硝态氮/亚硝态型厌氧甲烷氧化在污染控制中的应用进展与探索

硝态氮/亚硝态型厌氧甲烷氧化(NOx-DAMO)过程在还原硝酸盐/亚硝酸盐的同时将甲烷氧化为二氧化碳,在全球碳氮循环中起着重要作用。从应用的角度看,利用NOx-DAMO原理进行环境中甲烷和氮素污染控制也值得关注。本文介绍了在MBR和MBfR等反应器中应用NOx-DAMO过程单独或与其他工艺联合处理模拟废水和实际废水的研究中,污染物去除速率和效率显示出了工程实用价值。指出基于NOx-DAMO原理开发垃圾渗滤液和填埋气协同处理工艺、煤层气厌氧生物氧化工艺的研究值得探索,其可能为无规模利用价值的生活垃圾填埋气和煤层气的处理提供低成本和环境友好的解决方案。今后的研究方向应该是在继续深入NOx-DAMO微生物的生理特性研究的同时,需要面向不同应用需求广泛开展工艺开发与优化研究。

厌氧氨氧化工艺处理含海水污水的亚硝态氮抑制及反应动力学

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,在全海水条件下,通过固定进水NH_4^+-N 110mg/L,逐渐提高进水NO_2^--N的方式研究了NO_2^--N对厌氧氨氧化脱氮的影响及抑制动力学和脱氮过程动力学.结果表明:进水NO_2^--N浓度达到170mg/L时,厌氧氨氧化反应开始受到明显抑制,NH_4^+-N的去除率下降8.41%;修正的Logistic过程动力学研究结果显示,进水NO_2^--N低于151.49mg/L会促进厌氧氨氧化反应的进行,进水NO_2^--N高于170mg/L时开始抑制厌氧氨氧化反应的进行;Luong模型适合描述全海水条件下高浓度NO_2^--N对厌氧氨氧化脱氮效能的抑制动力学.Luong模型得到的最大基质转化速率(NRR_(max))为0.53kg N/(m^3·d),出水NO_2^--N半饱和常数(KS)为0.10mg/L,净生长停止的出水NO_2^--N浓度(Sm)为338.22mg/L,Luong动力学常数(n)为0.41,相关系数为0.97801.

亚硝态氮对厌氧氨氧化反应的抑制及恢复研究

厌氧氨氧化过程的基质是氨氮和NO_2^--N,对于许多微生物而言,NO_2^-是有毒害作用的。据国内外研究结果显示,NO_2^--N和氨氮的浓度过高,均会对厌氧氨氧化过程产生抑制。因此本文通过试验对亚硝态氮对厌氧氨氧化反应的抑制及恢复进行研究。

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.

一种基于高氨氮、高硝态氮废水的新型脱氮技术

针对某类高氨氮、高硝态氮、低C/N比的废水,提出了一种全新的脱氮技术-半反硝化-厌氧氨氧化联合脱氮技术,阐述了其研究现状、技术原理及工艺特点,重点论述了半反硝化过程中亚硝态氮累积的研究现状及影响因子,展望了该新型生物脱氮技术的应用前景并指出今后的研究方向。

匹配厌氧氨氧化SBR亚硝化反应器快速启动影响因子研究

目的研究匹配厌氧氨氧化的SBR亚硝化反应器快速启动的影响因子,寻求快速稳定的工艺启动条件.方法在序批式活性污泥法(SBR)反应器中,对不同因素条件下氨氮去除率和亚硝态氮累积率的影响进行研究,分别采用纳氏试剂分光光度法和N-(1-萘基)-乙二胺光度法检测NH^+_4-N和NO^-_2-N的变化情况.结果曝气30 min/停曝30 min的间歇曝气方式进行曝气,控制温度在32℃左右,调节pH值在7.5~8.0,减少碳源的投加量有利于SBR亚硝化反应器的启动.结论间歇曝气、pH值和碳源投加量的适宜条件有助于匹配厌氧氨氧化SBR亚硝化反应器快速启动,还具有节能功效.

厌氧氨氧化耦合反硝化底物竞争抑制特性

通过连续流实验和批式实验研究了有机物和NO_2^--N对厌氧氨氧化菌和反硝化菌耦合脱氮特性的影响.在连续流实验中,保证底物NO_2^--N充足,研究了葡萄糖有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥反应器脱氮性能的影响.当进水葡萄糖有机物的COD浓度为100mg/L时,颗粒污泥具有良好的厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮活性,当COD浓度为200mg/L时,颗粒污泥的厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮活性较差.当进水COD浓度分别为100,200mg/L时,反应器中颗粒污泥的厌氧氨氧化NH_4^+-N去除活性分别为0.096,0.071kg NH_4^+-N/(kg VSS·d),厌氧氨氧化NO_2^--N去除活性分别为0.153,0.092kg NO_2^--N/(kg VSS·d),反硝化NO_2^--N去除活性分别为0.111,0.212kg NO_2^--N/(kg VSS·d).在批式实验中,研究了碳源种类和COD/NO_2^--N比对厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥脱氮性能的影响.控制COD/NO_2^--N比为1～4,以葡萄糖为碳源时,厌氧氨氧化菌在亚硝态的竞争过程中占据优势;以乙酸钠为碳源时,控制COD/NO_2^--N比为1～4,厌氧氨氧化菌在亚硝态的竞争过程中处于劣势.

亚硝态氮充足下乙酸钠对厌氧氨氧化/反硝化的影响

通过连续流实验,研究了在亚硝态氮充足的条件下乙酸钠有机物对厌氧氨氧化(ANAMMOX)耦合反硝化系统(SAD)的影响。结果表明,当乙酸钠浓度(以COD计)为20 mg/L时,耦合系统脱氮性能良好;而当乙酸钠浓度增至50 mg/L时,ANAMMOX受到严重抑制,系统脱氮性能受到严重影响。进一步通过高通量生物测序研究颗粒污泥的微生物菌群变化。随着乙酸钠浓度的增加,颗粒污泥的主要厌氧氨氧化菌属Candidatus Kuenenia所占比例由20.42%降为2.30%,厌氧氨氧化菌的生物密度逐渐降低,反硝化菌的生物密度逐渐升高,厌氧氨氧化菌处于劣势。

好氧反硝化菌AD-1处理大豆乳清废水厌氧出水的性能评价

为了提高污水中氮素的去除效率,本研究自某大学微生物实验室开发的处理大豆乳清废水厌氧出水的CAAC(Continuous Aerobic-anaerobic Coupled)反应器污泥中筛选出1株高效好氧反硝化菌AD-1,经16S rDNA序列同源性比较和系统发育分析初步鉴定为恶臭假单胞菌(pseudomonas putida)。通过摇瓶批次培养考察菌株AD-1对以硝酸盐为唯一氮源的DM反硝化培养基的脱氮性能。48h时AD-1的TN和NO3-N去除率分别达到63.31%和63.35%,NO2-N浓度虽始终处于较低水平却呈高低波动状态,培养后期CODcr/TN下降是限制AD-1反硝化效率的主要因素之一。AD-1处理大豆乳清废水厌氧出水时NO3-N去除率接近100%,具有较高效的反硝化特性。结果表明,该菌株可作为处理大豆乳清废水厌氧出水及其它含氮废水的生物强化剂。

可降解硝态氮的歧化厌氧氨氧化颗粒污泥的驯化

向SBR反应器中接种成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥,在氨氮、亚硝态氮浓度均为100mg/L的条件下,按C/N值=0.1添加乙酸钠,研究乙酸钠对厌氧氨氧化菌去除氮素的影响。结果表明,在存在乙酸钠的条件下,出水硝态氮生成量为没有乙酸钠情况下的45%,对总氮的去除率提高到90%以上,有利于出水总氮浓度达到一级A标准。验证了在C/N值=0.1条件下,厌氧氨氧化反应是反应器中的主体反应,没有被反硝化反应取代。厌氧氨氧化菌可利用乙酸钠和硝态氮的代谢机制也为降低短程硝化控制难度提供了一种思路。

厌氧氨氧化及其衍生技术的研究与发展

厌氧氨氧化过程无需外加有机碳源、不消耗氧气、不产生温室气体,可大幅降低能耗和有机碳源消耗,有潜力构建能量输出的“碳中和”型未来污水厂。但厌氧氨氧化菌(AnAOB)生长缓慢,AnAOB在污水处理系统中稳定持留和富集至关重要。如何稳定获取亚硝态氮,是实际应用面临的瓶颈问题。近年来,短程硝化、短程反硝化与厌氧氨氧化的耦合工艺不断发展,双耦合厌氧氨氧化SDR-AOA工艺表现出显著的降低处理能耗和运行费用潜势,且可强化污水生物系统深度脱氮,应用至新建或升级改造污水处理厂前景广阔。

DO对短程反硝化过程中N_2O产量的影响

利用SBR反应器,考察不同溶解氧(DO)条件下NO2-反硝化过程中N2O产生及释放过程。研究结果表明:控制曝气量为0.3 L/min,进水NO2--N质量浓度为40 mg/L,体系DO质量浓度分别为0,0.1,0.3,0.5和0.7 mg/L时,反硝化过程N2O释放量分别为0.41,0.60,2.62,4.98,6.83 mg/L;随DO质量浓度的增加,反硝化速率明显降低;当DO质量浓度由0 mg/L增至0.7 mg/L时,每克混合液悬浮固体(MLSS)的NO2-反硝化速率由14.9 mg/(L.h)降至10.2 mg/(L.h),每克MLSS的N2O产生速率由0.2 mg/(L.h)增至1.9 mg/(L.h)。其原因为:高DO质量浓度对氧化亚氮还原酶具有较强的毒性,抑制了N2O的进一步还原过程;高NO2-的存在导致抑制了氧化亚氮还原酶的活性。降低A/O和A2/O等生物脱氮过程中缺氧反应器内部DO质量浓度,保证严格缺氧条件,是减少短程生物反硝化过程中N2O产量的关键因素。

耦合厌氧氨氧化反应的高氮负荷型双室MFC性能研究

实验针对厌氧氨氧化反应在双室型MFC阳极和阴极2种形式的耦合,将厌氧氨氧化菌分别接种于a、b-双室型MFC的阳、阴极,并探究其产电、脱氮性能及脱氮机理.结果表明,2种类型的MFC均可在NH+4-N、NO-2-N浓度分别为400 mg·L-1和528 mg·L-1的高氮浓度模拟配水条件下稳定启动.与开路状态下的线性关系曲线不同,2类MFC在闭路状态下氨氮、亚硝态氮浓度均呈单指数关系衰减曲线,脱氮效率显著提高,周期内氨氮、亚硝态氮去除率均分别达到99%和85%以上.另外a、b-MFC平均容积氮去除负荷分别为0.417 kg·m-3·d-1和0.516 kg·m-3·d-1.在外阻1500Ω条件下,a-MFC最高输出电压48.0 m V,b-MFC最高输出电压可达到502.2 m V,b-MFC稳定输电周期约2170 min.

城市生活污水SNAD生物膜脱氮特性

通过批试实验研究了同步亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化(SNAD)生物膜的脱氮性能.SNAD生物膜具有良好的厌氧氨氧化和反硝化活性.厌氧氨氧化NH_4^+-N、NCV-N和总无机氮(TIN)去除速率分别为0.121,0.180,0.267kgN/(kgVSS·d);反硝化和亚硝态氮氧化活性分别为0.211,0.053kg NO_2^--N/(kg VSS·d).SNAD生物膜厌氧氨氧化适宜的pH值范围为5~9,生物膜有助于缓解pH值对厌氧氨氧化菌的抑制作用.SNAD生物膜对NO_2^--N和FNA的抑制作用表现出良好的耐受能力.当NO_2^--N浓度分别为100,150mg/L时,对应的FNA浓度分别为70,100ng/L,厌氧氨氧化NH_4^+-N去除速率分别为0.087,0.029kg N/(kg VSS·d).扫描电镜显示,在SNAD生物膜表面主要是一些短杆菌.在SNAD生物膜内部主要为火山口状细菌,应为厌氧氨氧化菌.

厌氧氨氧化抑制试验及复活策略研究

厌氧氨氧化(ANAMMOX)菌的活性会受到一些物质的抑制,为此研究了NO_2^--N和DO对ANAMMOX的抑制过程,并探讨了相应的恢复策略。结果表明,当NO_2^--N浓度超过120mg/L或ANAMMOX系统完全暴露于空气中(反应器中DO浓度为5 mg/L)时,ANAMMOX菌的活性会受到抑制。采用正常负荷、降低负荷、投加N_2H_4、投加NH_2OH等4种方式对ANAMMOX菌进行复活,结果表明,降低负荷或投加N_2H_4是快速恢复ANAMMOX菌活性的有效方法。

ANAMMOX工艺的影响因素研究进展

水处理厂在提标改造中面临诸多问题,其中TN指标的收紧使处理厂对相关工艺的要求逐步提高。厌氧氨氧化因无需外加碳源受到广泛关注,厌氧氨氧化(ANAMMOX)技术正在日趋成熟,针对厌氧氨氧化工艺的影响因素,国内已有大量研究,希望能够通过研究厌氧氨氧化工艺的影响因素:亚硝态氮、氨氮的累积浓度、pH、DO、温度、有机物浓度、污泥龄等,找出厌氧氨氧化的工艺的运行最优点,从而优化控制条件,为厌氧氨氧化工艺的工程化运行进一步提供参考。