海河干流沉积物反硝化与厌氧氨氧化对自然和人为因素的响应

为了揭示自然环境和人为活动对城市河流沉积物氮去除过程的影响,采用泥浆实验结合15N同位素示踪技术,分别测定4℃和25℃温度下海河干流沉积物反硝化和厌氧氨氧化的反应速率.结果表明:①在4℃和25℃下,沉积物反硝化速率变化范围分别为0.11~1.94 mmol N·L^(-1)·h^(-1)和0.47~2.73 mmol N·L^(-1)·h^(-1);厌氧氨氧化速率波动相对较大,变化范围分别为0.06~1.80 mmol N·L^(-1)·h^(-1)和0.28~4.14 mmol N·L^(-1)·h^(-1).25℃时2种反应的速率均明显高于低温(4℃)时的速率,表明高温(25℃)更有利于刺激反硝化和厌氧氨氧化细菌的酶活性.②沉积物中TOC、TN、NH_(4)^(+)、NO_(3)^(-)含量是影响反硝化和厌氧氨氧化反应速率的重要理化性质,海河干流下游上述参数的值高于上游的值,且都保留在河流型水库中,因此下游反硝化和厌氧氨氧化速率明显高于上游.③在4℃和25℃下,反硝化过程脱氮贡献率分别为32%和52%,厌氧氨氧化过程的脱氮贡献率分别为68%和48%.反硝化和厌氧氨氧化反应去除的氮总量分别约占输入河流总氮的21.02%和20.50%,减少了陆源氮素向河口和近岸海域的输出风险.

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。

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。

短程反硝化厌氧氨氧化与反硝化除磷技术研究进展

综述了短程反硝化厌氧氨氧化技术与反硝化除磷技术的作用机理及应用进展,总结了功能微生物的富集策略及其特性,并分析了两者耦合技术的研究进展,最后对未来的发展趋势和研究方向进行了展望,以期为短程反硝化厌氧氨氧化、反硝化除磷技术及两者耦合工艺的研究和改进提供参考。

一段式短程反硝化-厌氧氨氧化工艺处理电厂循环冷却水与城市污水的可行性研究

厌氧氨氧化反应由于其自养脱氮的特性,自被发现之日起就备受关注。作为一种能稳定为厌氧氨氧化反应提供亚硝态氮的技术,短程反硝化技术将硝酸盐仅还原为亚硝态氮,已经被认为是目前最节能的硝酸盐废水脱氮技术。针对一段式短程反硝化-厌氧氨氧化工艺实现电厂循环冷却水浓水与城市污水同步脱氮的可行性进行探究。在pH=9的条件下,经过26 d的驯化,成功启动在低pH下能稳定实现高亚硝积累的短程反硝化反应器。加入厌氧氨氧化污泥后,迅速启动一段式短程反硝化-厌氧氨氧化反应器。短程反硝化过程能利用的有机物主要来源于城市污水。因此,预计通过控制化学强化初沉的可以控制预处理过程有机物的去除量,从而控制进水的碳氮比实现稳定脱氮。采用短程反硝化-厌氧氨氧化技术可以在低物质输入,低能源消耗,低碳排放,低剩余污泥产生的前提下实现电厂循环冷却水浓水与城市污水的同步脱氮,是一种经济且环境友好的处理技术。

反硝化型厌氧甲烷氧化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺研究进展

反硝化型厌氧甲烷氧化(Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation,DAMO)耦合厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)脱氮工艺在实现能源废水处理方面具有很大的潜力。DAMO-Anammox脱氮工艺能同时将甲烷、氨氮和硝酸盐转化为无害的N_(2)和CO_(2),在无需额外能量消耗下实现废水中的碳氮循环,有望成为未来环境友好型废水处理的主要技术。本文讨论了DAMO-Anammox微生物的协同和竞争机制,不同电子受体的类型对脱氮过程中微生物胞外电子传递机制及脱氮除甲烷效率的影响,指出了目前DAMO-Anammox脱氮工艺存在的功能微生物富集困难、气液传质效率差和脱氮性能不足等应用瓶颈,总结了如新型反应器构型的设计、人工电子中介体投入和电化学强化等相对应的改进策略,为该工艺的进一步研究和规模化应用提供参考。

典型抗生素对湿地反硝化甲烷厌氧氧化的影响

选取甲烷排放通量较高并且受喹诺酮类抗生素(QNs)污染较严重的白洋淀湿地为研究对象,通过开展13C标记的微宇宙实验,研究典型QNs包括:氧氟沙星(OFL)、诺氟沙星(NOR)和氟甲喹(FLU)对白洋淀湿地DAMO过程的短期影响.结果表明:3种QNs均促进了微生物DAMO过程,且对DAMO的促进效果表现为OFL>NOR>FLU;除添加2ng/g的OFL对DAMO反应速率潜势的影响基本可以忽略外,添加其他浓度(20,200,2000ng/g)的OFL均促进了白洋淀湿地的DAMO过程,并且这种促进作用总体呈现出剂量效应;进一步分析QNs对NO_(2)^(-),NO_(3)^(-)分别驱动的DAMO的影响发现,200ng/g的NOR抑制了由细菌驱动的以NO_(2)^(-)为电子受体的DAMO过程(nitrite-DAMO),但更大程度地促进了由古菌驱动的以NO_(3)^(-)为电子受体的DAMO过程(nitrate-DAMO),最终表现为QNs对NO_(3)^(-)和NO_(2)^(-)共同驱动的总体的DAMO过程的促进作用.

有机条件下硫酸盐型厌氧氨氧化生物反应机理研究

为探究有机条件下硫酸盐型厌氧氨氧化(SRAO)生物反应机理,在上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中,建立了SRAO反应体系,实现氨氮与硫酸盐同步去除。通过物质衡算、活性测定、微生物分析等,总结获得UASB反应器中SRAO过程分步分层进行的特点。首先,在中下层污泥中,氨氮与硫酸盐在微生物作用下发生反应,生成硫离子和硝态氮;随后,在中上层污泥中,硫离子与硝态氮发生硫自养反硝化反应,生成硫酸盐和氮气。反应器中硫离子的积累会抑制SRAO微生物活性,因此,第二步反应是整体反应的限速步骤。破解硫离子对SRAO微生物的活性抑制,是SRAO技术发展面临的一大难题。

反硝化厌氧甲烷氧化微生物的生态分布研究进展

反硝化厌氧甲烷氧化(DAMO)过程是以甲烷为唯一电子供体、硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的生物化学过程,这一过程在碳氮元素生物地球化学循环和控制全球温室效应方面都起着非常重要的作用。综述了DAMO微生物在典型生态系统(如淡水湖泊、湿地、河流)和非典型生态系统(如海洋、盐湖)中的分布特征、群落结构、物种丰度及影响因素,探究了不同区域环境中DAMO微生物的多样性差异,对比讨论了DAMO微生物环境调研采用的主要检测方法。DAMO微生物在绝大部分生态环境中均有分布,且DAMO微生物在不同生境间的群落结构和物种丰度均存在一定差异,其中盐水环境与淡水环境中的DAMO微生物差异较大。水体中的总碳、TP/TN、氨氮含量也是影响DAMO微生物菌群分布的重要因素。然而,目前针对DAMO古菌的环境调研非常缺乏,还需要开展更多的研究工作。此外,更特异/有效的引物设计以及其他检测技术的发展将有利于进一步认识和理解环境中DAMO微生物的多样性及生态功能。

基于短程反硝化厌氧氨氧化新型污水生物脱氮工艺的研究进展

短程反硝化厌氧氨氧化(PD/A)工艺凭借其无需曝气、废物质产量低、有机碳源需求少等优点,被视为近年来最具有主流工程应用前景的新型生物脱氮工艺。本文首先阐述了PD/A工艺的原理及特点;随后从pH、碳源、盐度以及重金属等方面总结了影响PD/A工艺的关键因素,同时提出了实现PD/A工艺核心功能菌群快速富集以及良好协同的调控策略;而后概括了由PD/A工艺发展而来的多种衍生工艺,并从工艺稳定性、经济性和可调控性等方面,分析了这些衍生工艺的研究前景;最后展望了PD/A工艺未来的研究重点,认为借助宏基因组学技术探明不利生境胁迫下PD/A工艺的抗性形成机制,有利于未来主流厌氧氨氧化(Anammox)工艺的实际工程应用;同时认为于双碳背景下与现有成熟的生物脱氮工艺相耦合,实现各类废水的经济、高效和达标处理,将会是PD/A工艺未来的一个重点研究方向。

氮负荷波动对厌氧氨氧化/反硝化协同脱氮效能影响

在厌氧折流板反应器(ABR)中探究厌氧氨氧化菌和异养反硝化菌的分步培养,以及进水氮负荷波动对系统性能的影响。结果表明,维持C/N为0.65,逐步提升总氮负荷(NLR),50 d左右可实现厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮,总氮去除率可达95.8%。NLR波动值低于1.04 kg/(m^(3)·d)时,对工艺脱氮性能无显著影响。负荷变化幅度越大,厌氧氨氧化菌活性受抑制越显著,对反硝化菌基本无影响,负荷波动值达到2.10 kg/(m^(3)·d)时厌氧氨氧化对氮的去除贡献(CA)下降至54.8%,反硝化耦合厌氧氨氧化协同脱氮可有效提升系统的稳定性。胞外聚合物(EPS)对系统负荷波动有较好的响应规律,负荷波动越大,EPS提高越多,有利于提高系统性能的稳定性。

反硝化型甲烷厌氧氧化(DAMO)系统pH值耦合模型研究

对3个具有不同优势菌种反应器中厌氧氧化(DAMO)过程与pH值进行动力学耦合,结果表明,在25℃,Anammox-DAMO混培系统最大脱氮速率、硝酸盐初始抑制浓度和铵盐初始抑制浓度分别为3.95mg/(L·d),182.63,196.40mg/L;Nitrate-DAMO系统最大脱氮速率、硝酸盐初始抑制浓度分别为4.30mg/(L·d),367.69mg/L;Nitrite-DAMO系统最大脱氮速率、亚硝酸盐初始抑制浓度分别为4.04mg/(L·d),293.35mg/L.脱氮速率均随pH值增加先增大后减小,3个系统最佳脱氮pH值分别为7.5±0.2,7.2±0.2,7.8±0.2.脱氮动力学表明,3个不同系统DAMO反应过程均可用Haldane-pH值耦合模型描述.Nitrate-DAMO系统、Nitrite-DAMO系统脱氮过程还可用Monod-pH值耦合方程描述,Nitrate-DAMO系统细菌生长速率、硝酸盐亲和常数和抑制常数分别为1291.21cfu/(L·d),295.23,72.63mg/L;Nitrite-DAMO系统细菌生长速率、亚硝酸盐亲和常数和抑制常数分别为4040.42cfu/(L·d),264.51,5.02mg/L.

EGSB反应器中耦合厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的研究

将好氧活性污泥接种于膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中,经过120 d的启动运行,形成颗粒污泥.在启动好的EGSB反应器进水中添加亚硝酸盐和氨盐,反应器内温度控制在32-35℃,pH为7.5-8.3,氧化还原电位为-150--40 mV;水力停留时间4.2 h,上升流速4.86 m/h,经过270 d运行,逐步富集和耦合产甲烷菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在进水ρ(CODCr)为500 mg/L,有机容积负荷速率为4.800 kg/(m3.d)(以CODCr计)和1.152 kg/(m3.d)(以N计)的条件下,出水ρ(CODCr)维持在80mg/L以下;CODCr,氨氮,亚硝态氮和总氮去除率分别为85%,35%,99.9%和67%;其去除速率分别稳定在6.12,0.202,0.575和0.777 kg/(m3.d);其中氨氮和总氮的去除速率分别是传统活性污泥法硝化/反硝化(0.05 kg/(m3.d))的4和15.5倍.pH,温度,溶解氧,氧化还原电位,亚硝酸盐和CODCr对EGSB反应器中厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的耦合和颗粒污泥的特性均有影响.

短程反硝化-厌氧氨氧化脱氮工艺研究进展

厌氧氨氧化(Anammox)作为当前高效与节能的脱氮工艺成为污水处理领域研究的热点,具有广阔的工程应用前景。分析了短程反硝化-Anammox耦合工艺(PD/A)原理,对PD/A工艺的控制因素,如接种污泥、碳源类型、ρ(COD)/ρ(NO_(3)^(-)-N)、污泥形态、pH值和反硝化时间等,进行了深入分析并指出了适宜的运行条件,解析了PD/A工艺在废水处理中的应用,以期为助推PD/A工艺工程应用提供参考。

影响厌氧氨氧化与甲烷化反硝化耦合的因素

氨氮、氮氧化物对产甲烷菌有一定的抑制作用,但可以通过驯化去除毒性.亚硝酸盐在厌氧氨氧化菌作用下与氨发生厌氧氨氧化反应.虽然厌氧氨氧化菌是自养菌,但具有异养代谢能力,并且NO2可提高厌氧氨氧化菌的活性.因此,通过特殊的反应器技术,将厌氧氨氧化菌与甲烷菌、反硝化菌复合在一个有利的微生态环境中,充分发挥它们之间的协同耦合作用,把有机物转化为清洁能源又同时脱氮,是极有前景的废水厌氧(缺氧)处理研究新方向.

EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化

将膨胀颗粒污泥床(EGSB)和曝气生物滤池(BAF)集成,EGSB出水进入BAF进行短程硝化,BAF出水外回流至EGSB反应器为后者提供亚硝态氮,在不需外部投加亚硝态氮的条件下,实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化的耦合,系统地处理ρ(氨氮)为50 mg/L和ρ(CODCr)为500 mg/L的合成废水.结果表明:当外回流比为200%时,系统CODCr,氨氮和总氮的去除率分别为92.4%,97.4%和80.6%;出水ρ(氨氮),ρ(亚硝态氮),ρ(硝态氮)和ρ(CODCr)分别为1.05,4.30,2.56和35.3 mg/L;CODCr,总氮和氨氮的去除负荷速率分别为1.770,0.137和0.164 kg/(m3.d).与传统的活性污泥过程相比,EGSB-BAF集成系统回收甲烷1.03 L/d,占系统CODCr去除量的37.0%;在系统总氮的去除过程中,厌氧氨氧化途径占35.9%,短程反硝化途径占47.4%,全程反硝化途径占16.7%.

厌氧氨氧化、反硝化与甲烷化耦合研究

根据厌氧氨氧化菌、反硝化菌与甲烷菌的特征,采用气提式反应器,利用反硝化颗粒污泥进行厌氧氨氧化污泥培养,研究厌氧氨氧化、反硝化与甲烷化耦合作用,并考察其对高氨氮有机废水的处理效果。反应器经过106 d的试验运行表明,NH3-N、TN、NO3--N及COD的去除率分别可达45%、69%、94%及81%;试验过程中同时观察到了厌氧脱磷现象;反应器中接种的灰黑色絮状污泥在连续运行期间逐渐转变为深棕黄色颗粒污泥,经PCR检测表明厌氧氨氧化活性较高。

浑河底泥反硝化厌氧甲烷氧化菌群落结构时空特征

为了解在反硝化厌氧甲烷氧化反应过程中起主要作用的微生物——Candidatus Methylomirabilis oxyfera（M.oxyfera）在河流底泥环境中的时空变化特征,利用克隆文库及实时荧光定量PCR技术考察了浑河流域部分底泥中M.oxyfera-like的16S rRNA和pmo A功能基因的多样性及丰度.结果表明：从浑河上游至下游丰水期各采样点底泥中M.oxyfera-like的16S rRNA的多样性无明显地域性差异,其OTU（operational taxonomic unit,独立操作单元）数变幅不大;pmo A功能基因的多样性则存在较为明显的地域性差异,上游采样点A（章党大桥）底泥中OTU数为5,下游采样点E（三岔河大桥）底泥中仅为1.采样点A底泥中M.oxyferalike的16S rRNA和pmo A功能基因的多样性均存在一定的季节性差异,平水期16S rRNA和pmo A功能基因的Shannon-Wiener多样性指数分别为1.48和2.19,在各期中最高;而枯水期时二者均最低,分别为0.83和1.26.丰度分析结果显示,所有采样点底泥中M.oxyfera-like的16S rRNA丰度均表现为平水期（2.42×106~1.74×107copies/g）（以干质量计）最高、枯水期（2.87×10^4~4.19×10^6copies/g）居中、丰水期（1.29×103~2.04×10^4copies/g）最低,说明浑河底泥中M.oxyfera-like的丰度亦存在一定的季节性差异.

反硝化厌氧甲烷氧化与厌氧氨氧化耦合颗粒污泥脱氮效能

采用改进的升流式厌氧污泥床(UASB)反应器,在温度为30℃条件下,逐渐缩短HRT(水力停留时间)由9.6 d到0.9 d,经过160 d运行,成功培养出反硝化厌氧甲烷氧化与厌氧氨氧化耦合颗粒污泥,采用荧光原位杂交(FISH)分析、16S rRNA分析等方法研究颗粒结构和微生物组成特征。结果表明耦合颗粒污泥的氨氮和亚硝酸盐的脱除速率分别为588.9和523 mg·L^(-1)·d^(-1),反硝化厌氧甲烷氧化活性达95.2 mg·L^(-1)·d^(-1),出水硝酸盐质量浓度小于40 mg·L^(-1),总氮去除率达92.5%;耦合颗粒污泥平均粒径为0.76 mm,与接种厌氧氨氧化颗粒污泥相比增加了1.46倍;反硝化厌氧甲烷氧化微生物主要位于耦合颗粒污泥外层,厌氧氨氧化菌位于耦合颗粒污泥内部;主要的厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia,主要的反硝化厌氧甲烷氧化细菌为Candidatus Methylomirabilis,反硝化厌氧甲烷氧化古菌为Candidatus Methanoperedens。

同步厌氧氨氧化甲烷化反硝化处理猪场沼液

针对猪场沼液脱氮难的问题，通过在UASB中实现同步厌氧氨氧化甲烷化反硝化达到脱氮除碳的目的。结果表明：中温条件下（31～35℃），UASB经过成功启动和90d的运行，逐步实现了同步厌氧氨氧化甲烷化反硝化，COD去除率为80％．90％，NO2-N去除率为90％以上，总氮去除率为50％-60％，氨氮去除率为8％～24％。