好氧反硝化在短程硝化反硝化工艺中的作用研究

采用SBR反应器处理垃圾渗滤液，研究了短程硝化反硝化过程中好氧反硝化的作用。结果表明，SBR反应器的亚硝化效果良好，氨氮几乎完全被氧化为NO2^- -N；该系统的活性污泥中同时存在能还原NO3^- -N和NO2^- -N的好氧反硝化菌，还原NO3^- -N的好氧反硝化菌和氨氧化菌的数量及其总活性高于NO2^- -N氧化菌，这是SBR反应器能够长期维持亚硝化状态的重要原因；有机物浓度越高则好氧反硝化速率越快，此时氨氮均被氧化为NO2^- -N，当有机物浓度达到某临界值时，好氧反硝化速率几乎保持不变；溶解氧浓度越低则好氧反硝化速率越快，释放出的OH^-会导致pH值升高。好氧反硝化对于维持和促进SBR反应器的短程硝化反硝化具有重要的作用。     

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。     

厌氧氨氧化与反硝化的协同作用特性研究

在已稳定运行7个月的自养脱硫反硝化反应器中成功富集厌氧氨氧化菌后,利用反硝化菌的不完全反硝化作用为厌氧氨氧化菌提供NO2--N。以NH4+-N、NO3--N和有机物为基质,研究厌氧氨氧化与反硝化的协同作用,并探讨了其最适协同作用条件。反应器的有效容积为2L,遮光放置,通过恒温水浴维持反应器内温度为(33±0.5)℃,并投加活性炭作为填料。结果表明,厌氧氨氧化菌能与反硝化菌共存,反应器可实现厌氧氨氧化与反硝化的协同作用,且最适协同作用条件是:COD/TN=1.46、pH=7.55。     

硝化菌在不同载体中的富集效率研究

利用MBBR型、纤维球、细菌球三种载体在污水厂生化池中进行硝化菌群的富集,通过测定反应活性速率及微生物多样性对载体富集硝化菌群进行研究。结果表明,三种载体均在富集30 d左右时效果最佳。此时,细菌球载体富集硝化菌群中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的反应比速率分别达到了2.72、1.68 mg/(gVSS·h),通常作为限制性因素的AOB比速率相较于活性污泥提高了42.41%;且载体中富集的AOB/NOB值最高可达2.10,相较于活性污泥(AOB/NOB值约为1),载体选择性富集了更多的AOB。因此,按50%的填充体积投加细菌球挂膜载体,其AOB和NOB的反应比速率可分别提高71.2%和44.7%。高通量测序结果表明,细菌球载体中硝化菌数量占比高达7.40%,为活性污泥中硝化菌含量的2.1倍。另外,菌群种属分析结果表明,载体生物膜中的菌群比活性污泥更加多样化,增加了系统的稳定性和抗冲击性。     

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。     

进水负荷对硝化菌与异养菌竞争关系的影响

为优化反应器的脱氮设计，就水力负荷、温度对二级上向流曝气生物滤池内微生物种群结构的影响进行了研究。试验结果表明，在生物膜培养阶段，温度对氨氯氧化的影响要大于对COD降解的影响；较高的COD负荷会导致第一级反应器内的硝化点上移，第二级反应器的硝化速率固受第一级反应器出水残余有机物的影响而下降。在第二级反应器内氨氮的硝化速率明显加快，显示了单独驯化的硝化滤柱在氧化氨氮上的优势。在不同的进水COD负荷下，氨氧化菌与硝化菌的活性均有沿柱高逐渐增加的趋势，且当负荷较高时，不同高度处的氨氧化菌活性大多高于硝化菌的。异养菌的活性变化表明，生长较快的异养菌通常占据了反应器的进口区。     

冬季活性炭层上微生物的硝化性能研究

为解析工艺运行过程中氨氧化能力和硝化能力变化的原因,研究了冬季活性炭层上微生物的硝化性能。结果表明,在冬季,当有机碳浓度不高、溶解氧充足时,活性炭层对氨氮的去除率达到34%,0.3、0.8、1.3、1.6 m处(自上而下)的炭层对氨氮的平均去除率分别为5.2%、8.3%、11.5%、8.8%。不同活性炭层上的生物量差别不是太大,均值为17.1×108个E.coli/g活性炭。亚硝化菌、硝化菌占细菌总数的比例较大,已成为优势种群。     

滤料中微生物活性控制氨氮和亚硝酸盐氮的研究

通过测定滤料中微生物的比耗氧呼吸速率,对比4个不同生物滤池中异养菌、亚硝酸盐氧化菌和氨氧化细菌的活性及去除水中氨氮和亚硝酸盐氮的效果。结果表明,炭砂滤池异养菌、亚硝酸盐氧化菌和氨氧化细菌的平均比好氧呼吸速率分别是2.28mg/(L·g·h)、1.46mg/(L·g·h)和0.89mg/(L·g·h),活性无烟煤滤池的异养菌、亚硝酸盐氧化菌和氨氧化细菌的平均比好氧呼吸速率分别是0.86mg/(L·g·h)、2.00 mg/(L·g·h)和2.93mg/(L·g·h)。炭砂滤池对亚硝酸盐氮和氨氮平均去除率分别是87.02%和37.32%,活性无烟煤对亚硝酸盐氮和氨氮平均去除率分别是87.02%和42.76%。炭砂滤池主要以异养菌作用为主,活性无烟煤滤池以亚硝酸盐氧化菌和氨氧化细菌作用为主,控制氨氮及亚硝酸盐氮比炭砂滤池的效果显著。     

游离氨对硝化菌活性的短期抑制影响试验研究

采用SBR反应器,在不同游离氨(FA)浓度梯度结合限时曝气条件下,考察了FA对全程硝化活性污泥(CNAS)和短程硝化活性污泥(PNAS)的抑制特性。结果表明,当FA浓度介于2.5~197.2 mg/L时,CNAS和PNAS系统内均可发生较好的硝化作用,氨氧化速率(AOR)均维持在较高水平,表明氨氧化菌(AOB)活性未受到抑制。但对于CNAS系统,当FA浓度达到137.6~168.4 mg/L时,亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性受到完全抑制。此外,CNAS和PNAS的比氨氧化速率(SAOR)与FA浓度之间总体上呈现出指数增长关系,仅在反应的初始阶段,CNAS的SAOR表现出略微降低的适应过程。相对于CNAS,PNAS具有更强的抵抗FA抑制的能力。     

流式细胞仪测定一氯胺对给水管网中氨氧化菌的消毒特性

给水管网中氨氧化菌的生长是造成氯胺消毒给水管网硝化作用的一个根本原因,研究一氯胺对氨氧化菌的消毒灭活特性,对于控制氨氧化菌的生长从而控制硝化作用具有重要意义。运用流式细胞仪结合荧光染色的方法研究了一氯胺消毒作用下,温度、pH和有机物等水质因素对氨氧化菌消毒效果的影响并以消毒动力学模型对消毒特性进行总结。结果表明,一氯胺对氨氧化菌的消毒灭活效果随着温度的上升而提高,35℃时一氯胺灭活氨氧化菌的Ct3log比8℃时减少了54%;一氯胺对氨氧化菌的消毒灭活效果随着pH的下降而提高,pH=6.0时的Ct3log比pH=8.7时减少了67%;大分子有机物腐殖酸对一氯胺的消耗大于小分子有机物甘氨酸;在及时补充消毒剂的情况下,这两种有机物对一氯胺灭活氨氧化菌的影响较小,Ct3log变化幅度均在5%以内。根据流式检测结果探究了一氯胺对氨氧化菌的消毒灭活机理,结果表明一氯胺对细菌的灭活是一个缓慢的过程,且其对细菌细胞膜的破坏力较弱,不能迅速彻底地破坏细菌细胞膜从而使之失活。