一株短程反硝化除磷菌的鉴定与生物学利用

依据短程反硝化除磷原理,在SBR装置中加入厌氧池污泥,采用厌氧/缺氧工艺,投入亚硝酸盐以富集短程反硝化除磷菌(SDPB),并进行SDPB的筛选、分离,采用传统与现代分子生物学鉴定相结合手段确定其分类地位,同时进行不同营养条件和环境条件下菌的生物学利用研究。结果表明:该菌株为一株新的兼性厌氧菌株,具有同步短程反硝化和除磷功能。通过细菌形态、生理生化指标、培养特征和16S rDNA序列进行同源性比较,鉴定该菌株为不动杆菌属,相似性高达99.3%,该种尚未见文献报道。Gi菌的最佳碳源为乙酸钠。此菌不仅可以利用NO-2也可以利用NO-3为电子受体。Gi菌的最佳pH值为7。温度为25℃时的反硝化除磷效果最好,适宜的温度为20～35℃。当温度为10℃时微生物生长受到抑制,温度高于35℃时活性下降。磷、氮的最高去除率分别可达82.94%和82.99%。

短程反硝化除磷工艺培养过程的群落结构分析

应用PCR-DGGE方法,对以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷系统的培养驯化过程的微生物群落结构和多样性进行研究。试验结果表明:随着驯化的过程,工艺内部的微生物种群是在不断变化的;系统中稳定运行后,系统内微生物的群落结构差别不大,形成了较为稳定的微生物群落结构。

SRT对短程反硝化除磷的影响研究

利用在厌氧/缺氧环境中驯化成功的反硝化聚磷污泥,研究SRT对短程反硝化除磷的影响,比较不同SRT下厌氧和缺氧过程的TP浓度变化,探讨产生不同除磷效果的原因;在参考出水NO_2^--N浓度的基础上确定最佳SRT为30,以此考察典型周期内系统的运行效果。结果表明:在原水TP浓度不超过8 mg·L^(-1)时,典型周期内的出水TP浓度小于1 mg·L^(-1),实现了短程反硝化除磷的要求。

短程反硝化除磷技术研究

短程反硝化除磷技术适合于对低有机碳高氮磷废水的同步脱氮除磷,其主要影响因素有NO2-、COD及pH等。笔者论述了短程反硝化除磷的理论基础、影响因素及主要工艺,并提出应加强研究的方向。

短程反硝化除磷的影响因素分析

短程反硝化除磷是以亚硝酸盐为电子受体完成缺氧吸磷的一种新型强化生物除磷工艺,对低碳源污水有着强力的脱氮除磷效果.文中介绍了短程反硝化除磷的原理,综述了进水碳源、亚硝酸盐、游离亚硝酸、温度、p H和运行方式等几种因素对短程反硝化除磷的影响,认为在短程反硝化除磷工艺中进水碳源和温度的影响与普通的强化除磷相似、污泥的驯化能够有效提高对亚硝酸盐毒害的耐性、双污泥连续式反应器的脱氮效果差,并对短程反硝化除磷的工程应用提出了建议.

短程反硝化除磷技术研究进展

短程反硝化除磷技术将生物脱氮和除磷有机合二为一,是符合可持续发展的绿色技术。文章在相关文献基础上针对短程反硝化除磷技术机理、工艺作了综述和分析,以给相关研究工作者提供一些有价值的参考和帮助。

采用水力剪切强度优化短程硝化反硝化除磷颗粒污泥性能

短程硝化反硝化除磷具有氧气消耗量小、碳源需求低以及污泥产量低等优势,但好氧颗粒污泥随着运行因粒径过大容易解体失稳。为解决失稳问题并保证反硝化聚磷菌(denitrifying phosphate accumulating organisms,DPAOs)具备充足的缺氧区,将长期以人工配水培养的颗粒污泥作为种泥,通过优化水力剪切强度调控粒径分布,实现处理生活污水的稳定运行,并探究不同水力剪切强度对颗粒结构的影响。结果表明,具有最优同步脱氮除磷性能且颗粒结构致密的粒径范围为800~1400μm,通过调控水力剪切强度至1435.2可将这一粒径范围内的颗粒占比提高到53.39%。待颗粒粒径稳定后,出水COD远低于50 mg/L,TN去除率达90%左右,出水TN质量浓度约为4.28 mg/L,TP平均去除率为93.45%,出水TP质量浓度均在0.5 mg/L以下。此外,三维荧光结合平行因子对胞外聚合物的分析表明,提高水力剪切强度能够降低腐殖酸的质量分数并提高蛋白质的占比,有利于优化颗粒沉降性能以及提高致密性。通过优化粒径范围,利用自身缺氧区富集DPAOs并逐渐淘汰亚硝酸盐氧化菌,同时避免了丝状菌膨胀现象,稳定实现了对生活污水的短程硝化反硝化脱氮除磷处理。

短程反硝化聚磷菌快速驯化对比研究

短程反硝化聚磷菌(DPAOs)的驯化方法主要包括两阶段驯化法和三阶段驯化法。以模拟生活污水作为处理对象,利用序批式活性污泥反应器(SBR)进行DPAOs快速驯化方法对比研究。试验结果表明:两阶段驯化法出水中总磷(TP)质量浓度为0.789mg/L;三阶段驯化法亚硝酸盐氮、TP、COD去除率分别为94.73%、95.47%、89.96%,其出水质量浓度分别为1.311、0.453、17.072mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。采用三阶段驯化法对DPAOs的驯化更加有利,缺氧阶段开始时外碳源浓度是两种驯化方法结果产生差异的主要因素。

短程反硝化除磷工艺的可行性研究

采用SBR反应器,以A/O工艺好氧段污泥为种泥,研究了以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷菌的筛选与富集,并对在厌氧/缺氧的条件下利用亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷工艺的可行性及亚硝酸盐消耗量与磷酸盐去除量间关系进行了考察,结果表明:采用厌氧/沉淀排水/缺氧/沉淀排水的运行方式有利于短程反硝化聚磷菌的筛选与富集;以亚硝酸盐作为电子受体的短程反硝化除磷是完全可以实现的,31 d完成了短程反硝化除磷系统的启动,COD去除率达69.6%,PO43--P去除率达79.2%,NO2--N去除率达98.9%;在一定的碳源浓度和磷酸盐充足的条件下,缺氧段消耗单位亚硝酸盐的吸磷量为1.39 mgP/mgN。

长/短HRT联合低/高曝气实现短程硝化反硝化脱氮除磷

为了实现从同步硝化反硝化除磷向短程硝化反硝化除磷颗粒的转变,以颗粒污泥为接种污泥,采用低C/N比的人工配水,通过长/短HRT下的低/高曝气强度交替策略驯化短程硝化反硝化除磷系统。本策略能够维持更高的游离亚硝酸(FNA)浓度和持续时间,在抑制好氧聚磷菌的同时富集反硝化聚磷菌(denitrifying phosphate accumulating organisms, DPAOs);此外,利用氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizing bacteria, NOB)的亲氧能力差异产生亚氮积累,为DPAOs提供电子受体,最终实现短程硝化反硝化除磷。结果表明,第60天时采用低/高曝气策略的颗粒污泥中NO-_(2)型DPAOs占比达45%,NOB活性下降至3.28mgN/(gMLVSS·h)。在处理低碳源污水时,低/高曝气强度模式相较于恒定曝气强度模式展现出了更强的适应性和稳定性。稳定期出水COD浓度在50mg/L以下,出水总氮(TN)和总磷(TP)浓度分别低于15mg/L和0.5mg/L,TN去除率达94.54%,TP平均去除率为96.90%。

基于优质碳源提供的CAMBR复合工艺短程硝化-反硝化除磷研究

挥发性脂肪酸(VFA)是反硝化除磷过程可以利用的优质碳源,为此本研究结合厌氧折流板反应器(ABR)微生物相分离和膜生物反应器(MBR)出水水质优良的特性,构建了CAMBR复合工艺,并通过优化ABR水力停留时间(HRT)等运行条件以提供优质碳源,实现高效反硝化除磷.研究表明,当ABR的HRT为4.8 h时,可获得充足的VFA作为优质碳源,并实现消耗VFA的量为56.1 mg·L^(-1)的同时获得10.43 mg·L^(-1)的释磷,即释放1 mg磷需要的VFA量为5.38 mg,同时实现12.35 mg·L^(-1)的吸磷,而MBR池的吸磷为1.33 mg·L^(-1).短程硝化除磷过程中,缺氧消耗1 mg PO_4^(3-)-P需要0.62 mg的NO-x-N,吸收1 mg PO_4^(3-)-P所需NO_2^--N的量为1.67~2.04 mg.系统出水水质稳定,COD、TN和溶解性PO_4^(3-)-P的平均去除率分别为91%、84%和93%,出水平均浓度分别为30、7.15和0.55 mg·L^(-1),表明CAMBR复合工艺生在处理生活污水过程中可获得稳定高效的反硝化除磷效果.

亚硝酸盐对强化生物除磷系统的影响

为了全面了解亚硝酸盐在生物除磷系统中的作用,采用SBR反应器,研究了亚硝酸盐对聚磷菌厌氧释磷、好氧吸磷的影响及短程反硝化除磷过程中各物质质量浓度之间的关系。结果表明,厌氧段释磷量随厌氧段投加NO-2-N质量浓度提高而增加,在厌氧段的后期出现了以NO-2为电子受体的吸磷现象。在好氧段投加亚硝酸盐,当NO-2-N质量浓度从5 mg/L升高到10 mg/L时,好氧吸磷速率随NO-2-N质量浓度提高而迅速降低,但当NO-2-N质量浓度超过10 mg/L后,好氧吸磷速率随NO-2-N质量浓度提高降低速度减缓。系统缺氧除磷量与NO-2-N消耗量、缺氧除磷量与PHB(聚-β-羟基丁酸)消耗量均呈线性关系。

不同好氧/缺氧时长联合分区排泥优化生活污水短程硝化反硝化除磷颗粒系统运行

采用生活污水接种人工配水下成熟短程硝化反硝化除磷颗粒,通过不同好氧/缺氧时长联合分区排泥优化调控短程硝化反硝化除磷系统运行.结果表明,调控好氧/缺氧时长联合分区排泥可实现系统的稳定运行.后期稳定期出水COD浓度在50 mg·L^(-1)以下,出水TN浓度低于15 mg·L^(-1),TN去除率达83%左右并保持平稳,出水P浓度均在0.5 mg·L^(-1)以下,平均去除率为93.72%.同时,分区排泥(70%顶部污泥和30%底部污泥)可作为筛选微生物的途径,维持了良好的亚硝化和除磷性能,使粒径分布更为集中,并保证氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和反硝化聚磷菌(denitrifying phosphate accumulating organisms,DPAOs)的生长优势.缺氧时长的增加提高了缺氧异养菌的生长速率,使得缺氧异养菌分泌出更多的EPS,确保了颗粒污泥性状的改善和后续维持稳定.

短程硝化反硝化除磷颗粒污泥的同步驯化

本实验对3组同规格SBR反应器分别采用分阶段法(A/O-A/O/A)异步驯化、连续曝气A/OA同步驯化和间歇曝气A/O/A同步驯化的方式运行.以人工配水为进水基质,接种絮状污泥,通过水力选择压颗粒化,探讨了不同运行方式下短程硝化反硝化颗粒污泥的驯化及脱氮除磷特性.结果表明,在较短曝气时长(140 min)联合较低曝气强度[3.5 L·(h·L)^(-1)]下,间歇曝气A/O/A同步驯化最具优势,后期稳定运行期间碳、氮、磷的平均去除率分别为90.74%、91.15%和95.66%,可实现同步去除.粒径为895μm,颗粒虽小但均匀致密,f值(MLVSS/MLSS)平稳保持在0.8~0.85,有较高的生物量,这是由于间歇曝气下好/缺氧的交替运行,使得缺氧异养菌作为颗粒的核心,有利于颗粒污泥结构的稳定.批次实验结果表明,间歇曝气A/O/A同步驯化下比氨氧化速率为3.38 mg·(g·h)^(-1),能利用NO_(2)-为电子受体的反硝化聚磷菌(DPAOs)占比达65.46%,更有利于氨氧化菌(AOB)和NO_(2)-型DPAOs的同步驯化及富集,保证稳定的处理效果.

亚硝酸盐不同生成方式对短程硝化反硝化除磷颗粒系统的影响

为了探究亚硝酸盐生成方式对短程硝化反硝化除磷颗粒系统的影响,采用2组同规格SBR反应器分别在连续和间歇曝气方式下使亚硝酸盐连续生成和间歇生成,考察其运行过程中脱氮除磷效果、污泥物理特性和微生物群落结构.结果表明,亚硝酸盐间歇生成后随即消耗,具有更好和更稳定的脱氮除磷性能,特别在TN去除上,第72 d后TN平均去除率为92.07%.碳源利用效率(以P/COD计)集中在0.21~0.22 mg·mg^(-1),碳源利用充分,进一步促进反硝化除磷.颗粒粒径分布集中,大小均匀,具有规则的形状和清晰的边界.微生物群落分析表明,亚硝酸盐间歇生成的系统微生物群落丰富度和多样性更高,同时富集了更多DPAOs菌属(Dechloromonas和Pseudomonas),与Nitrosomonas共同作用使短程硝化与反硝化除磷达到动态平衡,实现系统稳定运行.

污水处理短程脱氮技术的初步研究

生物氮和磷的去除需要足够的可降解碳源。为此,本研究结合了短程硝化和短程反硝化,以降低碳源的利用率。在这项研究中,CAMBR 过程是通过结合厌氧折流板反应器(ABR)微生物相分离和膜生物反应器(MBR)的特点构建的。由于挥发性脂肪酸(VFA)是可用于反硝化除磷过程的高质量碳源,因此通过 ABR 厌氧水解酸化提供 VFA。提供反硝化除磷工艺所需的优质碳源,实现生活污水的高效低成本处理。

PNDPR-A耦合工艺处理实际污水启动和运行

短程硝化反硝化除磷串联厌氧氨氧化工艺(partial nitrification,denitrifying phosphorus removal and anammox,PNDPR-A)是一种节能高效的新型耦合工艺。为进一步降低污水处理能耗,采用实际生活污水运行PNDPR-A工艺。为适配生活污水,分3阶段(25%、50%和100%)逐步提高生活污水比例。运行初期受生活污水复杂水质影响,短程硝化反硝化除磷单元(partial nitrification,denitrifying phosphorus removal,PNDPR)NH^(+)_(4)-N氧化率下降,NO_(2)^(-)-N积累减少,直接影响后续Anammox单元脱氮效果。针对该问题,提升PNDPR单元好氧1段10%的曝气强度,实现与人工配水时相当的NH^(+)_(4)-N氧化率和NO_(2)^(-)-N积累效果;在阶段Ⅲ,向Anammox单元投加10~20 mg/L的NO_(2)^(-)-N,以缓解阶段Ⅲ初期因PNDPR单元NH^(+)_(4)-N氧化率低导致Anammox单元进水氮素比不理想的限制。经40 d培养驯化,在生活污水中成功启动PNDPRA耦合工艺,后续系统运行出水平均COD、NH^(+)_(4)-N、NO_(2)^(-)-N和NO^(-)_(3)-N质量浓度分别为36、3.4、5.2和1.1 mg/L,实现了实际生活污水的高效处理。

厌氧/好氧SPNDPR系统实现低C/N城市污水同步脱氮除磷的优化运行

为了解同步短程硝化内源反硝化除磷(SPNDPR)系统的脱氮除磷特性,以低C/N城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180 min)/好氧运行的SBR反应器,通过联合调控曝气量和好氧时间,考察了该系统启动与优化运行特性.结果表明,当系统好氧段曝气量为0. 8 L·min^(-1),好氧时间为150 min时,出水PO_4^(3-)-P浓度约为1. 5 mg·L^(-1)左右,出水NH_4^+-N和NO_3^--N浓度由10. 28 mg·L^(-1)和8. 14 mg·L^(-1)逐渐降低至0 mg·L^(-1)和2. 27 mg·L^(-1),出水NO_2^--N浓度逐渐升高至1. 81 mg·L^(-1);当曝气量提高至1. 0 L·min^(-1)且好氧时间缩短至120min后,系统除磷、短程硝化性能逐渐增强,但总氮(TN)去除性能先降低后逐渐升高,最终出水PO_4^(3-)-P、NH_4^+-N分别稳定低于0. 5 mg·L^(-1)和1. 0 mg·L^(-1),好氧段亚硝积累率和SND率分别达98. 65%和44. 20%,TN去除率达79. 78%. SPNDPR系统内好氧段好氧吸磷、反硝化除磷、短程硝化、内源反硝化同时进行保证了低C/N污水的同步脱氮除磷.

不同曝气量和好氧时间下SPNDPR系统处理低C/N城市污水的脱氮除磷性能

以低C/N城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180min)/好氧运行的SBR反应器,通过调控曝气量[单位体积的反应器在单位时间内通过的气体的体积,单位为L·(min·L)^(-1).由0. 125 L·(min·L)^(-1)逐渐降低至0. 025 L·(min·L)^(-1)]和好氧时间(由3 h逐渐延长至6 h),考察了SPNDPR系统的深度脱氮除磷性能.结果表明,当曝气量为0. 025 L·(min·L)^(-1)、好氧时间为6 h时,SPNDPR系统出水NH_4^+-N、NO_2^--N、NO_3^--N和PO_4^(3-)-P浓度分别为0、8. 62、0. 06和0. 03 mg·L^(-1);出水TN浓度约为9. 22 mg·L^(-1),TN去除率高达87. 08%.当曝气量分别由0. 125 L·(min·L)^(-1)降至0. 100 L·(min·L)^(-1)和由0. 100L·(min·L)^(-1)降至0. 075 L·(min·L)^(-1)时,系统硝化速率均能恢复并稳定维持在0. 16 mg·(L·min)^(-1)左右.但曝气量继续降至0. 050 L·(min·L)^(-1)和0. 025 L·(min·L)^(-1)后,硝化速率分别降至0. 09 mg·(L·min)^(-1)和0. 06 mg·(L·min)^(-1)左右.随着曝气量的降低[由0. 125 L·(min·L)^(-1)依次降至0. 100、0. 075、0. 050、0. 025 L·(min·L)^(-1)]和好氧时间的延长(由3 h延长至6h),SPND脱氮性能逐渐增强,SND率由19. 57%升高至72. 11%,TN去除率逐渐升高(由62. 82%升高至87. 08%).降低曝气量和延长好氧时间后的SPNDPR系统,强化了厌氧段内碳源贮存与好氧段好氧吸磷、反硝化除磷、短程硝化、内源反硝化等过程的进行,实现了低C/N城市污水的深度脱氮除磷.