UASB反应器培养厌氧氨氧化菌的试验研究

于UASB反应器中接种不同浓度的厌氧污泥来培养厌氧氨氧化菌,为深度处理低C/N值的畜禽粪尿提供厌氧氨氧化污泥.结果表明,低污泥浓度的1号反应器经过130 d的运行,在进水氨氮和亚硝态氮浓度均为150 mg/L、TN负荷为0.36 kg/(m<'>·d)的条件下,对TN的去除率在80%以上;高污泥浓度的2号反应器经过200 d的运行,在进水氨氮和亚硝态氮浓度均为340mg/L及TN负荷为0.80 kg/(m<'3>·d)的条件下,对TN的去除率为75%～85%.在稳定运行期1号和2号反应器去除的NH<,4><'+>-N和N02<,2><'->-N量与NO<,3><'->-N生成量之比分别为1:(1.1～1.2):(0.25～0.45)和1:(1.1～1.2):(0.30～0.40),出水pH值大于进水的.可见,接种污泥浓度高的反应器的抗冲击负荷能力强,更有利于厌氧氨氧化污泥的培养.     

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.     

可降解硝态氮的歧化厌氧氨氧化颗粒污泥的驯化

向SBR反应器中接种成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥,在氨氮、亚硝态氮浓度均为100mg/L的条件下,按C/N值=0.1添加乙酸钠,研究乙酸钠对厌氧氨氧化菌去除氮素的影响。结果表明,在存在乙酸钠的条件下,出水硝态氮生成量为没有乙酸钠情况下的45%,对总氮的去除率提高到90%以上,有利于出水总氮浓度达到一级A标准。验证了在C/N值=0.1条件下,厌氧氨氧化反应是反应器中的主体反应,没有被反硝化反应取代。厌氧氨氧化菌可利用乙酸钠和硝态氮的代谢机制也为降低短程硝化控制难度提供了一种思路。     

低温胁迫下包埋厌氧氨氧化污泥颗粒的脱氮性能

为解决在厌氧氨氧化反应进程中,厌氧氨氧化菌抗低温能力较差的问题,以聚乙烯醇-海藻酸钠为包埋剂包埋厌氧氨氧化污泥颗粒,采用UASB反应器研究了HRT对驯化过程中氨氮和亚硝态氮去除效果的影响,考察了温度变化对低温下包埋厌氧氨氧化菌颗粒脱氮效果的影响。结果表明,当进水氨氮浓度为50 mg/L,HRT为7 h时,投加15%包埋污泥后的UASB反应器具有较强的脱氮能力,对NH4+-N、NO2--N的去除率分别为95%和89%。相同条件下,水温从30℃阶梯式降低到14℃时,包埋厌氧氨氧化菌颗粒对NH4+-N的去除率从95%下降为70%,对NO2--N的去除率从89%下降为63%。在14℃下运行期间,调节水力停留时间为11 h可以提高脱氮效果,NH4+-N、NO2--N去除率分别在85%和79%左右。采用聚乙烯醇-海藻酸钠为包埋剂包埋厌氧氨氧化细菌,能大幅度提高低温胁迫下的脱氮性能。     

厌氧氨氧化与反硝化耦合启动影响因素

为避免实际废水中一定浓度的有机物对厌氧氨氧化的脱氮产生不利影响,向2组启动成功的厌氧氨氧化装置之一R2中投加有机COD(C/N=0. 6)与反硝化耦合协同脱氮,并以硝酸盐为电子受体,R1中不加有机物作为对比,定期测定脱氮效果与有机碳源消耗。结果表明:R1中厌氧氨氧化菌自身可利用少量硝酸盐进行厌氧氨氧化反应,氨氮、硝态氮去除率分别为26. 7%和30. 5%; R2装置中两种菌种协同脱氮,氨氮、硝态氮去除率分别提高至36. 4%和48. 6%,出水亚硝态氮稳定在4 mg/L以下,碳源利用率在90%以上,但2组装置对磷的利用几乎为零。适当投加有机物可促使厌氧氨氧化与反硝化耦合协同脱氮,为含碳和硝酸盐废水的脱氮除碳提供了参考。     

厌氧氨氧化菌快速富集培养及微生物机制解析

为快速筛选培养高丰度的厌氧氨氧化污泥,解决厌氧氨氧化菌培养难、倍增速率慢的难题,采用UASB反应器富集培养厌氧氨氧化污泥,并对群落结构的演替进行了解析。通过进水除氧和逐步提高容积负荷的方法富集厌氧氨氧化菌,当总氮容积负荷在0.96 kg/(m~3·d)时,总氮去除率和去除负荷分别约为84.63%和0.817 kg/(m~3·d)。扫描电镜发现反应器中的污泥群落由短杆菌和粘性物质逐步转变成以球菌聚集体为主,呈球形或卵形,直径在0.8~1μm之间。采用高通量测序法对菌群结构进行检测后发现,随着厌氧氨氧化菌富集程度的增加,浮霉菌门(Planctomycetes)含量从13.1%提高到54.7%,而变形菌门(Proteobacteria)则从58.3%降低至24.8%。在55 d中厌氧氨氧化菌Candidatus Kuenenia丰度从4.7%提高至48.8%,实现了快速高效富集。     

接种污泥对厌氧氨氧化反应器启动特性的影响

采用两套相同的ASBR系统,分别接种好氧硝化污泥和自养反硝化污泥,在模拟废水的pH值为7.6～7.9、温度为32 ℃的条件下,分别运行176 d和170 d后,均成功启动了厌氧氨氧化反应器.在稳定运行阶段,其总氮容积负荷分别为0.147和0.11 kgN/(m3·d),对总氮的平均去除率分别为84.81%和81.57%.两组反应器内氨氮和亚硝态氮的减少量与硝态氮的生成量之比分别为1:1.08:0.31和1:1.18:0.33.接种了好氧硝化污泥的反应器启动更快,且对氨氮的去除效果更好.     

高氮负荷下pH值对Anammox反应器的影响

采用模拟废水研究了总氮负荷为9.33 kgTN/(m3.d)的条件下,改变进水pH值对厌氧氨氧化UASB反应器运行性能的影响。结果表明,进水pH值为7.00～7.20时处理效果最佳,对氨氮和亚硝态氮的平均去除率分别为97.4%、97.7%。进水pH值低于6.00或高于9.00时厌氧氨氧化反应完全停止,低pH值冲击可通过延长HRT的手段使反应器在20 d内恢复正常;高pH值冲击会对反应器造成不可逆抑制。通过对反应器不同部位的取样分析,发现在反应器下部氨氮、亚硝态氮已被基本去除完全,反应器的容积负荷具有较大的提升空间。     

SBR法短程硝化反硝化处理生活垃圾机械脱除水

生活垃圾机械脱除水是通过高压挤压等方式从新鲜生活垃圾中快速分离出的混合液,其经厌氧处理后的出水具有高氨氮、低C/N值等特征,为此,利用序批式反应器(SBR)通过短程硝化反硝化途径对其氨氮进行去除,利用高氨氮浓度下的高游离氨(FA)条件对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性进行抑制,实现SBR中短程硝化与亚硝态氮的稳定积累。研究结果表明,在室温条件下,控制p H值为7.5~8.0、DO1 mg/L,逐步提高氨氮浓度至700 mg/L,可实现系统中亚硝态氮的有效积累,氨氮去除率和亚硝态氮积累率分别为92.2%、90.9%左右。将短程硝化出水进一步进行反硝化处理,TN去除率高达98.8%。     

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。     

低氨氮尾水厌氧氨氧化系统构建及效能研究

针对污水厂尾水深度脱氮存在的碳源瓶颈,研究了基于ASBBR工艺的低氨氮废水厌氧氨氧化系统构建及效能。结果表明,在温度为(30±1)℃、氮负荷为0.025 kg/(m~3·d)的条件下,反应器经过51 d的启动,构建出低氨氮废水厌氧氨氧化系统,出水NH+4-N、TN分别为2.9、5.06 mg/L,平均TN去除率达到84.2%。在构建过程中,出水p H值逐渐提高,最后稳定在7.3左右,较进水值有小幅度提升,符合厌氧氨氧化特征。当氮负荷提高至0.05、0.075 kg/(m~3·d)时,系统对TN的平均去除率分别为85.1%和82.8%,仍可维持较佳的处理效能。     

厌氧氨氧化反应器载体生物膜细菌多样性的研究

采用细菌16S rRNA通用引物1055F/1392R-GC获得的PCR产物进行变性梯度凝胶电泳(DGGE),分析了两个厌氧氨氧化反应器在不同运行时间其载体生物膜上的细菌多样性。结果表明,两个反应器在不同运行时间其细菌种群多样性有一定差异。DGGE优势条带序列系统发育分析结果表明,反应器载体生物膜上的细菌类群主要是陶厄氏菌属Thauera、鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas,外硫红螺旋菌科Ectothiorho-dospiraceae、酸杆菌门Chloroflexi、绿弯菌门Acidobacteria及不可培养细菌。当反应器运行208 d时,水体中氨氮和亚硝态氮的去除率维持较高水平,两者去除率之比为1.1,表明反应器内发生了厌氧氨氧化反应。针对厌氧氨氧化细菌16S rRNA基因引物Pla46F/Amx368R-GC获得的PCR产物,采用DGGE技术对载体生物膜上的厌氧氨氧化细菌进行了检测。DGGE优势条带序列分析结果表明,在反应器中富集得到的厌氧氨氧化细菌分别与Planctomycete KSU-1、Candidatus Jettenia asiatica的相似性均为96%,可以认为它们是反应器内起厌氧氨氧化作用的主要细菌。     

滤料中微生物活性控制氨氮和亚硝酸盐氮的研究

通过测定滤料中微生物的比耗氧呼吸速率,对比4个不同生物滤池中异养菌、亚硝酸盐氧化菌和氨氧化细菌的活性及去除水中氨氮和亚硝酸盐氮的效果。结果表明,炭砂滤池异养菌、亚硝酸盐氧化菌和氨氧化细菌的平均比好氧呼吸速率分别是2.28mg/(L·g·h)、1.46mg/(L·g·h)和0.89mg/(L·g·h),活性无烟煤滤池的异养菌、亚硝酸盐氧化菌和氨氧化细菌的平均比好氧呼吸速率分别是0.86mg/(L·g·h)、2.00 mg/(L·g·h)和2.93mg/(L·g·h)。炭砂滤池对亚硝酸盐氮和氨氮平均去除率分别是87.02%和37.32%,活性无烟煤对亚硝酸盐氮和氨氮平均去除率分别是87.02%和42.76%。炭砂滤池主要以异养菌作用为主,活性无烟煤滤池以亚硝酸盐氧化菌和氨氧化细菌作用为主,控制氨氮及亚硝酸盐氮比炭砂滤池的效果显著。     

短程硝化/厌氧氨氧化工艺处理氧化铁红废水

采用短程硝化/厌氧氨氧化工艺对氧化铁红废水进行脱氮处理,分析沸石曝气生物滤池(Z-BAF)亚硝化的可行性,以及碱度和氨氮的比值对亚硝化作用的影响,并对比了Na_2CO_3和NaHCO_3作为碱度供体的经济成本。结果表明,废水经Z-BAF生化处理后,可实现氨氮的部分亚硝化,通过调节进水碱度能够控制氨氮的亚硝化率,使出水NO_2~--N/氨氮值稳定在1. 0～1. 4之间。以Na_2CO_3作为碱度的来源,采用两级Z-BAF分步投加碱度法,可以避免一次投加导致pH值过高问题,从而降低对生化反应的影响,并且使用Na_2CO_3代替常用的NaHCO_3作为碱度供体可节省约一半的成本。反应器稳定运行阶段,一级Z-BAF的亚硝态氮产率为0. 36 kg/(m~3·d),二级Z-BAF的亚硝态氮产率为0. 67 kg/(m~3·d),厌氧氨氧化反应器经过100 d运行后,总氮去除率可稳定在70%以上。     

有机物冲击对颗粒污泥/填料厌氧氨氧化反应器的影响

厌氧氨氧化颗粒污泥与生物膜均有助于污泥的持留,为研究实际废水中存在的有机物冲击对两种状态厌氧氨氧化污泥的影响差异,将颗粒污泥与聚氨酯海绵填料置于同一反应器内,进行厌氧氨氧化污泥的挂膜,以及高氨氮废水的长期培养驯化。经过120 d的运行,颗粒/填料复合反应器表现出良好的适应性和氮去除率,进水NH_4~+-N浓度从30 mg/L提高至420 mg/L,容积去除负荷从0.08 kgN/(m~3·d)提升至3.39 kgN/(m~3·d),系统内厌氧氨氧化活性良好。通过平行批次试验,对颗粒污泥和生物膜在不同浓度有机物冲击下的去除效果进行对比,在初始NO_2~--N为125 mg/L左右、COD≤200 mg/L时,两种体系中厌氧氨氧化反应均没有受到抑制,且一定程度得到了促进;而COD在300 mg/L时产生了明显的抑制作用。相比于生物膜,等质量的颗粒污泥表现出了更好的抵抗有机物冲击的能力。     

好氧颗粒污泥处理高氨氮污水的半亚硝化研究

半亚硝化是高氨氮污水通过厌氧氨氧化(ANAMMOX)途径脱氮的基础和关键步骤。在序批式反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS)并处理高氨氮污水,研究了实现半亚硝化的可行性。首先通过调节水力停留时间及进水氨氮浓度实现稳定的短程硝化。进水NH+4-N约为220mg/L时,对NH+4-N的去除率达到98%左右,亚硝态氮积累率(NAR)约为95%,并能够保持稳定运行。此后通过缩短水力停留时间为6 h可控制反应器出水NH+4-N/NO-2-N值在1.0左右,满足ANAMMOX对进水水质的要求。在氨氮氧化过程中NO-3-N浓度基本保持不变,氨氧化菌(AOB)为优势硝化菌群;扫描电镜表明颗粒污泥中主要是球菌、短杆菌,符合AOB的形态特征。     

厌氧氨氧化颗粒污泥的扩培及菌种鉴定

为开发总氮去除负荷高、生长稳定的厌氧氨氧化颗粒污泥扩培方法,文章以2L厌氧氨氧化颗粒污泥作为接种污泥,在50 L发酵罐中以SBR的方式,由配水提供主营养成分及微量元素,根据颗粒污泥的脱氮效能,随时调整进水水质,逐渐提高总氮负荷,摸索适宜颗粒污泥扩培的条件;在106 d的时间里,颗粒污泥浓度从800 mg/L增长到11 300 mg/L,总氮去除负荷为3.38 kg/(m~3·d),总氮去除率达到80%以上。通过高通量测序证实颗粒污泥中含有11%的厌氧氨氧化菌。     

微生物燃料电池阳极氨损失机理研究

构建质子交换膜双室微生物燃料电池,探究氨氮在厌氧阳极室的损失机理。结果表明:阳极初始氨氮浓度由15.42 mg/L增加到65.28 mg/L时,电压峰值由33.1 m V增加到96.3m V,氨氮可以作为MFC阳极基质;当同时添加亚硝态氮后,氨氮降解速率加快,因此推断有厌氧氨氧化作用发生。当氨氮由35.35 mg/L降到4.71 mg/L时,至少35.64%的氨氮在微生物作用下发生了好氧氨氧化而转化为硝态氮和亚硝态氮;2.12%氨氮透过质子交换膜进入阴极;阳极p H值维持在7.10±0.10,可能部分氨氮的损失是由于在偏碱性环境下,离子态氨氮转化为氨气挥发所致。     

两段式曝气对短程硝化启动的影响研究

控制SBR反应器内的温度为20~23℃,采用两段式曝气的方法,经过80个周期的运行,实现了生活污水的短程硝化,对氨氮的平均去除率为88.49%,亚硝态氮积累率达到90%以上。在反应器运行过程中,DO和p H值曲线都有很好的变化特征点,可以通过其指示氨氮降解过程的结束。系统的有效污泥龄从23.91 d缩短为21.31 d,结合硝化时间的缩短和亚硝态氮积累率的提高,推断这可能是由于亚硝酸盐氧化菌(NOB)等世代周期较长的细菌被淘洗或活性受到了抑制,而氨氧化菌(AOB)等世代周期较短的细菌得到富集造成的。     

不同工况下一体式生物滤柱反应器的氮去除特征

以一体式生物滤柱反应器为研究对象,在氮负荷为0.60 kg/(m3·d)、碳氮比为0.17、曝气量为(50±10)m L/min和温度为(30±2)℃条件下,通过调整进水氨氮浓度和水力停留时间研究进水氨氮浓度变化对氮去除的影响及反应器中微生物功能的区划。连续183 d的运行结果表明,当进水氨氮浓度分别为600、400和800 mg/L时,总氮平均去除负荷分别为0.487、0.465和0.498 kg/(m3·d)。3个工况下的进水氨氮都约有一半在反应器底部的好氧段被转化为亚硝态氮,在顶部的厌氧段氨氮与亚硝态氮均呈线性减少,且其线性减少速率随进水氨氮浓度增加而变大。与此同时,随着进水氨氮浓度的提高,好氧区微生物的氨氮利用速率(AUR)和亚硝酸盐利用速率(NUR)以及厌氧区微生物的比厌氧氨氧化活性均得到提高,且在相同进水氨氮浓度下,好氧段活性污泥的AUR和NUR均大于生物膜的对应值。