单级固定床生物膜反应器主流厌氧氨氧化快速启动性能

主流厌氧氨氧化(Anammox)是城市污水脱氮的热点和难点问题。本研究采用单级固定床生物膜反应器(SFBR)处理模拟城市污水,通过间歇运行切换和微氧(DO:0.4~0.7mg/L)控制,65天后成功启动Anammox。系统对氨氮和总氮去除率分别达98.8%和92.6%。此时生物膜结构致密,呈现红色。微生物活性测试发现,厌氧氨氧化菌活性在所有功能菌活性中最高。高通量测序证实厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)、短程反硝化菌(Thauera)和硝化菌(Nitrospira)共存,而未检测到氨氧化菌。amoA功能基因扩增子测序进一步分析表明,Nitrospira实际为全程氨氧化菌(Comammox)。因此,系统是在具有氧分层的生物膜内通过全程硝化/短程反硝化/厌氧氨氧化途径耦合实现城市污水脱氮。研究结果为主流Anammox快速实现提供了一种新的工艺思路。

厌氧膜生物反应器的发展及其耦合厌氧氨氧化脱氮的研究综述

由于厌氧膜生物反应器(AnMBR)在水中有机物资源化利用方面具有独特的优势,逐步成为污水处理领域的研究热点。从反应器与膜组件的配置、有机物的去除以及产甲烷率等方面讨论了影响AnMBR运行效果的主要因素。结合污水深度脱氮的需求,探讨了厌氧氨氧化(ANAMMOX)自养脱氮与AnMBR的耦合技术。介绍了国内外相关耦合工艺的应用形式,总结了关于该耦合工艺最新的研究方法、运行效果等,展望了该技术在污水处理领域的应用前景。

厌氧氨氧化动态膜过滤特性及膜清洗策略优化

厌氧氨氧化动态膜生物反应器(Dynamic membrane bioreactor,DMBR)能够高效富集厌氧氨氧化菌,较好克服了厌氧氨氧化污泥富集的困难,但仍缺乏对DMBR动态膜过滤特性及膜清洗方式的研究。本研究考察了动态膜有机组分及其对膜过滤特性的影响,以及基于动态膜的物化性质探究了物理性与化学性膜清洗的作用效果。结果表明,DMBR动态膜中陆源性腐殖质和类血红素类物质与膜阻力呈显著正相关,为关键的膜污染成分;0.5%NaClO溶液浸泡3 h呈现最佳清洗效果,清洗后膜通量恢复率高达98.2%,且能有效去除陆源性腐殖质和类血红素类物质。通过解析动态膜有机组分明确关键膜污染成分并优化膜清洗方式,为解决DMBR工程应用中膜污染控制与清洗策略提供了有力的科学依据。

缺氧生物膜转型厌氧氨氧化生物膜培养与富集特性

接种西安市某污水处理厂缺氧池生物膜构建升流式厌氧固定床生物膜(UAFB)反应器从而富集培养厌氧氨氧化(Anammox)生物膜,通过测定生物膜Anammox活性和酶活性并进行高通量测序分析,探讨城市污水处理厂现有填料转型培养Anammox生物膜的可行性及生物膜内菌群演替规律.结果表明,经29d培养后的UAFB-Anammox反应器TN去除率高达76.22%,快速启动成功;负荷提升阶段,表面氮负荷(SNLR)由0.23g/(m^(2)·d)提升至2.59g/(m^(2)·d),最大Anammox活性维持2.15g/(m^(2)·d),TN去除率高达83.68%.Illumina MiSeq测序结果发现,富集后的生物膜中优势菌属为Ca.Brocadia,相对丰度为33.38%,富集效果明显.同时缺氧生物膜上反硝化菌Denitratisoma以Anammox的产物NO_(3)^(-)-N为基质,逐渐与AnAOB形成共生存关系.这说明利用城市污水处理厂现有缺氧生物膜可以快速培养Anammox生物膜,对Anammox工艺在城市污水处理厂升级改造中的应用提供一定参考.

新型导电填料加速形成厌氧氨氧化生物膜及脱氮效能研究

厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia oxidizing bacteria,AnAOB)在实际脱氮工艺中持留能力差,是制约该技术规模化应用的主要技术瓶颈之一。相较于传统生物填料,高温热解轮胎制备成具有导电特性的新型生物填料,不仅可以回收利用固定废弃物,而且能够实现加速AnAOB形成生物膜和提高脱氮效率的双重作用。实验结果表明,800℃最适合用于热解轮胎填料,同时具备更高的电导率和更有利于固定微生物生长特性。相较于单独Anammox组,Anammox+导电填料的NH+4-N、NO-2-N和TN平均去除率比单独Anammox组分别提升了9.12%、13.20%和15.69%,且明显高于聚丙烯(polypropylene,PP)填料的强化效果。Q-PCR分析结果表明,添加导电填料能够促使脱氮菌种丰度增加,其中AnAOB、亚硝酸盐还原菌和硝酸盐还原菌分别增长了50.21%、69.70%和145.59%。该新型导电填料技术的研发,可为Anammox技术推广提供新的思路和数据基础。

UASB厌氧氨氧化反应器处理酿酒黄水的研究

为了提高厌氧氨氧化菌处理酿酒废水的脱氮性能,采用11 L的UASB反应器,接种酒厂废水处理站厌氧消化污泥,利用悬浮多孔球型生物填料对生物膜的附着作用,在温度为(35±2)℃条件下,以稀释后的酿酒黄水为进水,启动反应器。结果表明,反应器的启动经历了污泥性能适应期、提高期和稳定期3个阶段。反应器在第209天进入稳定期,NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(-)-N去除率分别达75%和99%;反应器污泥为褐色,并在反应器下部形成褐色颗粒污泥。利用UASB厌氧氨氧化反应器处理稀释后的酿酒黄水,可以有效提高该废水的脱氮处理效率。

利用序批式生物膜反应器启动厌氧氨氧化研究

研究了在缺氧条件下利用序批式生物膜反应器(SBBR)快速启动厌氧氨氧化过程,并考察了该过程中反应器的脱氮效率、厌氧氨氧化现象、生物膜性质及微生物群落的变化.从第60d开始出现ANAMMOX现象,经过100多天的启动,最高总氮负荷达0.67kg-N/m3 d,总氮去除率达到87.3%.生物膜厚度和污泥颜色、形态发生明显变化,厌氧氨氧化菌的相对含量达到40%以上,成为反应器的优势菌种.本研究表明SBBR是一种高效启动厌氧氨氧化的生物反应器.

反硝化生物膜启动厌氧氨氧化反应器的研究

反硝化菌的生长快于厌氧氨氧化菌 ,通过培育反硝化生物膜 ,利用反硝化菌的基质多样性和代谢多样性 ,可使生物膜由催化反硝化反应过渡到催化厌氧氨氧化反应 ,加速Anammox反应器的启动 .经过 3个月的运行 ,Anammox反应器的容积总氮负荷达 0 14 3kg·m-3 ·d-1,总氮去除率约 86 5 2 % ,出水NH+ 4 N和NO-2 N均低于 1mg·L-1.NH+ 4 N去除量、NO-2 N去除量和NO-3 N生成量之间比例的变化以及污泥颜色的变化 ,可以指示Anammox反应器的启动进程 .

硝化生物膜启动厌氧氨氧化反应器的研究

研究了以自养型硝化生物膜启动厌氧氨氧化反应器的可行性。试验结果表明,采用先培养自养型硝化生物膜再启动厌氧氨氧化反应器的方法,可在110d内成功启动厌氧氨氧化反应器,200d时反应器对NH4+-N和NO2--N的去除负荷分别达到0.526kg/(m3.d)和0.536kg/(m3.d)。启动初期的出水pH值低于进水pH值,到后期则出水pH值高于进水pH值。第110～200天时去除的NH4+-N和NO2--N的量与NO3--N的生成量之比为1:1.1:0.33;稳态运行时反应器内呈碱性。因此,NH4+-N去除量、NO2--N去除量和NO3--N生成量之间的比值以及反应器内pH值的变化可以指示厌氧氨氧化反应器的启动进程。

BT^(MT)生物膜载体对厌氧氨氧化反应器启动的影响

采用两套厌氧氨氧化反应器R1和R2,研究了BMTM生物膜载体对厌氧氨氧化工艺启动特性的影响.结果表明,R1采用UASB反应器启动厌氧氨氧化反应器,经140d运行,对氨氮和亚硝酸盐氮的去除率仅达到54.6%和58.8%,氨氮与亚硝酸盐氮去除负荷之和仅为0.09kg/(m3·d),随后,向其上部投加0.6LBMTM载体,经过26d运行,氨氮及亚硝酸盐氮去除率分别迅速提升至92.5%和97.4%,R1的启动速度较之前有明显提高;R2采用BMTM载体启动上流式填料床生物膜反应器厌氧氨氧化工艺,经过83d的运行,氨氮及亚硝酸盐氮去除率分别达到83.6%和89.4%,氨氮与亚硝酸盐氮去除负荷之和达0.22kg/(m3·d),启动速度较R1大幅提高.

厌氧氨氧化反应器载体生物膜细菌多样性的研究

采用细菌16S rRNA通用引物1055F/1392R-GC获得的PCR产物进行变性梯度凝胶电泳(DGGE),分析了两个厌氧氨氧化反应器在不同运行时间其载体生物膜上的细菌多样性。结果表明,两个反应器在不同运行时间其细菌种群多样性有一定差异。DGGE优势条带序列系统发育分析结果表明,反应器载体生物膜上的细菌类群主要是陶厄氏菌属Thauera、鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas,外硫红螺旋菌科Ectothiorho-dospiraceae、酸杆菌门Chloroflexi、绿弯菌门Acidobacteria及不可培养细菌。当反应器运行208 d时,水体中氨氮和亚硝态氮的去除率维持较高水平,两者去除率之比为1.1,表明反应器内发生了厌氧氨氧化反应。针对厌氧氨氧化细菌16S rRNA基因引物Pla46F/Amx368R-GC获得的PCR产物,采用DGGE技术对载体生物膜上的厌氧氨氧化细菌进行了检测。DGGE优势条带序列分析结果表明,在反应器中富集得到的厌氧氨氧化细菌分别与Planctomycete KSU-1、Candidatus Jettenia asiatica的相似性均为96%,可以认为它们是反应器内起厌氧氨氧化作用的主要细菌。

厌氧氨氧化无纺滤布生物膜反应器的运行

氧气是厌氧氨氧化菌的抑制因素，通过无纺滤布生物膜系统内部形成适合厌氧氨氧化菌的厌氧环境，运行62d，实现0．617kgN／（m^3·d）氮容积去除负荷，稳定运行阶段氨氮和亚硝氮的去除率分别为97．9％和98．7％；98mgN／LNO^2-—N经24h接触产生完全抑制，通过将进水亚硝氮浓度降至20～40mgN／L，运行31d，成功恢复厌氧氨氧化活性，试验末期氮容积去除负荷为O．641kgN／（m^3·d）。

生物膜反应器厌氧氨氧化脱氮效能研究

利用厌氧氨氧化生物膜反应器,分别研究提高基质浓度和缩短水力停留时间(HRT)对提高反应器总氮容积去除负荷的影响。实验之前总氮容积去除负荷达到2.11kgN(/m·3d),总氮去除率为87.9%。以提高基质浓度的方式经过50d的培养,总氮容积去除负荷稳定在4.0kgN(/m·3d),进水总氮浓度从300mg/L逐渐提高到700mg/L,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到70mg/L和100mg/L;以缩短HRT的方式经过55d的培养,总氮容积去除负荷达到7.0kgN(/m·3d),HRT由3h缩短至0.67h,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到40mg/L和60mg/L。实验结果表明随着进水基质浓度的增加水中游离氨和亚硝酸的浓度随之增加,从而抑制厌氧氨氧化菌活性,不利于反应器脱氮效能的提高。在相同总氮容积负荷下缩短HRT有利于厌氧氨氧化细菌的富集,但过短的HRT容易导致微生物流失。

DO在厌氧序批式生物膜反应器中对厌氧氨氧化反应启动的影响

考察了DO在厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR)中对厌氧氨氧化反应启动过程的影响。结果表明,当进水采用高纯氮气进行除DO处理后进入ASBBR时,ASBBR很快以厌氧氨氧化反应为主,运行13d后,NO3--N生成量、NO2--N去除量、NH4+-N去除量比开始围绕0.25∶1.30∶1.00上下小幅波动,运行100d后的总氮容积去除负荷为1.560kg/(m3·d);当进水不除DO处理进入ASBBR时,从运行的第57天开始,ASBBR内才表现出明显的厌氧氨氧化反应特性,运行到第73天时,NO3--N生成量、NO2--N去除量、NH4+-N去除量比开始围绕0.21∶1.20∶1.00上下小幅波动,运行的93～100d,总氮容积去除负荷稳定在较高水平,最高可达1.090kg/(m3·d);进水不除DO处理时,会使厌氧氨氧化反应启动迟缓;无纺布作为生物载体,具有较强的抗水力负荷和基质(NH4+-N、NO2--N)负荷能力。

折流板生物膜反应器快速启动厌氧氨氧化

为研究折流板生物膜反应器快速启动厌氧氨氧化的可行性,在温度(30±2)℃、DO 0.2~0.5 mg/L、p H 7.6~8.0,平均进水氨氮、亚硝氮负荷分别为0.12和0.18 kg/(m3·d)的条件下,采用低负荷连续进水的方式,启动厌氧氨氧化反应器.经83 d的连续运行,启动成功.成功启动后NH_4^+-N、NO_2^--N及TN出水平均质量浓度分别为1.5、1及10 mg/L,NH_4^-+N、NO_2^--N的去除率达95%以上,TN去除率达80%以上,出水氮素达到《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》(GB18918—2002)一级A标准要求.稳定运行阶段,反应器沿程各单元格中NO_2^--N的去除速率逐渐降低,NH_4^+-N的去除表现出明显的滞后性.

UASB-生物膜反应器厌氧氨氧化反应的启动研究(英文)

以一套有效容积为3.2 L的UASB-生物膜系统,接种垃圾填埋场渗滤液处理活性污泥,以自配含NH4+-N和NO2--N的废水为进水,对ANAMMOX反应过程的启动进行了研究。结果表明:在反应器运行的第56 d,NH4+-N、NO2--N、TN的去除率分别为99.8%、98.8%、90.2%,成功启动了厌氧氨氧化,且在随后的运行中处理效果稳定。ANANMMOX稳定运行时,去除的NH4+-N、NO2--N和生成的NO3--N的比例为1∶1.61∶0.25,出水pH稳定在8.3左右,进、出水碱度变化不大。获得的具有厌氧氨氧化活性的生物膜为褐色,并在反应器的下部形成了褐色和粉红色两种颗粒污泥。

无纺滤布生物膜反应器对厌氧氨氧化脱氮负荷提高的实现

采用无纺滤布生物膜反应器,研究了厌氧氨氧化工艺脱氮负荷提高的可行性。研究结果表明,封存污泥经过15 d培养,可成功实现厌氧氨氧化活性恢复,氨氮去除率可以指示活性恢复程度。厌氧氨氧化无纺滤布ASBR反应器具有较高的脱氮潜能,试验阶段氮容积去除负荷最高可以达到2.06 kg/(m3.d)。

利用固定床生物膜反应器快速启动厌氧氨氧化工艺

以固定填料填充床生物膜反应器为厌氧氨氧化反应器,采用低负荷培养法培养富集厌氧氨氧化菌,并研究其脱氮效能。结果表明,低负荷培养法可以在较短时间内(40 d左右)快速启动厌氧氨氧化反应器;稳定期反应器出水氨氮和亚硝氮去除率均接近100%。系统在受到高浓度有机物和NO_2^--N抑制后恢复时间较短,恢复后,出水水质稳定、系统耐冲击负荷强。上流式固定床反应器具有高负荷和高效率的优点,反应器的基质氮去除速率可达2.79 kg N/(m^3·d)。

膜生物反应器中厌氧氨氧化的启动研究

为探究膜生物反应器(MBR)进行厌氧氨氧化的可行性及性能,通过逐渐提高进水NH4^+-N、NO2^--N的含量和降低HRT,成功启动了自流出水式MBR厌氧氨氧化过程,分析了反应器脱氮效果和厌氧氨氧化污泥特性,并采用扫描电镜和X射线光电子能谱中空纤维膜表面进行分析。结果表明,经过60 d的启动,NH4^+-N、NO2^--N和TN的去除率分别达到96.22%、99.91%和81.66%,TN去除负荷最大可达到330 g/(m^3·d)。在启动过程中,污泥颜色逐渐变为红褐色;中空纤维膜表面厌氧氨氧化菌呈不规则的椭球状,结构紧凑;MBR运行稳定阶段末期中空纤维膜表面C、N和Ca特征峰增多,是膜污染化学组分的主要构成元素。

自循环曝气厌氧膜生物反应器培养厌氧氨氧化菌的研究

利用浸没式厌氧膜生物反应器(SAnMBR)对Anammox细菌进行富集培养,同时利用Anammox反应产生的氮气对膜组件进行自循环吹扫,有效地缓解膜污染,实现SAnMBR与Anammox工艺的有机结合。选用絮状污泥为接种泥,反应器成功运行了69 d。在此过程中,最大氮负荷为1.8 kg/m3·d,总氮去除率整体维持在83%,增加曝气量对Anammox菌的活性和颗粒粒径无明显影响。除此之外,应用循环曝气系统对膜表面进行在线冲刷,相比无曝气条件,保持曝气量为0.2 m3/h时,膜使用周期由4 d延长到38 d。选用Lawrence-McCarty模型研究Anammox菌的生长动力学特性,得真实产率(YT为0.17 mg/mg,衰减系数(Kd)为0.01 d-1,Anammox菌增长速度快。相比其他反应器(如SBR、UASB),MBR具有更好的富集效果。