水力停留时间对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

为研究HRT对厌氧氨氧化脱氮性能的影响,确定在HRT条件下实现厌氧氨氧化的运行参数。笔者采用模拟亚硝化进水,消化池污泥作为接种污泥,在UASB反应器中控制温度为30~35℃,pH为7~8,通入氩气进行脱氧,分别在不同HRT(3 h、6 h、12 h、24 h、48 h)条件下运行一周时间,考察TN、NH_4~+-N与NO_2~--N的去除率与TN容积负荷,从而确定最佳HRT。试验结果显示,当HRT为12h时,能较好地发挥厌氧氨氧化菌的活性,得到较好的污水处理效果。试验采用UASB反应器成功启动并运行了厌氧氨氧化工艺,具有较高的脱氮性能,为厌氧氨氧化的稳定运行提供数据支持。     

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。     

盐度条件下UASB厌氧氨氧化反应器启动与运行研究

考察了低盐度条件下启动厌氧氨氧化反应器及其处理高氮高盐废水的可行性。结果表明,在NaCl为3.0 g/L的低盐度、氮负荷为130 mg/(L·d)的条件下采用普通活性污泥作为接种污泥,可在165 d内成功启动UASB厌氧氨氧化反应器,对TN、NH4+-N、NO2--N的平均去除率分别达到80.0%、98.8%、90.0%,NH4+-N、NO2--N去除量与NO3--N生成量之比为1∶(1.15±0.08)∶(0.20±0.02),出水pH稳定在8.42左右,污泥呈棕褐色颗粒状,存在部分浅红色颗粒污泥。将总氮容积负荷和盐度(NaCl)逐步提高到258 mg/(L·d)和12.0 g/L,反应器脱氮效率保持高效、稳定。在低盐度条件下启动厌氧氨氧化反应器之后,通过适当的氮负荷和盐度提升方式,可以处理高氮高盐废水。     

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。     

低温低C/N比污水微氧生物脱氮性能研究

为探究低温条件下溶解氧（DO）质量浓度对微氧生物脱氮反应器启动和运行的影响,采用外曝气回流上升流式微氧污泥处理系统,将低C/N比模拟城市污水泵入反应器进行处理,实验各阶段微调DO浓度并测定主要出水水质指标。结果表明,反应器对TOC、IC、NH⁺₄-N和TN去除率分别为62.32%、60.02%、91.56%、64.09%,在低温、低DO、低C/N比的条件下处理效果良好。菌群结构分析表明,驯化污泥存在促进颗粒化菌,好氧氨氧化、厌氧氨氧化、自养反硝化、异养反硝化和好氧反硝化可协同脱氮,在低温、低C/N比下富集节能高效脱氮菌群。     

含铁矿物质粉末促进厌氧氨氧化颗粒污泥形成及颗粒特征分析

为了促进厌氧氨氧化颗粒污泥的形成，提高污泥沉降性能，向启动初期的UASB厌氧氨氧化反应器中投加粉末状天然含铁矿物，从反应器性能、污泥变化情况和颗粒污泥特征等方面研究分析了该条件下厌氧氨氧化污泥的颗粒化过程。在投加含铁矿物质粉末后，颗粒污泥占比从反应器体积的0.9%提高到了15%，颗粒污泥平均密度从1.027 g/cm³增加到了1.080 g/cm³，污泥SVI从98.65 mL/g[VSS]降至33.51 mL/g[VSS]，反应器中颗粒污泥的形成速率明显提高，颗粒污泥比重增加，污泥沉降性能显著提升。含铁矿物质粉末的投加有效地促进了厌氧氨氧化污泥的颗粒化过程，提高了颗粒污泥的沉降性能。     

低温厌氧氨氧化活性的维持及强化研究进展

厌氧氨氧化作为新型的脱氮工艺具有节省能耗、绿色无二次污染等优势,但是厌氧氨氧化菌的生长条件较为苛刻,在低温环境下活性降低,这极大地限制了厌氧氨氧化在工程方面的应用。本文从降温方式、载体投加、碱度控制等角度对低温冲击下厌氧氨氧化活性的维持和强化研究中的进展进行了综述。     

生活污水对成熟厌氧氨氧化颗粒污泥的影响

部分短程硝化和厌氧氨氧化技术的研究主要集中在高氨氮废水方面,对低氨氮浓度生活污水的研究相对较少。使经过除碳和部分短程硝化后的实际生活污水进入厌氧氨氧化UASB反应器,探究生活污水对成熟厌氧氨氧化颗粒污泥的影响。结果表明,当厌氧氨氧化UASB反应器的进水由配水变为生活污水后,反应器出水中氨氮浓度可降到5 mg·L~(-1)以下,亚硝态氮浓度可降到1 mg·L~(-1)以下,但是硝态氮的生成量高于理论值,可能是溶解氧被带入UASB反应器使硝化作用增强。UASB反应器内厌氧氨氧化污泥颜色由红色变为红黑色,T-EPS含量减少,PN/PS由1.13增大到3.66,沉降性变好,反应器内污泥中厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia所占比例由17.7%减少为14.4%,系统内AOB和NOB菌的含量增加,如果能够降低进入UASB反应器的溶解氧,有可能会减少出水硝氮,达到较好总氮去除效果。     

无机碳源对一体化厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响研究

通过在进水中投加无机碳源(碳酸氢钠),研究无机碳源(IC)对一体化厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响。结果发现,进水IC含量对一体化厌氧氨氧化反应器脱氮性能有显著的影响。当进水IC的质量浓度为1.5 g/L时,反应器运行状况良好,NH_3-N去除率高达98.8%,TN去除率达到87%;当其质量浓度降低至1.0 g/L时,NH_3-N去除率降至85%,TN去除率降至75%;当其质量浓度降至0.5 g/L时,NH_3-N去除率仅为69%,TN去除率降至61%。当进水IC的质量浓度恢复至1.5 g/L后,出水的NH_3-N的质量浓度迅速降低至3 mg/L左右,去除率恢复至98.8%,TN去除率也上升至87%,说明IC含量对一体化厌氧氨氧化反应器的抑制作用具有可恢复性。较高IC含量有利于提高一体化厌氧氨氧化反应器的脱氮性能。     

硫酸盐还原推动短程硝化反硝化处理火电厂烟气脱硫脱硝尾液

采用物化方法处理后的火电厂烟气脱硫脱硝尾液。在厌氧条件下通过上流式厌氧污泥床反应器(UASB)去除尾液中大部分COD,并利用硫酸盐还原菌(SRB)制取硫化物。运行稳定后将出水接入序批式反应器(SBR),利用硫化物和尾液中较高的盐度对亚硝酸氧化菌的抑制作用建立短程硝化,通过改变低氧、厌氧条件推动自养反硝化一体化脱氮。并长期观察研究了污泥生物量的变化及污泥颗粒化趋势。结果表明,在UASB启动并持续运行52 d后,出水连接SBR并运转142 d,可稳定实现90%的TN去除率及95%的COD去除率。该技术具有反应稳定性高、COD去除及脱氮效果好、污泥产生量少、反应条件可控性高等优点,适用于处理火电厂烟气脱硫脱硝尾液。     

响应曲面法分析pH和温度对厌氧氨氧化脱氮效能的影响

在单因素试验的基础上,利用响应曲面法研究温度和pH交互作用对厌氧氨氧化脱氮效能的影响。结果表明,在温度单因素试验中,在30℃下,总氮去除负荷(NRR)为32.1 mg/(L·h),厌氧氨氧化的脱氮效果最好。在pH单因素试验中,NRR随pH升高总体呈现先上升后下降的趋势,且不同温度下的最适pH存在变化。采用响应曲面法建立预测温度和pH对厌氧氨氧化脱氮效能交互作用的影响模型,在温度大于25℃、pH值为7.6～8.2时,NRR最高,厌氧氨氧化污泥的活性最佳;低温条件(15℃)下,较高的pH对厌氧氨氧化污泥活性有强化作用。对低温条件下NRR的模型预测值和实际试验值进行比较,发现两者偏差较小,说明该模型的合理性和有效性较为理想。     

Fe~(2+)/Fe~(3+)和Mn~(2+)对低氧曝气过程总氮去除与转化途径的影响

为短期快速实现实际生活污水自养脱氮,采用含有厌氧氨氧化菌的实际污水处理厂活性污泥,针对Fe~(2+)/Fe~(3+)和Mn~(2+)对低氧曝气过程中氮的去除效果进行了研究,分析确定了氮素转化的途径。研究结果表明,Fe~(2+)/Fe~(3+)和Mn~(2+)均可提高活性污泥中厌氧氨氧化菌(AnAOB)丰度,但由于Fe~(2+)/Fe~(3+)对氨氧化菌(AOB)也存在一定抑制作用,因此,短期投加Fe~(2+)/Fe~(3+)条件下,低氧曝气过程中总无机氮去除率为25%,但投加Mn~(2+)条件下总无机氮去除率可达44%。通过氮素平衡分析,发现投加Fe~(2+)/Fe~(3+)条件下,氮素主要通过反硝化作用去除;而投加Mn~(2+)条件下,氮素主要通过厌氧氨氧化(anammox)作用去除。因此,传统活性污泥可通过短期投加Mn~(2+)增强厌氧氨氧化活性,促进低氧曝气过程中氮的去除,利于快速实现一体化自养脱氮。     

生活污水对成熟厌氧氨氧化颗粒污泥的影响

部分短程硝化和厌氧氨氧化技术的研究主要集中在高氨氮废水方面，对低氨氮浓度生活污水的研究相对较少。使经过除碳和部分短程硝化后的实际生活污水进入厌氧氨氧化UASB反应器，探究生活污水对成熟厌氧氨氧化颗粒污泥的影响。结果表明，当厌氧氨氧化UASB反应器的进水由配水变为生活污水后，反应器出水中氨氮浓度可降到5 mg·L^-1以下，亚硝态氮浓度可降到1 mg·L^-1以下，但是硝态氮的生成量高于理论值，可能是溶解氧被带入UASB反应器使硝化作用增强。UASB反应器内厌氧氨氧化污泥颜色由红色变为红黑色，T-EPS含量减少，PN/PS由1.13增大到3.66，沉降性变好，反应器内污泥中厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia所占比例由17.7%减少为14.4%，系统内AOB和NOB菌的含量增加，如果能够降低进入UASB反应器的溶解氧，有可能会减少出水硝氮，达到较好总氮去除效果。     

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)。     

厌氧氨氧化代谢途径及反应器效能表征方法

厌氧氨氧化颗粒污泥中的厌氧氨氧化菌以及其他功能菌存在多种代谢途径,代谢途径的不断深入探索有助于研究强化厌氧氨氧化菌生长代谢活性以及提高厌氧氨氧化系统脱氮效能。对厌氧氨氧化颗粒污泥中功能菌代谢途径的研究进展进行详细介绍,同时综述了厌氧氨氧化反应器通过代谢酶、三维荧光光谱、紫外-可见吸收光谱表征反应器中厌氧氨氧化菌的生长情况以及反应器的脱氮效能,通过这些表征手段能够较为及时的对反应进行调控。提出对未来厌氧氨氧化代谢途径和表征方法进一步研究的展望,以期为后续研究厌氧氨氧化反应器效能的提升以及调控提供参考。     

基于侧流富集/主流强化的CANON工艺处理常温低氨氮废水的稳态控制

采用侧流富集/主流强化方式,研究了全程自养脱氮工艺(CANON)用于常温(25℃)、低氨氮(约60 mg NH+4-N·L-1)主流线生物脱氮的可行性。结果表明,通过7 d更换主流反应器40%污泥混合液方式可实现维持主流反应器总氮去除负荷(TNRR)在80 g N·m-3·d-1左右,总氮去除率(TNRE)在70%左右,主流反应器厌氧氨氧化比活性持续升高。16S r DNA高通量测序结果表明,主流和侧流CANON系统中起亚硝化作用的氨氧化细菌(AOB)主要是Nitrosomonas属,进行Anammox反应的厌氧氨氧化菌(An AOB)主要是Candidatus Jettenia属,60 d的运行过程中主流反应器Nitrospira属的亚硝酸盐氧化菌(NOB)丰度始终小于1%。可见在本实验条件下,采用7 d为频率主流和侧流换泥方式,能够保证主流反应器中Anammox活性,确保主流CANON反应器的脱氮性能。     

低氮负荷对厌氧氨氧化工艺性能及微生物菌群的影响

研究了在SBR反应器中不同氮负荷下厌氧氨氧化工艺的脱氮性能及微生物菌群活性。结果表明SBR反应器在温度为30～35℃、 pH值为7.8～8.3、溶解氧的质量浓度为0～0.1 mg/L的运行条件下,当进水总氮负荷由0.078 kg[N]/(m~3·d)分别降为0.039、 0.023、 0.020 kg[N]/(m~3·d)时,对应的总氮去除率由86%依次降为81%、65%和60%,污泥比厌氧氨氧化活性(SAA)由73.20 mg[NH_4~+-N]/(g[VSS]·d)依次降为61.02、 53.01和49.76 mg[NH_4~+-N]/(g[VSS]·d)。在进水总氮负荷提升为0.116 kg[N]/(m~3·d)时,总氮去除率升高为92.67%,污泥SAA上升至57.92 mg[NH_4~+-N]/(g[VSS]·d)。低氮负荷对厌氧氨氧化工艺的处理效率和污泥活性产生了可逆的抑制效应,当进水总氮负荷提升后,系统的脱氮效率及污泥活性均能够恢复。Candidatus Anammoxoglobus菌和Cadidatus Brocadia菌是反应器中的优势厌氧氨氧化菌属。当总氮负荷不断降低时,Candidatus Brocadia菌的丰度不断减少,而Cadidatus Anammoxoglobus菌的丰度基本保持不变。     

氮负荷对厌氧氨氧化污泥颗粒化的影响

为了加快厌氧氨氧化颗粒污泥形成,研究了氮负荷对厌氧氨氧化菌颗粒污泥形成的影响,通过逐步改变进水基质含量和降低HRT的方式,考察不同氮负荷及冲击条件下厌氧氨氧化颗粒污泥可颗粒化程度、沉降速度、MLSS含量、ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)以及氮去除率形成的影响。结果表明,提高进水基质含量对厌氧氨氧化颗粒污泥形成具有双重影响,当进水NH+-4-N、NO2-N的质量浓度分别低于170、187 mg/L时,有利于厌氧氨氧化颗粒污泥形成,高于此值时SGR、MLSS含量、ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)、活性下降;缩短HRT能够缓解过高基质浓度对厌氧氨氧化菌的抑制作用,提高反应器上升流速有利于形成优质厌氧氨氧化颗粒污泥,当HRT为20 h时,428.4 g/(m3·d)为适宜的氮负荷。在反应器条件变化时,相比于絮状污泥,厌氧氨氧化颗粒污泥具有较强的抗负荷冲击能力。     

新型填料厌氧氨氧化反应器的设计与启动

为了提高厌氧氨氧化反应器的启动速度和水处理效率,自主研发一种新型的掺杂电气石的陶粒填料,附加聚氨酯软性填料,设计一种适合该复合式填料的一体化厌氧氨氧化反应器,并进行启动实验研究。结果表明,在进行污泥回流的情况下,该新型载体厌氧氨氧化反应器对废水的脱氮效果较好,NH_3-N和TN去除率约为95%以上,出现比较明显的污泥分层现象。因此,电气石陶粒+聚氨酯组合填料可作为一体化厌氧氨氧化反应器的载体并对反应器的快速启动具有促进作用。     

两种UASB—厌氧氨氧化反应器对比启动研究

对比研究了2种UASB—厌氧氨氧化反应器的启动。采用2个15 L UASB反应器A、B,A添加海绵填料,B无填料,在温度为(33±2)℃,进水pH为6.5~7.5的条件下启动反应器。结果表明,2个反应器均经历了适应期、提高期和稳定期3个阶段,A反应器在80 d进入稳定期,氨氮和亚硝氮去除率达99.8%和99.9%,B反应器在105 d进入稳定期,氨氮和亚硝氮去除率达98.1%和98.9%。A反应器污泥为褐色,并有红色颗粒污泥,B反应器污泥颜色为深褐色。