同时产甲烷反硝化颗粒污泥中微生物群落结构

在UASB成功运行同时产甲烷反硝化小试基础上,针对反应器内颗粒污泥,通过构建古菌和细菌的16SrDNA基因文库、RADAR遗传变异分型和测序比对等技术进行了微生物系统发育关系和群落结构分析.结果表明,在颗粒污泥的古菌中,产甲烷髦毛菌和产甲烷杆菌是主要菌群,随机选出的88个古菌克隆子,这两类古菌的16SrDNA序列分别占古菌总量71.59%和22.73%;而颗粒污泥中细菌的多样性要高于古菌,低GC革兰氏阳性菌和ε变型菌纲分支的细菌是细菌的主要菌群,在随机选出的133个细菌克隆子中,这2类细菌的16SrDNA序列分别占细菌总量的49.62%和12.03%.

同时产甲烷反硝化在UASB反应器中的实现

接种厌氧颗粒污泥的小试UASB反应器，以含葡萄糖和NaNO3（COD：NO3^- -N=10：1）的自配水为进水，温度在35℃左右，HRT在14～20h之间，经过76天的运行，成功实现了同时产甲烷反硝化功能。UASB反应器的COD和NO3^- -N的负荷分别为15．55kgCOD·m^-3d^-1和1．55kgNO3^- -N·m^3d^-1时，二者的去除率分别达到95％和接近100％；当反应器的负荷继续提高至25kgCOD·m^-3d^-1和2,5kgNO3^- -N·m^-3d^-1时，反应器对COD和NO3^- -N的去除率均持续下降，颗粒污泥逐渐解体，降低负荷至10kgCOD·m^-3d^-1和1．0kgNO3^- -N·m^-3d^-1并运行20d，仍未见明显好转。

同时产甲烷反硝化与硝化串联工艺处理淀粉废水

采用UASB作为同时产甲烷反硝化反应器、AUSB作为好氧硝化反应器的串联工艺处理实际淀粉废水．结果表明：①将好氧反应器的出水硝化液按1：1-3：1的回流比回流到UASB反应器，可在其中实现同时产甲烷反硝化，进水有机（以COD计）负荷约为11kg·m^-3·d^-1时，COD去除率为95％；NO3^--N负荷可达0．48kg·m^-3·d^-1，NO3^--N去除率高达100％．②UASB反应器的出水进入AUSB反应器，其有机负荷为0．5-2．5kg·m^-3·d^-1，去除率为63％-91％；氨氮负荷为0．2-0．9kg·m^-3·d^-1，去除率在98．8％以上．③串联工艺在回流比为1：1、2：1、3：1下，COD去除率分别为98．7％、98．3％、99．3％，总氮去除率分别为72．9％、76．3％、82．9％．④随着UASB反应器内进水硝酸盐负荷的增加，其颗粒污泥与接种污泥相比，粒径明显增加，平均密度先增加后减小，最大比产甲烷活性先降低，而后有较大提高．

硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能影响研究

为了研究硝酸盐对厌氧生物膜系统同时产甲烷反硝化反应的影响及其机制,拓展生物膜工艺在高氮有机废水中的应用,采用生物膜-污泥厌氧复合反应器和上流式厌氧污泥床培养具备同时产甲烷反硝化反应的功能微生物系统,并以间歇实验方法,对比研究硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响.结果表明,硝酸盐对生物膜和颗粒污泥系统去除COD和反硝化反应均有影响,但硝酸盐浓度变化对颗粒污泥系统的影响比生物膜系统更大,生物膜表现出更强的降解能力和更高的耐性阈值.随着硝酸盐浓度从75 mg·L-1增加到600 mg·L-1,颗粒污泥对COD的降解速率从273.26mg·(h·g)-1降到0.1 mg·(h·g)-1,而生物膜从95 mg·(h·g)-1降至1.7 mg·(h·g)-1;同时,生物膜和颗粒污泥对硝酸盐的降解速率分别从21.43、22.31 mg·(h·g)-1增加到83.72、61.06 mg·(h·g)-1,随着硝酸盐的降解,生物膜表现出更强的恢复能力,最大值为712.44 mg·(h·g)-1.研究还发现亚硝酸盐积累是影响生物膜和颗粒污泥同时脱氮除碳功能的主要原因,在相同的硝酸盐浓度下,生物膜中亚硝酸盐的最大积累量仅为的颗粒污泥的1/10.因此,生物膜-污泥厌氧复合反应器可以作为高浓度含氮有机废水实现同时产甲烷反硝化工艺反应器一种重要选择.

微氧条件下同时产甲烷反硝化工艺的试验研究

在DO／COD值=0．14％的微氧条件下，接种厌氧颗粒污泥的小试UASB反应器，以含葡萄糖和NaNO3（COD／NO3^--N值=20：1）的自配水为进水，控制温度在35℃左右、HRT在6～11h之间，经过150d的运行，成功实现同时产甲烷反硝化；UASB反应器的负荷达15．5kgCOD／（m^3·d）和0．76kgNO[-N／（m^3·d）时，其对COD和NO3^--N的最高去除率分别为98．7％和100％；当DO／COD值提高至0．19％时，在负荷为13．2kgCOD／（m^3·d）和0．72kgNO3^--N／（m^3·d）下，对COD和NO3^--N的去除率仍保持在90．1％和99．6％左右。

亚硝酸盐对厌氧产甲烷反硝化反应的抑制机理

为了研究亚硝酸盐作为反硝化底物时的厌氧同时产甲烷反硝化的反应机理,拓展厌氧同时脱碳脱氮理论在高氮有机废水中的实际应用,文章采用批式实验方法,对比研究亚硝酸盐对厌氧颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响。结果表明,亚硝酸盐浓度对厌氧颗粒污泥的活性有影响,在适宜的浓度条件下,随着亚硝酸盐的降解,颗粒污泥的活性会逐渐恢复,当亚硝酸盐浓度达到一定的抑制阙值时,例如试验条件下的400和600 mg/L,其对颗粒污泥的活性抑制是不可逆的;亚硝酸盐浓度对其本身参与的反硝化反应也有影响,但影响不大;亚硝酸盐浓度从20 mg/L增加到600 mg/L,其降解速率由22.26 mg/(h·g)增加至44.07 mg/(h·g)。在产甲烷活性恢复试验中,当反应样中的亚硝酸盐浓度分别为100、200、400、600 mg/L时,厌氧颗粒污泥的产甲烷活性比之前分别降低了4%、10%、100%、100%。

亚硝态氮对同时产甲烷反硝化工艺处理畜禽粪水的影响

为进一步提高同时产甲烷反硝化反应对畜禽粪水化学需氧量(COD)和氮的去除效率,应用畜禽粪水于接种颗粒污泥的厌氧混合式反应器,进行不同COD与亚硝态氮浓度比值(COD/NO-2-N)对同时产甲烷反硝化反应的影响研究。通过实时监测反应器内COD、凯氏氮(TKN)、辅酶F420、β-葡萄糖苷酶、产气率、pH和氧化还原电位(ORP)等指标得出,COD/NO-2-N为30/1、40/1时,COD去除率、辅酶F420和β-葡萄糖苷酶含量与空白无亚硝态氮的变化规律一致,亚硝态氮几乎未对糖类水解菌及产甲烷菌活性产生抑制作用;而COD/NO-2-N为10/1、20/1时,COD去除率、辅酶F420和β-葡萄糖苷酶含量较低,糖类水解菌及产甲烷菌活性受到抑制。

同时产甲烷化反硝化系统中丙酸转化能力的研究

厌氧丙酸积累造成的酸败问题一直是制约厌氧反应器稳定运行的重要因素之一。通过建立同时产甲烷反硝化功能的厌氧反应系统,来研究该系统对丙酸转化的能力。试验结果表明:在同时产甲烷化反硝化功能的厌氧反应器中加入10 mmol/L丙酸,该系统能够继续保持稳定运行,COD去除率可达95.5%左右,丙酸去除率达96%以上;而加入丙酸的对照组中,出水COD去除率下降到10%以下,对于丙酸几乎没有任何降解。同时,在实际的UASB厌氧"酸败"反应器中,以ρ(COD)/ρ(NO3-N)=12.5∶1投加硝酸盐能较快降低水中VFA的浓度,使反应器得到快速恢复。