自养硝化颗粒污泥培养过程及微观特征

采用SBR以成熟好氧颗粒污泥和絮状活性污泥为接种污泥以期快速培养自养硝化颗粒污泥.实验结果表明,加入成熟好氧颗粒污泥有利于硝化颗粒污泥的快速形成和SBR启动,好氧颗粒污泥可以为硝化细菌提供附着载体,在反应器内快速培养具有良好氨氮转化效果的自养硝化颗粒污泥.EPS对自养硝化颗粒污泥的形成和聚集具有重要作用,TB-EPS蛋白质多糖含量最高,分别达到192.197、59.380mg/g vss,表明自养硝化颗粒污泥最核心的TB-EPS层微生物间交流密集,TB-EPS在自养硝化颗粒污泥形成过程中发挥重要作用.疏水性的色氨酸和酪氨酸达到70%有利于为SMP-EPS和LB-EPS提供较多的疏水性吸附位点,从而增强污泥间的粘附性并促进自养硝化颗粒污泥的形成.TB-EPS中腐殖酸和可溶性微生物代谢物占比增多有利于增强自养硝化颗粒污泥的絮凝能力.谷氨酸作为碳和氮代谢之间的交叉点其占比达到11.18%~13.64%,是生物机体内氮代谢的基本氨基酸,脯氨酸含量的增加有助于维持膜结构的稳定性.自养硝化颗粒污泥酰胺Ⅰ区的蛋白质二级结构α-螺旋、β-转角和反向β-折叠等聚集有利结构远高于聚集不利结构,表明培养过程中自养硝化颗粒污泥的稳定性增强.

限氧自养硝化-反硝化生物脱氮新技术

限氧自养硝化 反硝化是部分硝化与厌氧氨氧化相耦联的生物脱氮反应过程 ,通过严格控制溶解氧在 0 .1～ 0 .3mg·L-1,实现硝化反应控制在亚硝酸阶段 ,然后以硝化阶段剩余的NH4+作为电子供体 ,在厌氧条件下实现反硝化 .该反应过程是完全的自养硝化 反硝化过程 ,具有能耗低、脱氮效率高、反应系统占地面积小等优点 ,适用于处理COD/NH4+ N低的废水 ,是一种非常有应用前景的生物脱氮技术 .文中详细介绍了限氧自养硝化 反硝化生物脱氮反应过程的研究进展 。

高温自养硝化反硝化工艺研究

利用筛选的耐高温亚硝化单胞菌结合适量的市政污水厂活性污泥,通过逐步提高温度进行曝气、驯化、挂膜,获得能够在38～47℃条件具有高氨氧化活性的硝化生物膜,在进水氨浓度120～180mg/L,氨氧化率达到90%～99.9%;将该生物膜回复常温硝化,显示其氨氧化活性较差,氨氧化率仅35%～70%.对其氨氧化产物分析发现,低于43℃时被氧化的氨氮为117～143mg/L,亚硝酸盐和硝酸盐积累较高,总浓度在115～135mg/L;但随着温度升高至44～45℃,亚硝酸盐积累显著下降到5.6～27.9mg/L,NO3--N低于2mg/L;至47℃稳定运行期间,NO2--N维持在10mg/L以下,NO3--N在2mg/L以下.对反应器中消耗的碱度的分析表明,当温度从43℃逐渐升高时,碱度消耗明显下降,由7.16～9.14mg(CaCO3)/mg(NH4+-N)降至4.08～5.19mg(CaCO3)/mg(NH4+-N).结合大量的NH4+-N被氧化且氨氧化产物中又只有少量的NO2--N和NO3--N,以及碱度消耗明显下降的特征,推测在高温条件下发生了自养硝化反硝化脱氮现象.

生物膜内自养硝化菌与异养菌竞争关系的研究进展

生物膜工艺作为一种高效的生物除碳脱氮技术,近20年来被广泛应用于工业废水和城市生活污水的生物处理。但在实际污水处理过程中,生物膜系统往往会出现脱氮效果不稳定的情况。目前大量的研究工作主要集中在系统的处理效率、生物膜形成、流体力学、传质以及反应动力学特性等方面。而生物膜内微生物之间的竞争关系直接影响到生物膜的形态、稳定性以及转化效率。本文针对生膜工艺及其影响因素对生物膜中自养硝化菌和异养菌竞争的研究进展进行了综述,并提出了值得进一步研究的内容。

限制自养硝化反硝化工艺脱氮机制及强化研究进展

限制自养硝化反硝化(OLAND)工艺是短程硝化和厌氧氨氧化相耦合的生物脱氮工艺,与传统的生物脱氮相比,能耗低,反应时间短,污泥产量少,不需投加碳源,脱氮效率高,在较低温度下仍可正常运行,在技术研究和开发上具有良好的潜力和经济价值。基于OLAND工艺原理,从微观上分析了工艺中微生物的种类、分布及特性,从宏观上探讨了溶解氧质量浓度、底物质量浓度、p H值及温度等对OLAND脱氮过程的影响,并从提高厌氧氨氧化脱氮效率入手,讨论了添加物(竹炭、二氧化锰、铁离子等)、菌种流加技术等对工艺的强化作用。指出多因子协作及其作用机制、OLAND脱氮效率的强化措施及机制研究是今后OLAND工艺研究的重点。

自养硝化过程去除循环水养殖系统水体中氨氮的研究进展

氨氮是养殖水体主要的控制指标,自养硝化过程将水体中的氨氮经亚硝酸盐转化成硝酸盐,是水体中氨氮最常见的一种转化途径,也是循环水养殖系统中常用的氨氮控制方式。根据国内外关于循环水养殖水体中自养硝化过程的研究报道,结合养殖水体特征,分析了利用固定膜式自养硝化过程控制养殖水体氨氮的优势和劣势、水产养殖过程中影响自养硝化效率的因素以及在实际使用过程中的注意事项,对自养硝化过程的建立进行重点介绍,为实际应用提供参考。

自养硝化颗粒污泥的异养反硝化性能研究

文章研究了自养硝化颗粒污泥(ANGS)的异养反硝化性能,通过单因素试验确定ANGS对总无机氮(TIN)去除率的影响,确定响应曲面各因素变量的取值范围。利用响应曲面法和Box-Behnken Design(BBD)方法设计试验,研究各因素变量和TIN去除率之间的关系,并探索最佳工艺组合。各个因素对TIN去除的显著性影响顺序是:外投碳源浓度(COD浓度)>污泥浓度>反应时间>搅拌速率,时间和搅拌速率、COD浓度和搅拌速率、COD浓度和污泥浓度、污泥浓度和搅拌速率的交互作用较显著。得出最佳运行参数为:反应时间2.868 h、COD浓度320 mg/L、搅拌速率202 r/min和污泥浓度6000 mg/L,预测TIN的去除率响应值为20.5%。

交替曝气模式下自养硝化颗粒污泥的脱氮性能

研究了自养硝化颗粒污泥(ANGS)对无机高氨氮废水的脱氮效果。在360 min的反应过程中,除氨氮去除率外,交替曝气模式下的亚硝酸盐积累率、总无机氮(TIN)去除率与同步硝化反硝化率均好于全程曝气。A/O模式下的氨氮去除率(31.25%~61.29%)、亚硝酸盐积累率(52.68%~57.84%)、TIN去除率(5.72%~24.28%)和同步硝化反硝化率(17.16%~39.62%)均明显低于O/A模式(分别为73.29%~99.18%、62.68%~100%、33.63%~52.12%和37.02%~57.22%)。。曝气180 min、搅拌180 min的模式下脱氮效率最高(52.12%),表明ANGS具有一定的内源反硝化的能力。相比于全程曝气模式,各交替曝气模式可节省曝气能耗29.17%~58.33%。

自养硝化颗粒污泥吸附铅离子机理研究

为高效去除无机废水中铅离子,利用Langmuir方程、准一级动力学和准二级动力学拟合自养硝化颗粒污泥(ANGS)对铅离子的吸附过程,再对吸附前后的ANGS进行FTIR、XPS及XRD表征,探究ANGS吸附铅离子的吸附机理。Langmuir方程的R2=0.9984,最大吸附容量为39.84 mg/g,即吸附过程属于单分子层吸附。用准一级动力学和准二级动力学模型拟合计算ANGS对铅离子的吸附速率,R^(2)分别为0.9699和0.9995,但拟二级动力学模型计算出的平衡吸附量更接近实测值(误差为5.01%),表明ANGS对铅离子吸附过程中的控制步骤为化学吸附。吸附前后ANGS的结构和形貌无明显变化,ANGS吸附铅离子的机理为离子交换、静电吸附和表面络合。

自养硝化颗粒污泥原位储存及恢复

文中探索了自养硝化颗粒污泥(ANGS)的原位储存及恢复效果。观察发现,储存4个月的ANGS保持了较好的颗粒形态,未出现明显的解体现象,但颗粒内部变成黑色;储存过程中ANGS的主要理化特性下降明显,MLSS下降了20.3%,SOUR下降了71.3%。通过投加外源硝化细菌促进原SBR中ANGS的恢复,观察到ANGS颜色快速转变为褐色,16 d后的氨氮去除率超过90%,30 d后污泥量(3800 mg/L)和污泥SVI(25 mL/g)恢复至储存前水平,颗粒中活性成分较高(MLVSS/MLSS>0.95),形态饱满,平均粒径维持在0.9 mm。常温原位储存ANGS不仅操作方便和节省空间,而且能在短时间内恢复稳定,为ANGS反应器的稳定性维持提供了一种新思路。

自养硝化颗粒污泥吸附铅离子的性能

稀土冶炼产生了大量重金属废水,污泥因其来源广而成为常用的生物吸附剂,用于重金属废水治理。研究探索了自养硝化颗粒污泥(ANGS)吸附铅离子效果。通过单因素试验探究了铅离子浓度、吸附时间、污泥浓度及pH对吸附效果的影响,确定了实现ANGS对铅离子高效吸附适应的反应条件,即:吸附时间为2.0~2.5 h;污泥质量浓度为5000~9000 mg/L;pH值为3~5;铅离子质量浓度≤300 mg/L。利用响应曲面法分析各影响因素与铅离子去除率之间的交互作用并确定最佳吸附条件,影响力排序为:污泥量>pH>吸附时间;最佳吸附条件为:吸附时间=2.03 h,污泥质量浓度=6061.98 mg/L,pH值=3.01,此时,ANGS吸附铅离子的预测值可达100%,实际值>95%。利用Freundlich方程描述吸附过程,拟合度R^(2)为0.9453,表明该吸附是一个非均相表面吸附过程;最大吸附量(Q_(max))为40.09 mg/g,证实了ANGS可以作为一种高效的铅离子生物吸附剂,旨在为稀土冶炼废水治理提供技术支持。

固相自养-异养反硝化脱氮同步去除微污染物

针对固相反硝化体系,以聚己内酯复合花生壳(PCL/PS)的固体碳源为基底,耦合以S和Fe O主导的自养反硝化,构建新型多功能碳源,考察其对典型微污染物(Cr(Ⅵ)、ClO_(4)^(-)、BPA、NPX)与硝酸盐的同步降解效能,探究自养异养共存的反硝化体系内微生物群落特征及微观作用机制.结果表明,PCL/PS异养反硝化体系具有更好的反硝化脱氮和同步去除Cr(Ⅵ)、BPA性能,对NO_(3)^(-)-N、Cr(Ⅵ)的去除率分别为94%、92%,对NO_(3)^(-)-N、BPA的去除率均可达99%以上;PCL/PS同时耦合Fe O和S的体系反硝化脱氮同步去除ClO_(4)^(-)、NPX性能良好且稳定,在反硝化率均维持90%的基础上,对NO_(3)^(-)-N、ClO_(4)^(-)的去除率分别达90%、96%,对NO_(3)^(-)-N、NPX的去除率分别达96%、99%;固体碳源种类不同,其对微污染物降解去除的选择性也不同.测序结果表明,耦合自养反硝化后,反应体系内微生物多样性和丰富度均有所提高,Clostridium_sensu_strito、Lactococcus和Prevotella是4个固体碳源体系中影响污染物去除性能的主要优势菌属.

铁碳自养反硝化高效去除厌氧氨氧化出水硝酸盐氮效能分析

通过工艺连续运行研究、铁沉淀形态转化和微生物种群结构分析,考察铁碳自养反硝化工艺对厌氧氨氧化出水硝酸盐氮的去除效能,揭示铁碳载体与生物膜耦合的理论机制.结果表明:铁碳自养反硝化工艺可实现硝酸盐氮的高效去除.在水力停留时间(HRT)为16.6h时,厌氧氨氧化出水的总氮(TN)去除率可达(90.0±4.7)%;在HRT为13.3h时,厌氧氨氧化出水的TN去除率为(82.2±1.4)%.在运行阶段Ⅰ,Fe_(3)O_(4)是生物膜中的主要铁沉淀类型,而在阶段Ⅲ,生物膜中Fe_(3)O_(4)减少,密度更小的FeOOH型铁沉淀有所增加.铁碳自养反硝化工艺运行过程中,在接种污泥中占优势的兼养反硝化菌脱氯单胞菌(Dechloromonas)比例显著降低,而自养反硝化菌和铁转化细菌得到富集,热单胞菌属(Thermomonas)的相对丰度由第43d的0.70%提升至第120d的4.51%.

沼液二级生化出水铁硫协同同步硝化-自养反硝化深度脱氮

针对沼液二级生化出水仍含高浓度硝态氮(NO-3-N)、氨氮等问题,文中研究了铁硫协同同步硝化-自养反硝化的影响因素。结果表明,在无外加碳源的条件下,铁硫协同同步硝化反硝化可有效提高TN、NO^(-)_(3)-N和氨氮的去除率。同时,在S/N为2的条件下,对TN、NO^(-)_(3)-N、氨氮去除率分别达到51.25%、83.63%、67.33%。氮去除动力学结果表明,TN去除规律在0~15 h内符合一级反应动力学特征,且其反应速率常数(0.0510 h^(-1))大于不投铁硫的空白组(0.0355 h^(-1))。微生物群落演变规律表明,铁刨花及硫代硫酸钠的投加会使微生物群落丰富度提高、多样性降低,且投加铁硫可显著提高自养反硝化菌[硫杆菌属(Thiobacillus)、铁杆菌属(Ferribacterium)]及异养反硝化菌[聚糖菌属(Defluviicoccus)、Candidatus_Competibacter、陶厄氏菌属(Thauera)]的丰度。

硫自养反硝化深度处理城镇污水研究进展

系统介绍了硫自养反硝化的反应原理,包括微生物群落特性以及以nosZ、nirS、nirK为主的反硝化功能基因,详细阐述了强化硫自养反硝化技术的微生物常规填料的利用情况及新型填料的制备,并归纳了硫自养反硝化技术处理城镇污水的应用现状。未来研究可利用微生物生长特性进一步优化反应条件,强化硫自养反硝化脱氮效率,并开展新型生物填料的研发工作,为硫自养反硝化实际应用提供借鉴和参考。

复合硫基质驱动自养反硝化脱氮除磷效能与微生物群落结构

针对单一硫基质驱动自养反硝化性能的缺陷,采用单质硫(S^(0))与天然铁硫矿石(FeS、Fe_(1-x)S、FeS_(2))两种矿物作为生物填料,构建3组复合硫基质填充床反应器(B1、B2、B3),探究了启动与稳定运行期间反应器对市政尾水深度脱氮除磷的效果与微生物群落结构的特征。结果表明,3组反应器均表出现较高的脱氮性能,NO_(3)^(-)-N去除率均随反应器水力停留时间(HRT)的延长而提高,当反应器HRT分别为1h(B1)、12h(B2)和9h(B3)时,均实现20mg/L NO_(3)^(-)-N完全去除。PO_(4)^(3-)-P与脱氮过程中产生的铁离子形成铁磷沉淀物而被去除,且PO_(4)^(3-)P的去除率与脱氮效果呈正相关。复合硫基质反应器的SO_(4)^(2-)/NO_(3)^(-)低于单一硫基质自养反硝化系统,硫酸盐产生量相应降低,且pH保持在6.3以上,无需添加pH缓冲剂。微生物群落结构分析表明,Thiobacillus(硫杆菌属)和Ferritrophicum(铁氧化菌属)是3组反应器中硫自养反硝化菌的优势菌属,在B1、B2和B3反应器的相对丰度分别为16.07%和31.24%、30.07%和50.19%以及30.20%和11.62%。复合硫基质提高了微生物群落丰度和物种多样性,从而表现出良好的脱氮除磷效果。

硫基、铁基及硫-铁基自养反硝化技术研究进展

自养反硝化技术具有无需外加碳源、污泥产量低以及成本低等优势,是双碳背景下具有前景的低C/N废水的深度脱氮处理技术之一,而无机电子供体的选择是该技术能否广泛实际应用的关键。根据反硝化原理,硫基自养反硝化易产酸并会产生硫酸盐,铁基反硝化耗酸且会有亚硝酸盐积累,而硫-铁基耦合自养反硝化可以结合两者的特点,维持反应pH稳定,减少二次污染。基于以上分析了硫基、铁基以及硫-铁基作为电子供体的自养反硝化基本作用原理及特性,并阐述了基于各电子供体进行反硝化时的优势菌属,以期为硫基、铁基及硫-铁基耦合自养反硝化技术在提高脱氮效率并减少二次污染方面的研究提供参考。

低氮浓度下的硫自养反硝化深度脱氮研究

构建硫自养反硝化反应器分别探究污水处理厂二级出水的深度脱氮与尾水的极限脱氮。研究结果表明,在DO的质量浓度低于0.5 mg/L,HRT为15 min的条件下,二级出水TN的质量浓度由10 mg/L左右稳定降至5 mg/L以下,出水TN可达到昆明市地方标准DB5301/T 43—2020《城镇污水处理厂主要水污染物排放限值》中A级标准;在DO的质量浓度低于0.5 mg/L,HRT为20 min的条件下,尾水TN的质量浓度由6 mg/L左右稳定降至1 mg/L以下,出水TN可达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水标准。采用高通量测序对反应器内微生物群落结构进行分析,结果表明在属水平上硫自养反硝化优势菌群有Thiobacillus和Sulfurimonas。

硫自养反硝化系统处理化工园区尾水特征分析

采用硫自养反硝化装置对某农药化工园区水处理系统末端排水进行脱氮处理,系统成功启动且运行平稳后,在室温约16℃,HRT为22 h情况下,分别运行硝酸盐模拟废水和实际废水。试验结果表明,以NO3--N模拟废水运行25 d,NO_(3)^(-)-N平均去除率为87%,出水平均浓度为21 mg/L;以实际尾水运行20 d,TN平均去除率为88%,出水平均浓度为17mg/L,反硝化系统脱氮效果良好且运行稳定。对反应器内不同阶段的微生物进行高通量测序分析,在门水平上的结果表明Proteobacteria为占比最大的菌门,Campilobacterota由模拟废水过渡到实际废水运行阶段,丰富度显著增加。在属水平上Sulfurimonas和Thiobacillus为系统内存在的典型菌属,二者具有硫自养反硝化功能,反应后丰度均有较大提升。其中Thiobacillus表现在硫自养反硝化功能上表现出优势,在无机硫的氧化和硝酸盐的还原中发挥了重要作用。

硫化物对厌氧氨氧化耦合自养脱硫反硝化工艺脱氮除硫效能的影响

以成熟Anammox颗粒污泥与产甲烷颗粒污泥作为接种物实现了硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化(SADA)工艺快速启动,探究了不同硫化物负荷对SADA工艺脱氮效能的影响及其脱硫机理.结果表明:较高硫化物负荷(>1.50g S/(L·d))对耦合系统中An AOB无显著抑制作用,相应的系统脱氮效率连续运行1.5个月后趋于稳定.当将硫化物浓度降为零,耦合系统的总氮去除率(TNRE)仍能达到88.1%,相应的化学计量比R_(s)(1.23±0.13)与R_(p)(0.33±0.08)亦与Anammox理论值近似,表明解除高硫化物负荷胁迫条件后SADA系统中Anammox颗粒污泥仍能实现生物脱氮过程.当解除高硫化物负荷胁迫1.5个月后,在较低硫化物负荷条件下(0.30g S/(L·d))恢复硫化物胁迫,耦合系统出水NO_(3)^(-)降低,相应的R_(p)降至0.21,表明SADA系统仍能较好地实现同步脱氮除硫,兼具硫自养反硝化和厌氧氨氧化的双重功效.系统存在的产甲烷颗粒污泥降低硫化物对An AOB抑制,缩短了SADA工艺启动时间,且能在重新引入硫化物后快速激活脱硫反硝化过程.通过颗粒污泥形态分析和高通量测序菌群解析可知:不同硫化物胁迫条件下,SADA系统中仍能实现An AOB(如Candidatus Kuenenia,16.9%)和硫氧化菌(如Thiobacillus,31.6%)的共存富集,且能实现高硫化物负荷条件下较高的TNRE(>60%)和硫单质产率(95.2%).