不同碳源对微生物反硝化性能的影响

采用序批式反应器,研究了甲醇、乙酸钠、乙二醇、丙三醇和葡萄糖这5种碳源对不同电子受体反硝化性能的影响。结果表明,以NO_(3)^(−)-N为电子受体时,甲醇、乙酸钠、乙二醇、丙三醇、葡萄糖的最佳碳氮比(溶液中化学需氧量(COD)和总氮(TN)质量浓度之比)分别为5.0、5.0、7.0、7.0、8.0,比反硝化速率从快到慢依次是乙酸钠、甲醇、乙二醇、丙三醇、葡萄糖;以NO_(2)^(−)-N为电子受体时,甲醇、乙酸钠、乙二醇、丙三醇、葡萄糖的最佳碳氮比分别为3.0、3.0、3.5、4.0、4.0,比反硝化速率从快到慢依次是甲醇、乙酸钠、乙二醇、葡萄糖、丙三醇。经成本计算可得,当处理相同质量浓度的NO_(3)^(−)-N和NO_(2)^(−)-N时,分别需要投加的碳源成本从低到高依次为甲醇、葡萄糖、乙酸钠、乙二醇、丙三醇和甲醇、葡萄糖、乙二醇、乙酸钠、丙三醇。

不同电子受体配比对反硝化除磷特性及内碳源转化利用的影响

以A2/O-生物接触氧化(biological contact oxidation,BCO)系统反硝化除磷活性污泥为研究对象,通过投加不同浓度的N-和NO3-N-(2 NO3-N NO-N--+=30 mg·L-1),考察了反硝化聚磷菌(denitrifying polyphosphate accumulating organisms,DPAOs)在不同电子受体配比(N-:NO3-N-=0,0.2:0.8,0.4:0.6,0.5:0.5,0.6:0.4)条件下的脱氮除磷特性。结果表明:乙酸钠为DPAOs用于反硝化除磷的理想碳源,且其浓度为200 mg·L-1时最佳;仅以NO3-N-为电子受体进行缺氧吸磷反应时,NO3-N-的投加量为30 mg·L-1时较为合适;以NO3-N-作为电子受体,未经N-驯化的DPAOs,短时间内很难利用N-,但低浓度的N-(6 mg·L-1)不会影响DPAOs以NO3-N-作电子受体进行反硝化除磷;同时,N-对于DPAOs吸磷作用的抑制程度明显强于NO3-N-反硝化作用,当N-浓度达到18 mg·L-1时,吸磷反应基本停止;此外,较高浓度的N-不仅会抑制聚羟基脂肪酸酯(poly-β-hydroxyalkanoate,PHA)的分解利用,且会使PHA分解产生的能量较多地用于储存糖原(glycogen,Gly),而所分解利用的PHA中90%以上为聚-β-羟基丁酸酯(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)。

添加芽孢杆菌污泥反硝化特性及菌群结构分析

以普通活性污泥为对照,研究投加芽孢杆菌菌剂的活性污泥(以下称芽孢杆菌活性污泥)的反硝化性能,以及芽孢杆菌对微生物菌群结构的影响.结果表明,在一定范围内两污泥反硝化速率与碳氮比呈正相关,实验组污泥在碳氮比为10时最大比反硝化速率可达27.144mg TN/(g MLSS·h),约为对照组的2.7倍.利用Miseq高通量测序技术对比两组污泥菌群结构,发现在细菌门、纲、目、科、属层面实验组菌群多样性均优于对照组,在细菌属水平上实验组污泥主要包括芽殖杆菌属(Gemmobacter)、短单胞杆菌属(Brachymonas)、热单胞菌属(Thermomonas)、Defluviimonas、长绳菌属(Longilinea)、Ornatilinea、Aridibacter、微小杆菌属(Exiguobacterium)等优势菌属,在碳源充足的条件下这些细菌协同作用,使芽孢杆菌活性污泥具有高效反硝化特性.

初始pH值对废水反硝化脱氮的影响

为探讨pH值对硝态氮反硝化体系的影响，设定初始pH范围为4-10，对反硝化过程中NO3-N、NO2-N、TN、TOC和△TOC/△TN的变化规律、反硝化动力学以及抑制机理进行研究. 结果发现：最适宜的反硝化pH值为8，过酸过碱都不利于反硝化过程的进行. 在pH=8时，反应时间最短，硝态氮的去除率为99.4%，TN的降解率为95.5%. 亚硝态氮积累量在pH〈7时小于1 mg/L；pH〉7时，随pH的增大而增大，最大积累率为22%. 硝态氮比反硝化速率在pH=8时最大，为2.52 mg NOx-N/（g MLVSS·h）；亚硝态氮比反硝化速率在pH=7时最大，为1.66 mg NOx-N/（g MLVSS·h）. 因此，反硝化最佳的pH值为7～8.

改良UCT分段进水深度脱氮除磷工艺反硝化动力学性能

采用序批试验研究了在T=(15±1)℃条件下以生活污水、污泥水解酸化上清液、乙酸钠、甲醇、乙醇和葡萄糖为电子供体的活性污泥的反硝化性能以及pH变化规律和动力学特性.结果表明,乙酸钠的比反硝化速率和比耗碳速率最高,分别为4.13 mg/(g.h)和29.8 mg/(g.h),但其反硝化能力最低.污泥水解酸化上清液的反硝化速率与乙酸钠相当.反硝化菌需经若干周期的驯化后才能适应甲醇和乙醇电子供体.当要求直接提高反硝化速率时,不宜选择甲醇和乙醇为碳源.而葡萄糖电子供体系统在前10～120 min出现短暂的'ρ(NOx--N)还原停滞平台',当大分子葡萄糖糖酵解为小分子有机物后,反硝化过程才顺利进行,糖酵解过程是葡萄糖反硝化过程的限速步骤.此外,不同电子供体反硝化过程pH变化规律可以间接指示反硝化动力学特性,其缺氧异养菌产率系数为0.68～0.73.

芽孢杆菌活性污泥的好氧反硝化特性

为验证芽孢杆菌在活性污泥混合菌体系中的好氧反硝化效果,以添加芽孢杆菌纯菌的活性污泥(以下称芽孢杆菌活性污泥)为研究主体,经过培养驯化,发现在好氧条件下有较高的脱氮率.研究该污泥在不同氮源(硝酸钠和亚硝酸钠)、溶解氧质量浓度在0.6~2.5 mg/L条件下的好氧反硝化特性,并进行反应动力学分析.实验表明,芽孢杆菌活性污泥具有好氧反硝化特性,在好氧条件下只能还原亚硝态氮而不能还原硝态氮,好氧反硝化效果随着溶解氧质量浓度的升高而降低.在缺氧段芽孢杆菌活性污泥反硝化速率为12.45 mg/(g·h)(以亚硝态计),在好氧段最大好氧反硝化速率可达缺氧段的50%,并且随着溶解氧质量浓度的升高而降低.

全程与短程缺氧反硝化降解苯酚的动力学及菌群结构对比

在同一实验平台上建立起两个平行的全程与短程反硝化实验装置,均以苯酚为单一碳源进行缺氧反硝化降解。结果显示,两个反硝化体系的苯酚和硝态氮(亚硝态氮)去除率均在83%,99%左右,全程和短程反硝化体系的比反硝化速率(以N元素计)分别为4.98,6.45mg/(g·h).通过PCR-DGGE及切胶测序对两个反硝化体系的菌群结构进行了分析,发现全程反硝化菌群的丰富度值和多样性指数要高于短程;全程与短程反硝化降解苯酚的细菌菌纲均以几类变形菌纲(Alphaproteobacteria,Betaproteobacteria,Gammaproteobacteria)和拟杆菌纲(Bacteroidetes)为主。DGGE图谱主成分分析表明,全程与短程反硝化菌群之间具有一定联系性,菌群培养具有相互转化的可能性;短程反硝化体系的隶属于Simplicispirasp.的特有菌种与全程反硝化体系的隶属于Thermomonas sp.的特有菌种在系统发育上存在较亲近的遗传关系。

某污水处理厂A^2/O工艺冬季生物反硝化过程的影响因素研究

针对污水处理厂冬季反硝化脱氮效率不佳的问题,以常州市某污水处理厂A^2/O工艺为研究对象,模拟探讨了不同外加碳源、碳源投加量、溶解氧(DO)和硝态氮浓度对生物处理系统反硝化脱氮能力的影响。结果表明,外加有机碳源对系统的反硝化效能有明显的强化效果。3种外加有机碳源(乙酸、乙醇和乙酸钠)中,乙酸为最佳碳源。当乙酸投加量为40mg/L时,系统反硝化脱氮效率最高,比反硝化速率可达1.964mg/(g·h),反硝化碳耗最少,为7.14 mg/mg。DO与比反硝化速率成反比,DO≤0.20mg/L时,反硝化能力最强。硝态氮初始质量浓度为20mg/L左右时,反硝化能力最强。在实际工程应用中,可以通过提高硝化效果或直接调整回流比实现反硝化脱氮最优条件,将有助于提高系统的冬季脱氮效果。

不同反应时间内碳源转化对反硝化除磷的影响

以A^2/O-生物接触氧化(BCO)系统反硝化除磷活性污泥为研究对象,通过投加适宜的碳源(乙酸钠,折合COD为200mg/L)和NO_3--N(30mg/L),考察了反硝化聚磷菌(DPAOs)在不同厌/缺氧反应时间下的内碳源转化利用情况对脱氮除磷特性的影响.结果表明:厌氧反应时间为90min时,聚羟基脂肪酸酯(PHA)的合成量最大,释磷基本结束;厌氧时间过长(120,150min)导致PHA的无效损失,会直接影响缺氧反硝化除磷作用,且对于吸磷作用的抑制明显强于硝酸盐反硝化作用.厌氧释磷良好的条件下,缺氧反应120min时PHA消耗量较大,内碳源利用充分,氮磷去除完全;缺氧时间过短(60min)则反应不完全,时间过长(180,240,300min)会导致糖原(Gly)部分降解,间接影响反硝化除磷作用,不利于反应的长期进行.此外,在短期试验中,因厌氧时间过长造成的PHA无效损失,对反硝化除磷作用的影响明显大于缺氧时间设定过长时Gly的降解.

碳源类型对低温条件下生物反硝化的影响

为了研究低温环境下反硝化细菌对各种碳源的直接反应,利用Carrousel氧化沟系统的活性污泥,以甲醇、乙醇、乙酸钠、丙酸钠、葡萄糖、生活污水及内源物质为碳源,在15.4℃±0.8℃低温状态下开展序批式缺氧反硝化试验.结果表明,乙酸钠为碳源时的最大比反硝化速率(maximum specific denitrification rate,MSDR)最高,达6.51 mg/(g.h),但是其反硝化效率(denitrificationyield,DY)最低,只有0.48,而且存在亚硝酸盐积累现象.甲醇为碳源时的MSDR相比其他几种单一碳源要低,只有0.91mg/(g.h),反硝化细菌对甲醇碳源需要一定时间的适应.当不投加任何外碳源时,反硝化细菌能利用自身体内的原生物质进行内源反硝化,其反硝化速率最低.而以经过厌氧发酵的生活污水作为碳源,其MSDR为3.63 mg/(g.h),达到挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)作碳源时的水平.低温(15.4℃±0.8℃)下的MSDR相对20℃以上的要低许多,而通过不同的碳源补偿均能在一定程度上改善脱氮效果.

不同碳源对活性污泥反硝化能力的影响研究

针对城镇污水处理中碳源不足影响系统脱氮能力的问题,分别以乙酸钠、葡萄糖作为外源性碳源,考察其对活性污泥反硝化脱氮能力的影响。研究结果表明:在碳源投加量分别为50,100,200 mg/L条件下,单位(g)NO-3-N去除增量所需乙酸钠/葡萄糖的投加量分别为8.24 g/49.02g、9.62g/22.57g、—/21.07g。乙酸钠可用作城镇污水脱氮除磷过程中的高效外源性碳源,但从污水处理运行经济性来看,需根据系统实际需去除NO-3-N的量,合理确定碳源投加量。

包埋活性污泥反硝化性能的快速提高及群落分析

为了快速提高以污水厂反硝化池污泥为菌源的反硝化包埋填料的活性,实现包埋固定化的工程化应用,探究包埋填料的微生物群落特性,采用批次实验研究不同碳氮比、温度、pH对包埋填料活性的影响,并采用高通量测序研究包埋填料的生物群落特性.结果表明,C/N为10、温度为30℃、pH为7.5±0.3时,经过7 d即可恢复5.37 mg·(g·h)^(-1)的初始活性.在C/N为10,温度为25℃,pH为8.0的最优培养条件下,15 d后比反硝化速率即增大15倍至80.17 mg·(g·h)^(-1)并实现稳定运行.SEM结果显示包埋填料内部存在大量利于传质的通道,内部的细菌呈团簇状生长良好.高通量测序表明,包埋填料中具有反硝化功能的Thauera和Thermomonas为优势菌属,所占比例分别为24.27%和8.23%,保证了反硝化填料脱氮的高效性.Thauera优势菌属和Thermomonas菌属在最优培养条件下快速增殖是填料活性快速提高的主要原因.

不同碳源条件下A/O-MBR的脱氮性能对比研究

碳源是影响脱氮效果的关键因素之一。在A/O-MBR中进行了葡萄糖、乙酸钠和厨余发酵液的脱氮性能对比。结果表明:3种碳源条件下反应器对NH4+-N的去除率都较高,达到98%以上;以葡萄糖为碳源时,反硝化作用不够彻底,TN去除率只有60%,而乙酸钠和厨余发酵液的反硝化作用明显,TN去除率达到80%。通过批式实验得出,葡萄糖的比反硝化速率最低,乙酸钠和厨余发酵液的比反硝化速率较高,且相当;同时,葡萄糖的反硝化COD利用效率也比乙酸钠和厨余发酵液低,说明其脱氮能力低于后两者。

合成氨废水短程反硝化特性研究

取自强化A/O工艺处理合成氨废水中试装置的活性污泥,在pH、碳源和温度均不为限制性因素条件下,短程反硝化和全程反硝化均为零级反应.结果表明,相对于全程反硝化,短程反硝化可以节约14.1%的碳源和55.7%的反硝化时间;初始NO2--N为36.82 mg.L-1时反硝化最快,比反硝化速率(以NO2--N/VSS计)为0.509 g.(g.d)-1;pH为7.5时反硝化速率最快,实际运行中应避免缺氧区pH>9;选择性增殖的反硝化菌对甲醇和乙醇形成了良好的适应性,却对葡萄糖和乙酸等其它低分子易降解有机物产生了不适应性.

厌氧反硝化生物反应器恢复启动过程中微生物群落特征分析

针对厌氧反硝化工艺在处置高浓度硝酸盐废液过程中难以连续运行的实际情况,系统研究了升流式污泥床(USB)反应器恢复启动过程中微生物群落变化过程。结果表明:采用原水NO-3-N负荷的30%(710.7 mg·L^(-1))恢复启动23 d,NO-3-N平均去除率为99%,比反硝化速率(RNO-3)从49.4 mg·(g·h)-1提升到170.7 mg·(g·h)-1(以VSS计),提高了3~4倍。高通量测序分析发现,Halomonas(盐单胞菌属)、Pseudomonas(假单胞菌属)、Alcaligenes(产碱杆菌属)为脱氮的优势菌种,与启动初期相比,启动末期的相对丰度分别增长了35%、31%和14%。优势菌种的相对丰度与RNO-3之间存在一定的正相关性,RNO-3每增加1倍,优势菌种的相对丰度平均扩增6.7%。USB厌氧反硝化反应器可以快速恢复启动,具有较好的工程应用可行性和运行灵活性。

厨余发酵液与乙酸钠作碳源的脱氮与膜污染对比

采用厌氧—好氧—膜生物反应器(A/O-MBR)处理西安市某校园生活污水,分别以厨余发酵液和乙酸钠为外加碳源,考察了反应器的脱氮性能,并探讨了其膜污染状况。结果表明:在31 d的运行中,两种条件下对NH+4-N、TN和COD的平均去除率分别为98.2%、78.5%、95.7%与96.7%、76.0%、93.9%;以厨余发酵液为碳源的反硝化速率为12.44 mg NO-x-N/(g VSS·h),高于以乙酸钠为碳源的8.62 mg NO-x-N/(g VSS·h)。此外,两种条件下厌氧池、好氧池、膜池的EPS与SMP浓度之和分别为98.58、81.08、79.74 mg/g VSS与76.12、59.93、55.22 mg/g VSS,这说明以厨余发酵液作为外碳源时可能更易导致膜污染。

氧化沟工艺污水处理厂的活性污泥特性分析

结合某氧化沟工艺污水厂对主要污染物的去除效果,对其活性污泥特性进行了分析。结果表明:系统中活性污泥在厌氧搅拌前0.5 h的平均比厌氧释磷速率为1.10 mg PO_4^(3-)-P/(g MLVSS·h),厌氧释磷效果较差;平均比好氧吸磷速率为6.30 mg PO_4^(3-)-P/(g MLVSS·h),比缺氧吸磷速率为2.83 mg PO_4^(3-)-P/(g MLVSS·h),反硝化聚磷菌占总聚磷菌的比例为44.9%;比硝化速率为7.55 mg NH_4^+-N/(g MLVSS·h),硝化效果良好;比反硝化速率存在明显的3个变化阶段,其中第1阶段比反硝化速率最大,为5.79 mg NO_3^--N/(g MLVSS·h),第2阶段比反硝化速率次之,为2.23 mg NO_3^--N/(g MLVSS·h),第3阶段的最小,为0.82 mg NO_3^--N/(g MLVSS·h),活性污泥的比反硝化速率总体较低。为此,建议将原连续非限制曝气运行方式改为间歇曝气方式,并在缺氧区投加适量碳源,以提高系统的脱氮除磷效果。