硫酸盐型厌氧氨氧化研究与应用进展

硫酸盐型厌氧氨氧化(S-Anammox)是一种在厌氧条件下同步去除NH_(4)^(+)和SO_(4)^(2-)的新型生物处理工艺,为废水同步脱氮除硫提供了新思路,但是其氮硫转化机制、功能微生物与影响因素等研究仍有不足。综述了S-Anammox相关反应方程式、潜在功能微生物与功能基因、影响因素,分析了S-Anammox工艺的应用场景,提出了不同的组合工艺。建议进一步深化氮硫转化机制的研究,揭示功能微生物、反应条件与调控原理,为S-Anammox工程化应用提供理论与技术支持。

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。

无机条件下硫酸盐型厌氧氨氧化反应的特性

在循环流厌氧反应器中研究了无机条件下采用厌氧颗粒污泥启动硫酸盐型厌氧氨氧化(S-ANAMMOX)的反应特性。结果表明:在1~124 d的运行时间内,从第37天开始出现了NH4+-N和SO_4^(2-)的同步去除,生成NO_2^-,NO_3^-,反应最终产物为N2和单质硫,NH4+-N和SO_4^(2-)的最高去除率分别达到92.47%和59.3%;当进水nN∶nS较高时,能显著提高NH4+-N去除率和总氮去除率;SO_4^(2-)与NH4+发生氧化还原反应产生NO2-和NO3-是pH降低的过程;进水nN∶nS、进水平均NH_4^+-N、SO_4^(2-)质量浓度和HRT均对S-ANAMMOX反应的氮硫转化比有一定影响,表明S-ANAMMOX反应是一个多步反应。

粉煤灰对硫酸盐型厌氧氨氧化驯化过程的影响

为了研究粉煤灰对硫酸盐型厌氧氨氧化(S-ANAMMOX)驯化过程的影响,采用两组平行的已启动亚硝酸盐型厌氧氨氧化(N-ANAMMOX)反应的上流式厌氧污泥床反应器(UASB),一组投加粉煤灰载体(U2),另一组不投加任何载体(U1),对比观察了N-ANAMMOX反应在转变为S-ANAMMOX反应的过程中脱氮除硫的变化,以及驯化完成后颗粒污泥的特性。结果表明:在运行的前期(1~123 d),对照组U1的脱氮除硫效果优于实验组U2,而在运行的后期(124~144 d),实验组U2的脱氮除硫效果优于对照组U1。第144天,进水NH_4^+-N和SO_4^(2-)的质量浓度分别为140 mg?L^(-1)和533 mg?L^(-1),U2对NH4+-N和SO42-的去除速率分别是86.68 mg?L^(-1)?d^(-1)和94.34 mg?L^(-1)?d^(-1),而U1对NH_4^+-N和SO_4^(2-)的去除速率分别为67.65mg?L^(-1)?d^(-1)和22.64 mg?L^(-1)?d^(-1)。此时,U1中颗粒污泥粒径较大,结构松散,其表面被大量的分泌物和硫颗粒包裹;而U2中颗粒污泥粒径较小,结构紧密,其表面的分泌物和单质硫明显减少。由此表明,在一定基质浓度条件下投加粉煤灰,经较长时间的适应后,体现出粉煤灰对S-ANAMMOX驯化的促进作用。

以SRB颗粒污泥为载体的硫酸盐型厌氧氨氧化的启动研究

采用复合式厌氧折流板反应器(HABR),研究先驯化硫酸盐还原菌(SRB)颗粒污泥、再以之为载体进行硫酸盐型厌氧氨氧化的启动,通过NH_4^+-N、SO_4^(2-)、COD等指标的变化探讨启动的效能。在7<pH<8.5、温度为(32±1)℃的条件下,采用低负荷启动方式,以CH_3COONa为有机碳源,通过逐步缩短HRT提高进水负荷来驯化培养硫酸盐还原菌颗粒污泥。结果表明,SO_4^(2-)与COD去除效果逐步达到稳定,最高去除率分别为86.2%和68.8%,S0全程积累并趋于稳定,经过60 d的驯化,SRB颗粒污泥平均粒径达到3 mm,硫酸盐还原反应启动成功。之后以驯化成熟的SRB颗粒污泥为载体,保持COD为50 mg/L,通过提高进水中NH+4-N和SO2-4负荷的方式启动硫酸盐型厌氧氨氧化。结果表明,NH_4^+-N和SO_4^(2-)去除效果逐步上升并稳定在50%以上,最高分别达到52.5%与53.7%。硫酸盐型厌氧氨氧化成功启动。

硫酸盐型厌氧氨氧化的反应机理及启动过程影响因素综述

硫酸盐型厌氧氨氧化(S-ANAMMOX)可将废水中的氮硫元素同时去除,避免了氨氮、硫酸盐分别处理时过程不稳定、去除效率低等不足,且不产生二次污染。但该反应的启动耗时长以及机理不明确影响了其应用。本文在探讨S-ANAMMOX反应机理的基础上,对反应器、污泥源、填料、碳源及运行条件等启动过程影响因素进行了阐述,并对今后的研究做出了展望。指出:应在量化反应产物的基础上深入对反应机理和功能微生物特性的研究;分析反应器、污泥源等启动因素的差异性;促进S-ANAMMOX在实际废水处理中的应用。

以亚硝酸盐型厌氧氨氧化为基础启动硫酸盐型厌氧氨氧化研究

为了研究硫酸盐型厌氧氨氧化的启动特性,采用有效容积为5 L厌氧反应器。首先启动亚硝酸盐型厌氧氨氧化,进水逐步以SO^(2-)_(4)代替NO^(-)_(2)为唯一的电子受体,在无机厌氧条件培养下历时56天成功实现了SO^(2-)_(4)和NH^(+)_(4)同步去除。结果表明,当进水NH^(+)_(4)和SO^(2-)_(4)浓度分别达到150 mg/L和450 mg/L时,NH^(+)_(4)和SO^(2-)_(4)的稳定去除率超过了90%和25%,最大NH^(+)_(4)和SO^(2-)_(4)的去除速率为50.21 mg·(L·d)^(-1)和57.36 mg·(L·d)^(-1),氮、硫转化比约为2.54。启动过程中研究了中间产物变化情况,未检测到HS^(-)和S^(2-),有单质硫生成并且出水pH值低于进水。

HABR反应器硫酸盐型厌氧氨氧化启动特性研究

试验探讨了复合式厌氧折流板反应器（HABR）里硫酸盐型厌氧氨氧化启动特性及不同COD对系统的影响。通过提升进水基质浓度成功启动硫酸盐型厌氧氨氧化。结果表明,硫酸盐型厌氧氨氧化是分步进行的,一号、三号和四号隔室所进行的主要反应各不相同。NH4＋-N、SO42-、COD去除效果稳定,最高值分别为52.2%、53.7%、60.9%。较低的COD（60~150 mg/L）能促进硫酸盐型厌氧氨氧化的进行,COD过高会抑制厌氧氨氧化菌活性。

pH值促进硫酸盐型厌氧氨氧化的快速启动

针对硫酸盐型厌氧氨氧化启动时间长的现象,基于pH值对传统厌氧氨氧化菌的影响作用,通过提高进水pH值的方法,分别考察了启动阶段NH+4-N、SO2-4、NO-2-N、NO-3-N以及pH值的变化情况。结果表明,pH值对厌氧氨氧化过程有明显影响,当pH值>8.5时,厌氧氨氧化污泥活性下降,导致厌氧氨氧化反应变弱;在提高反应体系pH值的情况下,历时45d,成功启动了硫酸盐型厌氧氨氧化,缩短了启动时间,实现了NH+4-N与SO2-4的同步去除,平均去除量分别为48.72mg·L-1和23.14mg·L-1。调节反应pH值,改变反应器中厌氧氨氧化菌的优势地位而使硫酸盐型厌氧氨氧化微生物处于主导地位,能缩短硫酸盐型厌氧氨氧化的启动时间。

硫酸盐型厌氧氨氧化在污水处理中的研究进展

硫酸盐型厌氧氨氧化(Sulfate-reducin ammonia oxidationg,SRAO)是一类可以直接利用废水中氨氮和硫酸盐生成氮气和低价态硫元素的同步脱氮除硫反应,但此类反应的功能菌尚未完全明确且影响因素众多。综述了SRAO启动的影响因素,并且列举了目前已成功启动并稳定运行的SRAO反应器,可参考其影响因素通过严控反应条件达到快速启动SRAO的目的,讨论了利用数学模型对SRAO过程进行模拟,可对SRAO未来的发展及工程应用有所帮助。

硫酸盐型厌氧氨氧化反应启动研究

采用实验室自制的反应器,进行硫酸盐型厌氧氨氧化反应启动的研究。通过对反应后NH_4^+-N和SO_4^(2-)浓度的测定,分析NH_4^+-N和SO_4^(2-)的同步去除效果。反应历时60 d,NH_4^+-N,SO_4^(2-)投加浓度分别为120,510 mg/L,此过程维持29 d;改变NH_4^+-N,SO_4^(2-)投加浓度分别为160,848 mg/L,此过程维持31 d。NH_4^+-N最高去除率可达50%,SO_4^(2-)最高去除率可达37.8%。反应中NH_4^+-N和SO_4^(2-)发生氧化还原反应,约有6%的NH_4^+-N转化为NO_3^--N。该实验终产物为N2和单质S,达到了同步脱氮除硫效果。

海绵铁对硫酸盐型厌氧氨氧化脱氮除硫性能影响

采用厌氧序批式反应器(ASBR),并投加海绵铁作为硫酸盐型厌氧氨氧化系统的填料,探究海绵铁对该系统脱氮除硫的影响。试验前期通过静态试验对海绵铁进行填料效能分析,结果表明投加海绵铁后体系中各污染物的质量浓度都有下降的趋势,并确定了海绵铁最佳粒径为1~2 mm、投加量为30 g。后将海绵铁投加至厌氧序批式反应器中,经90 d驯化后各污染物出水质量浓度稳定,投加海绵铁的反应器出水中NH^(+)_(4)-N、SO^(2-)_(4)及TN去除率分别稳定在90.6%、43.1%和83.6%,各污染物质量浓度均低于未投加海绵铁的反应器。结合高通量测序结果分析发现,硫酸盐型厌氧氨氧化反应的特征菌Bacillu Benzoevorans在投加海绵铁的反应器中所占比例为27.85%,高于未投加海绵铁的反应器。说明加入海绵铁作为硫酸盐型厌氧氨氧化系统填料后,系统内的功能菌群被富集,改变了体系脱氮除硫性能。

厌氧环境下硫酸盐还原与氨氧化的协同作用

20多年前,人们就发现厌氧环境下氨态氮和硫酸盐的同步转化现象,并提出了硫酸盐型厌氧氨氧化(SRAO)脱氮说。该途径可以在厌氧条件下以废水中固有的硫酸盐为电子受体将氨态氮氧化为氮气,无需额外添加有机物,也不产生二次污染。该文通过对近年来国内外有关文献资料的研究理解,从SRAO研究历程、影响因素及氮硫可能的转化途径等方面进行了总结,理清了SRAO脱氮的发生需要适宜的基质浓度及环境条件,由于反应器内微生物菌群复杂,SRAO菌与SRB、HDB和SAD菌等共存,构成了SRAO现象是反应器内复杂的多反应协同作用的结果。首先,该过程既可以在进水有有机物的条件下启动,也可以在进水没有有机物的条件下启动;启动方式可根据进水中所加入氨态氮的电子受体分为三类:硫酸盐逐步替代亚硝态氮,同时加入亚硝态氮和硫酸盐,仅加入硫酸盐;Anammoxoglobus sulfate和Bacillus benzoevorans为已明确的SRAO功能菌。其次,反应器的类型、种泥来源、进水氮硫比、有机物等因素会对基质转化效率产生一定的影响。对于氨态氮被氧化是否是硫酸盐作用可采用排除法来确定,氨态氮的氧化产物随氮硫摩尔比的变化而变化。虽然SRAO和厌氧产甲烷都是在厌氧条件下进行的,但是在厌氧产甲烷系统中没有发现SRAO现象,主要是首次发现SRAO现象的反应器内多种菌群相互协同代谢但产甲烷菌不占主导地位。目前关于SRAO研究还主要处于实验室规模,之后的研究可从以下几方面展开:(1)缩短启动时间,提高基质的去除效率;(2)探究氨态氮与硫酸盐的转化途径及关键影响因素特征;(3)相关功能菌的鉴别。本文旨在为今后的理论研究提供综合信息并促进其在实际废水处理中的应用。

硫酸盐还原与氨氧化耦合过程在氮硫废水处理中的影响因素研究进展

针对SRAO工艺对环境因素的敏感性以及工艺的适用性等问题进行了综述。对含硫酸盐和氨氮废水来源及水质特征和SRAO工艺影响因素进行总结,讨论了pH和温度、溶解氧、底物浓度、反应器和接种污泥、碳源以及回流比和水力停留时间等工艺运行条件对SRAO工艺的处理效果和稳定性的影响,并指出了SRAO工艺在实际应用中的进展和阻碍。展望了未来SRAO工艺在废水处理中值得研究的方向及调控策略,为其在氮硫废水处理的稳定应用提供了思路。

以铁盐和硫酸盐作为电子受体的厌氧氨氧化研究进展

厌氧氨氧化技术因其无需额外投加有机物和低能耗等优点被认为是替代常规生物脱氮的主要工艺之一。但是由于实际废水中缺少亚硝酸盐作为电子受体,导致厌氧氨氧化及其组合工艺的实际应用受到了阻碍。除了增加亚硝酸盐电子受体外,找到厌氧氨氧化细菌可利用的其他电子受体也是一种解决方法。综述了以3价铁为电子受体的厌氧铁氨氧化(Feammox)和以硫酸根为电子受体的硫酸盐型厌氧氨氧化(SRAO)的研究进展,以及两种工艺和其他技术进行耦合的情况,通过对两种不同电子受体研究进展的介绍,旨在找到打破亚硝酸盐电子受体的限制瓶颈,从而大大提高脱氮效率。最后对二者的未来发展进行展望。

覆膜—铜氨硫代硫酸盐滴淋堆浸提金工艺研究

建立了覆膜—铜氨硫代硫酸盐滴淋堆浸提金工艺,原矿直接堆浸金浸出率达80%以上。高活性、高比表面固相萃金剂能简便、有效地回收溶液中金,金吸附率大于99%,载金量达22g/kg。硫代硫酸盐反复使用,消耗量为5.78g/kg。该方法用于处理四川某地氧化型金矿石,实验室扩大试验取得了满意结果。

覆膜-铜氨硫代硫酸盐高寒野外堆浸提金试验

采用覆膜-铜氨硫代硫酸盐滴淋堆浸提金工艺,原矿自然粒度入堆,金回收率达60.8%;复合固相萃取剂简便、有效地从溶液中回收金,溶液中金回收率大于99%,萃取剂载金量达14g/kg。硫代硫酸盐循环使用,从堆浸到熔铸成金锭的总药剂单位矿耗成本为24.3元/t。该工艺是一种绿色环保提金工艺。

含氨和硫酸盐废水的处理技术展望

目前许多废水不仅含有高浓度的氨氮,而且含有高浓度的硫酸盐,给废水治理带来难度。对同步脱硫反硝化工艺和硫酸盐型厌氧氨氧化工艺的研究进展进行了综述。同步脱硫反硝化工艺和硫酸盐型厌氧氨氧化工艺能同时脱氮和除硫,不仅无H2S排放,而且还具有节约碳源、污泥产量小和实现单质硫回收的优点。其中硫酸盐型厌氧氨氧化工艺无需曝气和有机物,具有更高的技术和经济优势,将是未来生物脱氮除硫技术的新方向。

利用有机废水中硫酸盐厌氧脱除其中氨态氮及相关机理研究

针对有机废水中硫酸盐及氨态氮的同步脱除现象,采用了ASBR及UASB两种试验装置进行机理分析,并使用分子生物学技术对微生物种群结构进行探究.结果表明,从启动ASBR反应器历时100d左右、UASB反应器历时约80d均成功实现了硫酸盐和氨态氮的厌氧同步脱除.进水COD为2 000mg/L、氨氮及SO_4^(2-)-S浓度分别为20mg/L及50 mg/L,ASBR对氨氮及SO_4^(2-)-S的去除效率均在70%以上;UASB对两者的去除效率分别达90%和50%以上;反应所需最适pH为4.52~5.96.污泥中的细菌多为硫酸盐还原功能的短杆菌和弧菌,未发现明确指向的硫酸盐型厌氧氨氧化菌.通过化学计量分析,表明去除的部分SO_4^(2-)通过异养硫酸盐还原转化为S^(2-),另一部分硫酸盐和氨态氮(SO_4^(2-)-S与NH_4^+-N之比接近1∶2)通过硫酸盐厌氧氨氧化转化为硫单质和氮气,单质硫存在于污泥中.在ASBR反应器中硫酸盐型厌氧氨氧化和硫酸盐还原反应对硫酸盐的转化比例约为0.9∶1,而UASB反应器中的比例则约为1.6∶1.说明反应器中硫酸盐还原反应和硫酸盐型厌氧氨氧化反应之间似乎并不关联.本研究为实现生活污水直接厌氧氨氧化奠定了基础.

从亚硝酸还原厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化

在UASB反应器内,研究了由亚硝酸盐型厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化的过程及其微生物群落变化.结果表明,历时177 d成功实现了硫酸盐型厌氧氨氧化.进水氨氮和硫酸盐浓度分别为130 mg·L-1和500 mg·L-1下,反应器对氨氮和硫酸盐的去除率分别达到58.9%和15.7%,对氨氮和硫酸盐的去除负荷为74.3 mg·(L·d)-1和77.5 mg·(L·d)-1,氮、硫损失摩尔比约为2,出水p H值低于进水.污泥中细菌从以球菌为主转变成以短杆菌为主,菌群中细菌由Candidatus brocadia为优势种转变为以Bacillus benzoevorans为优势种.说明完成这两种厌氧氨氧化的优势菌不同,两种厌氧氨氧化并非同一种菌参与完成的.