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。

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。

亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理煤气化废水的研究

为了实现煤气化废水的经济有效脱氮,分别研究了单独亚硝化及其与厌氧氨氧化组合工艺对实验室模拟废水和实际煤气化废水的脱氮性能,分析了废水中苯酚对亚硝化反应器运行的影响及其自身转化。结果表明:质量浓度为7~50 mg/L的苯酚对亚硝化系统首先产生抑制,但随着运行时间延长,系统性能逐渐恢复。在处理实际煤气化废水时,逐渐增加进水中煤气化废水的比例,废水中毒性物质对亚硝化过程的影响能够被克服,亚硝化反应器可以实现稳定运行。在亚硝化反应器中,亚硝态氮积累率达90%左右,COD去除率达98%,反硝化脱氮对总氮的去除率达到60%左右;组合工艺中亚硝化反应器和厌氧氨氧化反应器均能够稳定运行,厌氧氨氧化脱氮率维持在70%左右;实际煤气化废水亚硝化-厌氧氨氧化全程氮去除率平均达到86%。

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。

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。

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。

短程反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮性能研究

为探讨短程反硝化耦合厌氧氨氧化快速启动过程及不同进水ρ(COD)/ρ(NO_(3)^(-)-N)对耦合系统脱氮性能的影响,采用UASB反应器接种缺氧池污泥成功启动短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应。第一阶段在ρ(COD)/ρ(NO_(3)^(-)-N)值为2的条件下启动耦合工艺,92d后NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N去除率分别达到98.54%、54.27%,反应器启动成功;第二阶段在进水中加入不同浓度的有机碳源,研究ρ(COD)/ρ(NO_(3)^(-)-N)对氮素转化效果的影响,当进水ρ(COD)/ρ(NO_(3)^(-)-N)值为3.5时NH_(4)^(+)-N去除率最高,达到了99.22%;当进水ρ(COD)/ρ(NO_(3)^(-)-N)值为4.0时NO_(3)^(-)-N去除率最高,达到了79.55%。三维荧光光谱技术结合平行因子法分析结果表明,出水中溶解性有机物(DOM)主要成分为类蛋白质、类富里酸和类胡敏酸。随着反应器启动时间的延长(1~92d),3种组分的荧光强度得分逐渐降低后趋于稳定;当进水中有机碳源的浓度发生改变时(93~164d),荧光强度得分均呈波动式变化,且类蛋白质在进水ρ(COD)/ρ(NO_(3)^(-)-N)值为4.0时达到最大值。

红树林沉积物反硝化和厌氧氨氧化速率的时空变化及环境响应

为研究红树林退塘还林过程对沉积物氮循环速率的影响,使用15N同位素示踪技术研究原生红树林区域(原生区)、修复红树林区域(修复区)和退养鱼塘区域(鱼塘区)3种生境的红树林沉积物反硝化与厌氧氨氧化速率的时空分布特征,并分析影响沉积物反硝化与厌氧氨氧化速率的环境因素。结果表明:1.不同生境沉积物理化因子存在季节性差异,沉积物反硝化速率具有空间差异。旱季修复区反硝化速率(14.39nmol·g^(-1)·h^(-1))与鱼塘区(11.48 nmol·g^(-1)·h^(-1))相比未有明显差异,但显著高于原生区(8.08 nmol·g^(-1)·h^(-1))(P<0.05);雨季修复区反硝化速率(11.67 nmol·g^(-1)·h^(-1))与原生区(11.29 nmol·g^(-1)·h^(-1))、鱼塘区(9.62 nmol·g^(-1)·h^(-1))相比无明显生境差异;不同生境的反硝化速率无明显季节性差异。2.沉积物厌氧氨氧化速率具有时空差异。旱季不同生境沉积物厌氧氨氧化速率变化趋势与反硝化速率相似:旱季修复区厌氧氨氧化速率(0.52 nmol·g^(-1)·h^(-1))最高,显著高于原生区(0.10 nmol·g^(-1)·h^(-1))(P<0.05);雨季不同生境沉积物厌氧氨氧化速率差异不明显。原生区沉积物厌氧氨氧化速率具有明显的季节差异,雨季明显高于旱季(P<0.05)。对各环境因子与沉积物反硝化速率和厌氧氨氧化速率进行相关性分析发现,沉积物温度、盐度、氨氮、硝氮与不同季节沉积物反硝化和厌氧氨氧化速率的相关性存在一定差异,不同生境沉积物的温度、氨氮和硝氮与反硝化速率和厌氧氨氧化速率具有明显的相关性,反硝化速率与厌氧氨氧化速率两者在红树林区域存在明显的协同。研究结果为红树林的生态修复和清退工作的效果及阶段评估提供科学支持。

厌氧氨氧化前置亚硝化反应器启动及稳定研究

采用序批式活性污泥法反应器(SBR),接种好氧硝化污泥,通过FA含量、DO含量和碱度3个控制因素研究了半亚硝化反应器启动及控制条件简化后亚硝化稳定性的变化。结果表明,在3个控制因素下,半亚硝化反应器能够在16 d后成功启动,出水NO2--N与NH4+-N的质量比维持在1左右。当取消碱度控制时,出水水质出现一些波动,但基本稳定。当仅通过质量浓度为0.6 mg/L的DO控制时,出水NO2--N与NH4+-N的质量比仍维持在1左右。说明在半亚硝化厌氧氨氧化联合工艺中仅通过DO含量控制可以实现亚硝化稳定的运行,能够满足厌氧氨氧化工艺进水基质的要求。

DO的质量浓度和温度对配合厌氧氨氧化的亚硝化反应的影响

目的研究DO的质量浓度和温度对配合厌氧氨氧化的亚硝化反应的氨氮去除率和亚硝态氮累积率影响的规律,寻找稳定高效的工艺条件.方法试验采用人工配水,稳定运行的序批式活性污泥法(SBR)反应器,在pH值为7.8～8.2,控制DO的质量浓度为0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L、2.0 mg/L,温度为15℃、20℃、25℃、28℃、30℃、32℃、35℃,分别采用纳氏试剂分光光度法、N-(1-萘基)-乙二胺光度法考察NH4+-N、NO2-N的变化情况.结果 DO的质量浓度为1.0 mg/L,温度在28℃左右条件下SBR反应器出水NH4+-N/NO2--N比稳定在1∶1.32左右,适于为厌氧氨氧化反应提供稳定的NO2--N.结论 DO的质量浓度过高,会导致亚硝化细菌对亚硝酸盐氧化细菌的竞争优势小,NO2--N累积率低,DO的质量浓度过低会导致好氧的亚硝化细菌受低氧环境的抑制;低温对亚硝化细菌的抑制作用明显,温度过高又会破坏微生物的酶活性.

耦合内源反硝化实现厌氧氨氧化工艺深度脱氮

为实现厌氧氨氧化(Anammox)工艺的深度脱氮,在厌/缺氧运行序批式反应器(SBR)的厌氧段投加乙酸钠(100mg COD/L)实现了内源反硝化与Anammox的协同脱氮,并考察了反应器的脱氮性能和微生物种群结构变化.结果表明,耦合内源反硝化可明显提升Anammox工艺的脱氮性能,系统的总无机氮(TIN)去除率由79.07%±2.63%提高至97.00%±1.35%,出水TIN降低为(3.30±1.49)mg/L.典型周期数据表明厌氧段合成的内碳源如聚羟基脂肪酸酯可为后续内源反硝化作用提供电子供体,但不对Anammox的反应速率产生影响,基于物料平衡分析表明系统的氮素主要通过Anammox作用去除(P_(AMX):P_(EDN)=98.27%:1.73%).乙酸钠的投加刺激了系统中反硝化菌Thauera的大量增殖,但随着具有内源反硝化能力的Denitratisoma丰度上升,促进了Anammox菌Candidatus Brocadia的丰度恢复,实现了Anammox系统的深度脱氮.

亚硝化/厌氧氨氧化一体化反应器的启动特性分析

以经常规处理后的养猪场废水成功启动自行设计的亚硝化/厌氧氨氧化一体化反应器,着重分析了一体化反应器供氧段和非供氧段的启动特性及处理效果。在启动期间,供氧段对COD、NH4+-N的最大去除率分别达72.24%、71.62%,通过调节曝气量控制系统内的DO浓度实现了稳定的亚硝态氮积累,且出水pH和NO2--N/NH4+-N值满足非供氧段进行厌氧氨氧化的要求;非供氧段可能同时存在反硝化和厌氧氨氧化过程,对NH4+-N、NO2--N的最大去除率分别达55.10%、63.74%,脱氮效果明显;第115天,养猪场废水经一体化反应器处理后,对COD、NH4+-N、TN的去除率分别为73.07%、85.00%、67.23%,达到了深度处理的目的。

部分亚硝化/厌氧氨氧化耦合系统处理稀土氨氮废水脱氮性能

构建了两级部分亚硝化(PN)厌氧氨氧化(ANAMMOX)耦合脱氮系统,研究了耦合系统处理稀土氨氮废水脱氮性能和微生物群落结构的变化,探讨了稀土元素对系统脱氮功能微生物活性的影响。结果表明,通过控制溶解氧能成功启动两级PN ANAMMOX反应器,当进水中稀土元素Y(Ⅲ)浓度大于10 mg L时,两级PN ANAMMOX耦合系统脱氮性能将逐步降低,停止添加Y(Ⅲ)后,其性能也不能恢复。同时短期试验表明,当Y(Ⅲ)浓度大于40 mg L时对AOB菌活性有抑制作用,当Y(Ⅲ)浓度大于20 mg L时对ANAMMOX菌活性有抑制作用,且抑制效果随着浓度的升高而增强。高通量测序技术表明,稀土元素Y(Ⅲ)冲击会降低系统中AOB菌(Nitrosomonas)及ANAMMOX菌(Candidatus_Kuenenia)丰度,且对Candidatus_Kuenenia的影响强于Nitrosomonas。

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％。

基于短程反硝化的城市污水厌氧氨氧化脱氮技术分析

基于传统WWTPs升级改造中出现的PD/A现象,分析了PD/A脱氮的协同机制,从水质和关键工艺参数技术层面提出了实现PD/A运行的控制策略;结合工艺调控和协同机制提出了PD/A主流应用的工艺流程,进而从工程角度解析了PD/A应用的可行性。复合污染物条件下PD/A的响应机制、载体特性对AAOB原位富集及菌群结构的影响以及PD/A应用的长期稳定性分析等是主流PD/A研究的重点。