超声波-游离亚硝酸联合预处理污泥强化厌氧消化的机制解析

本研究对超声波(US)预处理、游离亚硝酸(FNA)预处理及超声波-游离亚硝酸(USFNA)联合预处理对于污泥有机质溶出、絮体分散、细胞内容物释放及产甲烷性能的作用进行评估。结果表明,US预处理的主要作用是使絮体分散与胞外聚合物溶出,FNA预处理则是使细胞内容物释放。US-FNA联合预处理后,污泥甲烷产率较未预处理增加了37.1%,分别达到US预处理的1.07倍和FNA预处理的1.08倍,但US与FNA在联合预处理中所发挥作用各自独立,并未发现明显的协同增效作用。引入FNA会降低污泥厌氧消化初期产气速率,未对累积产气量造成显著影响。根据发酵后污泥微生物菌群的解析,发现FNA是影响污泥微生物多样性的主导因素。

游离亚硝酸等电点预处理促进初沉污泥固液分离的特性

城镇污水厂每天产生大量初沉污泥,初沉污泥成分复杂,无机质含量高,沉降性能不佳。等电点预处理能有效破坏初沉污泥的絮凝状态,游离亚硝酸通过有效破坏细菌结构促进有机物水解,经预处理后的污泥更有利于发酵回收利用和最终的处理处置。研究游离亚硝酸对初沉污泥作等电点预处理的效果,结果表明,在等电点条件下,初沉污泥沉降性能得到改善,CST从203.10 s降低至101.65 s,有机质在固相中得到最大程度保留,上清液中COD从1246.59 mg/L降低至1048.80 mg/L,同时,有效促进污泥中金属污染物溶出,减少了污泥外运处置可能导致的二次污染,但也促进了氮磷类污染物的溶出。投加300 mg/L NO_(2)^(-)-N后进行预处理,初沉污泥SCOD溶出增大,但明显减少了氮磷类污染物的释放,预处理后NH_(4)^(+)-N仅为118.88 mg/L,PO_(4)^(3-)-P为6.91 mg/L。结果表明,NO2--N投加量为300 mg/L、预处理时长取1 h为最佳条件。

游离亚硝酸预处理实现MBBR短程硝化的快速启动

短程硝化工艺具有节约硝化需氧量和反硝化碳源等优势,是目前水处理领域的研究重点。研究游离亚硝酸(FNA)预处理法实现短程硝化的快速启动和稳定运行符合节能低碳的理念。在6个相同的移动床生物膜反应器(MBBR)中分别投加质量浓度为0、3.2、6.4、9.6、12.8、16.0 mg/L的FNA,对生物膜浸泡12 h进行预处理,并以预处理前的反应器作为对照,研究FNA预处理浓度对功能微生物群落的影响,以及最佳条件下短程硝化的运行稳定性。实验结果表明,25℃、FNA质量浓度为6.4 mg/L、预处理12 h,是降低亚硝酸盐氧化菌(NOB)并维持氨氧化菌(AOB)活性的最佳条件。高通量测序和qPCR结果显示,经过FNA预处理后,NOB的相对丰度和丰度均显著减少。在FNA最佳条件下预处理生物膜,并将其接种在MBBR中,验证其运行稳定性。实验结果表明,FNA预处理生物膜可实现稳定的短程硝化,使亚氮积累率稳定维持在85%以上。

游离氨和游离亚硝酸对亚硝态氮氧化菌活性的影响

高浓度游离氨(FA)或游离亚硝酸(FNA)条件下硝化过程常出现亚硝态氮积累,FA、FNA对亚硝态氮氧化菌(NOB)的影响并不清楚.首先用高浓度亚硝态氮污水富集培养NOB,对富含NOB的污泥进行荧光原位杂交技术(FISH)分析表明,Nitrobacter占细菌总数比例为(71±5)%.用此污泥考察不同FA、FNA浓度对NOB活性的影响.结果表明,NOB的活性随着FA浓度的增大逐渐减小,当FA浓度在10mgNH3-N/L左右时,NOB的活性仅为FA为0时的50%.低浓度的FNA(FNA<0.03mg HNO2-N/L)对NOB活性具有促进作用;当FNA≥0.2mg/L时,NOB的活性被完全抑制.采用Aiba模型计算得到FNA对NOB的抑制常数KI,FNA,NOB为0.0968mg/L.FNA在0.0968mg/L左右时NOB活性仅为FNA为0.003mg/L时的50%.

游离亚硝酸预处理强化剩余污泥和烟草废物共消化产甲烷

为了提高污泥厌氧消化产甲烷的效率,本研究报道了一种通过向污泥中添加烟草废弃物(TW)和游离亚硝酸(FNA)的新方法.实验结果表明污泥和TW的最佳混合比例为1:1,相应的甲烷产量为203.6m L/g每克挥发性悬浮固体(VSS),是污泥单独消化的1.3倍.污泥和TW混合消化有助于消化基质中蛋白质,多糖和纤维素的消耗.进一步应用FNA提高污泥和TW混合消化效率,FNA的最佳浓度为1.5mg/L,相应的甲烷最大产量为286.4m L/g VSS.FNA预处理能够促进有机物的水解和酸化过程进而为产甲烷古菌提供了充足的消化基质.此外,FNA预处理还强化了功能微生物Bacteroidetes和Firmicutes的相对丰度.

游离氨与游离亚硝酸对中试膜生物反应器短程硝化及微生物群落结构的影响

为探究FA(游离氨)与FNA(游离亚硝酸)对短程硝化及微生物群落结构的影响,采用中试MBR(膜生物反应器),以高浓度NH_(4)^(+)-N废水为处理对象,考察MBR对NH_(4)^(+)-N的去除效果,通过计算FA与FNA浓度,分析其对短程硝化的影响,利用16S rRNA基因高通量测序技术分析微生物群落结构并对功能基因进行预测.结果表明:①通过将NH_(4)^(+)-N容积负荷逐渐从0.11 kg/(m^(3)·d)提升至0.75 kg/(m^(3)·d),MBR在第18天实现了全程硝化向短程硝化的转变.②MBR稳定运行过程中,FA和FNA浓度分别维持在1.03~3.52和0.033~0.118 mg/L,NAR(亚硝酸盐积累率)为65.70%~80.24%,实现了NO_(2)^(-)-N的稳定积累,此时NH_(4)^(+)-N去除率为87.92%~97.18%.③进水由模拟废水向实际工业废水的转变没有对NAR产生较大影响,表明中试MBR具有较强的适应能力.④16S rRNA基因高通量测序分析结果表明,维持MBR内FA和FNA浓度能够富集AOB(氨氧化菌)Nitrosomonas(7.99%),抑制NOB(亚硝酸盐氧化菌)活性,进而实现短程硝化;MBR运行第50天时,Amo(氨单加氧酶)功能基因相对丰度为第0天时的371倍,进一步验证了短程硝化过程的实现.研究显示,FA与FNA对NOB的抑制在维持中试MBR短程硝化中起重要作用,微生物群落结构的变化与MBR内FA和FNA浓度有关.

游离亚硝酸抑制硝化杆菌属(Nitrobacter)活性动力学研究

为探究游离亚硝酸(FNA)对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属(Nitrobacter)活性抑制动力学影响,采用序批式活性污泥(SBR)反应器,在通过改变系统进水FNA浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象(宏基因组物种注释和丰度分析显示上Nitrobacter占细菌总数40.3%),基于批次试验,考察不同FNA浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程比亚硝态氮氧化速率(SNiOR)变化规律,进而拟合FNA抑制Nitrobacter活性抑制动力学模型,并进行统计学分析.结果表明,当FNA≤0.1mg/L时,随着FNA浓度升高,SNiOR迅速升高.当FNA>0.1mg/L时,SNiOR随着FNA浓度升高而降低.尤其当FNA浓度高于0.7mg/L时,SNiOR始终维持在0gN/(gVSS·d),表明Nitrobacter活性统被完全抑制.统计学分析结果显示相对于Haldane、Aiba、Edwards-1#、Edwards-2#、Luong抑制动力学模型,Han-Levenspiel模型最适合描述FNA对Nitrobacter活性的抑制影响.其统计学常数:残差平方和(RSS)为0.02、可决系数(R^2)为0.90、拟合方程的方差检验统计量F值为78.1、可信度P值为3.29×10^(-12),其动力学常数值分别为:最大比亚硝态氮氧化速率(r_(max))为1.57gN/(gVSS·d);半饱和常数(K_S)为0.01mg/L;临界抑制常数(Sm)为0.66mg/L.

游离亚硝酸对垃圾渗滤液NO2-还原过程的抑制影响

采用UASB-SBR组合工艺处理实际垃圾渗滤液,在获得稳定短程生物脱氮的前提下,以SBR系统内短程污泥为研究对象,通过设定不同的NO2-质量浓度和pH梯度考察NO2-质量浓度和pH与NO2-还原速率的相关性,并在此基础上进一步研究游离亚硝酸(FNA)质量浓度对反硝化菌的抑制影响。试验结果表明,当NO2-质量浓度和温度一定时,相同pH条件下,不控制pH时NO2-还原速率较恒定pH时NO2-还原速率高;且恒定pH在6.5～8.0范围内,NO2-还原速率随着pH的升高逐渐升高。当pH和温度一定时,NO2-还原速率随着NO2-质量浓度的增加呈现先升高后降低或不变的趋势。由此可知,pH和NO2-质量浓度对NO2-还原速率有较为重要的影响。FNA是NO2-质量浓度、pH和温度三者的函数,试验发现FNA质量浓度在0.005～0.01 mg.L-1范围时对NO2-还原过程有明显的抑制作用。

游离亚硝酸对高效硝化菌的抑制影响

为了考察游离亚硝酸(free nitrous acid,FNA)对高效硝化菌(氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)活性的抑制影响.采用连续流反应器,通过逐步提高氨氮质量浓度的方式富集培养高效硝化菌,使得硝化速率高达89mg/(L h),通过对污泥富集培养前后细菌群落组成的高通量分析表明,Nitrosomonas(31.02%)比原污泥提高了72.13倍,而Nitrospira(4.36%)提高了2.03倍.用富集培养后的污泥考察不同 FNA 质量浓度对 AOB 和 NOB 活性的影响,并通过探究得出的有效 FNA 质量浓度作用于不同硝化速率的污泥,考察在实现高纯度的高效 AOB 菌群培养过程中,FNA 值域的控制.结果表明,AOB 和 NOB 的活性均受到FNA的影响,当FNA的质量浓度为0.5和0.6mg/L时,AOB和NOB均保持较高活性.当FNA的质量浓度为0.7mg/L时,不仅能使NOB活性逐渐降低到0,而且能使AOB活性保持在56%以上.当FNA的质量浓度为0.9mg/L时,AOB活性受到严重的抑制.因此,在实现高纯度的高效AOB菌群培养的过程中,0.7mg/L是FNA最适宜的质量浓度,并且对15~89mg/(L h)的硝化速率的污泥仍然有效,但随着硝化速率的提高,FNA的质量浓度也需要相应提高以抑制 NOB 活性同时保留 AOB 活性.

游离亚硝酸强化污泥破解及反硝化性能研究

为充分利用剩余污泥(WAS)中有机物,探究经游离亚硝酸(FNA)预处理后的WAS作为反硝化碳源的可行性。采用不同浓度的FNA(0~2.11 mg/L)对WAS进行预处理,考查WAS中细胞破解、有机物溶出及WAS发酵同步反硝化性能的影响。结果表明,随着FNA浓度的增加,系统中总有机碳(TOC)、可溶性蛋白(PN)和可溶性多糖(PS)浓度分别提高98.80%、220.46%和93.63%,溶解型胞外聚合物(S-EPS)和疏松结合型胞外聚合物(LB-EPS)中PN和PS浓度均有大幅增加。经FNA=2.11 mg/L预处理60 h后,VSS和挥发分比(f)分别降低19.09%和8.84%,污泥累积粒径分布D_(10)、D_(50)和D_(90)分别下降25.61%、33.80%和38.31%,细胞由紧凑型向松散型转变。同时,FNA预处理可使WAS同步反硝化系统NO_(2)^(-)-N去除率提高59.13%。因此,FNA预处理能够有效破坏EPS和细胞壁,加速WAS有机物溶出,且易被反硝化过程利用,系统同步反硝化性能显著提高。

游离亚硝酸预处理对剩余污泥电解及微生物群落结构的影响

为打破传统厌氧发酵周期长,有机质利用率低等瓶颈,增强污泥的资源利用和能源回收,探讨了游离亚硝酸(FNA)预处理对剩余污泥电解效果及微生物群落的影响.对比分析了FNA预处理前后剩余污泥在微生物电解池(MEC)中的电流和氢气产生、溶解性有机物和挥发酸的释放和利用及功能菌群的变化情况.结果表明,FNA预处理能有效地促进剩余污泥在MEC系统中的水解和酸化,其溶解性糖类、蛋白和挥发酸的含量远高于未预处理组,进而促进了水解发酵菌、产电菌及反硝化菌的生长和富集,最终挥发酸利用率均在97%以上,表现为电流(1.9mA)和氢气(0.86mL/g VSS)的增强,分别是空白组的3.8倍和5.1倍.

游离亚硝酸预处理强化剩余污泥发酵同步反硝化性能

考察了游离亚硝酸(FNA)预处理对污泥解体和剩余污泥发酵同步反硝化性能的影响.结果表明,不同FNA浓度(0,0.68,1.35和2.03mg N/L)处理剩余污泥预处理过程中,SCOD的产量和产生速率均随着FNA浓度的增加而增加,其中SCOD的产生速率依次为0.66,1.70,2.13和2.70mg/(g VSS?h).随着预处理过程中FNA浓度的增加,剩余污泥中死菌占总菌的比例由41%上升至80%.FNA预处理可使剩余污泥发酵同步反硝化系统SCOD的产量增加49%和污泥减量提高41%,同时使系统反硝化能力提高40%.此外,FNA预处理可使该系统中温室气体N2O产量占NO2-还原量的百分比减少58%.

紫外耦合游离亚硝酸强化剩余污泥厌氧发酵产酸研究

为打破传统厌氧发酵过程中污泥破壁溶胞困难和产酸效能低的瓶颈,探究了紫外光(UV)耦合游离亚硝酸(FNA)预处理对污泥发酵产酸的影响,并与热(H)和超声法(US)耦合FNA预处理进行了对比分析.结果表明,UV辅助FNA联合预处理(FNA-UV)对细胞破碎和胞外聚合物的剥离具有协同效应,･OH和･O_(2)^(-)作为反应中间体,其强度远高于其他预处理组(FNA-US和FNA-H),与･NO,･NO_(2)及ONOO^(-)等中间产物共同促进了溶解性有机物的释放,溶解性碳水化合物和蛋白质含量相比FNA组分别提升60%和90%,进而为后续水解产酸过程提供了充足的底物.FNA-UV组短链脂肪酸(SCFAs)浓度于第4d达到峰值,为(201.8±4.8)mg COD/g VSS,相比FNA组提升67%,乙酸占比高达56.8%.通过发酵末期对各体系进行碳平衡分析表明,紫外耦合FNA预处理在污泥减量、溶解性有机物的释放与转化、SCFAs的产生方面具有重要作用.微生物群落分析表明,FNA-UV对功能菌群的富集发挥重要作用,表现为厌氧发酵菌和反硝化菌的有效增强,相比其他各组提升了23.7%~270.6%.

游离亚硝酸对亚硝酸盐氧化菌活性的抑制作用机制

为探究游离亚硝酸(FNA)对亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性的影响,以富集的NOB菌属为研究对象,基于4种抑制动力学模型,考察了不同pH值(6.5、7.0、8.0)条件下FNA对NOB活性的抑制影响,并基于荧光定量PCR技术,研究了不同pH值条件下,亚硝酸盐氧化还原酶基因(nxrA和nxrB)的变化规律。结果表明:NOB富集系统内硝化杆菌属(Nitrobacter)为最优势菌属,其相对丰度为38.0%;Haldane模型、Aiba模型和Edwards模型均能较好地描述FNA对NOB活性的抑制影响,具有显著的“低促高抑”的特征;统计学分析结果表明Aiba模型最优,获得的最大动力学常数r_(max)为13.63 g N·(g VSS·d)^(-1)(pH值8.0),KS为0.13 mg·L^(-1)(pH值7.0),KI为0.63 mg·L^(-1)(pH值7.0);此外,pH值显著影响nxrA和nxrB基因的绝对丰度,随着pH值的增大,两者均表现出先升高后降低的趋势;nxrA基因的拷贝数(1.6×10^(9)~2.6×10^(9)拷贝数/g湿污泥)比nxrB基因的拷贝数(3.1×10^(7)~4.6×10^(7)拷贝数/g湿污泥)高1~2个数量级,nxrA是NOB菌属的主导功能基因。

游离亚硝酸对好氧/延长闲置序批式反应器除磷性能的影响

以合成废水为研究对象,在好氧/延长闲置序批式反应器中研究不同浓度游离亚硝酸对系统除磷性能的影响.通过分析闲置期聚磷水解及微生物体内各储能物质的变化及不同反应器的除磷效果,探究其可能存在的影响机理.结果表明,游离亚硝酸浓度为5.13×10-5mg·L-1时对反应器除磷效果及沉降能力抑制不明显,而当游离亚硝酸浓度达到5.13×10-4mg·L-1时,磷的平均去除率降至40.5%,反应器中出现严重的污泥膨胀,污泥沉降指数值最高达310 mL·g-1.典型周期分析表明,游离亚硝酸可影响聚磷菌对碳源的吸收和胞内聚羟基脂肪酸酯的合成,进而影响好氧吸磷及闲置期聚磷水解.恢复试验表明,当游离亚硝酸浓度高于2.57×10-4mg·L-1时,撤销影响后系统的除磷能力和沉降性能虽有明显回升,但无法恢复至初始水平.

好氧和缺氧条件下游离亚硝酸对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的选择性抑制

【背景】稳定短程硝化是实现城市污水厌氧氨氧化技术的瓶颈,目前国内外关于游离亚硝酸(Free nitrous acid,FNA)对硝化菌活性的影响大多是在曝气条件下进行研究,鲜有关于缺氧条件下FNA对硝化菌活性影响的报道。【目的】探究好氧和缺氧下FNA对氨氧化菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)和亚硝酸盐氧化菌(Nitrite oxidizing bacteria,NOB:Nitrospira和Nitrobacter)活性的抑制影响。【方法】采用序批式反应器(Sequencing batch reactor,SBR),基于混合液悬浮固体浓度(Mixed liquid suspended solids,MLSS)为8 300 mg/L的全程硝化污泥条件,通过批次试验分别考察好氧和缺氧下FNA(初始浓度为1.16 mg/L)处理48 h后,AOB和NOB活性的变化情况。【结果】好氧FNA处理活性污泥48 h后,FNA浓度维持在1.16-1.17 mg/L,游离氨(Free ammonia,FA)浓度小于0.017 mg/L,AOB、Nitrospira、Nitrobacter丰度均未发生明显变化;过曝气至99 h时,与空白组相比,比氨氮氧化速率(r+NH4-N)、比亚硝酸盐氮氧化速率(rNO2-N)均出现小幅下降,分别由3.5、4.828 mg N/(g VSS·h)降至3.3、4.668 mg N/(g VSS·h),且亚硝酸盐氮累积率(Nitrite accumulation rate,NAR)始终低于33.2%。缺氧FNA处理活性污泥48 h后,FNA浓度维持在0.64-1.16 mg/L,FA浓度低于0.039 mg/L,AOB丰度变化较小,而Nitrospira、Nitrobacter丰度均明显下降,分别由3.002 9×109、4.245×108 copies/g VSS降至1.666 5×108、5.163 8×107 copies/g VSS;过曝气至99 h时,与空白组相比,r+NH4-N值下降幅度较小,而rNO2-N值明显降低,由4.828 mg N/(g VSS·h)降至0.007 mg N/(g VSS·h),且在过曝气0-292 h内,NAR均大于94%。【结论】好氧FNA处理活性污泥48 h后对AOB和NOB无明显抑制作用,但缺氧FNA处理活性污泥48 h后对AOB具有轻微抑制作用,而对NOB具有强烈的抑制作用,可以实现稳定的短程硝化。

游离亚硝酸偶联生物表面活性剂强化污泥厌氧发酵产酸

在中温环境下以剩余污泥为研究对象,在序批式厌氧反应器中探究了游离亚硝酸(FNA)偶联生物表面活性剂鼠李糖脂(RL)对污泥厌氧发酵产酸的影响。实验结果表明:FNA偶联RL能显著提高污泥的水解,当RL的投加量由0.2 g/g提高至0.4 g/g时,溶解性COD(SCOD)的最大含量由451 mg/L提高至512 mg/L,溶解性蛋白质的含量由185 mg/L增加至210 mg/L,进一步提高RL的投加量对SCOD和溶解性蛋白质的增加影响不显著。此外,FNA偶联RL可促进短链脂肪酸(SCFA)的积累,并且当RL的投加量由0增加至0.4 g/g时,SCFA的最大浓度由361 mg/L增加至405 mg/L。FNA偶联RL对SCFA的组分影响不显著,丙酸含量最大,占35%～42%,其次为乙酸,占20%～26%。微生物活性分析表FNA偶联RL能促进水解和酸化酶的活性,而抑制产甲烷酶F420的活性。

水泥浆体内游离态亚硝酸根含量的影响因素研究

混凝土中游离态NO2-含量是钢筋阻锈的主要因素,本文通过测定游离态NO2-含量和水化产物的组成,评价了水泥浆体内游离态NO2-含量对钢筋的影响因素.结果表明:养护龄期越长游离态NO2-含量越低,早期游离态NO2-含量下降速率较快,后期趋于平缓,且生成NO2-AFm化合物;养护温度越高,游离态NO2-含量越低,离子固化率越高,对早期离子固化速率的影响尤为明显;水灰比越大,游离态NO2-含量越小,水泥浆试件内的游离态NO2-在养护后期仍持续固化而水灰比较小的试件在后期固化速率变慢;随着亚硝酸盐掺量的增加,水泥浆体中游离态和固化态的NO2-含量均随之增加,但固化率却随掺量的增加而减少.

一段式厌氧氨氧化工艺亚硝酸盐氧化菌抑制方法研究进展

近年来,厌氧氨氧化工艺(anaerobic ammonium oxidation,Anammox)作为一种新型的脱氮技术,由于其耗能少、效率高而被应用于高氨氮废水的处理中。然而,实际运行的厌氧氨氧化工程中有时会出现亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)大量繁殖的情况,导致硝酸盐积累,脱氮效率下降。在一段式Anammox反应器中,通过控制某些影响因素,如调节体系中的溶解氧,控制游离氨和游离亚硝酸的浓度,调控碳源浓度以及外加中间产物(N2H4、NO和NH2OH)等方式,能够在维持Anammox工艺脱氮效率的同时有效抑制NOB。除了系统地综述一段式Anammox工艺中NOB抑制手段以外,将进一步讨论实际Anammox工程应用中抑制NOB大量繁殖行之有效的手段。

缺氧FNA对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的选择性抑菌效应

为了研究缺氧条件下游离亚硝酸(FNA)对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的选择性抑菌效应,通过批次试验考察活性污泥经缺氧FNA(0.27 mg HNO-2-N·L-1)处理6 h后,其氨氧化速率与亚硝酸盐氧化速率的变化及AOB和NOB活性恢复情况。结果表明:经缺氧FNA处理的活性污泥,NOB活性下降83.57%,而AOB的活性仅下降22.34%。此污泥在正常条件下运行34个周期后,NOB的活性仍未得到恢复,且硝化过程中亚硝酸盐积累率逐渐增加,最后稳定在90%以上。典型周期内氮化合物浓度变化研究表明,即使在过曝气2 h的条件下,亚硝酸盐积累并未遭到破坏。上述试验结果表明基于缺氧FNA选择性抑菌效应有望稳定实现城市污水短程硝化,为城市污水短程硝化厌氧氨氧化提供基础。