间歇曝气实现厌氧氨氧化快速启动的研究

以普通活性污泥为接种污泥,以鲍尔环为生物膜载体,控制温度为30℃,在连续流模式下运行,经过40 d的运行后培养出高效的硝化生物膜。再通过46 d的间歇曝气成功实现了SNAD(simultaneous partial nitrification,Anammox and denitrification)反应器的启动,总氮去除率稳定在90%以上。第85天,反应器通过厌氧氨氧化对TN的容积去除负荷达到了0.537 kg N/(m~3·d)。批式试验结果表明,通过间歇曝气运行,生物膜的厌氧氨氧化活性得到极大的提升,由0.012kg N/(kg VSS·d)增加至0.221 kg N/(kg VSS·d)。第87天开始以连续流模式启动厌氧氨氧化反应器。启动初期反应器的容积去除负荷远低于第85天的效果。经过约30 d的适应期,去除负荷开始稳步提升,在第123天再次达到了0.5 kg N/(m~3·d),成功实现了Anammox反应器的快速启动。并且在第175天,反应器的总氮去除负荷达到了1.53 kg N/(m~3·d)。     

MBR中厌氧氨氧化菌群落结构及膜污染性能研究

采用浸没式厌氧氨氧化膜生物反应器(Amx IMBR)培养厌氧氨氧化菌,当进水氨氮与亚硝态氮浓度均为450 mg/L、氮负荷为0.6 kg/(m~3·d)时,总氮去除率稳定在86%左右,氨氮、亚硝态氮去除率分别稳定在90%、97%以上;氨氮去除量∶亚硝态氮去除量∶硝态氮生成量基本为1∶1∶0.18。Amx IMBR的临界通量为8.63 L/(m~2·h),这与长期运行的结果相符。膜污染的来源主要是紧密型胞外聚合物,其中蛋白质和多糖含量分别为2.42、0.84 g/m~2。运行过程中,厌氧氨氧化菌形态从红棕色颗粒污泥变成了浮游态污泥,是Amx IMBR最显著的特征之一。高通量分析结果显示,浮游态污泥中的优势菌群主要为拟杆菌门(Bacteroidetes,47.83%)、浮霉菌门(Planctomycetes,21.2%)、变形菌门(Proteobacteria,18.85%),其中优势厌氧氨氧化菌属为Candidatus Kuenenia,相对丰度为17.08%。     

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。     

厌氧氨氧化颗粒污泥UASB反应器的快速启动

利用厌氧氨氧化絮状污泥和厌氧颗粒污泥启动厌氧氨氧化颗粒污泥UASB反应器,通过调整进水基质浓度及上升流速培养富集厌氧氨氧化颗粒污泥。反应器经过140 d的运行,成功培养出厌氧氨氧化颗粒污泥,NH4+-N和NO2--N去除率分别达到96. 41%和99. 11%,总氮去除负荷可以达到0. 26 kg/(m3·d),并且ΔNO2--N/ΔNH4+-N和ΔNO3--N/ΔNH4+-N分别为1. 32±0. 02和0. 26±0. 01,符合厌氧氨氧化化学反应计量学规律。反应器启动过程中厌氧颗粒污泥经历了解体、重组,颜色由黑色变为灰色最终变为红色,经过160 d的运行后形成1～3 mm的厌氧氨氧化颗粒污泥。     

硼对厌氧氨氧化反应器启动过程及菌群结构的影响

第二类自诱导物型群体感应是细菌本身能够分泌一种信号分子(AI-2)并感应其浓度,进而调节特定基因表达及控制菌群行为的现象,比如生物膜的形成。硼是AI-2的重要组分,因而通过在厌氧氨氧化反应器启动过程中投加一定量硼酸(0.24 mmol/L),探讨硼对厌氧氨氧化反应器启动及菌群结构的影响。以城市污水处理厂的活性污泥作为反应器接种污泥,并控制pH值和温度分别在7.5～7.7、(34±1)℃,经过154 d运行,总氮去除负荷达到1.77 kgN/(m~3·d),总氮去除率在88.3%左右,高于其他文献报道的相同反应器的总氮去除负荷。Illumina MiSeq高通量测序结果显示,经过154 d的运行,反应器中的优势菌群为浮霉菌门(26.60%)、变形菌门(23.41%)、绿弯菌门(29.81%),其中优势厌氧氨氧化菌为Candidatus Jettenia,占21.07%。     

SNAD-MBBR处理垃圾渗滤液厌氧出水的脱氮研究

利用移动床生物膜反应器(MBBR)对亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)工艺处理垃圾渗滤液厌氧出水的脱氮效果进行了研究。SNAD-MBBR反应器内投加K3填料,控制温度为33～35℃、DO为0. 03～0. 1 mg/L、pH值为7. 5～8. 0、HRT为12 h,试验一共进行了152 d,在进水总氮负荷逐渐增加过程中相应调节曝气量以获得最佳去除效果。结果表明,在该工艺条件下进水总氮负荷为0. 9 kg/(m~3·d)时,TN去除率仍可达88%。当进水总氮负荷继续提高至1 kg/(m~3·d)时,由于进水中的有机物浓度较高以及多种异养好氧菌的繁殖,抑制了亚硝化及厌氧氨氧化过程,致使反应器脱氮效率明显降低,仅为20%左右。     

中试SBBR内厌氧氨氧化的快速启动及微生物特性

采用中试规模的序批式生物膜反应器(SBBR),在温度为25～32℃、pH值=7. 6～8. 3、投加少量厌氧氨氧化(Anammox)菌的条件下,经过120 d的培养,成功启动Anammox工艺。反应器稳定运行期间,对NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为81. 45%和99. 00%,平均总氮去除负荷达0. 41 kgN/(m~3·d)。NH_4~+-N、NO_2~--N去除量与NO_3~--N生成量之比为1∶1. 39∶0. 25,与理论值接近。反应器中以Anammox反应为主导作用并伴有微弱的亚硝酸盐反硝化,Anammox速率达0. 103 kgN/(kgVSS·d)。填料上生物膜的Anammox菌联氨氧化酶活性明显高于反应器中的悬浮污泥,表明填料对Anammox菌具有较好的富集效果。经过驯化培养,SBBR内污泥群落结构及丰度发生明显变化,稳定运行阶段Anammox菌属含量达23. 57%,成为反应器中的优势菌种。     

常温低基质下两种厌氧氨氧化反应器启动特性比较

采用ASBR与生物滤池两种反应器,接种城市污水厂二沉池污泥,以人工配制的低氨氮废水(NH_4~+-N≤30 mg/L、NO_2~--N≤40 mg/L)为进水,维持进水pH值在7. 5～7. 8之间,考察了在常温(20～26℃)、低基质浓度条件下两种反应器的启动特性。结果表明,ASBR反应器在第135天启动成功,生物滤池在第114天启动成功;经过约200 d的运行,ASBR和生物滤池的总氮容积去除负荷分别达到0. 147和0. 570 kgN/(m~3·d)。由此可见,ASBR与生物滤池均可在常温、低基质的条件下成功启动,而生物滤池历时更短,且可通过缩短HRT的方式快速提高总氮容积去除负荷,实现厌氧氨氧化菌的富集,因此生物滤池较ASBR更适合厌氧氨氧化的启动。     

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。     

氮负荷提升方式强化ANAMMOX反应器的性能研究

采用提高基质浓度和缩短水力停留时间两种氮负荷提升方式运行UASB厌氧氨氧化反应器,比较了两种方式对反应器运行性能的影响。试验结果表明,经过300 d的连续运行,对NH~+_4-N、NO~-_2-N、TN的去除率分别为93.09%、95.26%和88.46%,氮容积去除负荷由0.75kg/(m~3·d)升至2.26 kg/(m~3·d)。稳定阶段的化学计量关系ΔNO~-_2-N/ΔNH~+_4-N和ΔNO~-_3-N/ΔNH~+_4-N分别为1.12和0.14,接近理论值,第Ⅲ阶段出水pH值逐渐升高最后趋于稳定,产气量达到1.51 L/(L·d),污泥粒径增至5.0～7.0 mm,沉速提高至(8.94±0.77)cm/s,颗粒化程度高、颜色鲜红,脱氮性能得到强化。相比提高基质浓度,采用低浓度进水并缩短水力停留时间的方式提升氮负荷,能避免基质自身的抑制作用,稳定且较快地强化厌氧氨氧化反应器性能,有利于颗粒污泥的形成。     

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.     

膜生物反应器Anammox的快速启动及其抑制动力学

采用MBR作为强化富集厌氧氨氧化菌的反应器,以氯化铵和亚硝酸盐为进水底物,通过逐步缩短水力停留时间(HRT由24 h降低到4 h),成功实现了厌氧氨氧化的启动。整个驯化过程中,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率均维持在90.0%以上,总氮去除负荷(NRR)最大可达0.49kg/(m~3·d),且NO_2~--N/NH_4~+-N和NO_3~--N/NH_4~+-N值分别维持在1.32和0.26附近,符合厌氧氨氧化化学反应计量学规律;同时在驯化过程中,污泥颜色逐渐由深褐色变成红褐色,SEM结果表明接种污泥以杆状菌为主,驯化结束后则以球状菌为主,且结构紧密。采用成熟厌氧氨氧化污泥进行底物(NH_4~+-N和NO_2~--N)抑制动力学试验,并对试验结果采用Haldane模型进行拟合,获得半饱和常数分别为62.54和78.47 mg/L,抑制动力学常数分别为1 244.12和102.30 mg/L,相关性系数(R~2)分别为0.998 6和0.994 5。     

ANAMMOX过程中污泥膨胀的原因分析及消除办法

在厌氧生物转盘系统中成功培养了ANAMMOX菌及颗粒污泥,实现了厌氧氨氧化的稳定运行.当进水氨氮和亚硝酸盐氮的容积负荷均为0.051 kg/(m3·d)时,系统对两者的去除率分别达到了98.15%和99.56%.为节省能耗,将系统温度由40～41℃降至35℃,2 d后反应器发生了丝状菌污泥膨胀问题,直接表现为对氨氮和亚硝酸盐氮的去除率不断下降;镜检发现污泥结构松散,出现了大量的丝硫菌.试验结果表明,硫酸盐还原菌和丝硫菌发生链式协同作用,导致丝硫菌过量繁殖和污泥流失.通过采取停止向试验进水中投加有机物并同时升温的措施,有效抑制了丝状菌的生长,恢复了ANAMMOX菌的活性.     

高盐度冲击后厌氧氨氧化工艺恢复及运行特性

通过逐步增加UASB反应器进水氮负荷[1.06~1.42 kg/(m³·d)]方式,考察了厌氧氨氧化(Anammox)工艺受到高盐度冲击后的恢复及运行特性。结果表明,经过156 d的运行,NH4+-N、NO2--N、TN去除率及总氮去除负荷(NRR)分别达到97.57%、96.40%、83.90%和1.19kg/(m³·d),这主要归功于Anammox污泥的活性得到了有效恢复[TN的比降解速率由0.131mg/(mgVSS·d)提高到0.302 mg/(mgVSS·d)];随着工艺运行效能的恢复,颗粒污泥的颜色由深褐色变为红褐色,平均粒径也随之增大,粒径>1.5 mm的占比最高,达到了68.25%;此外,胞外聚合物(EPS)含量由96.66 mg/g增大至147.98 mg/g,并且PN/PS值由4.86增大至13.34,厌氧氨氧化工艺可恢复到高效运行状态。     

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。     

中温UASB反应器处理餐厨垃圾废水中试研究

利用一个有效容积为28 m~3的UASB反应器在(35±2)℃条件下进行了餐厨垃圾废水半连续式中温厌氧消化试验。通过增加进料量提高进水容积负荷,使水力停留时间(HRT)由50 d逐步降低至10 d,研究了HRT和进水容积负荷对处理效果的影响。结果表明,在HRT=14 d、进水容积负荷为4.96 kg COD/(m~3·d)时达到最佳运行工况,其容积产气量稳定在2.68 m~3/(m~3·d)左右,产气率达0.66 m~3/kg COD,COD容积去除负荷为4.21 kg COD/(m~3·d)。当HRT为12~35 d时,对COD的去除率稳定在82.59%~87.78%之间,出水VFA/碱度值维持在0.1~0.38之间,表明反应器具有足够的抗酸化缓冲能力,在该HRT范围内均可稳定运行。     

反硝化厌氧甲烷氧化与厌氧氨氧化耦合颗粒污泥脱氮效能

采用改进的升流式厌氧污泥床(UASB)反应器,在温度为30℃条件下,逐渐缩短HRT(水力停留时间)由9.6 d到0.9 d,经过160 d运行,成功培养出反硝化厌氧甲烷氧化与厌氧氨氧化耦合颗粒污泥,采用荧光原位杂交(FISH)分析、16S rRNA分析等方法研究颗粒结构和微生物组成特征。结果表明:耦合颗粒污泥的氨氮和亚硝酸盐的脱除速率分别为588.9和523 mg·L~(-1)·d~(-1),反硝化厌氧甲烷氧化活性达95.2 mg·L~(-1)·d~(-1),出水硝酸盐质量浓度小于40 mg·L~(-1),总氮去除率达92.5%;耦合颗粒污泥平均粒径为0.76 mm,与接种厌氧氨氧化颗粒污泥相比增加了1.46倍;反硝化厌氧甲烷氧化微生物主要位于耦合颗粒污泥外层,厌氧氨氧化菌位于耦合颗粒污泥内部;主要的厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia,主要的反硝化厌氧甲烷氧化细菌为Candidatus Methylomirabilis,反硝化厌氧甲烷氧化古菌为Candidatus Methanoperedens。     

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。     

聚氨酯生物膜反应器的厌氧氨氧化研究

以模拟高氨氮废水为进水,在聚氨酯填料生物膜反应器中实现厌氧氨氧化,考察了其脱氮性能。在运行稳定期,系统对氨氮、亚硝酸盐氮和总氮的去除率分别达到90.1%、89.3%和85.5%;总氮负荷最高达到17.6 kg/(m3·d)。进水亚硝酸盐氮浓度达到271.2~314.0 mg/L时会抑制厌氧氨氧化菌活性,影响厌氧氨氧化反应。进出水pH值的差值可以反映系统的脱氮效果,相对于进水pH值,出水pH值越高,说明系统的脱氮效果越好。应用电子显微镜和扫描电镜观察生物膜的形态,反应器底部生物膜颜色较浅,呈黄褐色,以丝状菌和长杆菌为主,而顶部生物膜颜色较深,呈棕红色,以短杆菌和球菌为主。     

电气石对厌氧氨氧化菌及厌氧氨氧化反应的影响

以模拟高氨氮废水为进水,研究了电气石对水溶液p H值、厌氧氨氧化菌活性及厌氧氨氧化反应动力学的影响。结果表明:电气石可有效调节水体p H值至弱碱性,并提高厌氧氨氧化菌的脱氢酶活性,当电气石投加量达到5 g/L时,AMX脱氢酶活性提高到0.68 mg TF/(L·h),较未投加电气石的对照组提高了65.85%。通过改变培养基的p H值发现,在电气石作用下,厌氧氨氧化菌活性不受p H值的影响,亚硝酸盐的vmax由1.16 kg N/(kg VSS·d)提高到2.16 kg N/(kg VSS·d),提高了86.2%;氨氮的vmax由0.92 kg N/(kg VSS·d)提高到1.85 kg N/(kg VSS·d)。亚硝酸盐和氨氮对厌氧氨氧化反应的KI也分别由6.52和376.51 mmol/L提高到54.02、835.32mmol/L。