亚硝酸盐型同步硝化反硝化耦合除磷研究

采用序批式活性污泥法,对人工配制的城市污水,通过控制泥龄成功实现亚硝酸盐型同步硝化反硝化,同时取得很好的生物除磷效果。实验结果显示:适宜的泥龄下,在控制适宜的COD及DO的条件下,COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别可达93%、99.6%、84.58%和99%。因此,利用排泥的方法控制反应器内适宜的泥龄,可以取得很好的同步脱氮除磷效果。

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.

太湖主要环湖河道沉积物反硝化潜力及其控制因子

河流反硝化作用是水体氮素去除的重要途径,对流域氮负荷削减具有重要意义.为探究河网区河道的反硝化脱氮能力及其主要控制因子,本研究调查了太湖14条主要环湖河道的水质和沉积物特征,通过泥浆培养实验,利用氮氩比的方法和膜接口质谱仪分析技术,测定了14条环湖河道的沉积物反硝化潜力.结果表明,太湖环湖河道的反硝化潜力为-9.93~35.71μmol·L^(-1)·d^(-1),均值为(20.79±14.79)μmol·L^(-1)·d^(-1),南部河道的反硝化潜力显著低于北部河道,负值代表沉积物的吸附或固氮行为.水柱中的硝态氮浓度、溶解氧、溶解性有机碳(DOC)和沉积物中的碳含量均会对沉积物反硝化潜力产生影响.相关分析结果表明,硝态氮浓度对河道反硝化作用的影响有限,反硝化作用对硝态氮底物的响应遵从米氏动力学模型(R2=0.77)的规律.而在太湖氮负荷严重的西部和北部河道区,水体中的DOC是反硝化潜力的主要限制因素.改善氮的去除环境对促进水体氮去除过程和区域氮管理具有重要意义,在氮负荷严重的流域河道,水体的DOC应该得到更多的关注.

低氨氮污水SNAD工艺启动-运行效能与微生物生态学特性

采用升流式微氧污泥床膜生物反应器(UMSB-MBR)处理低氨氮、低C/N比污水,考察了同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化(SNAD)工艺启动过程中的运行效能与微生物生态学特性,结果表明:经过厌氧氨氧化(Anammox)、短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)及SNAD工艺启动3个阶段,各阶段末总氮去除率(NRE)分别可达(80.85±0.81)%,(84.62±0.10)%及(90.01±0.23)%,SNAD工艺启动成功时,COD去除效率(CRE)为(85.04±0.18)%;宏基因组测序结果表明,氨氧化菌(AerAOB)优势菌属Nitrosomonas在PN/A阶段得到富集,且氨氧化功能基因(hao、amo)相对丰度上升;厌氧氨氧化菌(AnAOB)优势菌属由Anammox阶段的Candidatus_Kuenenia转化为SNAD阶段的Candidatus_Brocadia,厌氧氨氧化功能基因(hzs、hdh)呈先下降后上升的趋势,表明AnAOB逐渐适应低DO、低C/N比环境;反硝化菌属Ignavibacterium、unclassified-p-Chloroflexi及反硝化相关基因(narG、narH、nirS、nirK)在SNAD阶段相对丰度较高,表明其在异养脱氮过程中起到重要作用;KEGG氮代谢途径分析表明,系统中脱氮的主要途径归因于在系统内发生的同步亚硝化、厌氧氨氧化以及反硝化反应过程;KEGG代谢通路功能进一步表明,工艺系统启动过程中微生物信号传导与物质交换运输处于较高水平,功能菌之间的协作能力显著加强.

潮滩生态系统中生源要素氮的生物地球化学过程研究综述

海岸带潮滩生源要素生物地球化学循环过程是国际地圈生物圈计划(IGBP)、海岸带陆海交互作用(LOICZ)研究的重要内容,也是全球变化区域响应研究中的重要组成部分。在过去的10～20年之间,潮滩生源要素氮的生物地球化学循环研究得到了长足的发展。基于此,较为全面、系统地总结和分析了有关潮滩氮营养盐的来源、潮滩氮素的物理、化学和生物迁移转化过程及氮素地球化学循环过程中底栖生物效应等一系列研究成果,并提出了今后潮滩生源要素氮的生物地球化学循环研究重点和发展趋向。

微囊藻-附生菌共生系统处理含硝酸盐氮废水研究

藻-菌共生系统可实现高效脱氮除磷,从而在废水处理领域日益受到关注。为探究微囊藻-附生菌共生系统对废水中硝酸盐氮的去除效应,于太湖蓝藻水华频发季节进行了野外模拟试验。结果表明,共生体系中89%的硝酸盐氮被去除,去除速率达到0.35mg·N·L^-1·d^-1。试验第7天,体系中的氨氮浓度开始呈现白天降低、夜间上升的昼夜变化趋势,而硝酸盐氮则正好相反,表明体系中存在着氨氮硝化和硝酸盐氮还原的耦合过程,结合体系中亚硝酸盐氮的积累,可以推测,耦合硝化-反硝化过程是微囊藻-附生菌共生系统中氮素去除的主要途径。

碳源和氧对设施菜田土壤N_2O排放的影响

利用在线自动监测培养系统(Robot系统),研究不同氧分压、碳源投入以及不同氧分压和碳源投入组合下,添加硝化抑制剂双氰胺(DCD)对设施菜田土壤N_2O排放的影响。结果表明:随着土壤氧分压的升高,N_2O排放量呈指数下降(P<0.001),土壤氧分压大于等于3%O_2后,N_2O排放量不足于无氧和微量氧(1%氧)处理的30%。添加碳源降低了有氧条件下土壤N_2O和N_2产生量,显著增加了微量氧下异养反硝化途径对N_2O的贡献量(P<0.01)。在微量氧和3%O_2下,与未添加DCD的处理相比,无碳源添加且施用DCD后,N_2O的排放分别降低了64.4%和88.8%,同时N_2排放分别降低了23.4%和18.6%。从微量氧至3%O_2,虽然无碳源添加的处理硝化细菌反硝化作用对N_2O排放的贡献从17.2%增加至42.6%,但由于排放总量的急剧下降,硝化细菌反硝化作用对设施菜田土壤N_2O排放的贡献较小。本研究所用土壤pH较高,且添加DCD的处理培养前后硝酸盐基本平衡,异养的同步硝化-反硝化过程可能很弱。总之,设施菜田土壤N_2O排放主要发生在无氧和微量氧条件下。异养反硝化菌对土壤N_2O排放的直接贡献最大,尤其是在碳源较为充足的条件下。

ANAMMOX富集与优化停曝比对MBR-SNAD工艺的影响

采用膜生物反应器(MBR)研究了厌氧氨氧化细菌在富集过程中的活性变化,在启动全程自养脱氮(CANON)工艺中以恒定曝气量,通过优化停曝比实现氨氧化细菌(AerAOB)和厌氧氨氧化细菌(An AOB)协同脱氮并且有效抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性,然后添加有机物(乙酸钠)逐步启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化(SNAD)工艺.结果表明,在厌氧氨氧化细菌富集过程中,通过不断缩短水力停留时间(HRT)提高进水氮负荷的方式强化厌氧氨氧化细菌活性,其平均活性由0.603mgN/(h·gVSS)提高到了8.1mgN/(h·gVSS);当恒定曝气量为50mL/min,停曝比为4:10(min:min)时,AerAOB和An AOB对氨氮的去除量分别占总氨氮去除量的58.8%和41.2%, NOB氧化亚硝态氮的量占总硝态氮生成量的15.3%,成功抑制了NOB的活性;当C/N比为0.5,调整停曝比为4:15后,反硝化过程氮去除量占总氮去除率的20.9%,厌氧氨氧化过程氮去除量占总氮去除率的79.1%,实现了Aer AOB、An AOB和反硝化细菌(DNB)协同脱氮的目的.

基于改良ASM1的SNAD工艺启动和优化

采用微氧升流式膜生物反应器(UMSB-MBR)启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化(SNAD)工艺,拟通过构建数学模型实现工艺启动过程分析及其优化过程预测.结果表明:反应器历经厌氧氨氧化和全程自养脱氮(CANON)工艺后,通过引入有机碳源(C/N比为0.5)启动SNAD工艺(总氮去除率可达87.66%),并运用ASM1模型及实验数据成功建立SNAD工艺启动模型;通过模型分析发现,氮负荷(NLR)的增大(由0.24~1.88kg/(m^(3)·d)),适宜的溶解氧(DO)浓度(0.2~0.4mg/L)均有利于SNAD工艺的快速启动;通过模型预测发现,随着C/N比(由0.5~3.0)增大,反硝化菌(DNB)对厌氧氨氧化菌(An AOB)活性的抑制程度不断增强,造成脱氮主要途径由厌氧氨氧化向异养反硝化过程转化,综合考虑C/N比为1.5时SNAD工艺效能和微生物菌群配置处于最佳状态.

基于间歇饥饿的SNAD工艺运行

在室温下(22℃±3℃)用SBR反应器运行SNAD工艺,通过定期延长系统水力停留时间,营造间歇饥饿环境,探讨间歇饥饿策略下SNAD工艺的运行情况.结果表明,系统经过间歇饥饿运行后,好氧阶段末的NO3--N浓度降至8. 72 mg·L-1,亚硝酸盐积累率达到83. 18%,表明NOB活性得到了有效抑制,实现了亚硝化性能的提高;系统经过间歇饥饿运行后,好氧阶段末的亚氮与氨氮基质的比例得到调整,为后续厌氧氨氧化过程提供了合适底物,使出水氨氮浓度降至1. 0 mg·L-1以下,同时由于出水硝氮浓度降低,总氮去除率达到了92. 07%左右,系统处理性能提高;通过测定功能菌活性,发现饥饿后亚硝化性能提高的主要原因是饥饿期AOB活性衰减速率低于NOB及恢复期前期AOB活性恢复速率显著高于NOB.

间歇恒定/梯度曝气对SNAD工艺启动的影响

本实验在室温(20℃±3℃)下用2组反应器R1和R2接种厌氧氨氧化污泥,分别采用间歇恒定曝气和间歇梯度曝气方式启动SNAD工艺,研究了两种不同间歇曝气方式对SNAD工艺启动的影响.结果表明,启动过程中,R2在各阶段恢复稳定所需的时间更短,SNAD的实际启动速度更快;启动成功后R1和R2的特征值Δρ(TN)/Δρ(NO3--N)分别达到6. 46和10. 34,R2的NOB抑制效果更好;通过周期监测,发现R2的周期DO波动稳定,R1的周期DO整体逐渐提高、周期末达到0. 5 mg·L-1以上,分析认为R2中稳定的低DO环境促进了NOB抑制;启动成功后R1和R2反应器内PN/PS值分别达到2. 745和2. 823,颗粒粒径分别达到365. 8μm和402. 1μm,R2的颗粒稳定性和沉降性更强,粒径增长更快.

污水处理厂SNAD工艺小试

在污水处理厂室外,以A/O除磷工艺出水为基质,启动全程自养脱氮(CANON)生物滤柱反应器.反应器启动成功后,进水中投加葡萄糖作为有机碳源,启动同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)工艺,研究SNAD生物滤柱处理城市生活污水的效果.结果表明,第119～128 d,CANON工艺氨氮去除率大于95%,最大出水总氮浓度为13. 0 mg·L^(-1),超过了北京市地标一级A排放标准.第129 d在进水中投加葡萄糖30 mg·L^(-1)启动SNAD工艺,第133～187 d时SNAD工艺总氮去除率在85%左右,出水总氮浓度为5. 5～7. 3 mg·L^(-1).第195d观察到滤柱出现堵塞现象,在第196 d对反应器进行反冲洗,反冲洗后的30d期间,反应器总氮去除率大于85%,出水总氮浓度维持在6. 2～7. 2 mg·L^(-1).与CANON工艺相比,SNAD工艺提高了总氮去除率,将出水总氮浓度降低了6 mg·L^(-1),使出水氨氮和总氮浓度达到北京市地标一级A标准.