新脱氮途径：铁氨氧化(Feammox)生物脱氮研究现状

传统硝化-反硝化技术往往受制于有机碳的缺乏,亟需开发新型生物脱氮工艺。微生物异化Fe(Ⅲ)还原耦合氨氧化称为Feammox,在自养和厌氧条件下以Fe(Ⅲ)为终端电子受体,将NH₄⁺-N转化为稳定、无害的N₂,为污水生物脱氮提供了一种潜在的选择方案。总结和分析了Feammox的研究进展,论述了该工艺的潜在机理、功能微生物及主要影响因素,展望了后续研究重点和研究方向,为Feammox的更深入探讨提供参考。     

厌氧氨氧化脱氮技术的研究进展

厌氧氨氧化具有无需外加有机碳源,耗氧量少,污泥产量低等优点,但厌氧氨氧化菌生长缓慢,倍增时间长,抗冲击能力弱,对环境条件要求苛刻,DO、温度、pH、有机物等会对厌氧氨氧化过程产生影响。因此在启动ANAMMOX工艺时,需根据不同水质及处理目的,选择合适的反应器及接种污泥。该文就厌氧氨氧化的发现,反应机理,影响因素,厌氧氨氧化菌的富集、生理生化特征,厌氧氨氧化的启动,厌氧氨氧化工艺等方面做一综述。     

基于厌氧氨氧化的单级自养脱氮工艺研究进展

单级自养脱氮作为一种新兴的脱氮技术因具有诸多传统脱氮工艺无法比拟的优点而备受研究者们的青睐。在全面、系统地介绍了单级自养脱氮工艺生化反应机理、主要影响因素及其工艺特点的基础上,从微生物学特性、启动及稳定运行和强化脱氮机理三方面重点综述了国内外关于该工艺的最新研究成果,并指出单级自养脱氮工艺存在的问题及未来的研究方向,旨在促进相关研究的发展。     

序批式活性污泥法单级自养脱氮特性试验研究

为使序批式活性污泥法系统中单级自养脱氮获得稳定运行效果,对脱氮性能、单周期氮素转化特性进行了研究,并通过氮元素守恒和计量关系探讨其脱氮途径。结果表明,进水氨氮负荷为0.494 kg.m-.3d-(1n=50)时,TN平均去除率、最高去除负荷和去除速率分别达81.8%、0.493 kg.m-.3d-1和0.201 kg.kg-.1d-1。单周期过程中氨氮和TN几乎呈线性去除;ρ(NO2--N)变化不大,维持在4 mg·L-1以下;ρ(NO3--N)则由12.9逐渐升高最终达到28.6 mg·L-1。ρ(DO)由0.4降低到0.2最后升至0.3 mg·L-1,pH先由8.02升高到8.15后缓慢降低至7.98。系统中产生的硝酸盐与消耗的氨氮质量比为0.08～0.12,小于基于亚硝化的自养脱氮工艺。通过计量关系分析系统中除短程硝化和厌氧氨氧化的协同脱氮作用外,还存在自养反硝化的辅助脱氮途径。     

厌氧氨氧化研究进展及其应用

该文综述了厌氧氨氧化的机理、微生物基础和反应的影响因素,并介绍了厌氧氨氧化在废水生物脱氮方面的应用前景。着重提出了厌氧氨氧化在污泥颗粒化技术中的实现的可能机理。     

全程自养脱氮工艺的研究与工程应用展望

全程自养脱氮工艺(CANON)因其具有无需碳源、脱氮效率高和节省基建及运行成本等优点受到研究者的青睐,被视为极具工程应用前景的新型废水生物脱氮技术。对CANON工艺的反应原理应用现状进行了阐述,对应用障碍进行了分析,并总结了基于CANON工艺的典型耦合技术的研究及应用进展。在此基础上,指出了CANON工艺工程应用的瓶颈并提出了其未来的发展方向。     

碳源对硝化细菌的影响研究

研究了污水中碳源对硝化细菌的影响。在B/C低的工业废水中,适当提高污水中的碳源含量,可增加系统的活性污泥量,且可保证较高的硝化效率,表明脱碳细菌与硝化细菌可以在一定条件下共存。     

养猪废水厌氧储存过程中的氮素转化特征

研究废水储存过程中氮的转化,可为废水再利用提供科学依据。本研究旨在探讨养猪废水(SWW)贮存过程中氮的转化及其机理。在SWW贮藏过程中,随贮藏时间的延长,SWW中总有机碳(TOC)、总氮(TN)和氨氮(NH₄-N)含量显著降低,硝态氮(NO₃-N)和亚硝态氮(NO₂-N)含量保持在较低水平。可溶性有机氮(SON)含量显著增加。贮藏180天后,原水总氮损失36.1%,NH₄-N含量减少727.6mg/L,SON含量增加202.6mg/L,表明贮藏过程中发生了大量的氮损失和NH₄-N向SON的显著转化。在不同贮藏时间,反硝化和谷氨酸/谷氨酰胺合成的基因丰度最高,异相硝酸盐还原、天冬酰胺合成和厌氧氨氧化的基因丰度中等。反硝化和氨同化基因的高活性(如氨基酸和酰胺的合成)表明SWW贮藏过程中氮转化活跃。     

生物脱氮的研究进展

脱氮是大部分废水处理系统中不可缺少的一环。与物理化学法相比,生物脱氮具有经济有效、操作方便以及无二次污染的优势。综述了各类生物脱氮技术的研究背景、机理及其存在的问题,并作了简单比较。结果表明,全程硝化反硝化应用广泛且稳定可靠。异养硝化-好氧反硝化对碳源需求较高(COD/N10),而短程硝化反硝化可节约大量能源和碳源。厌氧氨氧化脱氮速率高且无外加碳源,但细菌富集和前期启动较为困难。     

自养脱氮工艺有机物去除段与硝化段精确分离的实现与实时控制

为了实现城市污水处理过程中的节能降耗,提出了三段式城市污水自养脱氮工艺,阐述了除有机物SBR在整套工艺中的重要地位,探讨了不同曝气量与污泥浓度条件下,除有机物SBR中有机物的去除特征与规律。结果表明,在不同的曝气量及污泥浓度条件下,COD降解结束前NO₂^--N与NO₃^--N的浓度均低于0.1 mg·L^-1,反应器进入COD难降解阶段后,NO₂^--N与NO₃^--N的浓度快速提高,可以认为在除有机物SBR内有机物的去除和硝化过程是分步进行的,即先进行有机物的去除,而后进行硝化过程。DO曲线与pH曲线的突越点与除有机物过程的终点始终保持一致,可将其作为实时控制参数监测有机物的去除终点,对好氧曝气过程进行实时控制。     

Feammox： 一种新型自养生物脱氮技术

厌氧氨氧化耦合Fe(Ⅲ)还原,即铁氨氧化（Feammox）技术,是近年来新发现的一种以廉价、易得的铁作为微生物电子供体的新型自养生物脱氮技术。该技术具有无需有机碳源、成本低、污泥产量低、不产生温室气体等显著优点,是自然系统和污水处理系统等领域潜在的脱氮途径。本文聚焦于Feammox的产生和发展,详细介绍了该技术的作用机制及其参与反应的主要微生物特征,认为Feammox过程中起主要作用的微生物是一类能驱动氨氧化的铁还原菌;简要分析了pH、温度、溶解氧、有机物及铁源等影响因素;探讨了与FeNiR、Anammox和反硝化等氮损失途径的关系。最后,提出了Feammox仍面临的挑战,展望了未来发展趋势,指出菌的快速富集和分离纯化、控制参数以及与其他脱氮途径之间的相互作用是Feammox未来的研究方向。     

针铁矿促进剩余污泥厌氧消化中的脱氮除碳

剩余污泥厌氧消化因其较低的能源转化率使其发展有所受限,且污泥中高浓度有机质也会影响脱氮效果。理论上,在含铁(Ⅲ)（氢）氧化物的厌氧消化系统中,微生物能通过异化铁还原去除有机物和氨氮（Feammox）,但两者同步去除还有待验证。因此本研究通过向污泥厌氧消化系统中添加针铁矿,探究铁(Ⅲ)（氢）氧化物对同步脱氮除碳的影响。结果显示,随着针铁矿添加量的增加,反应器中有机物浓度逐渐减少。当添加50mmol/L针铁矿时,甲烷累积产量达到695.1mL,相较于没有添加针铁矿的厌氧系统提升了30.3%;TS/VS去除率也提升了21.1%/33.8%,说明针铁矿可有效促进污泥减量化。添加针铁矿的反应器中总氮去除率也有一定提升,当针铁矿添加50mmol/L时,去除率达到21.0%。以上结果表明,添加针铁矿可以在污泥厌氧消化中起到同时脱氮除碳的效果。     

常温下接种回流污泥实现BAF一体化自养脱氮工艺

为实现高氨氮废水的高效低耗稳定去除,在常温条件下,对曝气生物滤池（BAF）中实现与稳定短程硝化-厌氧氨氧化自养脱氮工艺进行了研究。研究结果表明：常温条件下,BAF接种二沉池回流污泥,采用闷曝-连续运行结合的接种挂膜方式,可成功实现短程硝化-厌氧氨氧化一体化自养脱氮。闷曝阶段使种泥活性恢复,而连续流运行过程中游离氨（FA）浓度高,可抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）,实现BAF中亚硝酸盐累积;通过调整BAF回流方式,降低回流液中NO₂^--N,防止NOB生长,并通过厌氧氨氧化（Anammox）滤池出水回流方式,接种微量Anammox菌,运行80 d可实现短程硝化-厌氧氨氧化,140 d后系统运行稳定,总氮（TN）去除率达76.62%。生物滤池有利于短程硝化-厌氧氨氧化工艺的实现与稳定,生物膜中不同厚度存在好氧缺氧环境,利于氨氧化菌（AOB）和Anammox菌共存;滤料的过滤作用有效地防止了Anammox菌流失,使其在系统中不断累积生长。不仅如此,AOB和Anammox菌均为自养菌且生长缓慢,避免了生物滤池的频繁反冲洗,简化了生物滤池的运行。气水比是BAF中一体化运行的关键参数,本研究中最佳的气水比为12：1,氨氮去除负荷达到0.91 kg N·m^-3·d^-1,氨氮和TN去除率分别可达96.86%和85.47%。     

Autotrophic biological nitrogen removal from saline wastewater under low DO

BACKGROUND: This study was conducted to investigate the feasibility and performance of nitrogen removal through the complete autotrophic nitrogen removal over nitrite (CANON) process for saline wastewater in a continuous reactor, and to characterize microorganisms in the sludge from the reactor using DNA‐based techniques. RESULTS: The nitrogen removal experiment in the reactor was operated over five phases for 286 days treating a synthetic sewage of 1.2% salinity at 21–25 °C. At dissolved oxygen (DO) concentrations of 0.5–1.0 mg L^?1 and in the presence of glucose, NO₂^? was accumulated, indicating the activity of ammonia‐oxidizing bacteria (AOB). At DO concentration of 0.5 mg L^?1 without organic substrate, the anaerobic ammonium oxidation (Anammox) process was the major pathway responsible for nitrogen removal, with a total nitrogen removal of 70% and an ammonium conversion efficiency of 96%. A maximum ammonium removal rate of 0.57 kg‐N m^?3 d^?1 was achieved during the experimental period. The concentrations of AOB and Anammox bacteria were monitored over the operation of reactor using quantitative real‐time polymerase chain reaction (qRT‐PCR). CONCLUSION: In this study, autotrophic nitrogen removal process was achieved under salinity condition in a one‐reactor system. An over 100 fold increase of AOB was found due to the increased supply of ammonium at the beginning, then AOB concentration decreased temporarily in correspondence with the decreased DO, and the AOB resumed their concentration at the last phase. The Anammox bacteria abundance was about 150 fold higher than that at the beginning, indicating the successful enrichment of Anammox bacteria in the reactor. Copyright © 2010 Society of Chemical Industry     

Fe2+/Fe3+和Mn2+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Fe²⁺/Fe³⁺和Mn²⁺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,Fe²⁺/Fe³⁺和Mn²⁺均可提高活性污泥中厌氧氨氧化菌（AnAOB）丰度,但由于Fe²⁺/Fe³⁺对氨氧化菌（AOB）也存在一定抑制作用,因此,短期投加Fe²⁺/Fe³⁺条件下,低氧曝气过程中总无机氮去除率为25%,但投加Mn²⁺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Fe²⁺/Fe³⁺条件下,氮素主要通过反硝化作用去除;而投加Mn²⁺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Mn²⁺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。     

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。