厌氧氨氧化与反硝化耦合的研究

厌氧氨氧化反应在氮循环中起着非常重要的作用,对处理含高氨氮废水具有重大的潜在实际应用价值。高浓度有机碳源对厌氧氨氧化反应具有明显的抑制作用。如何在有机碳源存在的条件下实现厌氧氨氧化与反硝化的耦合,是实现厌氧氨氧化工程应用面临的巨大挑战。本文综述了有关厌氧氨氧化与反硝化耦合机理及环境影响因素研究进展,并对研究前景进行展望。     

厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的研究

厌氧氨氧化的发现很大程度上提高了人们对氮循环的理解,厌氧氨氧化为高氨氮废水的去除带来很大希望。然而,有机碳源的存在会对该过程产生不利影响。在实际废水中,会不可避免地存在有机碳及氮。厌氧氨氧化与反硝化耦合反应可实现在单一系统中同时脱氮除碳。由于该工艺为生物脱氮过程,温度是影响微生物的主要因素,所以温度及有机物都会对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应产生重要影响。本文综述了有机物及温度对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的影响,提出了当前研究存在的问题,展望了未来研究的重点。     

短程反硝化工艺的研究进展与展望

厌氧氨氧化技术利用NO₂^--N氧化NH₄⁺-N,实现污水中氮素的高效去除,其中NO₂^--N的产生是实现厌氧氨氧化应用的难点。短程硝化是获取NO₂^--N的重要途径之一,但目前在实际工程中通过短程硝化难以实现长期稳定的亚硝酸盐积累。短程反硝化工艺将反硝化过程控制在硝酸盐还原的第一步来积累NO₂^--N,可实现从反硝化途径获得NO₂^--N为厌氧氨氧化反应提供底物,去除污水中的氮素污染物。简要介绍了短程反硝化工艺的发展背景、研究进展、启动及控制策略等,并对短程反硝化过程亚硝酸盐积累机制及其与厌氧氨氧化工艺耦合方式进行了总结,最后对其未来的研究方向进行了展望。     

厌氧氨氧化工艺处理高氨氮污泥脱水滤液技术实践

目前国家技术政策中推荐采用厌氧消化工艺对污水厂污泥进行减量化和稳定化处理,但在厌氧消化过程中除产生甲烷外,还会释放高浓度的氮,这部分高氨氮随脱水滤液回流到污水处理系统,增加了工程投资和运行费用。采用厌氧氨氧化工艺对高氨氮污泥脱水滤液进行单独集中处理,可解决该问题。北京某污水厂即采用厌氧氨氧化工艺处理高氨氮污泥脱水滤液,介绍了其工艺流程的优化、技术参数的确定、构筑物的布置,并针对设计中出现的问题提出了优化措施。     

厌氧氨氧化工艺及其影响因素

厌氧氨氧化工艺相比于传统脱氮工艺有明显的优越性,但由于工艺需要严格的条件控制,目前还没有广泛的应用。本文介绍了厌氧氨氧化工艺,探讨了其影响因素及在实际应用中会面临的问题,发现硝酸盐、醇类、DO和NO对厌氧氨氧化工艺都有抑制作用。通过研究者的大量研究,厌氧氨氧化工艺必将成为有前景的生物脱氮工艺。     

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.     

高氨氮废水厌氧氨氧化耦合内源反硝化深度脱氮技术创新与应用

为解决污水处理过程中总氮去除难、能耗高的世界性难题,项目团队持续研发厌氧氨氧化相关技术15年,全面充分研究了厌氧氨氧化菌代谢机理、培养条件、反应器控制技术与工程启动策略,构建了一套以厌氧氨氧化技术为核心的污水处理创新技术体系,自主研发实现多项重大技术突破并实现产业化,研究成果达到世界先进水平。所研发的工艺技术已在污泥消化液、垃圾渗滤液、污泥热水解消化液等高氨氮污水处理领域实现产业化,建成了国际上最大的厌氧氨氧化工程和最大的厌氧氨氧化菌菌种基地,获得了良好的经济、环境与社会效益,实现了科研项目落地转化的社会目标与责任。     

改进AB工艺以达到优化脱氮的探讨

探讨了按照短程硝化的思路对AB工艺加以改进达到优化脱氮的可能性。改进后的AB工艺A段将COD、氨氮、磷吸附进污泥中 ,污泥经厌氧消化将COD转化为生物能 (甲烷 )、出水通过旁流进行化学沉淀去除厌氧消化释放的磷。消化液中含有的氨氮进入短程硝化段 ,氨氮氧化菌将其转化为NO-2 (作为电子受体 ) ,然后通过ANAMMOX中以氨氮为电子供体的自养型氨厌氧氧化菌的代谢作用最终转化为氮气。设想的新工艺具有较好的脱氮和除磷效果 ,估计其运行费用可能较低、适应性较广。     

新型生物脱氮工艺--OLAND工艺

OLAND工艺是基于亚硝酸型硝化-厌氧氨氧化脱氮技术而开发的生物脱氮新工艺.该工艺首先采用限制溶解氧浓度实现氨氮的部分亚硝化并实现亚硝酸盐氮的浓度积累,接着进行厌氧氨氧化反应,从而达到去除含氮污染物的目的.与传统生物脱氮工艺相比,该工艺具有耗氧量少、污泥产量少、不需外加碳源等优点.     

缺氧生物膜滤池的自养脱氮性能研究

在成功实现亚硝酸盐自养脱氮(厌氧氨氧化)的基础上,探讨了亚硝酸盐浓度对缺氧生物膜滤池脱氮性能的影响。结果显示,在一定范围内提高亚硝酸盐浓度可加快氨氮去除速率,当NO2--N为118.4 mg/L时氨氮去除速率达到最大;此后,进一步提高进水NO2--N浓度会对氨氮的去除产生明显的抑制作用,导致反应速率下降,但此时的厌氧氨氧化菌仍具有较高的活性;为获得良好的脱氮效果,应控制进水NO2--N/NH4 -N值为1.3。     

应用SBR实现有机废水厌氧氨氧化生物脱氮的研究

采用SBR反应器,以硝化污泥和厌氧氨氧化(ANAMMOX)颗粒污泥的混合污泥为接种污泥,以有机模拟废水为研究对象,进行了厌氧氨氧化生物脱氮工艺研究。结果表明,在控制温度为25℃,水力停留时间为12 d,pH值为7.2～8.5,进水NH4+-N为220 mg/L左右、NO2--N为138 mg/L左右、COD为294 mg/L的条件下成功启动了SBR反应器。在高氨氮、低有机物浓度的条件下,ANAMMOX菌和异养反硝化菌能够实现共存,且ANAMMOX菌仍能成为优势菌属,AN-AMMOX反应是反应器中的主导反应。镜检发现,优势菌尺寸约为1μm,呈圆形或椭圆形,成簇聚生,表面可观察到明显的漏斗状缺口,具有典型的厌氧氨氧化菌特征。污泥中形成了以厌氧氨氧化球状菌为主、其他杆状菌和丝状菌共存的微生物混培体。     

亚硝酸盐氮浓度对厌氧氨氧化反应的影响

以生物膜滤池为厌氧氨氧化反应器，考察了进水中的亚硝酸盐氮浓度对总氮去除率的影响。结果显示，亚硝酸盐氮浓度对总氮去除率的影响较大，总氮去除率和pH值的变化幅度均随NO2^--N浓度的增加而增大；但NO2^--N浓度升高到一定程度时，若再进一步提高其浓度则对TN的去除率将随之下降，pH值的变化幅度也随之减小，高浓度NO2^--N会对厌氧氨氧化反应产生抑制作用。     

Quantification of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria in enrichment cultures by real-time PCR

The anaerobic ammonium-oxidizing (ANAMMOX) bacteria were enriched from a rotating disk reactor (RDR) biofilm in semi-batch cultures. Based on fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis, this enrichment led to a relative population size of 36% ANAMMOX bacteria. Phylogenetic analysis revealed that all the detected clones were related to the previously reported ANAMMOX bacteria, Candidatus Brocadia anammoxidans (AF375994), with 92% sequence similarity. Furthermore, we successfully developed a real-time polymerase chain reaction (PCR) assay to quantify populations of ANAMMOX bacteria in the enrichment cultures. For this real-time PCR assay, PCR primer sets targeting 16S ribosomal RNA genes of ANAMMOX bacteria were designed and used. The quantification range of this assay was 6 orders of magnitude, from 8.9x10(1) to 8.9x10(6) copies per PCR, corresponding to the detection limit of 3.6x10(3) target copies mL(-1). A significant correlation was found between the increase in copy numbers of 16S rRNA gene of ANAMMOX bacteria and the increase in nitrogen removal rates in the enrichment cultures. Quantifying ANAMMOX bacterial populations in the enrichment culture made it possible to estimate the doubling time of the enriched ANAMMOX bacteria to be 3.6 to 5.4 days. The real-time PCR assay gave comparable population sizes in the enrichment cultures with the FISH results. These results suggest that the real-time PCR assay developed in this study is useful and reliable for quantifying the populations of ANAMMOX bacteria in environmental and engineering samples.     

Enhanced nitrogen removal from pharmaceutical wastewater using SBA-ANAMMOX process

Efficient biological nitrogen removal from pharmaceutical wastewater has been focused recently. The present study dealt with the treatment of colistin sulfate and kitasamycin manufacturing wastewater through anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX). The biotoxicity assay on luminescent bacterium Photobacterium phosphoreum (T3 mutation) showed that the pharmaceutical wastewater imparted severe toxicity with a relative luminosity of 3.46% ± 0.45%. During long-term operation, the cumulative toxicity from toxic pollutants in wastewater resulted in the performance collapse of conventional ANAMMOX process. A novel ANAMMOX process with sequential biocatalyst (ANAMMOX granules) addition (SBA-ANAMMOX process) was developed by combining high-rate ANAMMOX reactor with sequential biocatalyst addition (SBA). At biocatalyst addition rate of 0.025 g VSS (L wastewater)⁻¹ day⁻¹, the nitrogen removal rate of the process reached up to 9.4 kg N m⁻³ day⁻¹ in pharmaceutical wastewater treatment. The effluent ammonium concentration was lower than 50 mg N L⁻¹, which met the Discharge Standard of Water Pollutants for Pharmaceutical Industry in China (GB 21903-2008). The application of SBA-ANAMMOX process in refractory ammonium-rich wastewater is promising.     

A~2/O系统中强化ANAMMOX反应的可行性研究

通过采用限制DO的运行方式,在A2/O系统中富集NO2--N,从而强化厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应,提高系统的脱氮性能.结果表明,当好氧池中的DO为0.5～1.0 mg/L时,可使NO2--N的浓度提高约500%,形成有效积累,从而在缺氧池中强化ANAMMOX反应;强化AN-AMMOX反应后的缺氧池对NH4-N和TN的去除率分别提高了15%和9%,系统对TN的去除率提高了约7%;通过SPSS13.0软件分析可知,强化ANAMMOX反应的A2/O系统脱氮效果显著;但采用限制DO的运行方式对A2/O系统去除COD和TP有一定影响,其中对COD的去除率下降了5%,对TP的去除率下降了1.4%.     

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).     

厌氧氨氧化工艺处理低氨氮污水的影响因素研究

考察了厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺处理低氨氮污水的影响因素。结果表明,当进水NO2^--N浓度较低时,提高NO2^--N浓度可促进ANAMMOX反应的进行,而当NO2^-N浓度过高时（〉118．4mg／L）则会对该反应产生抑制作用,但此时ANAMMOX反应并没有停止,厌氧氨氧化菌仍保持较高的活性;适当增加进水的无机碳（IC）浓度可刺激厌氧氨氧化菌的生长,但过高浓度的IC会对厌氧氨氧化菌的生长带来不利影响;进水中总有机碳（TOC）的存在不利于厌氧氨氧化反应的进行;ANAMMOX菌的自养固定CO2过程会导致周边环境呈碱性,为保证反应的顺利进行,应当控制反应器中的pH值。     

Nitrification/denitrification in nitrogen high-strength liquid wastes

To evaluate the possibility of nitrogen removal from nitrogen high-strength wastewaters, nitrification rates, denitrification and related energy problems, emerging in nondiluted wastewater from a pig production plant, are studied on a laboratory level. Excess nitrogen can be removed by utilising a nitrification process first and a denitrification process afterwards, and so reduce the content of residual mineral nitrogen to less than 100 mg l⁻¹. Oxidation of ammonium, the most critical phase, is carried out with an inoculum of nitrifying bacteria adapted to the wastewater type under adequate aeration, and carefully controlled pH. The dilution of wastewater is not needed, nor external organic carbon to reduce nitrate.     

生物粉末活性炭/超滤组合工艺处理微污染原水

针对微污染原水中存在的有机物和氨氮等污染物,采用生物粉末活性炭/超滤(BPAC/UF)组合工艺进行处理。结果表明,当进水氨氮浓度较低时,硝化细菌活性较差,无法充分发挥生物降解作用,氨氮去除率较低,同时有机物去除率也较低;当进水氨氮浓度在0. 6 mg/L左右时,可以形成稳定的生物活性炭,组合工艺对氨氮的去除率较高,且对有机物的去除率较为稳定。进水中主要以分子质量<5 ku的有机物为主,组合工艺对这部分有机物的去除率也最高。组合工艺对疏水性物质的去除,主要依靠生物粉末活性炭的吸附降解和膜面滤饼层的截留作用。NaClO强化反冲洗可以很好地降低跨膜压差的增长速度,当NaClO浓度为400 mg/L、反冲洗时间为10min时可达到最佳清洗效果。     

Intensive culture of Chlorella vulgaris/AA as the second stage of biological purification of nitrogen industry wastewaters

A method for the two-stage removal of nitrogen from highly loaded nitrogenous wastewaters carrying varying proportions of nitrates, nitrites and ammonium is presented. The method combines denitrification (stage 1 of purification) and intensive algal culture (stage II of purification). Denitrification in an anaerobic packed bed reactor removed all the oxidized forms of nitrogen from the wastes enriched in methanol and phosphorus. Ammonium remaining in the denitrified wastewaters was removed by intensive culture of algae. The use of this method resulted in 94.0–99.9% removal of nitrogen from the wastes. The application of the proposed method is limited, however, by the concentration of ammonium nitrogen in the wastewaters.