S^(2-)/NO_3^--N对硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮除硫启动的影响

为寻求经济、有效的同步脱氮除硫工艺,采用HABR(复合式厌氧折流板反应器),接种厌氧氨氧化活性污泥,以人工模拟废水为研究对象,在进水p H为8.0、温度为(32±1)℃、HRT为6.5 h的条件下,调整进水S2-/NO3--N〔n(S2-)∶n(NO3--N)〕分别为2.0∶5、3.5∶5、5.0∶5、6.5∶5,研究其对硫自养反硝化和厌氧氨氧化耦合工艺启动的影响,试验连续进行了54 d.结果表明:当S2-/NO3--N<1时,S2-的供应量相对不足,导致硫自养反硝化生成的NO2--N量不足,进而影响后续厌氧氨氧化效果,NH4+-N去除率较低,平均值为53.5%,同时剩余NO3--N继续氧化硫自养反硝化生成的S0,致使出水中ρ(SO42-)增大;当S2-/NO3--N=1时,S2-供应量充足,硫自养反硝化生成NO2--N量最大,厌氧氨氧化效果最好,NH4+-N去除率最高,平均值为65.1%;当S2-/NO3--N>1时,S2-过量,S2-去除率下降.试验通过控制S2-/NO3--N,在HABR内成功实现了硫自养反硝化和厌氧氨氧化耦合工艺启动,NH4+-N、S2-、NO3--N最大去除率分别为74.3%、99.0%、99.5%,S2-/NO3--N=1为最佳比例.

硫化物对厌氧氨氧化耦合自养脱硫反硝化工艺脱氮除硫效能的影响

以成熟Anammox颗粒污泥与产甲烷颗粒污泥作为接种物实现了硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化(SADA)工艺快速启动,探究了不同硫化物负荷对SADA工艺脱氮效能的影响及其脱硫机理.结果表明:较高硫化物负荷(>1.50g S/(L·d))对耦合系统中An AOB无显著抑制作用,相应的系统脱氮效率连续运行1.5个月后趋于稳定.当将硫化物浓度降为零,耦合系统的总氮去除率(TNRE)仍能达到88.1%,相应的化学计量比R_(s)(1.23±0.13)与R_(p)(0.33±0.08)亦与Anammox理论值近似,表明解除高硫化物负荷胁迫条件后SADA系统中Anammox颗粒污泥仍能实现生物脱氮过程.当解除高硫化物负荷胁迫1.5个月后,在较低硫化物负荷条件下(0.30g S/(L·d))恢复硫化物胁迫,耦合系统出水NO_(3)^(-)降低,相应的R_(p)降至0.21,表明SADA系统仍能较好地实现同步脱氮除硫,兼具硫自养反硝化和厌氧氨氧化的双重功效.系统存在的产甲烷颗粒污泥降低硫化物对An AOB抑制,缩短了SADA工艺启动时间,且能在重新引入硫化物后快速激活脱硫反硝化过程.通过颗粒污泥形态分析和高通量测序菌群解析可知:不同硫化物胁迫条件下,SADA系统中仍能实现An AOB(如Candidatus Kuenenia,16.9%)和硫氧化菌(如Thiobacillus,31.6%)的共存富集,且能实现高硫化物负荷条件下较高的TNRE(>60%)和硫单质产率(95.2%).

羟氨强化硫自养反硝化与厌氧氨氧化协同脱氮效果

针对硫化物基质对硫自养反硝化与厌氧氨氧化协同脱氮体系的抑制问题,采用UASB反应器,通过逐渐增加进水羟胺质量浓度实现耦合体系高效脱氮。结果表明:在水力停留时间(t HRT)为4 h,进水NH^(+)_(4)-N和NO^(-)_(3)-N质量浓度分别为60和125 mg/L条件下,实现总氮去除负荷达1.05 kg/(m^(3)·d),其中厌氧氨氧化贡献率达76%~95%,是未投加羟胺时的1.55倍;羟胺的投加能够促进耦合系统污泥heme c合成和EPS(胞外聚合物)的分泌,NH_(2)OH与S^(2-)质量比超过0.024时有助于提高SAA(最大比厌氧氨氧化活性)值;厌氧氨氧化菌Candidatus_Kuenenia丰度和活性在羟胺存在时明显提高,从而与硫自养反硝化菌Thiobacillus、Thiothrix、Sulfurimonas、Sulfurovum和Sulfuritalea协同作用实现高效脱氮。

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。

硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合工艺中微生物群落结构和多样性研究

为研究基于硫自养反硝化和厌氧氨氧化耦合工艺中微生物群落结构和多样性特征,从稳定运行的HABR厌氧折流板反应器中采集生物膜样品,利用PCR-DGGE技术分别对反应器中4个格室进行群落结构解析。结果表明,微生物群落变化与水质环境中的有机物、氮和硫的浓度有关,微生物群落结构在不同的格室中变化较大,4个格室中的细菌的Shannon-Wiener指数(H)由左至右依次减小,相邻格室的相似性较高。经过克隆测序分析,HABR反应器内的微生物多为硫自养反硝化菌和厌氧氨氧化菌,并且出现了Sulfurimonas菌种,该类菌种是同步脱硫反硝化作用的主要功能菌,它们对污水中硫及氮的去除发挥了重要的作用。

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。

硫代硫酸盐驱动自养反硝化耦合厌氧氨氧化强化总氮去除

通过在以硫代硫酸钠为电子供体的硫自养反硝化(SADN)反应器中加入厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,成功构建了SADN耦合ANAMMOX自养脱氮系统。试验探究了耦合系统的启动与稳定运行期间的脱氮性能,在温度为(36±1)℃、进水总氮(TN)负荷为0.8kg/(m^(3)·d)的条件下,耦合系统实现了高效稳定运行,总氮去除率最高达到94.6%,大于ANAMMOX理论最高总氮去除率89%。研究了S/N比(进水S_(2)O^(2)_(3)-S与NO^(-)_(3)-N的比值)对脱氮效果的影响,确定了最佳运行参数。其中,在进水S/N比在1.6~2.2时,耦合系统能够保持最佳的脱氮效率。ANAMMOX和SADN途径对总氮去除贡献率分别稳定在96.2%和3.8%左右,ANAMMOX在耦合体系中占据主导地位,进水总氮主要由ANAMMOX途径去除。通过批次实验测试长期运行后的污泥活性,结果表明SADN菌和ANAMMOX菌均能够保持较高的活性,两者在耦合体系中为底物互补的协同合作关系。

微藻曝气强化短程硝化/厌氧氨氧化自养脱氮工艺性能

采用序批式生物膜反应器(SBR),在温度为30℃条件下,在短程硝化/厌氧氨氧化生物膜的基础上耦合小球藻构建藻菌耦合生物膜体系,通过改变光照时长和曝气量组合条件的运行方式共运行85 d,分析组合条件下体系的脱氮性能、藻菌耦合体系特性和氮转化路径,以得到最佳脱氮条件及藻菌耦合脱氮机制。结果表明:当进水氨氮质量浓度为(400±50) mg/L时,光暗比(单位为h/h)设置为6/4,曝气强度为200 mL/min时,脱氮效果最好,NH4+-N及总氮平均去除率最高可达92.31%和87.56%;藻菌耦合体系运行过程中污泥质量浓度与小球藻干重calgae比始终约为5.5,表明生物膜中藻类和细菌的比例达到相对稳定状态,并形成良好的互利共生关系,集中在生物膜外部的小球藻通过光合作用产生的氧气被硝化细菌消耗,因此产生的厌氧环境和亚硝酸盐底物来维持厌氧氨氧化菌的活性;在氮的去除机制中,生物吸收量约占45.71%,PN/A(短程硝化-厌氧氨氧化)过程N2的生成量及氮损失约占54.29%。

EGSB反应器中耦合厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的研究

将好氧活性污泥接种于膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中,经过120 d的启动运行,形成颗粒污泥.在启动好的EGSB反应器进水中添加亚硝酸盐和氨盐,反应器内温度控制在32-35℃,pH为7.5-8.3,氧化还原电位为-150--40 mV;水力停留时间4.2 h,上升流速4.86 m/h,经过270 d运行,逐步富集和耦合产甲烷菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在进水ρ(CODCr)为500 mg/L,有机容积负荷速率为4.800 kg/(m3.d)(以CODCr计)和1.152 kg/(m3.d)(以N计)的条件下,出水ρ(CODCr)维持在80mg/L以下;CODCr,氨氮,亚硝态氮和总氮去除率分别为85%,35%,99.9%和67%;其去除速率分别稳定在6.12,0.202,0.575和0.777 kg/(m3.d);其中氨氮和总氮的去除速率分别是传统活性污泥法硝化/反硝化(0.05 kg/(m3.d))的4和15.5倍.pH,温度,溶解氧,氧化还原电位,亚硝酸盐和CODCr对EGSB反应器中厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的耦合和颗粒污泥的特性均有影响.

影响厌氧氨氧化与甲烷化反硝化耦合的因素

氨氮、氮氧化物对产甲烷菌有一定的抑制作用,但可以通过驯化去除毒性.亚硝酸盐在厌氧氨氧化菌作用下与氨发生厌氧氨氧化反应.虽然厌氧氨氧化菌是自养菌,但具有异养代谢能力,并且NO2可提高厌氧氨氧化菌的活性.因此,通过特殊的反应器技术,将厌氧氨氧化菌与甲烷菌、反硝化菌复合在一个有利的微生态环境中,充分发挥它们之间的协同耦合作用,把有机物转化为清洁能源又同时脱氮,是极有前景的废水厌氧(缺氧)处理研究新方向.

影响反硝化除磷与厌氧氨氧化耦合的因素

氧对厌氧氨氧化菌有毒,但在颗粒污泥和生物膜中的厌氧氨氧化菌对氧有较高的耐受能力,并且聚磷菌能消耗影响氧氨氧化菌生长的氧。厌氧氨氧化菌的生长无需有机物的参与,聚磷菌释磷需要吸收有机物,少量有机物的加入对厌氧氨氧化菌的活性影响不大。亚硝酸盐是厌氧氨氧化菌氧化氨的电子受体,较高浓度的亚硝酸盐对反硝化聚磷有抑制作用,但合适浓度的亚硝酸盐(该浓度可以通过驯化来提高)可以作为反硝化聚磷菌吸磷的电子受体。厌氧氨氧化过程中有硝酸盐生成,反硝化聚磷菌能利用这部分硝酸盐。另外,两类菌都适宜于中温略偏碱性的环境。因此,通过创造同时对厌氧氨氧化菌和反硝化聚磷菌有利的微生态环境,发挥两者在脱氮除磷方面的协同耦合作用,达到高度脱氮除磷,是极有前景的废水厌氧(缺氧)处理研究方向。

梯度递减曝气实现一体化部分短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化工艺(SPNAD)的稳定运行

为了解决一体化部分短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(single-stage partial nitritation,anammox and denitrification,SPNAD)系统中部分短程硝化由于过曝气难以稳定维持及短程硝化出水不稳定的问题,在以氨氮质量浓度为80 mg/L、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)质量浓度为150 mg/L的生活污水为进水的SPNAD系统中,通过曝气量控制进行了60 d的稳定进水负荷试验.在连续曝气控制0.3~0.5 mg/L的低溶解氧(dissolved oxygen,DO)过程中,会依次出现3次明显的DO跃变点Ta、Tb、Tc.结果表明:Tb可作为COD的降解完成指示点,Tc可作为部分短程硝化停曝气的指示点,Tc时刻NH4+-N、NO2--N平均质量浓度分别为20.11、22.83 mg/L,NO2--N和NH4+-N的质量浓度比值为0.93~1.37,适宜作为厌氧氨氧化进水;以DO变化率Δρ(DO)/Δt≥0.04 mg/(L·min)作为渐减曝气量和停止曝气量的设定值;将该梯度递减曝气控制策略应用于以实际生活污水(NH4+-N质量浓度为41.4~75.5 mg/L)为进水的SPNAD系统中,稳定实现了平均96.7%的总氮去除率(nitrogen removal ratio,NRR),平均出水总氮(total nitrogen,TN)质量浓度为2.11 mg/L.通过近150 d的试验为SPNAD系统的稳定短程硝化的稳定维持提出了一种梯度递减曝气控制策略,应用该控制策略可灵活调节本系统适应低氨氮、低ρ(COD)/ρ(TN)城市生活污水的水质变化且出水远优于国家一级A排放标准.

自然生态系统中厌氧氨氧化和反硝化耦合反应研究进展

厌氧氨氧化和反硝化反应是氮循环系统的两个关键环节,它们对平衡整个生态系统氮的收支、改善水体氮的污染、减少温室气体的排放均具有重要意义.在阐述厌氧氨氧化和反硝化生物反应及微生物学机理的基础上,着重综述了二者在水生和陆地两个生态系统中的耦合反应:(1)探讨了厌氧氨氧化和反硝化反应在不同环境背景下发生的介质及N2的产生速率和贡献比率,发现水生生态系统中厌氧氨氧化对N2产生的贡献率相对陆地生态系统占有较大比重.(2)分析了调控厌氧氨氧化和反硝化反应的细菌群落和功能基因,反应系统占主导的微生物种类随环境发生变化,其中厌氧氨氧化菌Candidatus brocadia作为主导细菌出现频率较高.(3)二者耦合过程中的影响因素包括环境因素与底物因素.其中,环境因素中厌氧氨氧化与反硝化耦合的最适p H为6.7~8.3,且溶解氧含量过高时也会对耦合反应产生抑制作用;在底物环境中,有机物含量或C/N过高会促进反硝化作用,但同时也会抑制厌氧氨氧化的发生.建议以后能够加大对于厌氧氨氧化和反硝化耦合反应全球尺度的研究,特别是对于陆地生态系统,还应加深对厌氧氨氧化反应速率与反硝化反应速率之间关系的理论与应用研究;同时,在实际应用中,需要在确定厌氧氨氧化菌和反硝化菌最佳生长基础上,建立耦合体系理论预测数学模型,量化两类功能性微生物的耦合效果.

短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺及其应用前景研究进展

短程反硝化以其碳源消耗量、废污泥产量、温室气体排量极低及无需曝气等优势,被认为是最具研究潜势的厌氧氨氧化底物供给技术,成为近年来研究热点。本文首先介绍了短程反硝化工艺原理;其次从污泥源、反应时间、碳源类型、碳源量及pH等5个方面总结了影响短程反硝化工艺启动因素;随后综述了短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的重要研究进展,同时指出了耦合工艺实验研究与工程应用的不足,并提出了解决实验与工程应用缺陷的方案;最后展望了耦合工艺处理城市污水和工业硝酸盐废水的可行性及应用前景,认为全面分析工业硝酸盐废水化学组分与基于分子生物学水平的宏基因组学测序、元转录组学技术是未来耦合工艺同步处理城市污水和工业硝酸盐废水的研究重点。

厌氧氨氧化与反硝化除磷耦合机制

厌氧氨氧化与反硝化除磷的耦合对实现污水同步脱氮除磷和推动其实际应用具有重要意义。在深入分析厌氧氨氧化与反硝化除磷机理的基础上,充分讨论了厌氧氨氧化与反硝化除磷的微生物菌群关系及影响两者耦合的控制因素。分析得出,控制系统在温度为30～35℃,DO为0.2～0.5 mg/L,pH为7.5～8.0,进水有机物质量浓度在100～200 mg/L的条件下运行,有利于实现两者的耦合。

短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化脱氮工艺研究与应用进展

短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD-A)工艺外加碳源和曝气成本较低、NO_(2)−生成稳定高效、总氮去除率高,并且可以减少温室气体N2O的排放,是一种新型的生物脱氮工艺。现有关于PD-A的研究多以水质条件单一的模拟废水为对象,针对实际废水的研究尚少。分析了PD-A工艺的机制与特点,通过对比核心功能菌短程反硝化菌和厌氧氨氧化菌的最佳生长条件,并结合现有研究提出PD-A工艺运行的优化策略,继而分析了PD-A工艺在实际废水中的应用案例。结果表明,优化COD/NO_(3)^(−)、接种不同结构的污泥和添加生物膜载体等有利于工艺高效稳定地运行;PD-A工艺在实际生活污水、养殖废水、高硝酸盐废水的处理中实现了较高的脱氮率,说明其处理实际废水具有可行性。最后,对PD-A工艺的发展进行展望,认为应以实际废水为处理对象,进一步研究系统内核心菌群的协同作用机制和混合生物脱氮调控方式,以提升工艺的稳定性及碳氮协同处理效率。

NO_(2)^(-)-N/NH_(4)^(+)-N及COD/NH_(4)^(+)-N对厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮除碳的影响

采用序批式反应器-厌氧序批式反应器(SBR-ASBR)组合工艺处理常温低C/N比实际生活污水,通过调控SBR缺氧:好氧时间分别为80min:60min、120min:60min和150min:60min时,实现半亚硝化,将其出水直接泵入ASBR反应器中,考察不同进水NO_(2)^(-)-N/NH_(4)^(+)-N和COD/NH_(4)^(+)-N对厌氧氨氧化耦合反硝化同步脱氮除碳的影响,并采用响应面法设计正交批次试验.结果表明:在NO_(2)^(-)-N/NH_(4)^(+)-N为1.55,COD/NH_(4)^(+)-N为4.22时,出水NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N和COD的浓度分别为2.79,0.47,38.37mg/L,其去除率分别高达87.56%,98.45%和62.69%.ΔNO_(2)^(-)-N/ΔNH_(4)^(+)-N为2.23,生成的NO3--N的量比理论值小2.47mg/L,厌氧氨氧化和异养反硝化共同完成氮素去除,系统脱氮除碳性能最佳.当NO_(2)^(-)-N/NH_(4)^(+)-N和COD/NH_(4)^(+)-N分别由0.84增加到1.55和3.24增加到4.22时,厌氧氨氧化和异养反硝化对脱氮贡献率分别由80.40%降至53.33%和19.60%增加到46.67%.NO_(2)^(-)-N/NH_(4)^(+)-N和COD/NH_(4)^(+)-N对TN和COD去除的正交影响显著,均呈现正相关,R^(2)分别为0.9243和0.9700.

新型短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺研究进展

短程反硝化-厌氧氨氧化工艺因无须曝气,节省碳源,理论上可实现100%氮去除,成为近年来最具应用前景的新型污水生物脱氮技术。短程反硝化(NO_(3)^(-)-N→NO_(2)^(-)-N)又可分为胞外碳源(即外源短程反硝化,或短程反硝化)和胞内碳源(即内源短程反硝化)2种电子供体驱动类型,但目前鲜有研究对2种新型短程反硝化及其耦合厌氧氨氧化的专题报道。文章首先对比了短程反硝化和内源短程反硝化工艺原理;其次从反应时间、COD/NO_(3)^(-)-N比、碳源类型、温度和溶解氧等5个方面总结了2种工艺的影响因素;随后对国内外基于短程反硝化/内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化的研究进展进行综述;最后结合当前的研究现状提出目前急需解决的问题并展望了短程反硝化/内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术的发展方向。

硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮系统快速启动及微生物群落分析

以硫代硫酸钠为电子供体,采用梯度增加基质负荷的方式,在SBR反应器中完成硫自养反硝化(SAD)工艺启动。通过接种厌氧氨氧化(Anammox)污泥,采用pH和NO_(3)^(-)-N/NH_(4)^(+)-N联合调控策略进行研究,实现硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化(SAD/A)自养脱氮系统快速启动及稳定运行。结果表明:30 d成功将反硝化污泥驯化为SAD污泥,90 d后,SBR反应器成功富集SAD污泥,系统NO_(3)^(-)-N去除率可达到85%以上。SAD/A系统2种种泥最佳接种比为3∶1,运行14 d后SAD/A系统成功启动。30 d后,系统NO_(3)^(-)-N去除率可达到85%,NH_(4)^(+)-N去除率达到80%。pH值为8,且ρ(NO_(3)^(-)-N)/ρ(NH_(4)^(+)-N)为1.8时,耦合系统脱氮效率最佳,实现稳定运行。高通量测序结果表明:SAD/A系统整体的物种多样性和丰富度增加,优势微生物菌属为厌氧氨氧化菌属(Candidatus Brocadia)和硫杆菌属(Thiobacillus),二者相对丰度相近,系统耦合度较好。

S/N对硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化反应氮素转化的影响

S^(0)基硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化(sulfur autotrophic denitrification anammox,S^(0)ADN-Anammox)工艺中普遍存在S/N较高问题,从而造成S^(0)的浪费。为此,通过批次实验,在不考虑S^(0)流失条件下,优化了以S^(0)为电子供体的系统中适宜的S/N,并通过底物控制策略,模拟S^(0)ADN前半程完全反应,仅存在后半程与Anammox的系统环境,讨论在不同S^(0)存在的情况下S^(0)ADN后半程和Anammox对NO_(2)^(-)-N的竞争能力。结果表明,在不同的S^(0)投加量条件下,S^(0)ADN-Anammox系统会表现出不同的脱氮性能,当S/N=1,S^(0)ADN-Anammox系统总氮去除率较高,达89%,其中NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N的去除率分别为77%和100%;当只存在NO_(2)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N时,S^(0)质量浓度越高,Anammox可获得的NO_(2)^(-)-N越少,S^(0)ADN后半程对NO_(2)^(-)-N的竞争能力要强于Anammox,过高的S/N会影响NH_(4)^(+)-N去除效果。