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。     

ANITA Mox自养脱氮MBBR反应器的启动及运行

介绍了一种新型一级全程自养脱氮工艺——ANITA Mox MBBR工艺在污水处理厂的启动和运行经验。通过接种来自"苗圃"的负载厌氧氨氧化菌的生物膜填料,来缩短新运行的ANITA Mox工艺的启动时间。2010年第一座ANITA Mox反应器在瑞典Malm的Sjlunda污水处理厂建成,在接种3%填料的情况下,启动开始4个月后对NH+4-N的去除率即可达90%,去除负荷为1.2 kg/(m3·d),去除单位质量氨氮的能耗为1.5 kW·h,N2O排放量只有0.2%~0.9%。可见,ANITA Mox工艺是一种高效、碳排放量低、节能且运行稳定可靠的工艺。     

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。     

短程硝化/厌氧氨氧化联合工艺处理含氨废水的研究

在SBR中接种普通好氧活性污泥,通过控制运行条件来实现短程硝化,同时提高厌氧生物转盘系统中厌氧氨氧化的氮负荷,使之与SBR出水中NO2--N的积累量相匹配,并将二者组合形成短程硝化/厌氧氨氧化自养脱氮工艺.处理含氨废水的试验结果表明:在SBR的进水NH4+-N为150～250 mg/L、温度为(28±2)℃、pH值为7～8、DO<1 mg/L的条件下,可实现稳定的短程硝化,NO2--N积累率达85%以上,NH4+-N负荷达0.129 kgN/(kgVSS·d),AOB和NOB的数量之比为103:1.将短程硝化出水加入NH4+-N后作为厌氧氨氧化反应器的进水,在(40±1)℃下可以达到自养脱氮的目的,对NH4+-N、NO2--N和TN的去除率分别达86%、97%和90%以上,TN容积负荷为0.488 kgN/(m3·d).     

城市污水双泥龄复合脱氮工艺的脱氮机理分析

基于部分厌氧氨氧化的双泥龄复合脱氮工艺能实现自养脱氮和异养脱氮的耦合，在城市污水低成本高效脱氮方面表现出良好的应用潜力。为进一步探究该工艺的脱氮机理，对运行2年的中试反应器开展了脱氮途径解析与优化、主要脱氮功能菌活性测定以及微生物群落结构分析。结果表明，间歇曝气可以促进短程硝化和厌氧氨氧化过程的耦合，当曝气量为20 mL/min[DO为（0.18±0.03） mg/L]时，脱氮效率最高；厌氧氨氧化菌（AnAOB）主要分布在生物膜上，活性为44.60mg/（gVSS·d），检测到的AnAOB为Candidatus Brocadia，相对丰度为0.28%；氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）主要分布在悬浮污泥中，活性分别为61.53、86.95 mg/（gVSS·d），检测到的AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira，相对丰度分别为0.10%、2.10%。     

厌氧氨氧化技术应用于市政污水处理的前景分析

厌氧氨氧化是一种新型脱氮技术,具有几乎不消耗有机碳源的突出优点,采用常规脱氮技术处理市政污水时,往往面临碳源不足的问题,若将厌氧氨氧化技术应用到市政污水领域,将使得市政污水处理产生革命性的变化。以市政污水为对象,分别从厌氧氨氧化和短程硝化两方面探讨分析了应用厌氧氨氧化技术的可行性。经过分析表明,厌氧氨氧化技术应用于市政污水处理的瓶颈在于如何实现短程硝化,而市政污水进行短程硝化的手段必须结合溶解氧控制,且采用一体式反应器的CANON工艺更有利于短程硝化的实现,但是理论分析表明,通过碱度控制无法实现短程硝化;在解决短程硝化的基础上,厌氧氨氧化技术应用于市政污水基本上不存在障碍,有机物、亚硝酸盐、溶解氧等对于ANAMMOX菌的抑制作用都可找到相应的解决方法。     

活性污泥快速实现短程硝化及稳定高效运行

为了实现快速有效的短程硝化控制和高硝化速率,采用A2O工艺的活性污泥,利用CSTR反应器,分别控制游离氨和溶解氧浓度,对硝化活性污泥快速实现短程硝化及稳定高效运行进行研究。在低游离氨浓度控制体系中,对硝态氮的产生不具有很好的控制作用,短程硝化难以启动;在高游离氨浓度控制体系中,实现了5 d快速启动短程硝化,亚硝态氮积累率稳定在90%以上;提高短程硝化过程的溶解氧浓度,硝化性能从26 mg/(L·h)增长到54 mg/(L·h),亚硝态氮积累率仍稳定维持在90%以上,达到高效稳定运行的目的;另外,从AOB生长动力学分析可知,提高游离氨浓度对提高AOB生长速率具有非常重要的意义。因此,通过控制高游离氨浓度、提高溶解氧可以快速实现短程硝化并稳定高效运行。     

SNAD-MBBR处理垃圾渗滤液厌氧出水的脱氮研究

利用移动床生物膜反应器(MBBR)对亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)工艺处理垃圾渗滤液厌氧出水的脱氮效果进行了研究。SNAD-MBBR反应器内投加K3填料,控制温度为33～35℃、DO为0. 03～0. 1 mg/L、pH值为7. 5～8. 0、HRT为12 h,试验一共进行了152 d,在进水总氮负荷逐渐增加过程中相应调节曝气量以获得最佳去除效果。结果表明,在该工艺条件下进水总氮负荷为0. 9 kg/(m~3·d)时,TN去除率仍可达88%。当进水总氮负荷继续提高至1 kg/(m~3·d)时,由于进水中的有机物浓度较高以及多种异养好氧菌的繁殖,抑制了亚硝化及厌氧氨氧化过程,致使反应器脱氮效率明显降低,仅为20%左右。     

短程硝化/厌氧氨氧化/全程硝化工艺处理焦化废水

通过对短程硝化和厌氧氨氧化工艺的研究,开发了短程硝化/厌氧氨氧化/全程硝化(O1/A/O2)生物脱氮新工艺并用于焦化废水的处理.控制温度为(35±1)℃、DO为2.0～3.0mg/L,第一级好氧连续流生物膜反应器在去除大部分有机污染物的同时还实现了短程硝化.考察了HRT、DO和容积负荷对反应器运行效果的影响.结果表明,当氨氮容积负荷为0.13～0.22gNH4+-N/(L·d)时,连续流反应器能实现短程硝化并有效去除氨氮.通过控制一级好氧反应器的工艺参数,为厌氧反应器实现厌氧氨氧化(ANAMMOX)创造条件.结果表明,在温度为34℃、pH值为7.5～8.5、HRT为33 h的条件下,经过115 d成功启动了厌氧氨氧化反应器.在进水氨氮、亚硝态氮浓度分别为80和90 mg/L左右、总氮负荷为160 mg/(L·d)时,对氨氮和亚硝态氮的去除率最高分别达86%和98%,对总氮的去除率为75%.最后在二级好氧反应器实现氨氮的全程硝化,进一步去除焦化废水中残留的氨氯、亚硝态氮和有机物.O1/A/O2工艺能有效去除焦化废水中的氨氮和有机物等污染物,正常运行条件下的出水氨氮＜15 mg/L、亚硝态氮＜1.0 mg/L,COD降至124～186 mg/L,出水水质优于A/O生物脱氮工艺的出水水质.     

活性污泥法单级自养脱氮工艺的启动及污泥特性

在SBR反应器内,先后接种普通活性污泥及少量具有单级自养脱氮能力的生物膜,在温度为(32±1)℃、p H值为7.5~8.5的条件下,进行了活性污泥法单级自养脱氮工艺的启动及污泥特性研究。SBR首先接种活性污泥,采用控制较高游离氨浓度(5.75~8.97 mg/L)及较低DO值(0.17 mg/L)的方法,经过50 d实现了短程硝化,亚硝酸盐氮积累率在80%以上;然后采用进一步降低DO值、以清水置换SBR内剩余出水及改连续曝气为间歇曝气等方法,尝试在SBR内富集厌氧氨氧化菌,但过程缓慢;当接种0.15 g单级自养脱氮生物膜后,很快建立了厌氧氨氧化与亚硝化的协同作用,23 d后,对TN的去除率及去除负荷分别达到83.07%及0.422 kg N/(m3·d)。镜检发现SBR内为活性污泥絮体与颗粒污泥的混合物,经激光粒度仪测定,絮体污泥粒径为1~300μm,颗粒污泥粒径在300~1 800μm,两者的体积比约为7∶3。     

城市污水短程硝化的实现途径

探讨了影响废水中亚硝酸盐积累的三大主要因素：溶解氧、温度和pH。针对常温低氨氮城市污水,从理论上分析了以活性污泥法和生物膜法的形式进行亚硝化的启动方法和运行策略,为短程硝化／厌氧氨氧化工艺在城市污水处理中的应用提供了可借鉴的研究基础。     

反硝化生物膜工艺污水深度脱氮研究进展

生物膜反硝化脱氮工艺逐渐被应用于污水深度处理中,但现今仍缺少相关研究的系统总结。针对以生物膜工艺为基础的深度脱氮处理工艺,重点论述了生物滤池(BF)、移动床生物膜工艺(MBBR)、流化床生物膜工艺(FBBR)三类典型工艺的运行效率、关键影响参数。研究表明,生物膜深度脱氮需要从生物膜的特征和功能、反硝化生化功能与特征两个方面进行优化。其中FBBR工艺由于填料比表面积较大、基质利用率高等特征,值得进一步研究其在反硝化深度脱氮处理中的应用。深度反硝化脱氮工艺会受到二级出水磷浓度等的影响,因此优化深度脱氮还需结合合适的除磷方式,以寻求污水深度处理最佳运行模式。     

单级自养脱氮反应器效能与微生物群落结构的相关性

于稳定运行但效能有明显差异的2套序批式生物膜反应器单级自养脱氮系统,研究了微生物群落结构的PCR-DGGEr、eal-time PCR等现代分子生物学特点及其运行效能与之的相关性。结果表明:运行效能好的反应器活性污泥及生物膜浓度较高,微生物群落结构差异较大,二者相似性为58.3%,溶解氧在活性污泥及生物膜内的分布特点为各类微生物及其代谢创造了良好环境,系统中好氧氨氧化菌AOB及厌氧氨氧化菌ANAMMOXz在数量上绝对占优,各类细菌的协同代谢使系统总氮去除率达到80%以上。运行效能相对较差的反应器,由于在反应器启动过程中没有将亚硝酸氧化菌NOB完全"洗脱",系统中出现NO3-积累,且系统挂膜不理想,生物膜浓度低,生物膜与活性污泥微生物群落结构相似性为100%,优势功能菌单一,从而造成运行效能较低,总氮去除率仅为20%~30%。维持SBBR自养脱氮系统微生物群落结构的稳定及平衡性,生物膜是关键性因素。     

不同生物脱氮路径下氧气、碳源等需求理论分析

生物脱氮是一种节约资源能源、环保安全的脱氮途径,但其反应复杂、路径众多,在不同的条件下找到合适的途径进行高效生物脱氮就成了必须要解决的问题。借助生物脱氮方程式进行理论分析,全面介绍了全程硝化+全程反硝化、短程硝化+短程反硝化、短程硝化+厌氧氨氧化和全程硝化+部分反硝化+厌氧氨氧化等四种常用的生物脱氮路径的特点,并计算了不同脱氮路径中理论的氧气、碳源、碱度的消耗量和活性污泥的产生量。研究分析发现,以CANON工艺为代表的短程硝化+厌氧氨氧化路径相比全程硝化+全程反硝化路径,可节约56%的氧气、100%的BOD_5、44%的碱度,少产生81%的污泥;全程硝化+部分反硝化+厌氧氨氧化路径相比全程硝化+全程反硝化路径,可节约42%的氧气、77%的BOD_5,少产生63%的污泥。     

pH值对SBBR自养脱氮系统效能及功能菌数量的影响

从在不同pH值条件下稳定运行的SBBR自养脱氮反应器中分别提取活性污泥及生物膜样品的基因组DNA,通过特异引物扩增系统内亚硝化菌(AOB)、硝化菌(NOB)及厌氧氨氧化(ANAMMOX)菌的基因序列,采用荧光定量PCR技术对功能菌进行定量分析,研究pH值对系统运行效能及功能菌数量的影响。研究显示,pH值对SBBR自养脱氮系统的运行效能及三大功能菌的数量均有显著影响。在pH值=6.0的酸性条件下,AOB、NOB及ANAMMOX菌数量比其他pH值条件下的低,脱氮效果差。AOB在pH值=7.0～8.0范围内数量较多,在pH值=9.0时将受到明显抑制。在pH值=7.0～9.0的范围内,NOB数量的变化趋势没有AOB的显著。在pH值=8.0时,各功能菌的数量均达到最大值,系统构成一个和谐稳定的微生态环境,运行效能较佳,因此该值为此SBBR自养脱氮系统的最佳控制点。     

MBBR污水生化处理系统中泥膜的生物群落分析

为了更详细地分析移动床生物膜反应器（MBBR）中泥膜系统的生物群落结构，对某污水厂生化池内的活性污泥、填料表面松散型和内部紧密型生物膜进行了高通量测序。结果表明，三者的优势菌属存在明显区别。其中，活性污泥中富集了大量硝化菌和除磷菌，主要承担硝化和除磷的作用；松散型生物膜上存在着丰度较高的与耐抗生素、耐金属和降解有毒污染物等相关的功能菌属，推测松散型生物膜主要起到拦截过滤污染物、保护内层生物膜的作用；紧密型生物膜上的主要菌属包括反硝化菌、纤维素水解菌和厌氧氨氧化菌等。泥膜系统内不同厚度的生物膜与活性污泥之间相互协作，实现了氮和磷的强化去除。     

常温下缺氧氨氧化生物滤池启动试验研究

采用3个相同的生物滤池,分别接种好氧硝化生物膜、厌氧反硝化生物膜、厌氧反硝化生物膜+厌氧活性污泥混培物,常温条件下,通入pH值为7.5的模拟低氮废水,分别经过129、100和129 d,3个缺氧氨氧化生物滤池均成功启动.装置运行进入稳定期后,通过减少水力停留时间、提高氮负荷的方法,加快缺氧氨氧化茵富集,并研究其脱氮能力.启动成功后,3个生物滤池对总氮的平均去除率分别为55％、65％和65％,平均容积负荷分别为0.03、0.07和0.035 kgN/( m3·d),其中接种厌氧反硝化生物膜的生物滤池启动最快、性能最好.     

联氨对HABR全程自养脱氮系统的影响

为考察联氨作为自养脱氮系统菌群调节剂的可行性,以实验室内运行的HABRCANON反应器为试验装置,研究不同浓度联氨对自养脱氮系统脱氮效能和功能微生物的影响。结果表明,低浓度(1～4 mg/L)联氨可以抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性,促进厌氧氨氧化菌(AnAOB)的活性,从而提高脱氮效能;高浓度(10 mg/L)联氨对好氧氨氧化菌(AOB)和NOB的抑制作用明显;停止投加联氨后,CANON系统的脱氮效能可迅速恢复;高浓度(10 mg/L)联氨对HABR全程自养脱氮工艺的影响是可逆的,但对NOB的抑制不可逆。对生物膜样品中的优势菌种进行分析发现,AOB和AnAOB为主要的功能微生物。采用低-高-低的联氨投加方式,可以有效抑制自养脱氮反应器内NOB的生长,保证自养脱氮系统的稳定运行。     

城市污水A~2/O移动床生物膜工艺菌群结构分析

在采用A~2/O工艺处理城市污水的升级改造工程中,于厌氧、缺氧池投加悬浮填料,以提高脱氮除磷效率。经过三年半的稳定运行,显示出良好的改造效果,尤其是脱氮除磷效率得到显著提高。采用Mi Seq Illumina高通量测序法分析该系统的菌群结构,发现在门水平上,厌氧池、缺氧池和好氧池混合液中的优势微生物种群均以变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主。其中变形菌门主要分布在β-Proteobacter纲。在厌氧池填料生物膜表面,虽然在门水平上优势微生物菌种也以变形菌门为主,但其主要分布在γ-Proteobacter纲(17.5%)和β-Proteobacter纲(14%)。Proteobacteria和Bacteroidetes的存在可能对整个系统的除磷效果有很大的作用;同时,缺氧池中反硝化菌主要为Thiobacillus、Paracoccus和Pseudomonas。此外,厌氧池填料表面形成了浅红色的生物膜,通过测定其厌氧氨氧化能力发现,NH_3-N和NO_2~--N的去除量之比为1∶2.6。厌氧氨氧化菌在科和目级别,Planctomycetaceae和Planctomycetales均占0.027 8%。除反硝化脱氮外,厌氧池中的厌氧氨氧化现象可能进一步提高了整个系统的脱氮效果。     

聚氨酯生物膜反应器的厌氧氨氧化研究

以模拟高氨氮废水为进水,在聚氨酯填料生物膜反应器中实现厌氧氨氧化,考察了其脱氮性能。在运行稳定期,系统对氨氮、亚硝酸盐氮和总氮的去除率分别达到90.1%、89.3%和85.5%;总氮负荷最高达到17.6 kg/(m3·d)。进水亚硝酸盐氮浓度达到271.2~314.0 mg/L时会抑制厌氧氨氧化菌活性,影响厌氧氨氧化反应。进出水pH值的差值可以反映系统的脱氮效果,相对于进水pH值,出水pH值越高,说明系统的脱氮效果越好。应用电子显微镜和扫描电镜观察生物膜的形态,反应器底部生物膜颜色较浅,呈黄褐色,以丝状菌和长杆菌为主,而顶部生物膜颜色较深,呈棕红色,以短杆菌和球菌为主。