一体式厌氧氨氧化工艺处理高氨氮污泥消化液的启动

利用新型固定生物膜一活性污泥反应器处理实际污泥消化液,通过接种短程硝化污泥和厌氧氨氧化生物膜填料,逐渐提高进水氨氮浓度并控制溶解氧浓度在0.11～0.42mg/L,系统在65d内实现了短程硝化-厌氧氨氧化反应的启动.反应器系统稳定运行阶段具有良好的污染物去除效果,进水COD和氨氮浓度为921和1120.8mg/L,COD、氨氮和总氮去除率分别为66.8%,99.0%和94.4%,总氮去除负荷为0.27kg N/（m3·d）.试验表明采取逐步提高进水中消化液比例的策略,有利于一体式厌氧氨氧化工艺的快速启动.进一步分析发现系统同时存在厌氧氨氧化和反硝化的脱氮途径,对总氮去除的贡献率分别为67.4%～91.1%和8.9%～32.6%。

一体式厌氧氨氧化工艺在市政污水处理中的应用

随着社会经济的迅猛发展,人们生活水平的日益提升,生产生活中的污水问题也逐渐显现出来。由于我国污水处理厂运营过程中普遍存在进水碳源不足的现象,传统生物脱氮技术需补充碳源以满足脱氮要求,这就额外增加了碳足迹和碳排放。为了能够提升污水处理效率,降低处理成本,文章重点探究了厌氧氨氧化工艺的分类,分析了一体式厌氧氨氧化工艺的优势及现状,并对在市政污水处理中常见的一体式厌氧氨氧化工艺进行研究,旨在提高污水处理效率,推动社会的可持续发展。

一体式厌氧氨氧化工艺处理稀土废水脱氮性能的研究

稀土废水中含有极高浓度的氨氮和盐度,当前处理工艺难以实现达标排放。本研究利用SBR反应器启动一体式厌氧氨氧化工艺,处理稀土生产工艺中的碳沉废水。进水氨氮达到450~550 mg/L时,氨氮、总氮去除率分别达到95%、90%,总氮去除负荷达0.4~0.5 kgN/(m^(3)•d)。利用该系统处理稀土废水,出水氨氮低于10 mg/L,总氮低于50 mg/L。进一步的研究表明当进水盐度低于10000 mg/L时,一体式厌氧氨氧化工艺可以稳定的运行并达到良好的脱氮效果。

一体式短程反硝化-厌氧氨氧化工艺研究进展

短程反硝化具有稳定的亚硝态氮积累能力,这为厌氧氨氧化的应用带来曙光。相对于分段式短程反硝化-厌氧氨氧化(PD-A),一体式PD-A布局更紧凑、操作更方便。首先介绍了短程反硝化与厌氧氨氧化的脱氮机理;接着从悬浮污泥、生物膜、颗粒污泥、细胞固定系统下阐述一体式PD-A的启动方式和工艺形式,发现一体式PD-A中的空间结构不仅利于功能菌的保留还有利于衍生工艺的开发;随后从碳源、进水基质、pH等方面总结PD-A的影响因素,并介绍强化PD-A的方法;最后概括PD-A及其衍生工艺的应用进展、并探讨发展方向,发现一体式PD-A在城市污水脱氮处理以及资源化利用方面具有广阔的前景,符合我国“双碳”目标发展要求。

厌氧氨氧化工艺处理氧化铁红废水的工程研究

本研究针对物化预处理后的氧化铁红高氨氮废水,构建了工程尺度的厌氧氨氧化系统(CANON).在为期165d的连续运行过程中,CANON系统展现出良好的稳定性和抗冲击能力,其氨氮去除率和总氮去除率(TNRE)分别达90%和80%.Spearman分析和SHAP特征重要性分析揭示了水质参数及环境参数对TNRE的影响.微生物群落分析揭示了系统中微生物种群结构的显著变化,优势厌氧氨氧化菌从Candidatus Anammoxoglobus过渡到Candidatus Kuenenia(相对丰度13.22%),优势氨氧化细菌为Nitrosomonas(相对丰度1.27%).此外,本研究建立的机器学习模型(XGBoost)对TNRE的预测准确率超过了99.9%,并在实际应用中对新数据点的预测准确度达到98%.本研究为厌氧氨氧化工艺的工程化应用和智能化发展提供了宝贵的实践经验.

一体式厌氧氨氧化工艺系统的研究与应用进展

厌氧氨氧化技术凭借无需投加碳源、节省能耗、污泥产量低等优势成为污水脱氮领域中具有创新性与高效性的研究之一。学者们对相关组合工艺的反应机理、微生物群落、应用形式等开展大量研究。相对于分体式厌氧氨氧化工艺,一体式工艺布局更紧凑,大大降低了设施建设和运营的成本。从工程应用角度梳理了一体式厌氧氨氧化工艺的优势,结合国内外一体式厌氧氨氧化工艺在城镇污水处理中的工程案例,从颗粒污泥、生物膜、悬浮污泥系统及主要功能菌的营养类型等方面对一体式工艺系统中厌氧氨氧化微生物的研究进展进行了综述,并阐述了不同一体化系统的工艺性能、应用情况及影响因素,最后探讨了一体式工艺在城镇污水处理中的应用瓶颈及发展方向,以期为一体式厌氧氨氧化工艺的工程应用提供参考。

长期运行厌氧氨氧化系统沿程不同形态污泥微生物群落结构及功能解析

为深入理解厌氧氨氧化系统沿程微生物群落特征,考察了长期运行的升流式厌氧污泥床(UASB)厌氧氨氧化系统沿程方向上不同形态污泥微生物群落多样性、结构、物种网络及功能特征.结果表明,厌氧氨氧化系统沿程方向上不同形态污泥An AOB基因丰度存在显著差异(P<0.05),底部颗粒污泥(KL)中An AOB基因丰度为2.12×1010copies/gVSS,显著高于系统沿程其它形态污泥(P<0.05);沿程方向上不同形态污泥微生物多样性存在显著差异(P<0.05),但未呈现出明显的变化规律.不同形态污泥优势菌门(相对丰度>1%)为绿弯菌门(Chloroflexi)、浮霉菌门(Planctomycetota)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidota)、酸杆菌门(Acidobacteriota)和放线菌门(Actinobacteriota),相对丰度排名前10的菌属为norank_f__norank_o__SBR1031、Candidatus_Kuenenia、norank_f__Anaerolineaceae、Nitrosomonas、Limnobacter、norank_f__PHOS-HE36、Denitratisoma、Denitratisoma和OLB13norank_f__A4b,相对丰度在不同样品间存在显著差异(P<0.05);沿程方向不同形态污泥微生物群落结构间存在显著差异(P=0.001).网络分析发现,不同形态污泥微生物网络结构和拓扑性质存在差异,其中沉淀池内絮状泥(CD)、出水管内生物膜(XK)的平均度和中心紧密度高于沿程其他样品,微生物群落间具有更紧密的关联性.PICRUSt2分析发现,与代谢相关的通路功能基因丰度明显大于其他功能基因丰度,并且沿程不同形态污泥间代谢功能基因丰度存在显著差异(P<0.05),氮素代谢功能基因hao相对丰度远高于norB,同时narG基因丰度是nirS丰度的20.8~733.9倍,系统内部分亚硝化和部分反硝化功能活跃.厌氧氨氧化系统沿程方向上不同形态污泥微生物群落存在明显的异质性特征,但未呈现出明显的规律性.

铁调控厌氧氨氧化颗粒污泥研究进展

与其他传统的脱氮技术相比,厌氧氨氧化工艺作为新型的脱氮技术具有无需外加碳源和节能减排等优点。但厌氧氨氧化在实际应用过程中极易因污泥流失而无法快速培养启动。通过外加铁调控厌氧氨氧化颗粒污泥可以提高厌氧氨氧化脱氮效能,并保障其长期稳定运行。该文首先,简述了厌氧氨氧化菌的特性、代谢途径及厌氧氨氧化颗粒污泥的聚集机制;然后,重点从调控酶的合成和功能基因的表达、加速功能菌群的富集、供给颗粒污泥凝结核、促进胞外聚合物分泌以及加强系统群体感应等方面对铁调控厌氧氨氧化颗粒污泥的机制研究进展进行了综述;最后,从外加铁的系统优化、菌群间物质协同利用及群体感应调控作用的理解和铁在厌氧氨氧化颗粒污泥造粒过程中的机理探究等方面提出未来的研究方向。

厌氧氨氧化工艺在主流污水处理中的应用及其调控研究进展

厌氧氨氧化工艺(Anammox)具有低能耗、低产泥量、高脱氮性能等特点,在处理垃圾渗滤液、污泥消化液等领域的应用与研究得到了广泛重视。尽管如此,受制于氨氮浓度低、有机物与水量波动大、低温等问题,影响了其在城市污水主流工艺的应用。本文在介绍厌氧氨氧化工艺的基础上,总结了以厌氧氨氧化为基础的组合工艺处理城市污水案例,分析了当前厌氧氨氧化工艺应用于城市污水处理的限制性因素以及新型调控手段与策略。进一步展望了厌氧氨氧化应用于城市污水主流工艺的发展方向,以期为厌氧氨氧化应用到主流污水提供理思路。

废水处理硝酸盐异化还原与厌氧氨氧化/反硝化耦合工艺构建

采用厌氧膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)处理含COD、氨氮和硝氮的模拟废水,旨在高浓度有机废水处理系统中快速构建厌氧氨氧化(Anammox)运行工艺。通过接种少量Anammox污泥和逐步提高氨氮浓度的操作方式,在连续运行58d后,系统成功启动Anammox反应,此时的总氮和COD去除率稳定在97%和98%以上。物料衡算显示,Anammox反应途径对氮的去除贡献逐渐增加,硝酸盐异化还原(DNRA)耦合Anammox和反硝化共同促进了系统的同步脱氮除碳。对微生物群落分析发现,Candidatus Kuenenia相对丰度由0.27%快速升高至35.87%,DNRA菌(Ignavibacterium、Thermogutta)及反硝化菌(Azospira、Gp3)在体系内共存。通过基因注释法,检测出了Anammox、DNRA、硝酸盐还原及亚硝酸盐还原关键基因。运行过程中,颗粒污泥颜色变红且粒径增大;胞外聚合物(EPS)分析表明多糖(PS)和蛋白质(PN)含量增加而PN/PS下降;三维荧光光谱发现腐殖酸类物质增多。研究结果为高浓度有机含氮废水高效处理提供了一种新的工艺途径。

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%).

MnO_(2)促进厌氧氨氧化工艺启动的试验研究

为了考察投加MnO_(2)对ANAMMOX工艺启动效果和脱氮性能的促进作用,通过改变水力负荷以及采用逐级驯化手段,向反应器中投加MnO_(2)(0~50 mg/L),逐步提高厌氧氨氧化污泥对MnO_(2)耐受性,运行90 d成功启动ANAMMOX反应器。反应器对NH_(4)^(+)-N、NO_(2)--N去除率分别稳定在78%、98%,NLR可提升至0.855 kg/(m^(3)·d),NRR稳定在0.718 kg/(m^(3)·d)左右,NO_(2)^(-)-N与NH_(4)^(+)-N物质的量比以及NO_(3)^(-)-N与NH_(4)^(+)-N物质的量比分别稳定在1.32和0.20,SAA数值最大为269.86 mg[N]/(g[VSS]·d),利用高通量测序技术进行微生物群落结构分析,AnAOB属占比8.92%,成为优势菌属。相较于传统ANAMMOX工艺,投加MnO_(2)可促进AnAOB的富集、强化AnAOB的活性,为ANAMMOX工艺广泛应用于实际工程提供参考。

一体化厌氧氨氧化工艺处理垃圾渗滤液的性能研究

以垃圾渗滤液为研究对象,研究UASB-除碳-一体化ANAMMOX工艺的除碳脱氮特性.结果表明：该工艺可实现高效除碳脱氮；在进水COD浓度6210-16365mg/L？TN浓度为990-2100mg/L时工艺出水COD浓度最低为655mg/L,出水TN浓度最低为39.9mg/L.进水中的可降解COD主要在UASB和除碳池中去除（分别为59%和31%）,进入到一体化ANAMMOX池中的多为惰性有机物质；TN的去除在除碳池和一体化ANAMMOX池中进行,其中除碳池中TN去除量占工艺TN去除量的53%,主要通过同步硝化反硝化去除；ANAMMOX池中TN去除46%,主要通过AOB和AnAOB的协同作用实现.当除碳池出水含可降解有机物时,对后续一体化ANAMMOX池的自养脱氮抑制严重；充分降解除碳池中的可降解有机物是影响系统脱氮效率的关键因素.

基于碳减排的厌氧氨氧化脱氮工艺应用及强化调控进展

随着我国“双碳”目标的提出和水处理行业提标改造的重点落在生物脱氮,污水处理厂从关注满足排放许可限制转向实现碳中和、能量自给及资源回收。厌氧氨氧化(Anammox)技术凭借无需外加有机碳源、占地面积小、污泥产量少以及脱氮效率高等节能降耗与碳减排优势,代表着未来污水生物脱氮的发展方向。基于已有研究成果,梳理对比了传统脱氮与Anammox反应的发展历程;重点综述了新兴短程硝化耦合Anammox(PN-A)工艺、短程反硝化耦合Anammox(PD-A)工艺和甲烷型反硝化耦合Anammox(DAMO-Anammox)工艺在城市主流工况的应用进展;详细探讨了主流Anammox工艺面临低温、进水负荷不均和光照等环境因素冲击时,可施行的“侧流污泥补充至主流”“侧流污水间歇性补充至主流”“驯化生物膜颗粒”等内源性以及外源性的强化调控策略及内在机制;最后围绕分子生物学技术、材料科学、数字信息技术和管理政策,对加快Anammox生物脱氮技术的创新发展与推广应用进行了展望。

CRI系统短程硝化-厌氧氨氧化高效脱氮工艺研究

为解决传统人工快渗(CRI)系统脱氮效果差的问题,构建了由好氧反应柱(O-CRI)和缺氧反应柱(A-CRI)串联而成的两级CRI系统,探讨了在O/A-CRI系统内实现短程硝化-厌氧氨氧化的调控方法及其脱氮效果。结果表明,调节干湿比为4:1并在进水中投加质量浓度为5 g/L的NaCl运行20 d后,NH_(4)^(+)-N去除率、NO_(2)^(-)-N积累率分别为60.7%、97.9%,O-CRI反应柱成功启动短程硝化。逐级提高进水NO_(2)^(-)-N质量浓度至25 mg/L左右,A-CRI反应柱可成功启动厌氧氨氧化,短程硝化-厌氧氨氧化工艺耦合运行后NH+4-N、TN去除率均值分别达到97.5%、90.8%,为CRI系统提供了一种高效脱氮的新方法。

一体式厌氧氨氧化反应器常温运行与微生物群落研究

为明确温度对一体式厌氧氨氧化工艺的影响,本研究通过降温实现了一体式厌氧氨氧化工艺22℃下的常温运行,探究了微生物活性和群落结构随温度的变化.反应器采用自配进水､间歇曝气方式运行,进水NH_(4)^(+)-N浓度约254mgN/L,试验过程出水NO_(2)^(-)-N浓度稳定在在10mg/L以下,但NO_(3)^(-)-N随着降温有升高的趋势;总氮容积负荷在1.0~1.2g/(L·d)之间,总氮去除负荷在0.7~0.9g/(L·d);总氮去除率在62%~88%.反应器颗粒污泥中AOB活性始终最高,NOB活性远低于AOB和AnAOB;温度降低NOB活性增加;AnAOB到22℃时活性明显下降,因此需特别关注该温度下反应器的运行工况.Ca.Brocadia是反应器内丰度最高的AnAOB,相对丰度为2.7%~15.1%;Nitrosomonas是反应器内丰度最高的AOB,相对丰度为2.8%~11.5%.研究发现降温使AnAOB的优势属从Ca.Jettenia变为Ca.Brocadia;即后者较前者在低温条件下更具优势.

梯度递减曝气实现一体化部分短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化工艺(SPNAD)的稳定运行

为了解决一体化部分短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(single-stage partial nitritation,anammox and denitrification,SPNAD)系统中部分短程硝化由于过曝气难以稳定维持及短程硝化出水不稳定的问题,在以氨氮质量浓度为80 mg/L、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)质量浓度为150 mg/L的生活污水为进水的SPNAD系统中,通过曝气量控制进行了60 d的稳定进水负荷试验.在连续曝气控制0.3~0.5 mg/L的低溶解氧(dissolved oxygen,DO)过程中,会依次出现3次明显的DO跃变点Ta、Tb、Tc.结果表明:Tb可作为COD的降解完成指示点,Tc可作为部分短程硝化停曝气的指示点,Tc时刻NH4+-N、NO2--N平均质量浓度分别为20.11、22.83 mg/L,NO2--N和NH4+-N的质量浓度比值为0.93~1.37,适宜作为厌氧氨氧化进水;以DO变化率Δρ(DO)/Δt≥0.04 mg/(L·min)作为渐减曝气量和停止曝气量的设定值;将该梯度递减曝气控制策略应用于以实际生活污水(NH4+-N质量浓度为41.4~75.5 mg/L)为进水的SPNAD系统中,稳定实现了平均96.7%的总氮去除率(nitrogen removal ratio,NRR),平均出水总氮(total nitrogen,TN)质量浓度为2.11 mg/L.通过近150 d的试验为SPNAD系统的稳定短程硝化的稳定维持提出了一种梯度递减曝气控制策略,应用该控制策略可灵活调节本系统适应低氨氮、低ρ(COD)/ρ(TN)城市生活污水的水质变化且出水远优于国家一级A排放标准.

短程硝化-厌氧氨氧化工艺的快速启动策略研究

针对短程硝化-厌氧氨氧化(PN-Anammox)耦合工艺在实际应用中存在的启动困难及运行不稳定等问题,提出了一种基于曝气量与溶解氧(DO)联合控制的快速启动策略。在维持低DO环境(<0.2 mg/L)的条件下,通过逐步调节曝气量(100~175 L/h),精确控制反应体系的供氧量,以确保为厌氧氨氧化(Anammox)过程提供所需的亚硝态氮,从而实现PN与Anammox的高效耦合。研究结果显示,当进水总氮负荷为533.3 mg/(L·d),DO的质量浓度为0.04~0.15 mg/L,曝气量为175 L/h时,PN-Anammox耦合工艺表现出最佳的脱氮性能,总氮去除率达到77.6%,总氮去除速率为423.5 mg/(L·d)。在低DO环境下,氨氧化菌(AOB)与厌氧氨氧化菌(AnAOB)的原位活性随着曝气量的增加而显著增强。工艺成功启动后,AnAOB活性仅发挥出最大潜力的51.3%(929.3 mg/(L·d)),显示出系统较强的脱氮潜力及抗负荷冲击能力。此外,载体生物膜中亚铁血红素C(Heme C)含量和联氨脱氢酶(HDH)活性分别为絮体污泥的1.3倍和4.6倍,分别为1.21 mmol/g和0.09μmol/(g·min),这说明投加载体有助于AnAOB的生长富集,从而有利于反应器的稳定运行。通过该联合控制策略,仅用39 d便在序批式反应器(SBR)中成功启动了PN-Anammox耦合工艺,并在高氨氮废水处理中表现出优异的脱氮效果。

厌氧氨氧化工艺在污水处理中的应用分析

文章综述了厌氧氨氧化工艺的反应原理、厌氧氨氧化菌的发现以及厌氧氨氧化反应的影响因素;重点介绍了厌氧氨氧化工艺及其组合工艺的工程应用,分析了厌氧氨氧化工艺的技术难点和脱氮优势,以期为厌氧氨氧化工艺的推广应用提供可靠的参考。

厌氧氨氧化工艺特性及影响因素综述

厌氧氨氧化因无需曝气、无需外加碳源、剩余污泥量少等节能降耗优势,与我国提出的碳达峰碳中和目标吻合。研究通过系统地介绍厌氧氨氧化工艺及厌氧氨氧化菌,综述温度、底物浓度、盐度、PH、新型影响因素对厌氧氨氧化的影响,展望厌氧氨氧化工艺在脱氮领域中值得研究的方向及优化策略,对推进厌氧氨氧化工艺的大范围应用起到了积极的作用。