温度影响下Anammox-DAMO系统N2O产消机制及调控

以厌氧氨氧化-反硝化厌氧甲烷氧化(Anammox-DAMO)系统为研究对象,考察了不同温度对该系统性能和N_(2)O产消的影响,建立了该过程的酶动力学模型.结果表明,在40℃的高温胁迫下系统性能明显恶化且积累了更多的N_(2)O,Acidovorax和Thauera属丰度在高温条件下显著降低,而Bacillus属丰度则上升,N_(2)O还原酶活性的抑制是N_(2)O排放量增加的主要因素.酶动力学拟合结果表明35℃时可以最大程度地实现N_(2)O减排.

Fe(Ⅲ)对Anammox污泥脱氮效能长短期影响

通过接种厌氧氨氧化(Anammox)污泥,研究了Fe(Ⅲ)对Anammox污泥脱氮效能长短期影响.结果表明,适量提升Fe(Ⅲ)浓度可以提升Anammox菌的活性.当进水Fe(Ⅲ)浓度达到0.09mol/L时,反应器氮去除速率最高为0.238kg/(L·d),较对照组提升了14.2%.继续提高进水Fe(Ⅲ)浓度,氮去除速率逐步下降,当Fe(Ⅲ)浓度升至0.18mol/L时,氮去除速率降至0.215kg/(L·d),与最高氮去除速率相比下降10.75%.采用Haldane抑制动力学模型拟合得到Fe(Ⅲ)对Anammox半速率常数(KFe)为0.012mol/L,半抑制常数(KI)为0.449mol/L.长期结果表明,在0.09mol/L Fe(Ⅲ)浓度下,Anammox氮去除速率增幅最快,并且随着Fe(Ⅲ)浓度增加而逐步降低.由于Fe(Ⅲ)代替了NO_(2)^(-)-N作为电子受体发生厌氧铁氨氧化反应,在含有Fe(Ⅲ)的反应器中NO_(2)^(-)-N与NH_(4)^(+)-N的转化比在1.108~1.227之间波动,明显低于理论值1.32,并随Fe(Ⅲ)浓度的提升而降低.扫描电镜结果表明,添加Fe(Ⅲ)可使Anammox菌细胞结构更加稳定.

Anammox生物膜富集培养过程中硝化菌的增殖特性

在升流式厌氧固定床生物膜(UAFB)反应器中,通过逐步提升氮负荷富集培养厌氧氨氧化(Anammox)生物膜,考察培养过程中Anammox生物膜上硝化菌的增殖特性.结果表明,逐步提升氮负荷可以成功实现厌氧氨氧化菌(An AOB)的富集,但随着基质浓度的提升,反应器中ΔNO_(3)~-/ΔNH_(4)^(+)比值逐渐从0.76±0.11降低至0.42±0.10,表明高基质浓度更有利于Anammox生物膜的培养且不利于亚硝酸盐氧化菌(NOB)竞争亚硝酸盐.而随着培养进行,生物膜的氨氧化活性(AUR)和亚硝酸盐氧化活性(NUR)均大幅增加但最终趋于稳定.高通量测序结果表明,系统在成功富集了33.51%的Ca.Brocadia和3.02%的Ca.Jettenia的同时,氨氧化菌(AOB)-Nitrosomonas的相对丰度仅有0.78%,但培养后优势NOB-Nitrospira的丰度高达2.32%,因此,Anammox生物膜培养过程中硝化菌的增殖现象不可避免,而明显的NOB优势增殖有可能会对PN/Anammox生物脱氮工艺的稳定运行造成负面影响.

温度与负荷对Anammox菌自富集启动的PDA的影响

采用UASB反应器,接种厌氧氨氧化菌自富集启动的PDA污泥,在温度由25℃下降到19℃条件下逐步将进水氮浓度从20mg/L提高到100mg/L(即氮负荷从3.2g/(m^(3)·d)提高到4.0g/(m^(3)·d)),反应器共运行115d,总氮去除率最高可达到89.9%.16S rRNA基因测序结果表明,Candidatus Brocadia作为主要厌氧氨氧化功能菌在生物填料中丰度达到3.7%,短程反硝化功能菌Thaurea在絮体污泥中的丰度最高达15.7%.宏基因组学分析显示与短程反硝化相关的基因Nar,Nap和与厌氧氨氧化相关的Nir,Hzs和Hdh基因表达程度较高.

ABBR启动ANAMMOX工艺的性能及内部流场结构研究

厌氧氨氧化(ANAMMOX)作为一种新兴的污水生物脱氮技术,在目前的水处理行业受到了广泛的关注。反应器的选型对于该工艺的快速启动起着至关重要的作用,而通过Fluent流体仿真模拟软件考察不同反应器的内部流场结构,从流体动力学结合微生物生长状态初步分析反应器构型对ANAMMOX工艺的强化机理。本研究采用厌氧折流板反应器(ABR)及在其基础上改进的厌氧折流板生物膜反应器(ABBR)启动ANAMMOX工艺,对比研究两种反应器启动ANAMMOX工艺的性能。反应器控制条件在温度为25℃,HRT为24 h,进水氨氮和NO_(2)^(-)-N质量浓度均为50 mg/L。ABR启动ANAMMOX工艺需要49 d,ABBR启动ANAMMOX工艺仅需35 d,启动成功时ABR和ABBR的总氮去除率分别为86.11%和89.79%。结果表明,ABBR相比于ABR表现出显著更好的ANAMMOX工艺启动性能。本研究再运用Fluent软件模拟两种反应器的内部流场结构。结果显示,相比于ABR,ABBR具有更加丰富的流线,且其内部流场具有更加明显的紊流效果。ABBR流场结构特性保证了更佳的传质效果,且ABBR内部形成的生物膜又显著提高反应器对ANAMMOX菌的截留能力,从而缩短了反应器的启动周期,同时提高ANAMMOX工艺脱氮效率。

Anammox的实现及其应用前景分析

低碳高效的Anammox技术在污水处理中对实现“双碳”目标具有潜力,并为污水处理厂工艺带来技术变革。对传统脱氮和Anammox脱氮进行了比较,指出Anammox在节能降耗和温室气体减排中具有优势;分析了实现短程硝化Anammox(PNA)和短程反硝化Anammox(PDA)稳定获得NO_(2)^(-)的控制策略,其中游离氨(FA)、温度、DO和间歇曝气是PNA的重点调控因子,而碳氮比是PDA的重要控制因素。基于控制原理,Anammox技术在多种污水中具有应用前景,但PNA更适合污泥消化液、污泥脱水液和垃圾渗滤液的处理,PDA则更适合低温、低NH_(4)^(+)-N的主流污水,以及城市污水和NO_(3)^(-)污水混合污水的处理。未来研究的重点在于:界定适于PNA和PDA的污水种类,考察污水组分对PNA/PDA的影响及响应,中试验证各种污水的PNA/PDA,改造升级传统脱氮以实现PNA/PDA。

污水中微量污染物对Anammox活性抑制机制研究进展

综述了芳香污染物、金属和金属纳米颗粒、抗生素等3种污水中常见微量污染物对厌氧氨氧化(Anammox)菌群的抑制效应,分析了导致Anammox活性丧失的抑制机理,指出抑制作用多表现为对细胞膜的损害,抑制效果受污染物在细胞质中扩散、溶解和摄入细胞能力的影响。针对不同的污染物提出了相应的应对策略,可以通过淘洗菌种、投加新鲜种群、添加促进剂等方式提高Anammox活性和胞外聚合物(EPS)含量,也可以利用驯化手段诱导抗性基因的产生,或采用生物膜法增强Anammox群落对污染物的耐受性。

新型膜组件MBR启动运行Anammox工艺及膜污染控制

膜生物反应器(MBR)作为一种高效的厌氧氨氧化(Anaerobic ammonia oxidation,Anammox)反应器受到研究者的广泛关注。然而,膜污染问题制约了MBR在Anammox领域的工程应用。为了减缓膜污染的形成,设计了一种新型伞式膜组件,再在这种膜组件的基础上构建MBR用于启动运行Anammox工艺,通过形成特定的流场结构强化膜附近水流剪切力和水流速度,从而实现膜组件的自清洗,进而延长膜组件的使用周期。该反应器经55 d运行成功启动Anammox工艺,直到运行81 d才达到更换膜组件的条件(跨膜压力达到0.045 MPa)。结果表明,新型膜组件MBR不仅可以缩短Anammox工艺的启动周期,还可以有效缓解膜污染。扫描电镜结果表明,运行81 d的膜组件表面形成了明显的滤饼层,其主要污染物为具有花椰菜结构的厌氧氨氧化菌(AnAOB)及生长代谢产物。同时利用Ansys Fluent模拟工艺运行过程中伞式膜组件周围的流场结构,从流体动力学角度解释了伞式膜组件缓解膜污染的机理。研究表明,膜组件附近强化的水流剪切力和水流速度作用于展开的膜丝,显著减缓滤饼层的形成。

聚对苯二甲酸乙二醇酯微塑料对Anammox颗粒污泥的尺寸影响效应

为探究微塑料(MPs)对活性污泥脱氮性能的尺寸影响效应,采用水质测定、活性测试、物化表征及微生物群落分析等方法,探索了不同粒径下(75~500μm)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)对厌氧氨氧化颗粒污泥(AnGS)的影响.结果显示,投加75和150μm的PET-MPs时,Anammox脱氮效能低于控制组,而300和500μm组中却表现出优于控制组.厌氧氨氧化活性(SAA)测试具有相似结果.胞外聚合物(EPS)分析发现PET-MPs粒径越小,EPS分泌和PN/PS越高,AnGS结构越不完整.小粒径下PET对Anammox抑制主要与颗粒污泥所具有的较低Zeta电位和较小的比表面积显著相关.而大粒径PET-MPs则减少了与MPs接触的机率且能提供更多的活性位点,促进了Anammox底物的传递效率.高通量测序结果表明PET-MPs粒径大小决定了微生物群落的多样性和丰富度,尤其对Anammox菌属(Candidatus Kuenenia)相对丰度影响显著.

高盐环境下ANAMMOX-UASB反应器启动特性

在高盐环境下(含盐量3%)以耐高盐厌氧反硝化颗粒污泥作为接种污泥启动ANAMMOX-UASB反应器,研究其启动特性。结果表明,高盐环境下ANAMMOX-UASB启动成功仅耗时186 d,总氮(Total Nitrogen,TN)去除率在87.5%以上,NH^(+)_(4)-N和NO^(-)_(2)-N消耗量之比(Rs)、NH^(+)_(4)-N消耗量与NO^(-)_(3)-N生成量之比(Rp)分别为1.13和0.26。启动成功后反应器中污泥由黑色逐步变为红褐色,污泥颗粒化形态较为明显。高盐环境下ANAMMOX-UASB启动成功后污泥中Heme c含量、硝酸盐还原酶(Nitrate reductase,Nar)活性、亚硝酸盐还原酶(Nitrite reductase,Nir)活性、联氨氧化酶(Hydrazine oxidase,HZO)活性、联氨合成酶(Hydrazine synthase,HZS)活性较接种污泥的增幅分别为8.00、6.74、8.34、0.58和6.00倍;门水平下,厌氧氨氧化菌所属的浮霉菌门丰度占比为6.05%,较接种污泥增加了5.11倍;启动过程中反硝化菌属丰度下降,厌氧氨氧化菌属丰度不断增加,优势菌属为Candidatus_Brocadia,启动成功后的丰度是接种污泥的12.98倍。

Fe^(2+)与Fe^(3+)对anammox体系中N_(2)O排放的影响

有研究表明,适量Fe^(2+)与Fe^(3+)能够促进anammox菌体代谢,但对于菌体N_(2)O产量的影响仍未可知。该文以批次实验的形式探究anammox在不同浓度Fe^(2+)与Fe^(3+)浓度下的N_(2)O产量,并分析其微生物组学和功能基因变化。结果表明,加入Fe^(2+)的组别中N_(2)O排放量在20 mg/L Fe^(2+)时最高(0.29 mg/L),30 mg/L Fe^(2+)时下降47.01%;加入Fe^(3+)的组别中N_(2)O排放量随Fe^(3+)浓度递增,30 mg/L Fe^(3+)时N_(2)O最高排放量为0.17 mg/L。微生物群落多样性分析表明,5 mg/L Fe^(2+)和Fe^(3+)能刺激Candidatus Kuenenia的生长,然而反硝化菌Denitratisoma和Limnobacter随Fe^(2+)和Fe^(3+)浓度的提高而增加。功能基因分析表明,N_(2)O的释放与硝化途径、DNRA途径、反硝化途径以及anammox途径中的功能基因有关,并与基因norB、nirD、hcp呈显著正相关(P<0.05)。该文阐述了Fe^(2+)与Fe^(3+)对anammox体系N_(2)O排放的影响,可为anammox工艺中的N_(2)O控制提供参考。

基于LSSVM与NSGA-Ⅱ的反硝化-Anammox工艺协同优化研究

针对反硝化-Anammox工艺中整体脱氮除碳能力较低的问题,提出基于LSSVM与NSGA-Ⅱ构建废水脱氮除碳处理的多目标优化模型。利用基于LSSVM的软测量方法进行脱氮除碳结果的相关变量的预测,通过NSGA-Ⅱ算法求解反硝化-Anammox工艺的全局最佳进水条件的解集。经仿真实验证明,通过LSSVM预测的COD_(rem)等相关变量与真实值的误差较小,基本满足预测需求。按照优化模型求解出的帕累托解集进行废水脱氮除碳处理,在NH_(3)-N的去除率达到90.67%的同时,对TN、COD的去除率分别为80.21%、85.73%,氮、碳2种元素的整体去除率为85.54%,能够满足反硝化-Anammox工艺协同优化的需求。

高氨氮渗滤液处理的ANAMMOX A^2/O工艺研究

通过好氧出水回流到厌氧流化床可以实现厌氧氨氧化过程 .对于高浓度氨氮渗滤液 ,ANAMMOX反应可使ANAMMOXA2 /O工艺比普通A2 /O工艺的TN去除率提高 1 5 %～ 2 0 % ,达 32 %以上 ;好氧出水NO- 2 N浓度有较大幅度地降低 ,改善了出水水质 .ANAMMOX反应总反应级数为 3级 ,对NH+4 N、NO- 3 N和NO- 2 N的反应级数均为 1级 ,反应速率常数为 -3 4 3E -5L2 ·(mmol2 ·h) - 1.

ANAMMOX颗粒污泥吸附氨氮特性及其影响因素

为了解析ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附特性及机理,分别考察了不同初始氨氮浓度和污泥浓度下的ANAMMOX颗粒污泥吸附氨氮特性,以及温度、p H、盐度和金属阳离子对氨氮吸附的影响;并采用了吸附等温式、动力学和热力学对吸附过程进行解析.结果表明,ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附在20min左右基本达到吸附平衡,吸附容量随着氨氮初始浓度的增加而增加,随ANAMMOX颗粒污泥浓度的升高而减少.低温有利于ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附,其最佳p H为7.0.盐度和金属阳离子显著影响ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附,在Na Cl浓度为5g/L时,吸附作用已不明显.在质量浓度相同的条件下,Fe3+对吸附作用抑制最强,Mg2+与Ca2+次之,而Cu2+相对最弱.ANAMMOX颗粒污泥吸附氨氮过程更符合Freundlich等温式,吸附过程符合准二级动力学模型,并且是由表层扩散和内部扩散共同作用的结果.热力学研究表明,该吸附过程是一个自发的放热过程.

ANAMMOX工艺在生活污水深度处理中的应用研究

随着水环境质量的恶化,高能低耗的污水深度处理技术成为当前研究热点,尤其是对于低C/N比的城市生活污水脱氮技术的研究。试验以城市生活污水的二级出水为研究对象,采用ANAMMOX下向流生物滤池,当二级出水NH3-N=15-35mg/L,CODCr=25-45mg/L,TOC=9-12mg/L,水温=25-28℃时,ANAMMOX下向流生物滤池脱氨率达80%-100%,不仅适用于处理高氨废水,也可用于城市生活污水深度处理中。试验发现pH可以用来指示ANAMMOX反应的进行,同时也可以用来指示ANAMMOX反应进程的快慢。试验中还发现,厌氧氨氧化反应速率与NO2--N含量有关,原水中NO2--N含量的增多有利于ANAMMOX工艺处理效果。

ANAMMOX微生物高负荷培养方法研究

针对低浓度低负荷启动ANAMMOX反应器在实际工程应用中的局限,采用高负荷法启动ANAMMOX反应器,运行至第112天总氮去除负荷可达0.9 kgTN/(m^3·d),实现了ANAMMOX反应器的高负荷快速启动。并测算得高负荷ANAMMOX反应器内的微生物最大比增长速率为0.0774,倍增时间为 9 d。

A/O+Anammox工艺处理低C/N城市污水的脱氮性能

以低C/N城市污水为研究对象,研究A/O+Anammox工艺的脱氮特性。试验结果表明:A/O+Anammox工艺可实现高效脱氮;在进水总氮(TN)平均质量浓度为62.01 mg/L,溶解性COD/TN(C/N)为2.42的条件下,出水TN平均质量浓度为11.48 mg/L,NH4+-N平均质量浓度为1.83 mg/L,可以达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A标准;A/O反应器中TN去除占该工艺TN去除量的51.13%,主要通过缺氧反硝化、好氧同步硝化反硝化和剩余污泥排放实现;AO反应器出水ρ(NO2--N)/ρ(NH4+-N)可控制在1.0左右,满足后续厌氧氨氧化对进水的要求。Anammox反应器TN去除量占该工艺TN去除量的48.87%;半亚硝化和厌氧氨氧化作用是A/O+Anammox工艺处理低C/N污水实现高效脱氮的关键原因。

有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响

研究了有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.在没有有机物的条件下,进水基质（氨氮和亚硝氮）浓度为70～280 mg·L^-1,容积总氮负荷为0.29～0.72 kg·m^-3·d^-1,氨氮去除率86.0%～99.7%,亚硝氮去除率88.7%～99.3%.添加有机物（酵母膏100 mg·L^-1）后,ANAMMOX反应器运行性能与容积总氮负荷有关.容积总氮负荷低于0.43 kg·m^-3·d^-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响较小,氨氮和亚硝氮去除率保持在94%以上;但当容积总氮负荷为0.72 kg·m^-3·d^-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能产生严重影响,氨氮和亚硝氮去除率降至75%以下.停止添加有机物并降低容积总氮负荷,可在短期内消除有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.

Anammox反应器中氨氧化菌的分离鉴定及特性研究

从 Anammox反应器污泥中分离了 6株好氧氨氧化菌 ,并对其中的 N1菌株进行了生物学特性研究 。

颗粒粒径对Anammox污泥理化性质及脱氮性能的影响

为考察不同粒径的厌氧氨氧化(Anammox)颗粒污泥的理化与脱氮特性,对比分析了粒径为1.0~1.5、1.5~2.0、2.0~2.5、>2.5 mm的Anammox颗粒污泥。结果表明,MLVSS、MLSS、VSS/SS、孔隙度、湿密度和TB-EPS与粒径呈正相关,含水率、SMP和LB-EPS都与粒径呈负相关,EEM结果显示色氨酸在粒径增长中起到重要作用。在2.0~2.5 mm时,TB-EPS中PN/PS达到最高,颗粒中蛋白质氨基酸吸收强度较高,含量最多,颗粒理化结构较为稳定。脱氮性能分析可知,在粒径为2.0~2.5 mm时,厌氧氨氧化活性相对最高。结合理化性质及脱氮性能的分析,应将粒径在2.0~2.5 mm范围内的Anammox颗粒污泥作为定向驯化与培养的目标。