厌氧氨氧化生物脱氮工艺的快速启动策略综述

厌氧氨氧化工艺的启动过程就是厌氧氨氧化菌不断富集和活性逐步提高的过程。本文综述了实现厌氧氨氧化工艺快速启动的基本策略,并总结了厌氧氨氧化工艺启动成功的主要特征。相关文献表明,培养生物膜能够有效地减少菌种流失,接种污泥颗粒化有利于厌氧氨氧化颗粒污泥的形成,进而缩短反应器的启动时间。     

厌氧氨氧化反应器启动及富集培养方法研究进展

回顾了近年来厌氧氨氧化反应器启动方面研究的进展,比较了不同接种污泥源、不同反应器的选取对厌氧氨氧化反应器启动成功的快慢及脱氮效能的影响.分析结果表明,接种不同的污泥源和采用不同类型的反应器对于厌氧氨氧化反应器启动快慢具有重要的意义.总结了厌氧氨氧化反应器启动成功后的特点,提出了快速富集厌氧氨氧化反应的基本策略.     

厌氧氨氧化启动过程及特性研究进展

厌氧氨氧化菌（Anammox）生长缓慢,生长率低,倍增时间长,导致其富集慢、反应器启动耗时长,成为厌氧氨氧化工程化应用的限制性因素。因此,明确厌氧氨氧化反应器的启动过程与特性将为实现其快速启动提供理论参考。本文系统阐述了厌氧氨氧化反应器启动过程的影响因素,包括：反应器类型对厌氧氨氧化启动过程的影响,归纳了常见厌氧氨氧化反应器上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、序批式反应器（SBR）、流化床反应器、膜生物反应器（MBR）等的优缺点及适用性;总结了不同填料、接种污泥、启动负荷和温度的控制造成启动特性的差异,认为添加多孔性填料（无纺布、海绵、生物质炭等）、接种颗粒污泥、控制进水NO2?-N的浓度（＜100mg/L）、梯度式低温驯化等手段可促进厌氧氨氧化快速启动。同时,本文阐述了厌氧氨氧化启动过程中底物消耗阶段、化学计量比、微生物富集比例以及优势微生物种群差异规律的最新研究进展,阐明了厌氧氨氧化快速启动的生化反应过程。最后,本文认为在Anammox菌的微观生长模型、功能基因改性及适宜性生长环境因子等方面仍有待进一步研究。     

厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成

以好氧硝化颗粒污泥与厌氧氨氧化生物膜作为接种污泥,在缺氧条件下利用EGSB反应器培养厌氧氨氧化颗粒污泥。根据反应器内污泥性状以及运行效果,随时调整反应器的进水基质浓度以及上升流速等关键控制因素,加快厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成。同时考察系统的脱氮效能、粒径分布、厌氧氨氧化颗粒污泥表面形态以及内部结构与微生物分布情况。反应器运行80 d后,培养出成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥,平均粒径为0.556 mm;89 d时,总氮去除负荷达4.758 kg N·m-3·d-1。FISH表明颗粒污泥中厌氧氨氧化菌为优势菌种,同时SEM与TEM观察表明颗粒污泥是由多个小颗粒聚集形成,而且形状不规则,内部结构排列紧密。     

厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成

以好氧硝化颗粒污泥与厌氧氨氧化生物膜作为接种污泥,在缺氧条件下利用EGSB反应器培养厌氧氨氧化颗粒污泥。根据反应器内污泥性状以及运行效果,随时调整反应器的进水基质浓度以及上升流速等关键控制因素,加快厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成。同时考察系统的脱氮效能、粒径分布、厌氧氨氧化颗粒污泥表面形态以及内部结构与微生物分布情况。反应器运行80 d后,培养出成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥,平均粒径为0.556 mm;89 d时,总氮去除负荷达4.758 kg N·m^-3·d^-1。FISH表明颗粒污泥中厌氧氨氧化菌为优势菌种,同时SEM与TEM观察表明颗粒污泥是由多个小颗粒聚集形成,而且形状不规则,内部结构排列紧密。     

厌氧氨氧化反应器的启动方法研究进展

厌氧氨氧化反应器的启动时间过长是制约厌氧氨氧化在工程实践中发展和应用的一个关键性因素,因此实现厌氧氨氧化反应器的快速启动对于该项技术的推广意义十分重大。分析比较了选取不同类型的反应器和接种不同类型的污泥对于厌氧氨氧化反应器启动时间及脱氮效果的影响,并对今后的研究方向提出了建议。     

厌氧氨氧化污泥启动EGSB反应器研究

通过厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器接种低温(4℃左右)下存放18个月的厌氧氨氧化污泥,处理模拟废水,研究如何用长时间低温保存后的厌氧氨氧化污泥启动反应器。在温度(34±1)℃、进水pH为7.40～7.64、DO的质量浓度控制在0.10 mg/L以下成功启动反应器。运行110 d后,进水TN负荷最高可达2.3 kg/(m.3d),NH4+-N、NO2--N去除率分别为90.93%、99.76%,出水pH明显高于进水,平均达到7.99;第135天在反应器中发现有红色厌氧颗粒污泥形成;经扫描电子显微镜观察,第165天厌氧颗粒污泥布满球状菌。     

厌氧氨氧化工艺的快速启动试验研究

为了研究如何获得厌氧氨氧化的快速启动工艺,采用SBR作为富集厌氧氨氧化菌的反应器,接种絮状硝化污泥,考察其厌氧氨氧化快速启动性能。以氯化铵和亚硝酸盐为进水底物,通过逐步提高进水NH_4~+-N、NO_2~--N的浓度,成功实现了厌氧氨氧化的启动,此方法可快速培养出具有厌氧氨氧化活性的污泥,整过驯化过程中,NH_4~+-N、NO_2~--N的去除率均维持在90%以上,总氮去除负荷最大可达0. 52 kg/(m~3·d),厌氧氨氧化菌活性高。     

接种厌氧絮状污泥的厌氧氨氧化反应器的快速启动

厌氧氨氧化技术因其节能、运行费用低、不需添加有机物等优点而备受关注,但反应器启动慢是该技术面临的瓶颈问题。为了加速厌氧氨氧化反应器的启动,该研究在两个不同阶段中先后在同一UASB反应器中接种絮状污泥和添加颗粒活性炭,以含NH4+-N和NO2--N的人工配水为进水,进行连续试验,并在试验过程中调整运行参数,最终添加活性炭的絮状污泥反应器在运行85 d后成功启动厌氧氨氧化过程,总氮去除率稳定在80%-90%。结果表明在使用活性炭吸附法固定化时,反应器启动迅速,活性炭可以成为厌氧氨氧化菌的理想载体。     

复合式厌氧折流板反应器快速启动的影响因素探讨

厌氧反应器的快速启动对反应器的运行意义重大,反应器能否快速启动是评判反应器性能的重要内容。探讨了复合式厌氧折流板反应器快速启动的方法及影响因素,分析了好氧预挂膜法的优势以及接种污泥、负荷、碱度、微量元素对启动的影响,并指出了接种厌氧颗粒污泥、低有机负荷、合适的碱度是快速启动的关键要素。     

The shear force amendments on the slugging behavior of upflow Anammox granular sludge bed reactor

The granulation of Anammox sludge plays an important role in improving the efficiency of high-rate Anammox bioreactors. The present study involved the use of anaerobic granular sludge to start up the Anammox process to accomplish granulation in Anammox reactor. The accumulation of nitrogen gas and subsequent slugging behavior were observed in the upflow Anammox granular sludge bed (AGSB) reactor, resulting in deteriorated effluent quality. Based on shear force analysis of the gas column under the quasi-steady state, the liquid-induced shear force was increased by progressively shortening of hydraulic residence time (HRT) and implementing effluent recycling. It appeared to be the right strategy to eradicate the slugging behavior which disappeared completely when HRT was shortened to 1.10 h with liquid upflow velocity of 1.30 cm min⁻¹. The application of high shear stress enhanced the nitrogen removal performance to 15.40 kg-N m⁻³ d⁻¹. Thus the amendments in the liquid-induced shear force by shortening HRT may be an appropriate strategy to overcome slugging behavior of the Anammox reactor.     

SBR好氧污泥颗粒的脱氮性能研究

The sequencing batch reactor （SBR） was started up by seeding the anaerobic granular sludge and the aerobic granular sludge was successfully cultivated. The performance characteristic of the aerobic granules for nitrogen removal was investigated in detail. The experimental results demonstrated the relationship between operational parameters [dissolved oxygen （DO） and pH] and variation of chemical oxygen demand （COD）, ammonium （NH4^＋-N） and total nitrogen （TN）. In continuous flow pattern, COD was too low in the reactor at the later stage of a cycle, which restrained denitrification and decreased the removal of nitrogen, while in discontinuous flow pattern, the carbon source could be supplemented in time, which improved denitrification and increased the removal of TN from 66% to 81%.     

盐度对厌氧氨氧化脱氮效能的影响

以实验室培养的Candidatus Jettenia属厌氧氨氧化颗粒污泥为种泥,通过批次与连续试验,考察了盐度对Anammox脱氮效能的影响。结果表明以Candidatus Jettenia为优势菌属的Anammox污泥对盐度的增加表现敏感。在连续试验中,UAFB反应器经55 d无盐环境的启动,总氮去除速率达到1.15 kg/(m~3·d),当盐度为5、7.5 g/L时,反应器脱氮效率分别下降了20%、60%,但仍能表现出显著的厌氧氨氧化效能。批次试验中,5、7.5、10 g/L盐度下,Anammox污泥活性分别下降了25%、55%、67%;盐度15 g/L时,Anammox菌失去活性。     

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。     

好氧颗粒污泥的快速培养以及胞外多聚物对颗粒化的影响研究

采用普通活性污泥、部分好氧颗粒污泥和部分厌氧颗粒污泥分别作为接种污泥培养好氧颗粒污泥。在操作条件相同的情况下比较三者颗粒化的过程与完成时间。同时,研究胞外多聚物(EPS)对好氧污泥颗粒化的影响。结果显示,预先投加部分好氧颗粒污泥可以大大缩短好氧颗粒污泥的形成时间,胞外多聚物与污泥的颗粒化有密切联系。     

以活性污泥为接种污泥厌氧氨氧化工艺的快速启动及脱氮效能

以活性污泥作为接种污泥,研究了采用厌氧序批式生物膜反应器（anaerobic sequencing biofilm batch reactor,AnSBBR）进行低浓度含氮废水的厌氧氨氧化工艺的快速启动。通过调整进水溶解氧（dissolved oxygen,DO）和水力停留时间（hydraulic retention time,HRT）等关键控制因素,加速厌氧氨氧化生物膜的快速形成。结果表明,启动运行40天后,发生明显的厌氧氨氧化反应。运行90天,氮去除效率（nitrogen removal efficiency,NRE）和脱氮负荷率（nitrogen removal loading rate,NRLR）分别达到99.7%和0.048 kg/(m³?d)。生物膜内部呈现红色,扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）发现厌氧氨氧化生物膜是由多个小聚合体形成,多为球菌,内部结构排列紧密。微生物群落进一步分析表明,厌氧氨氧化菌（AnAOB）主要为Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia,且在168天最高达到了12%的相对丰度,表明AnAOB成为生物膜内重要的优势菌属。     

外源磷缺乏对厌氧氨氧化脱氮效能影响

通过批次实验和UASB反应的连续实验考察了在不同缺乏外源磷的程度时,厌氧氨氧化颗粒污泥对基质氮的去除情况以及出水磷含量的变化。结果表明,批次实验中,PO₄^3--P的质量浓度在2.3~0 mg/L对厌氧氨氧化颗粒污泥的脱氮效能没有明显的消极影响,而当PO₄^3--P的质量浓度为1.0 mg/L时基质去除率93.160%比进水PO₄^3--P的质量浓度2.3 mg/L的实验组的高3.93百分点。在连续实验中,外源PO₄^3--P的质量浓度在2.3~0 mg/L时,对NH(4)⁺-N和NO₂^--N的去除没有消极影响,NH(4)⁺-N和NO₂^--N去除率始终保持在99.68%和99.69%左右;当进水PO₄^3--P的质量浓度为0时,出水NO₃^--N含量稍有减少,PO₄^3--P的质量浓度约为0.222 mg/L。     

Start‐up and enrichment of a granular anammox SBR to treat high nitrogen load wastewaters

BACKGROUND: Landfill leachate is characterized by low biodegradable organic matter that presents difficulties for the complete biological nitrogen removal usually performed by conventional biological nitrification/denitrification processes. To achieve this, the anaerobic ammonium oxidation (anammox) process is a promising biological treatment. This paper presents an anammox start‐up and enrichment methodology for treating high nitrogen load wastewaters using sequencing batch reactor (SBR) technology. RESULTS: The methodology is based on the gradual increase of the nitrite‐to‐ammonium molar ratio in the influent (from 0.76 to 1.32 mole NO₂^?‐N mole^?1NH₄⁺‐N) and on the exponential increase of the nitrogen loading rate (NLR, from 0.01 to 1.60 kg N m^?3 d^?1). 60 days after start‐up, anammox organisms were identified by polymerase chain reaction (PCR) technique as Candidatus Brocadia anammoxidans. After one year of operation, NLR had reached a value of 1.60 kg N m^?3 d^?1 with a nitrogen (ammonium plus nitrite) removal efficiency of 99.7%. The anammox biomass activity was verified by nitrogen mass balances with 1.32 ± 0.05 mole of nitrite removed per mole of ammonium removed and 0.23 ± 0.05 mole of nitrate produced per mole of ammonium removed. Also, enrichment of anammox bacteria was quantified by fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis as 85.0 ± 1.8%. CONCLUSIONS: This paper provides a methodology for the enrichment of the anammox biomass in a SBR to treat high nitrogen loaded wastewaters. Copyright © 2007 Society of Chemical Industry