反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的参数优化

为促进反硝化除磷与厌氧氨氧化工艺的耦合,实现污水氮、磷的同步高效去除,构建序批式反应器(Sequencing batch reactor,SBR),优化了反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的工艺参数.SBR在厌氧-缺氧-微好氧运行条件下,缺氧段投加模拟硝酸盐工业废水逐步实现了反硝化除磷过程的亚硝酸盐积累.结果表明,经过142d的培养驯化,在进水C/P比为55时,缺氧段引入NO_(3)^(-)-N浓度为23mg/L时,亚硝酸盐积累率为51.01%,NO_(3)^(-)-N→NO_(2)^(-)-N转化率为40.22%,硝酸盐去除率为72.14%,PO_(4)^(3-)-P去除率最高达88.17%.出水COD浓度低于25mg/L,COD去除率维持在90%以上.微生物群落结构分析表明,拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)为系统内优势菌门.通过参数优化实现了聚磷菌的驯化,Candidatus Accumulibacter为代表的反硝化聚磷菌丰度增加(累积丰度由1.49%增加到5.08%),以Candidatus Competibacter为代表的反硝化聚糖菌丰度增加更为明显(累积丰度由1.02%增加到15.49%),聚磷菌与聚糖菌的共同作用有利于实现除磷过程的亚硝酸盐累积.

MABR强化生物脱氮技术研究与应用进展

由于膜曝气生物膜反应器相比于传统曝气系统具有氧传质效率高、能耗低等特点,近年来受到国内外学者的广泛关注.基于MABR所具有的传质特点以及微生物结构,其在强化高效生物脱氮(常规工艺、厌氧氨氧化工艺)应用前景广阔.本文综述了MABR的技术原理、运行参数、膜材料特点以及运行影响因素等,并对该工艺的发展进行了展望.

膜曝气生物膜反应器耦合厌氧氨氧化工艺处理低C/N比生活污水

我国生活污水具有低碳氮比的特点,传统硝化-反硝化反应碳源不足,生物脱氮难度大,且常规微孔曝气装置存在过量曝气、亚硝化反应难以控制等问题.因此,本研究构建了膜曝气生物膜反应器(Membrane aerated biofilm reactor,MABR),接种了厌氧氨氧化污泥,采用厌氧-间歇曝气的序批式运行方式处理低碳氮比生活污水.结果表明,在处理模拟废水时(阶段1),进水C/N比为3.02,COD、NH_(4)^(+)-N和TN去除率分别为90.21%、91.74%和79.92%;处理实际生活污水时(阶段2),C/N比为1.81,COD、NH_(4)^(+)-N和TN去除率分别为78.61%、98.40%和80.54%,实现了碳氮污染物的高效去除.两阶段内碳源转化率分别为44.15%和27.02%,其中,阶段一进水采用乙酸钠配制有利于内碳源的转化.反应器出水中有机物主要包含难降解有机物和微生物产物.^(15)N同位素示踪结果表明,两阶段厌氧氨氧化脱氮贡献分别为66%和75%.上述结果表明,采用MABR耦合厌氧氨氧化工艺分别处理模拟废水和实际生活污水,单一与复杂有机物组分条件下,均可实现碳、氮污染物的高效去除,厌氧氨氧化脱氮贡献稳定.

密云水库入库河流微生物群落演替对氮素形态转化的影响

密云水库是北京市重要的地表饮用水源地,但近年来,密云水库库区及入库河流中的总氮(TN)浓度呈现连年上升的趋势.以密云水库上游典型入库河流牤牛河为例,考察各形态氮素变化的空间分布规律,并从微生物群落组成和功能预测的视角,解析氮素形态的转化,以期为密云水库的氮污染治理提供科学依据.结果表明,密云水库上游除TN外,其余水质理化指标均满足我国地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的Ⅱ类标准.入库河流TN浓度显著高于库区(P<0.05),且以NO^(-)_(3)-N为主,占比为77.7%~92.9%.半城子水库库区的C/N较高,有助于反硝化脱氮的发生,表现出一定自净能力.牤牛河水体和底质中微生物群落结构具有显著差异,呈现一定的空间分布特征,高NO^(-)_(3)-N浓度是影响微生物群落结构演替的主要环境因子.牤牛河中存在大量硝化和反硝化功能微生物,反硝化菌相对丰度高于硝化菌,且均呈现出底质略高于水体的特点.牤牛河优势硝化菌和反硝化菌分别为Nitrosopumilus和Pseudomonas.PICRUSt2功能预测结果表明,牤牛河微生物氮代谢以NO^(-)_(3)-N还原模块为主,且主要发生于水体中;硝化过程的功能基因在水体中的丰度最高,主要为narGH;而参与NO^(-)_(3)-N还原反应的主要功能基因为底质中的异养反硝化菌(DNRA)所携带的nirBD,而反硝化模块的功能基因主要为nirK.

一体式膜曝气生物膜反应器实现部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合生物除磷

针对我国城市生活污水碳氮比低、处理成本高及氮磷同步去除存在碳源竞争等问题,构建了一体式膜曝气生物膜反应器(Membrane aerated biofilm reactor,MABR),分别采用纯生物膜系统和生物膜-絮体污泥复合系统,逐步实现了部分亚硝化-厌氧氨氧化与生物除磷工艺在单一反应器中的耦合及低碳氮比城市生活污水中氮、磷的高效去除.结果表明,第1阶段(纯生物膜系统),在进水中仅含有氨氮的条件下,部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺的NH_(4)^(+)-N和TN去除率分别为65.39%和50.67%.第2阶段(生物膜-絮体污泥复合系统),进水中增加了有机物,在COD/TN为3的条件下,TN和PO_(4)^(3-)-P的去除率分别达到89.90%和70.42%,实现了氮和磷的同步高效去除.微生物群落分析结果表明,反应器内存在大量的变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidota),其中,Proteobacteria在生物膜和絮体污泥均有分布,而Bacteroidota主要分布于絮体污泥;反应器内还检测到了Candidatus Kuenenia、Candidatus Jettenia和Candidatus Brocadia 3种厌氧氨氧化菌,且Candidatus Brocadia为优势菌属,其在生物膜上的丰度达到了3.23%;此外,Candidatus Competibacter、Defluviicoccus等聚糖菌和聚磷菌Candidatus Accumulibacter、Dechloromonas在反应器内均有大量富集,共同构成了该生物膜-絮体污泥复合系统,实现了低碳氮比城市生活污水的同步脱氮除磷.

进水浓度对厌氧氨氧化脱氮与微生物特性的影响

为了研究厌氧氨氧化(Anammox)工艺处理不同浓度废水时的脱氮性能、微生物群落与污泥特性的变化,构建了升流式污泥床反应器(Upflow anaerobic sludge bed,UASB),研究不同进水浓度下氮素的转化与去除效率,并结合微生物分析手段探究各阶段微生物的群落演替与污泥特性变化.结果表明,当处理高浓度进水时,氨氮和总氮去除率分别为99.33%和92.96%;当切换为低浓度进水时,氨氮去除率为91.99%,总氮去除率降低至74.09%,硝酸盐产生比例升高.扫描电镜结果发现,活性污泥由以短杆菌为主逐步转变为以球菌为主的聚集体,随着水力负荷增大,污泥聚集、颗粒增大,溶解性EPS降低,污泥疏水性增强.微生物群落结构分析结果表明,Proteobacteria在反应器内大量存在,丰度达到了29.68%,反应器内存在Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia两种厌氧氨氧化菌.在高浓度进水阶段,Candidatus Jettenia的丰度较高(1.24%);当进水换为低浓度时,Candidatus Brocadia的丰度达到了1.23%,替代Candidatus Jettenia成为优势菌属.