不同污泥龄厌氧氨氧化菌的脱氮效能及其动力学特性

为研究不同污泥龄(SRT)条件下厌氧氨氧化菌的脱氮效能和动力学特性,采用一组SBR反应器研究梯度降低污泥龄过程中系统的NO2--N去除负荷(Nr)和NO2--N污泥负荷(Ns),并对各阶段厌氧氨氧化过程动力学特性进行分析.结果表明,污泥龄由21 d梯度降低到12 d,Nr由0.590 kg/(m3·d)降低到0.493 kg/(m3·d),单位MLVSS Ns由0.178 kg/(kg·d)提升到0.297 kg/(kg·d),系统整体的脱氮性能有所下降,但单位质量的厌氧氨氧化菌脱氮效率显著提升;采用莫诺(Monod)模型可以较好地模拟不同污泥龄运行阶段厌氧氨氧化菌的动力学行为,动力学分析表明,随着污泥龄的降低,NO2--N的最大比降解速率vmax由0.406 d-1提高到0.826 d-1,半饱和常数Ks由23.3 mg/L增加到95.3 mg/L,梯度降低污泥龄能够筛选纯化生长速率较快的厌氧氨氧化菌菌种,提升NO2--N的最大比降解速率,但厌氧氨氧化菌对底物的亲和性会逐渐变差,稳定性降低.     

微氧条件下培养AOB-Anammox颗粒污泥

采用絮状硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥为接种污泥,利用膨胀颗粒污泥床反应器,在微氧曝气条件下,培养自养脱氮(氨氧化AOB-厌氧氨氧化Anammox)颗粒污泥.在无机高氨氮进水条件下,维持反应器运行58 d,成功培养出AOB-Anammox颗粒污泥.在模拟生活污水条件下,颗粒污泥脱氮效果稳定,氨氮和总氮去除率最高可达92.3%、71.2%,平均总氮去除负荷达1.237 kg·N/(m~3·d).SEM及FISH结果表明:AOB-Anammox颗粒污泥微生物组成以2种菌群为主,AOB细菌密集排布于颗粒污泥表面,Anammox细菌均匀分布在颗粒污泥内部.     

无纺滤布生物膜反应器对厌氧氨氧化脱氮负荷提高的实现

采用无纺滤布生物膜反应器,研究了厌氧氨氧化工艺脱氮负荷提高的可行性.研究结果表明,封存污泥经过15 d培养,可成功实现厌氧氨氧化活性恢复,氨氮去除率可以指示活性恢复程度.厌氧氨氧化无纺滤布ASBR反应器具有较高的脱氮潜能,试验阶段氮容积去除负荷最高可以达到2.06 kg/(m3·d).     

电气石对厌氧氨氧化菌驯化与反应器启动的影响

为了研究电气石对厌氧氨氧化菌驯化过程的影响,采用2个平行的连续搅拌式生物反应器,其中一个添加电气石(记为R1),另一个未添加电气石作为空白对照(记为R2).2个反应器均在第23天观察到显著的NH_4~+-N和NO_2~--N同时去除,即表现出厌氧氨氧化活性.添加电气石反应器R2的污泥适应期比对照反应器R1缩短42 d(R2为12 d,R1为54 d),且最高氮负荷达到205.0mg/(L·d),比对照表现出更好的耐负荷冲击能力.此外,电气石可以调控pH和氧化还原电位使其保持在厌氧氨氧化菌适合范围内,为驯化提供稳定环境.厌氧氨氧化活性批式实验显示,添加电气石驯化得到的菌体的SAA最高比对照增加48.8%,微生物胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)检测结果显示,添加电气石反应器R2的多糖、蛋白质和总EPS分别比对照反应器R1增加7.6%、86.7%和43.8%,说明电气石可以促进微生物生长代谢,提高厌氧氨氧化反应活性.粒径与扫描电子显微镜检测说明:电气石并不利于污泥颗粒化,而是大部分污泥与电气石分散生长.谱系分析说明:驯化过程中,微生物组成由接种活性污泥中大量杆菌与丝状菌逐渐演变,筛选出如反硝化菌、亚硝化菌等功能菌种.     

亚硝化颗粒污泥系统中氮损失特性分析

对亚硝化颗粒污泥系统在启动和运行过程中氮的损失特性进行了考察.结果表明,当进水氨氮容积负荷为1.2 kg/(m3·d)时,系统氮损失率保持在20％左右,而且在第45～58天期间氮损失率有上升趋势.分析认为氮的损失主要归因于发生在颗粒污泥内部的反硝化过程,而氨氮吹脱、厌氧氨氧化等对其贡献微弱.随着颗粒污泥粒径的逐渐增长和结构的愈加密实,反硝化效果不断增强.另外,亚硝化颗粒污泥系统具有良好的COD去除效果,COD容积负荷为2.4 kg/(m3·d)时,COD去除率稳定在70％左右.COD好氧降解量的减少被增强的缺氧降解过程(反硝化)所弥补.     

有机碳源对厌氧氨氧化污泥颗粒化的影响

为探究有机碳源对厌氧氨氧化(Anammox)污泥颗粒形成的影响,采用两组平行的SBR,通过改变进水中有机碳源的质量浓度进行研究.结果表明:适量的有机碳源(130 mg/L)可通过提高反应器中的胞外聚合物(EPS)含量从而加速颗粒污泥的形成,提高污泥的沉降性能.添加与不添加有机碳源的两组反应器分别于28和35 d颗粒化成功,平均颗粒粒径分别达450和409μm.过量有机碳源( 230 mg/L)会使污泥出现解体,粒径减小,污泥的沉降性能明显变差.当有机碳源小于110 mg/L时,可通过反硝化作用促进厌氧氨氧化反应从而提高脱氮效率;但是当有机碳源质量浓度大于110 mg/L时,会抑制厌氧氨氧化反应,并降低脱氮效率.在厌氧氨氧化工艺实际运行中,应避免有机物质量浓度超过110 mg/L.     

低氨氮条件下厌氧氨氧化生物滤池快速启动

在14.2~23.9℃下,将厌氧氨氧化(ANAMMOX)菌颗粒污泥接种于火山岩填料生物滤池,以期缩短其启动时间.启动初期,当进水ρ(NH4+-N)=70 mg/L、ρ(NO2--N)=90 mg/L时,TN去除负荷为0.12 kg/(m3.d);自启动第105天,TN去除负荷达到2.22 kg/(m3.d),实现了厌氧氨氧化生物滤池的快速启动.结果表明,根据氮气产量、生物膜表观颜色、脱氮速率和pH值的变化,可将启动过程分为ANAMMOX菌的驯化与快速扩增2个阶段.     

半短程硝化-厌氧氨氧化处理污泥消化液的脱氮研究

采用实验室规模的半短程硝化-厌氧氨氧化联合工艺,研究了对高氨氮、低ρ(C)/ρ(N)污泥消化液的处理能力.结果表明,在A/O反应器中,短程硝化在温度9～20℃、平均ρDO=5.4 mg/L、SRT值为30 d左右时,进水氨氮负荷0.64 kg/(m3.d)的条件下,经过29 d得以实现,通过控制游离氨ρFA>4 mg/L时,此后,从30—96 d,出水亚硝氮累积率维持在70%左右;短程硝化实现之后,进而实现了半短程硝化,出水氨氮与亚硝氮浓度比维持在1∶1.32左右;采用UASB反应器,接种由好氧颗粒污泥、厌氧颗粒污泥、氧化沟活性污泥及短程硝化活性污泥组成的混合污泥,在避光、厌氧、(30±0.2)℃、pH=7.3～7.9条件下,以污泥消化液经短程硝化处理后的出水为进水,初期进水氨氮、亚硝氮容积负荷分别为0.07、0.10kg/(m3.d),经过24d运行,氨氮和亚硝氮开始出现同步去除现象,195 d时总氮去除负荷达1.03 kg/(m3.d);待半短程硝化运行稳定和厌氧氨氧化反应成功启动后,将二者联立并运行了105 d,最终总氮去除率达到70%.     

生物转盘中厌氧氨氧化污泥特性及菌种的初步鉴定试验研究

对厌氧生物转盘系统中具有厌氧氨氧化功能的污泥进行生物特性及分子生物学的初步鉴定试验研究.结果表明:污泥呈砖红色,系统中除附着在盘片上的生物膜外,槽间还存在颗粒污泥及少量絮体;镜检发现细菌主要为短杆状和球状两种形态,革兰氏阴性;SEM发现颗粒污泥多孔隙,颗粒和生物膜表面荚膜包围有球菌;间歇试验表明最大氨氧化速率为0.210 kg NH+4-N·kg-1VSS·d-1,总氮污泥去除负荷达0.311 kg TN·kg-1VSS·d-1;用厌氧氨氧化菌特异性引物进行PCR扩增,琼脂糖凝胶电泳显示清晰的特异性条带;核酸序列经测序及BLAST功能比对、进一步构建进化树表明该细菌与已报道的厌氧氨氧化菌Candidatus Kuenenia stuttgartiensis同属,与其基因序列相似性为100%,初步鉴定了其种属.     

不同搅拌方式对厌氧氨氧化污泥复壮及运行影响

为研究在常温(21±1)℃条件下不同搅拌方式对于厌氧氨氧化污泥复壮及运行影响,采用3组反应器(R1、R2、R3)搅拌方式分别为连续搅拌、间歇搅拌、间歇搅拌方式(R2、R3转速不同),对系统复壮及运行过程的脱氮性能、颗粒污泥性能等进行分析.结果表明,R1、R2、R3分别用10,2,2 d的时间氨氮、亚硝酸盐氮去除率接近100%,R2、R3的厌氧氨氧化速率更高,更适合厌氧氨氧化菌生长;周期实验结果可知,间歇搅拌方式形成的水流流化状态较弱,使反应器呈较低溶解氧的时间较长,更易抑制AOB活性,从而提高厌氧氨氧化菌活性;R1系统提供剪切力大,且持续与基质溶液接触,产生EPS多,稳定运行时期末,R1、R2、R3的颗粒污泥平均粒径为723,675,649μm.     

低温厌氧氨氧化生物滤池群落结构分析

为了解低温(150～165 ℃)稳定运行的厌氧氨氧化生物滤池微生物特征,利用扫描电镜(SEM)、变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)和克隆测序等方法,对低温稳定运行的两个上流式厌氧氨氧化生物滤池进行微生物群落结构分析．SEM结果显示,陶粒填料反应器(B1)内丝状菌较多,球形细菌分布密度较低,而火山岩填料反应器(B2)没有发现丝状菌,球形细菌分布密集．DGGE结果表明,B1与B2反应器微生物种类有所差别,种群相似性为681％,B2反应器内细菌丰度更高,但两反应器内厌氧氨氧化细菌种类相同．通过细菌及ANAMMOX菌16S rRNA克隆测序,鉴定反应器内厌氧氨氧化细菌为Candidatus Kuenenia stuttgartiensis．采用火山岩填料生物滤池反应器形式,并富集Candidatus Kuenenia stuttgartiensis,有助于厌氧氨氧化工艺在较低温度(150～165 ℃)条件下稳定运行和推广应用．     

厌氧氨氧化细菌的分子生物学鉴定

采用分子生物学方法从厌氧氨氧化污泥中提取细菌总DNA,使用特异性引物进行PCR扩增。扩增产物经过克隆、测序后,得到厌氧氨氧化菌部分16S rDNA序列(长度为838 bp)。将得到的序列构建系统发育树进行分析。结果表明,厌氧氨氧化污泥中的厌氧氨氧化细菌与Anaerobic Ammonium-Oxidizing Planctomycete(AJ131819)细菌在进化上关系最近,并将该类细菌暂命名为Anaerobic Ammonium-Oxidizing Planctomycete ASBBR Gene。     

厌氧氨氧化菌群体感应机制

厌氧氨氧化反应是指厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐为电子受体将氨氮转化为氮气的过程.厌氧氨氧化因其低耗高效的脱氮方式成为污水处理领域最具前景的污水脱氮工艺.群体感应是一种微生物中普遍存在的通讯机制,能根据环境中的细胞密度控制一些基因的表达.厌氧氨氧化菌在生长过程中具有自我聚集和活性突越等现象,这说明群体感应系统在厌氧氨氧化菌代谢过程中起到非常关键的作用.对近年来有关厌氧氨氧化菌群体感应机制的研究进展进行了综述,为今后将厌氧氨氧化工艺应用于实际污水处理提供理论基础.     

常温条件下厌氧氨氧化生物滤池影响因素

为了推动厌氧氨氧化(ANAMMOX)在城市污水处理中的工程化应用,在常温条件下,采用生物滤池反应器,分别考察了硝酸盐、磷酸盐、氨盐和亚硝酸盐对ANAMMOX运行效能的影响.试验结果表明:当进水NO3--N质量浓度提高至约500mg/L时,不会对总氮去除负荷产生明显的影响;而当进水总磷质量浓度大于10mg/L时,总氮去除负荷下降明显,停止投加磷酸盐后,总氮去除负荷可以得到恢复;适当提高NH4+-N和NO2--N的浓度,有利于总氮去除负荷的提高.可见常温条件下,硝酸盐对于低氨氮城市污水ANAMMOX生物滤池的脱氮活性基本不存在影响.而正磷酸盐浓度负荷对于ANAMMOX反应具有一定的影响,且进水磷酸盐浓度的提高对常温低氨氮城市污水ANAMMOX反应存在可逆性抑制作用.     

Treating leachate mixture with anaerobic ammonium oxidation technology

Large amounts of ammonium and a low content of biodegradable chemical oxygen demand（COD） are contained in leachate from aged landfills, together with the effluent containing high concentration of nitric nitrogen after biochemical treatment. Treatment effect of anaerobic ammonium oxidation （anammox） process on the mixture of the leachate and its biochemical effluent was investigated. The results show that the average removal efficiencies of ammonium, nitric nitrogen and total nitrogen are 87.51%, 74.95% and 79.59%, respectively, corresponding to the average ratio of removed nitric nitrogen to ammonium, i.e. 1.14 during the steady phase of anammox activity. The mean removal efficiency of COD is only 24.01% during the experimental period. Thc,dcmand of total phosphorous for the anammox process is unobvious. Especially, the alkalinity and pH value of the effluent are close to those of the inftuent during the steady phase of anammox activity. In addition, it is demonstrated that the status of the anammox bioreactor can be indicated by the alkalinity and pH value during the course of the experiment. The anammox bioreactor has shown potential for nitrogen removal in the leachate mixture. However, COD and total phosphorous in the leachate mixture need further treatment for removal efficiencies of COD and total phosphorous are not good in the anammox bioreactor.     

厌氧氨氧化工艺处理高盐含氮废水的研究

厌氧氨氧化工艺处理高盐含氮废水,需要使用恰当的方法,在保持细菌抗盐性的同时,使其具有高的活性.试验研究了菊花状无纺布载体的生物膜性能,测试了氨氮除去效果、亚硝酸氮除去效果、总氮除去效果、总氮负荷.结果表明,在高盐废水的条件下,微生物的脱氮负荷可达到1.32 kg-N/m3/d.     

Effect of substrate concentration on stability of anammox biofilm reactors

Ammonium and nitrite are two substrates of anammox bacteria, but they are also inhibitors under high concentrations. The performance of two anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) upflow biofilm (UBF) reactors was investigated. The results show that anammox UBFs become unstable under nitrogen loading rate (NLR) applied higher than 1.0 g/(L·d). The consumptions of acidity in the anammox reaction lead to the increase of pH, which is as high as 8.70–9.05. Free nitrous acid concentration is accompanied to be lower than the affinity constant of anammox bacteria, and then starvation effect appears. Moreover, free ammonia concentration increases to 57–178 mg/L, resulting in inhibitory effect on the anammox bacteria. Both negative effects contribute to the instability of the anammox bioreactors.     

低基质质量浓度条件下ANAMMOX生物滤池脱氮效果研究

研究了在低基质质量浓度条件下ANAMMOX生物滤池的脱氮效果.试验结果显示,NH_4~+-N的质量浓度在10～25 mg/L时,厌氧氨氧化滤池具有很高的基质去除率,NH_4~+-N的平均去除率为93.07%,NO_2~--N的平均去除率为82.23%,NO_2~--N与NH_4~+-N适宜的配比值为1.34,生物滤池脱氮高效段的滤池深度为0～60 cm.     

热冲击法实现包埋活性污泥稳定亚硝化

亚硝化是一种节能的工艺,在处理高氨氮质量浓度和低Ｃ/Ｎ比污水时具有较高的可行性。本研究通过热冲击的方式处理包埋活性污泥,成功实现了NO2--N的积累。研究中发现,在60℃温度下热冲击10min,亚硝酸盐氧化菌(Nitrite oxidizing bacteria,NOB)活性就将完全消失,而氨氧化菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)仍有一定活性。PCR-DGGE发现,热冲击后包埋颗粒内残留的NOB主要是Candidatus Nitrospira defluvii,只有当生物量达到一定值后时才能显现出硝化性能。研究还对60℃和70℃热冲击后的包埋颗粒进行了连续流实验,发现热冲击后的包埋颗粒均能维持稳定的亚硝化,但温度越高,达到亚硝化所需的时间越长。在维持65d的稳定亚硝化后,反应器内开始出现NO3--N积累,重新对包埋颗粒进行热冲击,反应器可以再次实现稳定的亚硝化。