去除率,R1中两者所占比例分别为24.7%、58.54%(第86天).R1内亚硝化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(An AOB)具有较高的活性,硝化细菌(NOB)被抑制或淘洗得较为彻底.间歇曝气在节省运行时间的同时可以稳定实现较高的总氮去除率.     

硫自养反硝化同步脱氮除硫启动试验

目的 研究单一反应器内硫自养反硝化同步脱氮除硫的启动方法 及过程,同时考察脱氮除硫效果.方法 选择厌氧生物滤池为生物反应器,采用普通厌氧消化污泥为接种污泥,以自配的含S2--S和NO3--N的废水为进水,进水容积负荷分别为0.24 kg/(m3·d)、0.105 kg/(m3·d),经过15 d的间歇运行和15 d的连续运行,对硫自养反硝化的启动过程进行研究.结果 经过30 d的运行启动,S2--S和NO3--N的去除率基本稳定在90%及80%以上,去除负荷分别为0.238 kg/(m3·d),0.093 3 kg/(m3·d),S0及NO2--N的生成率分别为75%与64%左右.结论 反应器在短时间内成功筛选并富集了硫自养反硝化菌,S2--S和NO3--N达到很高的去除负荷,硫自养反硝化反应器成功启动.     

DO对膜曝气生物反应器同步除碳脱氮的影响

为获得膜曝气生物反应器(membrane aerated bioreactor,MABR)处理污水同步除碳脱氮的最佳DO质量浓度,构建以亲水性聚丙烯中空纤维膜为曝气膜组件的MABR,在80 d连续运行的时间内,考察DO质量浓度对MABR处理模拟生活污水同步除碳脱氮效果的影响.结果表明:在水力停留时间8 h、膜表面COD...     

曝气沉砂除油池对污水厂脱氮除磷的影响

为准确评价曝气沉砂除油池对城市污水厂脱氮除磷的影响,从水质特征、出水污染物浓度、去除效率、活性污泥组成、产泥量、物质平衡等角度,全方面考察具有长水力停留时间(大于10 min)的曝气沉砂除油池预处理对后续生物处理工艺的影响,并与旋流沉砂池预处理进行对比．结果表明: 曝气沉砂除油池预处理后,原水碳源损失比较严重,减小二级生化处理系统进水的COD与TN比和COD与TP比,不宜在低碳氮比进水的城市污水厂中使用; 二级生化处理系统的TN和TP去除率分别下降了5.87％和10.22％; 改变系统的活性污泥组成,使活性污泥中TN含量增加,而TP的含量减少. 物质平衡原理的工艺评价方法也表明曝气沉砂除油池预处理会减小二级生化处理可利用碳源．具有长水力停留时间的曝气沉砂除油池预处理对城市污水厂脱氮除磷有负面影响．     

微动力曝气对复合垂直流人工湿地脱氮效果研究

为构建复合垂直流人工湿地,通过单因素、多因素正交实验法得到系统运行所需最佳运行条件,微动力曝气最佳运行条件为曝气位置为下行流湿地60 cm,曝气时间为3.5 h,曝气量为600 mL/min,曝气方式为连续曝气0.5 h,停机1.0 h。在最佳运行条件下,考察微动力曝气对系统内DO、pH值、COD、NH_4~+-N、TN浓度的影响,同时考察复合垂直流人工湿地系统的运行效果。结果表明:在最佳运行条件下,出水的DO质量浓度为7.89 mg/L,pH值为7.26,COD、NH_4~+-N和TN的去除率均达到了90%以上;NH_4~+-N出水浓度达到了地表水I类标准,TN出水浓度达到了地表水II类标准;湿地系统CW1对微污染水NH_4~+-N、TN和COD的去除率均明显高于空白对照组的湿地系统CW1和CW2。可见,通过微动力曝气,能明显增强复合垂直流人工湿地对微污染水源的脱氮效果,并且能极大地提高湿地系统内的COD、NH_4~+-N和TN去除率。     

常温CANON反应器内微生物群落结构及生物多样性

为研究基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)工艺中微生物群落结构及种属特征,从常温条件下稳定运行的CANON反应器中采集生物膜样品,并基于聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,分别对总细菌、氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌进行群落结构解析.结果表明:反应器中与亚硝化作用有关的功能菌为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和亚硝化螺菌属(Nitrosospira),与厌氧氨氧化作用有关的功能菌是Candidatus Brocadia属和CandidatusKuenenia属,未检测到亚硝酸盐氧化细菌,且系统内氨氧化细菌的生物多样性明显高于厌氧氨氧化菌.此外,反应器中还存在其他微生物,如Shewanella 、Pseudomonas 、lgnatzschineria、Dechloromonas以及属于Clostridia、α-Proteobacteria、Bacillales的uncultured bacteium等.     

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．     

亚硝化反应器的启动及控制因子研究

为探究亚硝化反应器的启动,在常温条件下,经190d运行,对温度、pH、游离氨(FA)和溶解氧进行了监测.在SBR运行方式下,在进水中投加铵盐,使氨氮质量浓度达200mg·L-1、溶解氧为0.2mg·L-1,在连续流运行方式下停止投加铵盐,维持溶解氧为0.2mg·L-1.结果表明,高氨氮进水氨氧化菌(AOB)可以得到强化增殖,亚硝酸盐迅速积累;连续流低氨氮进水仍可实现亚硝酸的稳定积累,但当溶解氧质量浓度0.5mg·L-1时,硝酸化现象严重,而恢复低溶解氧一段时间后,亚硝酸盐又得到重新积累;氨氧化菌虽对温降敏感,但升温后硝化性能立即恢复.高氨氮可加快亚硝化反应器的启动,而低溶解氧却是维持亚硝酸盐积累的控制因子.     

接种－连续进水低温启动曝气生物滤池试验

在水温为 ５～１５℃及气水比为７∶１条件下,采用接种 －连续进水法对处理乡镇污水的曝气生物滤池进行挂膜启动。研究水力停留时间依次为 ２０、１０、７ｈ时,ＣＯＤ、ＴＯＣ、ＮＨ３ Ｎ、ＴＰ的去除效果的变化。结果表明：经过 ３３ｄ连续进水,在温度为 ５～１０℃、水力停留时间 ７ｈ、气水比７∶１条件下,ＢＡＦ对 ＣＯＤ和ＮＨ_３-Ｎ的去除率分别稳定在５５％和３０％,此时确定 ＢＡＦ挂膜启动完成。本试验避免了低温启动曝气生物滤池过程中因加温而增加能耗,为低温挂膜启动曝气生物滤池提供快速、节能的操作依据。     

好氧/缺氧交替间歇饥饿CANON工艺处理生活污水

为探究CANON工艺处理实际生活污水的稳定性,采用SBR反应器,接种实验室稳定运行的CANON污泥,以实际生活污水为进水。实际生活污水水质复杂、含有有机碳源、氨氮含量低,带来NOB和异养菌(如反硝化菌)大量繁殖的问题,针对这一情况需要改善工艺运行参数,采用水力筛分好氧/缺氧交替间歇饥饿方式运行反应器。在连续动态实验中,反应器以3 d饥饿和3 d恢复为一个周期运行,在间歇饥饿期间,R1和R2排出的絮状污泥分别采用1∶1和2∶1两种曝停比进行好氧/缺氧交替间歇饥饿,第50天时,两个反应器的自养脱氮贡献率均超过80%,而反硝化途径的贡献率小于1%。采用水力筛分好氧/缺氧交替强化间歇饥饿的方式,有效地抑制了系统中的NOB及反硝化菌。最终氨氮去除率分别稳定在87.78%和94.14%,总氮去除率则分别达到75.59%和82.07%,实现了CANON工艺处理低氨氮生活污水的稳定运行。生活污水培养的CANON污泥颜色较深,第50天时,R1和R2反应器的体积平均粒径分别达673和659μm, EPS质量分数受总氮质量浓度和有机碳源等多个因素影响,保持缓慢增长的趋势。     

水力筛分间歇饥饿CANON工艺参数调控及稳定运行

为探究水力筛分间歇饥饿策略运行CANON工艺的稳定性及相关参数的设置,采用SBR反应器运行CANON工艺,定期通过水力筛分排出絮状污泥,之后对其进行间歇饥饿,以此抑制NOB的生长繁殖,探讨沉降时间和饥饿周期两项参数的调控,实现CANON工艺处理低氨氮污水的稳定运行.结果显示,不同的沉降时间对于粒径分布和功能菌活性有较大...     

进水氨氮浓度对两种污泥系统CANON工艺的冲击影响

为考察氨氮质量浓度对不同污泥系统的CANON工艺的冲击影响,在温度(30±1)℃、pH 7~8的条件下,研究了两个稳定运行的高氨氮废水颗粒污泥系统和颗粒絮体混合系统的CANON工艺,在进水氨氮质量浓度突然降低后的脱氮性能.颗粒污泥系统在FA质量浓度为34、20和10 mg/L条件下,CANON工艺短程硝化反应运行稳定,硝态氮生成量与氨氮消耗量的比值小于0.11;颗粒和絮体混合的污泥系统在FA质量浓度为33 mg/L条件下短程硝化运行稳定,FA质量浓度降低至16 mg/L时硝态氮生成量与氨氮消耗量的比值接近0.11,系统内NOB活性得到恢复,在FA质量浓度为7 mg/L条件下系统内NOB活性得到完全恢复,硝态氮生成量与氨氮消耗量的比值升高至0.37.研究结果表明,颗粒污泥系统相比颗粒和絮体混合的污泥系统具有更好的抗冲击能力,较短的沉淀时间是维持颗粒污泥CANON工艺稳定运行的关键;短程硝化被破坏后,再次增加进水氨氮的质量浓度可恢复对NOB活性的抑制.污泥粒径的分布可较为直观地反映系统的稳定性,可参考系统内污泥粒径的分布规律判断CANON工艺的脱氮性能.定量PCR表明,随着进水氨氮质量浓度的突然降低,ANAMMOX丰度有明显的减少,NOB丰度有明显的增长,颗粒出现了解体的现象.     

常温低基质亚硝化反应器功能菌群解析

为维持亚硝化反应器稳定运行提供微生物理论基础,以常温(18~21.5℃)低基质推流式亚硝化反应器为对象,解析其稳定运行期间功能菌群特征.通过检测反应器三氮变化检验其亚硝化效果.利用扫描电镜(SEM)观察污泥微观结构,通过荧光原位杂交(FISH)、变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)及克隆测序等方法,解析微生物菌群特性.保持反应器低溶解氧环境(0.1~0.6 mg/L),使氨氧化菌(AOB)竞争力强于亚硝酸盐氧化菌(NOB),在连续流运行80 d内,平均亚硝化率几乎为100%,出水NO2--N与NH4+-N质量比稳定在1.11.SEM结果显示,亚硝化污泥中球形细菌为优势菌群.FISH结果显示,AOB与NOB的相对比例分别为37.3%与4.4%.PCR-DGGE结果表明,反应器内存在6类优势微生物菌群,其中Nitrosomonas sp.为功能微生物AOB.由多种微生物组成的功能菌群维持反应器亚硝化稳定运行.