有机物存在时全程自养脱氮工艺启动及微生物群落结构演变

为了实现全程自养脱氮工艺在处理含有机物废水中的应用,考察有机物存在时全程自养脱氮工艺的启动、运行工况与微生物群落结构演变,通过低溶解氧和生物膜菌种富集的控制策略,缓解有机物对厌氧氨氧化菌的抑制,实现全程自养脱氮工艺启动和功能微生物的富集。结果表明,当进水化学需氧量质量浓度为600 mg/L时,全程自养脱氮工艺启动,在反应器稳定运行期间总无机氮去除率最高达到79.46%;三维荧光光谱显示腐殖酸类和富里酸类物质是主要的微生物代谢产物;微生物高通量测序显示厌氧氨氧化菌的优势属Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia的相对丰度分别从0.02%和0.01%增加到10.47%和4.45%,成功实现厌氧氨氧化菌的富集。

两种一体式全程自养脱氮反应器的启动与运行特征对比

针对采用一体式全程自养脱氮(CANON)工艺的活性污泥反应器和移动床生物膜反应器(MBBR)进行了超过400 d的考察,并对两者的运行特征进行了比较。结果显示,活性污泥CANON反应器经过长期运行,内部的污泥絮体首先聚集形成了生物膜,生物膜经刮擦脱落后可进一步形成颗粒污泥;转化形成的颗粒污泥系统对氨氮和总氮的平均去除率分别为97.6%和81.8%。在MBBR中,系统对氨氮和总氮的去除受曝气的制约,平均值分别为87.0%和72.9%;另外由于生物膜的保护,长期运行后亚硝酸盐氧化菌(NOB)将难以被抑制。反应器微生物群落组成结构显示,生物膜中的氨氧化菌(AOB)、NOB和厌氧氨氧化菌(AnAOB)相对丰度分别为5.66%、2.99%和21.10%,而颗粒污泥中这3种功能菌的相对丰度分别为7.62%、0.34%和6.85%。

单级SBR生物膜中全程自养脱氮的研究

研究了具有全程自养脱氮作用的生物膜中无机碳源浓度、pH值、溶解氧(DO)对全程自养脱氮的影响.结果表明,当NaHCO3浓度从1.75g/L上升到2.50g/L时,反应体系中的pH值从7.6~8.0上升到8.8左右,氨氮转化率和总无机氮去除率分别急剧下降到53%和48.8%.在进水氨氮负荷为60g/(m3(d)时,最佳DO应控制在0.5~0.7mg/L,此时氨氮转化率达到90%以上.

溶解氧对序批式全程自养脱氮工艺运行的影响

在常温22-26℃下,接种成熟的全程自养脱氮（CANON）污泥至2个相同的SBR反应器,通过设置不同的初期DO及不同的DO梯度,考察了DO控制策略及DO值对CANON工艺脱氮性能,稳定性及污泥形态的影响.结果表明,初期DO为0.05-0.10mg/L的反应器可以稳定运行,氨氮和总氮的平均去除率分别为99%和85.4%,而初期DO为（0.40±0.5）mg/L的反应器的氨氮和总氮平均去除率分别为99%和0；在反应器运行稳定之后,逐渐增加DO浓度, DO为0,0.2,0.4,0.5mg/L时的厌氧氨氧化反应速率分别为35.95,23.89,31.50,19.25mgN/（L·h）,延时曝气2h后反应器仍可正常运行.在一定DO范围内,CANON反应器的活性随着DO的升高而升高,较高DO对接种初期的CANON反应器冲击较大且不可逆,对稳定运行的CANON反应器的影响较小；但是当CANON工艺稳定运行之后,短时高DO对CANON工艺的影响是可逆的.显微镜照片显示稳定运行的CANON反应器内出现了颗粒化的趋势.

采用高通量测序分析全程自养脱氮(CANON)系统不同脱氮效能下的微生物群落结构

从微生物优势菌群构成角度揭示一体式全程自养脱氮反应器（completely autotrophic nitrogen removal overnitrite,CANON）启动、稳态运行及崩溃的微观机理,有助于优化调控微生物种群、增强CANON的脱氮效能.试验采用序批式反应器（sequencing batch reactor,SBR）,以间歇曝气方式启动CANON系统（35益依1益）,考察了CANON系统从启动、稳定到恶化过程的氮素转化率和微生物活性;同时对污泥样品采用16S r DNA宏基因组高通量测序技术,考察种泥和不同脱氮效能时期的微生物种群结构.试验结果表明：本CANON系统的厌氧氨氧化菌（anaerobic ammonium oxidation bacteria,An AOB）为Candidatus Kuenenia,氨氧化菌（ammonium oxidation bacteria,AOB）和硝化菌（nitrite oxidation bacteria,NOB）分别为亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）和UnculturedNitrospinaceae;系统启动时,An AOB丰度达到0.44%,AOB和NOB分别占总菌的27.61%和1.33%,脱氮效果最佳时的总氮容积去除率达到218.0 mg/（L·d）;由于系统溶解氧质量浓度较低（0.15～0.25 mg/L）,好氧段发生厌氧氨氧化反应,好氧段结束时亚硝氮积累量持续下降,导致缺氧段亚硝酸盐基质不足,An AOB受到抑制;长期运行条件下,反应器内生物多样性及An AOB丰度均有所下降.反应末期,Nitrosomonas占总菌群数量的62%,成为优势菌种,而An AOB仅占0.13%,与此时较低的总氮容积去除率（19.3 mg/（L·d））相吻合.

全程自养脱氮新技术处理污泥脱水液的研究

以含有高浓度氨氮的消化污泥脱泥污水为基质 ,在悬浮填料床反应器中实现了稳定的全程自养脱氮过程 .在填料表面培养形成了全程自养脱氮混菌生物膜 .反应器的主控条件为T =2 8℃ ,pH =8 0左右 ,溶氧为 0 8～ 1 0mg/L .两级串联反应器的平均表面负荷为NH+4 N 3～ 4g/(m2 ·d) ,总的全程自养脱氮率达 70 %左右 .对处理高氨氮含量和低C/N比的废水 ,全程自养脱氮较常规硝化 反硝化脱氮技术可大大降低氧耗并无需外加有机碳源 。

启动炭管膜曝气生物膜反应器实现全程自养脱氮

启动包裹无纺布的多微孔炭管为膜组件的膜曝气生物膜反应器(MABR),实现基于短程硝化和厌氧氨氧化的完全自养脱氮.首先接种普通硝化污泥启动反应器,在温度35℃,pH为7.9条件下,通过对膜内腔压力的适当控制逐步降低反应器溶解氧浓度,实现亚硝酸盐的积累.然后再次接种厌氧氨氧化污泥,使无纺布上形成好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌稳定共存的膜曝气生物膜,从而实现全程自养脱氮.结果表明,经过120 d连续运行,在膜内压力为0.015 MPa,水力停留时间6 h,进水NH4+-N为200 mg/L±10 mg/L条件下,NH4+-N转化率达到88.7%,出水总氮平均为48.65 mg/L,总氮去除率达到83.77%.荧光原位杂交(fluorescent in situ hybridization,FISH)分析表明,好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌作为主要功能菌群分别控制着靠近炭管膜/生物膜界面区域和靠近生物膜/液体界面区域.

连续流全程自养脱氮工艺启动及脱氮性能分析

在处理低碳氮比废水时,全程自养脱氮工艺表现出了良好的脱氮效果.为此,采用曝气上流式污泥床反应器(AUSB)对全程自养脱氮工艺的脱氮性能进行研究.结果表明:只投加氨氮不加入其他氮源的条件下表现出了73%的总氮去除率,在逐步增加进水氨氮和降低水力停留时间的过程中系统的脱氮能力得到提升,总氮去除负荷达到0.47 kg/(m^3·d)以上,在本实验开始后的第60天出现了肉眼可见的颗粒.在运行期间,系统内NOB得到有效抑制,Δρ(TN)/Δρ(NO_3^--N)接近于理论值8,经过135 d的运行成功在连续流反应器内启动了全程自养脱氮颗粒污泥.实验结果表明,本实验通过采用增大进水负荷的方式促进了微生物的生长,构建出更适合CANON功能菌种的生长条件,NOB得到逐步淘汰.同时,在多种生物种群的共同作用下,反应器表现出高效的脱氮效果,在人工配水条件下,颗粒污泥连续流全程自养脱氮工艺启动成功.

全程自养脱氮新工艺

介绍了全程自养脱氮新工艺,分析了工艺实现条件及特点,并进一步从理论上阐述了全程自养脱氮和好氧颗粒污泥结合的可行性。

生物脱氮研究的新进展——全程自养脱氮工艺

介绍了生物脱氮研究的最新进展———全程自养脱氮工艺,并全面、系统地论述和分析了全程自养脱氮工艺的机理、自养脱氮工艺实现方式及其特点与技术关键,并指出了今后应着重研究的几个方面。

全程自养脱氮反应系统的微生物区系分析

在建立全程自养脱氮反应器的基础上,以活性污泥为对照,分析了脱氮反应器内真菌、细菌和放线菌的数量、种类(类群)、种(株系)数和优势种(株系或类群),及硝化菌和亚硝化菌的数量变化。研究结果表明,与活性污泥相比,全程自养脱氮反应器内微生物数量、种类和区系组成发生很大变化。自养脱氮反应器内亚硝化菌数量显著增加,说明亚硝化菌的积累是全程自养脱氮系统的一个显著特点。

全程自养脱氮体系中硝化菌株的筛选和鉴定

在建立全程自养脱氮反应器的基础上,以活性污泥为对照,分析了反应器内硝化菌和亚硝化菌的数量变化,并通过富集培养,从反应器中筛选、分离用于治理氮污染的硝化菌和亚硝化菌．研究结果表明,自养脱氮反应器内亚硝化菌数量显著增加,说明亚硝化菌积累是全程自养脱氮体系的一个显著特点．从反应器内富集到参与自养脱氮反应的细菌菌株,鉴定结果表明,参与亚硝化反应的菌株主要为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和食酸丛毛单胞菌(Comamonas acidovorans);参与硝化反应的菌株主要为睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testoseroni),同时测定了铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的亚硝化能力和睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testoseroni)的硝化能力．

全程自养脱氮工艺的研究

以悬浮填料床作为全程自养脱氮反应器,用不含有机碳的合成氨氮废水进行反应器的启动。系统的氨氮和总氮去除率分别达80%和60%左右。通过批式实验对全程自养脱氮做进一步的研究,结果表明,通过控制反应器中DO的浓度,可以控制氨氧化和反硝化的比率;当DO为0.8mg/L时,氨氮几乎完全转化为氮气,氨氧化和反硝化在此时达到了动态平衡;在低DO情况下,氨氮和亚硝氮同时存在,氨氮和总氮的转化率都大幅度的提高,说明氨氮可以亚硝氮为电子受体,在无外加有机碳源的情况下进行反硝化。

全程自养脱氮特性因子的研究

以消化污泥脱水液为基质 ,两级串联悬浮填料床反应器的NH+ 4 -N平均表面负荷为 3～ 4g (m2 ·d) ,总的全程自养脱氮率达 6 5 %～70 %。对反应器中的生物膜污泥采用批式实验 ,研究了全程自养脱氮的特性影响因子。结果表明 :只有在DO限制 (如 0 8mg L左右 )条件下 ,生物膜污泥才能进行彻底而正常的全程自养脱氮作用 ;全程自养脱氮的适宜pH范围约在 7 5～ 8

全程自养脱氮技术处理高浓度含氮淀粉废水的工程实例

淀粉废水有机氮浓度较高,污水处理采用调节池-厌氧池-全程自养脱氮池-二沉池-混凝沉淀池处理工艺,在进水CODCr<10000mg/L,TN≤600mg/L情况下,处理后CODCr<100mg/L,NH3-N<10mg/L,完全达到预期处理效果。目前国内全程自养脱氮技术(处理超低C/N废水)大都停留在试验阶段,工程化的实例很少。

吸附-全程自养脱氮(A-CANON)工艺处理实际市政污水

以上海某污水处理厂市政污水为研究对象,考察市政污水在常温(25℃)条件下先经吸附段(A段)去除回收部分碳源后利用全程自养脱氮(CANON)工艺处理的脱氮效果.A-CANON工艺稳定运行175个周期, A段水力停留时间(HRT)=20min,DO=2mg/L, COD去除率始终高于60%,出水C/N降至1.5左右;CANON段出水中COD及TN浓度分别低于50mg/L和15mg/L,NH_4^+-N浓度一般低于5mg/L,基本满足城市污水厂一级A排放标准.16S r DNA高通量测序结果显示,采用A-CANON工艺后,CANON系统中的优势厌氧氨氧化菌属为Candidatus_Jettenia和Candidatus_Brocadia.其中,Candidatus_Jettenia的丰度由第85周期的1.79%增加到第175周期的13.51%,较同期丰度降低1.4%的Candidatus_Brocadia表现出更强的环境适应能力.研究结果表明采用A-CANON工艺可有效处理市政污水并回收其中碳源.为该工艺在市政污水处理中的应用提供了理论依据和技术支持,有望实现市政污水碳、氮处理的可持续性.

协同C/N及HRT快速启动全程自养脱氮工艺

在序批式活性污泥法反应器(SBR)中,采用全程自养脱氮(CANON)工艺,先以反硝化污泥为接种污泥,采用低基质含量配水通过逐步降低进水C/N及水力停留时间的策略快速富集厌氧氨氧化菌(anammox),之后在低曝气条件下进一步缩短HRT以模拟生活污水富集氨氧化细菌(AOB),基于对反应器内脱氮性能和不同阶段功能菌动力学活性的分析,系统阐述了功能菌演化的关键因素。结果表明,CANON工艺在75 d内成功启动,反应器氨氮去除率超过了93%;将该工艺应用于生活污水的处理,实现了高效的脱氮性能,反应器内anammox对NH_4^+-N降解速率μ(NH_4^+-N)与异养菌对COD的降解速率μ(COD)的比大于1.0,与反硝化菌的NO_3^--N降解速率μ(NO_3^--N))比大于2.0。

全程自养脱氮反硝化除磷处理城市污水的启动

为将全程自养脱氮耦合反硝化除磷工艺应用于城市污水处理,在厌氧折流板反应器(ABR)-膜生物反应器(MBR)运行模拟城市污水。结果表明,进水NH_(4)^(+)-N质量浓度100 mg/L时,调节停曝时间比(60 min:45 min→45 min:45 min)启动耦合工艺,55 d后达到85%以上的碳氮磷去除效果。随后降低进水NH_(4)^(+)-N的质量浓度至50 mg/L,耦合系统运行严重失稳。通过减少溶解氧含量(质量浓度0.6 mg/L→0.4 mg/L)和提高硝化液回流体积比(200%→250%),抑制亚硝酸氧化菌(NOB),恢复并增强优势菌种在低基质环境的适应性,完成耦合工艺处理模拟城市污水的启动,共历时102 d。反应器TN、PO_(4)^(3-)-P、COD的去除率分别达到92.7%、85.8%、92.3%,证明耦合工艺处理城市污水的可行性。

全程自养脱氮工艺的研究与工程应用展望

全程自养脱氮工艺(CANON)因其具有无需碳源、脱氮效率高和节省基建及运行成本等优点受到研究者的青睐,被视为极具工程应用前景的新型废水生物脱氮技术。对CANON工艺的反应原理应用现状进行了阐述,对应用障碍进行了分析,并总结了基于CANON工艺的典型耦合技术的研究及应用进展。在此基础上,指出了CANON工艺工程应用的瓶颈并提出了其未来的发展方向。

氨氮负荷对全程自养脱氮耦合反硝化除磷的影响

采用改进型厌氧折流板(ABR)-膜生物反应器(MBR)反应器,以中高NH4+-N含量(≥200 mg·L-1)废水为研究对象,构建全程自养脱氮耦合反硝化除磷工艺,以实现高效同步脱氮除磷。结果表明,不同NH4+-N负荷下稳定运行后,系统内TN去除率几乎不受影响,均保持在92%左右,而系统除磷率与COD去除率在NH_(4)^(+)-N负荷为0.632kg/(m^(3)·d)时效果为佳,分别达到96%与91%,出水COD分别为0.32、18.19 mg/L。当NH_(4)^(+)-N负荷由0.316 kg/(m^(3)·d)逐渐提升至0.474、0.632、0.790 kg/(m^(3)·d)时,分别经过56、50、35 d后,系统NH4+-N去除率重新达到95%以上,耦合工艺在不同NH4+-N负荷下表现出良好的适应性。