氨氮对厌氧氨氧化过程的抑制规律及调控策略

氨氮是厌氧氨氧菌主要基质之一,但常常因浓度过高而产生脱氮速率不稳定,甚至微生物活性抑制的现象.为了有效避免氨氮对厌氧氨氧化菌活性的抑制,从抑制物形态、主要影响因素和抑制规律探讨了氨氮对厌氧氨氧化菌活性的影响及调控.结果表明,温度、p H值变化对氨氮、游离氨的形态及浓度变化产生重要影响.在恒定进水氨氮浓度500mg/L的情况下,将抑制状态下的p H值从7.9下降到7.3,经过44h运行厌氧氨氧化菌活性获得恢复.在不同进水氨氮浓度下,FA对厌氧氨氧菌活性的半抑制浓度不一样.半抑制浓度与抑制时间存在一定的曲线关系(y=732.38x^(-0.89)).因此,恒定氨氮浓度的条件下,可以通过改变p H值避免FA对厌氧氨氧化菌活性的影响.在不同进水氨氮浓度下,除了考虑降低p H值,还可以通过缩短HRT来避免FA对厌氧氨氧化菌活性的影响.

磷酸盐对厌氧氨氧化活性污泥脱氮效能的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥,研究了磷酸盐浓度变化对厌氧氨氧化活性污泥脱氮效能长短期的影响,对其抑制动力学参数进行拟合,并基于荧光定量PCR的测定,分析了受磷酸盐抑制前后反应器中厌氧氨氧化细菌丰度的变化.短期研究结果表明,磷酸盐浓度小于30 mg·L^(-1)对厌氧氨氧化污泥的脱氮效能没有明显的影响;随着进水磷酸盐浓度的升高,氮去除速率呈加速下降趋势;磷酸盐浓度大于200 mg·L^(-1)时,厌氧氨氧化污泥活性达到完全的抑制状态;采用Haldane抑制模型拟合磷酸盐抑制的动力学参数,所得半抑制常数为70.1 mg·L^(-1).长期研究结果表明,磷酸盐浓度小于50 mg·L^(-1)时,对厌氧氨氧化污泥脱氮效能的影响不大;磷酸盐浓度在70~90 mg·L^(-1)时,厌氧氨氧化污泥活性开始受到明显影响,经过一段时间可以有所恢复,但磷酸盐浓度越高,恢复所需时间越长;当磷酸盐浓度达到100 mg·L^(-1)时厌氧氨氧化污泥的脱氮效能受到严重抑制,氮去除速率由158.33 g·(m^3·d)^(-1)下降至60.17 g·(m^3·d)^(-1)左右,抑制约62%.荧光定量PCR结果表明,抑制后的污泥体系中ANAMMOX菌细胞浓度由(9.97±0.86)×107cells·m L^(-1)下降至(8.26±0.54)×107cells·m L^(-1),有相对减少的趋势.

连续流亚硝化中试反应器的启动及其能力提升

通过接种污水处理厂压滤后污泥,添加悬浮填料进行挂膜,采用连续流反应器处理模拟氨氮污水,对反应器的游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)以及溶解氧(DO)进行调控,实现了中试亚硝化反应器的成功启动.结果表明,通过前期高DO,后期低DO的运行模式,并对反应器运行过程中的FA、FNA进行调控实现了AOB的富集和NOB的淘汰,启动成功后反应器内部亚硝酸盐产生速率(NPR)达到1.27 kg·(m^3·d)^(-1),亚硝酸盐积累率(NAR)也稳定在98%.采用实时荧光定量PCR方法(quantitative real time PCR,q PCR)对启动初期和成功启动后反应器中的功能微生物(AOB、NOB)进行分析,q PCR结果表明反应功能微生物AOB的拷贝数从启动初期的5.3×10~9copies·m L^(-1)增长到1.6×10^(11)copies·m L^(-1),NOB的拷贝数反而从1.1×10^(10)copies·m L^(-1)下降到1.2×10~9copies·m L^(-1),AOB拷贝数的数量级比NOB的要高2个数量级,这也是在启动过程中通过DO、FA、FNA等措施对NOB联合抑制的作用.

纤维载体的生物膜CANON反应器的启动特性

为研究纤维载体在CANON工艺中的运行特性,同时接种亚硝化污泥及厌氧氨氧化污泥启动CANON反应器.结果表明经过85 d运行,成功启动了CANON反应器,NRR从0.09 kg·(m3·d)-1提升至0.9 kg·(m3·d)-1并能稳定运行,说明纤维载体有利于富集污泥,反应器内能维持较高的生物量.随着微生物的富集生长,生物膜变厚,反应器的能力提升,反应器中DO达到5 mg·L-1.利用微电极测得生物膜由表及里的DO梯度为0.32~0 mg·L-1,说明生物膜变厚,氧对生物膜的穿透力减弱,亚硝化微生物量降低.荧光定量PCR结果表明,启动前后NOB菌数量维持在较低水平,AOB菌的丰度增长不大,ANAMMOX菌细胞增长了一个数量级.

酒精废水部分亚硝化-厌氧氨氧化脱氮的可行性

采用一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器研究了酒精废水脱氮的可行性.结果表明,在pH 7.8±0.5,温度30~35℃,好氧区ORP值120~150 mV的条件下,历时40 d成功地启动了一体式PN-ANAMMOX反应器,总氮去除速率由0.125kg·(m^3·d)^(-1)上升至0.75 kg·(m^3·d)^(-1)左右,说明接种成熟的亚硝化生物膜和厌氧氨氧化颗粒污泥可达到快速启动的效果;在酒精废水处理的研究中表明,酒精废水对PN-ANAMMOX反应器的影响主要是由其中可生物降解的TOC导致,短期内可生物降解TOC的加入,ANAMMOX反应区首先受到影响;酒精废水中100 mg·L^(-1)可生物降解TOC浓度可以使总氮去除速率由0.75 kg·(m^3·d)^(-1)降低至0.25 kg·(m^3·d)^(-1)左右,降低约66%,这种抑制是可以恢复的;采用不同浓度梯度酒精废水驯化PN-ANAMMOX反应器内功能菌群,随着进水浓度梯度的增加,总氮去除速率均出现了先下降再上升的趋势,通过延长HRT和适当提高PN阶段的溶解氧的方式,有利于反应器整体脱氮效能的提高,完全以酒精废水作为进水时,总氮去除速率稳定在0.65 kg·(m^3·d)^(-1)左右,脱氮效果较好,说明一体式PN-ANAMMOX可用于回用酒精废水的处理.

基于厌氧氨氧化的含氨废气原位处理

采用部分亚硝化-厌氧氨氧化一体化反应器研究了含氨废气原位脱氮处理的可行性.结果表明,在控制低溶解氧(0.2~1 mg·L^(-1)),pH为7.9~8.2,中温(30~35℃)条件下,经过60 d的运行,成功地实现部分亚硝化-厌氧氨氧化一体化反应器的启动,总氮去除率达到88%,氮去除速率由0.05 kg·(m^3·d)^(-1)上升并稳定在0.7 kg·(m^3·d)^(-1).在含氨废气处理研究中,当含氨废气浓度低于2.59%,废气中原有的氧过量,导致硝态氮大量累积;当含氨废气体积分数为2.59%~4.2%时,废气中氧满足反应器脱氮的需求;当含氨废气体积分数高于4.2%,需要额外通入空气,补充反应器内的氧需求.经过60 d的运行,氨气的去除率达100%,总氮去除率达90.06%,总氮去除负荷为0.51 kg·(m^3·d)^(-1).说明基于厌氧氨氧化反应的一体化反应器可实现含氨废气稳定去除.

温度和pH值对铁盐型氨氧化过程氮素转化的影响

近年来,在厌氧条件下,以Fe(Ⅲ)作为电子受体氧化氨氮的现象(Feammox)逐步受到研究者的关注.通过对由厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥驯化而来的Feammox污泥进行活性恢复,研究了pH值和温度对Feammox过程氮素转化的影响.结果表明,经过40 d运行,Feammox污泥活性获得恢复,环境中存在明显的氨氮转化和总氮去除,产物主要为硝酸盐和气态氮.亚硝酸盐一直处于2 mg·L^(-1)以下.pH值和温度对Feammox过程氮素转化的影响很大.Feammox过程pH值7和温度为30℃时,总氮去除量相对最高,去除率均达到50%以上.pH值为6.5时,氨氮的转化量最高为80.2%.Feammox反应过程中,铁离子的化合物沉淀及在污泥表面包裹是导致反应器持续运行和反应机制探索的主要干扰因素.

磷酸盐对亚硝化系统的抑制及恢复

通过接种城镇污水处理厂的污泥,采用连续流反应器启动亚硝化系统并改变进水磷酸盐的浓度,研究了不同磷酸盐浓度对亚硝化系统的影响.结果表明经过14 d的运行,亚硝化系统启动成功,氨氮转化率达到92.2%,亚硝酸盐累积率为73.66%,亚硝酸盐产生速率达到14.42 g·(m^3·d)^(-1).磷酸盐浓度在10~30 mg·L^(-1)时对亚硝化系统的影响并不大;随着磷酸盐浓度持续提高,氨氮转化率在不断降低.当磷酸盐的浓度为80 mg·L^(-1)时,系统的氨氮转化率为13.6%,亚硝酸盐累积率仅18.19%,亚硝酸盐产生速率仅0.54 g·(m^3·d)^(-1),亚硝化反应受到严重抑制.将进水磷酸盐浓度降低到0,经过14 d运行,亚硝化系统获得恢复,且氨氮转化率可以达到80%以上,亚硝酸盐累积率达到86.96%,亚硝酸盐产生速率为15.63g·(m^3·d)^(-1).

厌氧氨氧化污泥恢复过程中的颗粒特性

目前运行容易失稳已成为制约厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺应用的因素之一.在保证底物不抑制的条件下,通过对实验室前期运行失稳的连续流全混反应器(CSTR)中的厌氧氨氧化污泥进行活性恢复,研究了滞留的基质浓度对ANAMMOX污泥恢复过程中颗粒化及活性的影响.结果表明,经过126d运行,ANAMMOX污泥活性获得恢复且脱氮能力明显提升.控制高、低基质浓度水平的2个反应器均能实现污泥的颗粒化及氮素的高效去除,NRR最大分别达到16. 97 kg·(m^3·d)^(-1)和14. 43 kg·(m^3·d)^(-1).随着反应器脱氮能力的提高(污泥颗粒粒径增大),R1、R2两个反应器内污泥的胞外聚合物EPS含量(以VSS计)均增大,分别由接种时的34. 45 mg·g^(-1)增大至77. 52 mg·g^(-1)和94. 18 mg·g^(-1),PN/PS由1. 89分别增大到6. 25和6. 84.在一定范围内,PN/PS比值增大有利于ANAMMOX污泥颗粒化,但PN/PS过大会导致颗粒污泥结构失稳上浮,加剧污泥流失现象.

基质暴露水平对ANAMMOX微生物活性及生物量的影响

基质暴露水平对ANAMMOX微生物的生长代谢有着重要意义,目前关于基质暴露水平对ANAMMOX污泥长期富集过程中生长特性的研究少有报道.采用两个连续流搅拌反应器,在逐步提升进水负荷的过程中,研究了高基质暴露水平培养方式(R1:出水NH4+-N和NO2--N浓度均为40~60 mg·L^-1)与低基质暴露水平培养方式(R2:出水NH4^+-N和NO2^--N浓度均为0~20 mg·L^-1)对ANAMMOX微生物生长量和生物活性,以及反应器脱氮效能的影响及机制.结果表明,高基质暴露水平培养方式更有利于ANAMMOX反应器脱氮性能的提升.相比之下,高基质暴露水平培养方式下获得的NLR[0.69 kg·(m^3·d)^-1]和NRR[0.41 kg·(m^3·d)^-1]分别是低基质暴露水平培养方式的2倍;高基质暴露水平培养方式下,ANAMMOX污泥浓度(以VSS计)和总基因拷贝数分别达到1805 mg·L^-1和4.81×10^12copies,更有利于ANAMMOX微生物的快速富集培养;低基质暴露水平培养方式下,ANAMMOX污泥的活性更强[以N/VSS计,0.27 g·(g·d)^-1],有利于富集生物活性更高的ANAMMOX污泥.