温度对IMO-SBR脱氮途径的影响研究

将微生物固定化技术与SBR工艺相结合,开发出IMO-SBR(immoblization organism-sequencing batchreaotor)生物强化工艺处理含氮废水。采用IMO-SBR和普通活性污泥SBR工艺进行废水处理的对比实验,研究了不同温度条件下微生物的脱氮途径以及温度对脱氮途径的影响,得出了通过控制温度使反应器内微生物在好氧条件下发生同步硝化反硝化(SND)是可行的结论,为固定化微生物技术的工业化应用提供了一定的参考依据。

溶解氧浓度对好氧阶段生物脱氮途径的影响

采用连续流一体化生物反应器(CIBR)系统,研究了4种曝气量(0.3,0.6,0.9和1.2m3/h)对好氧阶段生物脱氮途径的影响.实验结果表明:当曝气量为0.3m3/h时硝化反应未能顺利进行,其余3种曝气量下均顺利完成硝化反应,曝气量越大,硝化速率越大;总氮(TN)损失量分析表明低曝气量有利于同步硝化反硝化(SND)的发生,当曝气量为0.3m3/h时TN损失量高达9.76mg.L-1,当曝气量高于0.3m3/h时以传统硝化作用为主.研究表明溶解氧(DO)质量浓度影响生物脱氮途径的根本原因是DO影响了氨氧化菌(AOB)、亚硝酸盐氧化菌(NOB)和反硝化菌(DB)的活性,可通过在线控制方式实现各种脱氮途径.

厌氧生物转盘氨氧化系统中脱氮机理与途径

利用NH4+,NO2-,NO3-和pH等4种离子选择性微电极,研究了不同基质浓度条件下厌氧氨氧化系统中颗粒污泥内部氮素迁移转化的空间分布特征.结果表明:当基质浓度充足时,从颗粒污泥表面到内部的氨氮和亚硝酸盐氮浓度以一定比例同时降低,发生了以厌氧氨氧化反应为主的特征反应;当氨氮浓度受限时,污泥颗粒外层区域(0～1 200μm)发生厌氧氨氧化脱氮途径,内层区域(1 200～2 500μm)发生以亚硝酸盐氮降低为特征的反硝化途径;当只存在NOx-时,颗粒污泥内部发生反硝化的特征反应.因此,厌氧生物转盘氨氧化系统中至少存在厌氧氨氧化和自养反硝化两种生物脱氮途径.

Fe^(3+)对MBBR系统脱氮途径及关键酶性能影响分析

为考察Fe^(3+)对移动床生物膜系统(Moving-bed Biofilm Reactor,MBBR)脱氮途径及相关酶活性的影响,以15℃下长期运行的移动床生物膜为研究对象,确定Fe^(3+)的最佳投加浓度,在此基础上,启动运行MBBR1(添加Fe;)与MBBR2(不添加Fe^(3+)),对比分析了两反应器脱氮性能、相关酶活性、微生物群落结构及脱氮途径.结果表明,添加10 mg·L^(-1)Fe^(3+)的MBBR1与MBBR2相比,氨氧化、亚硝酸盐氧化、硝酸盐还原及亚硝酸盐还原的速率分别增加了75%、3%、10%和6%,氨单加氧化酶(Ammonia Monooxygenase,AMO)、羟胺氧化酶(Hydroxylamine Oxidoreductase,HAO)、亚硝酸盐氧化酶(Nitrite Oxidoreductase,NXR)、硝酸盐还原酶(Nitrate Reductase,NAR)和亚硝酸盐还原酶(Nitrite Reductase,NIR)的活性分别增加了10%、13%、2%、108%和3%,总氮去除率提高了11.17%.Illumina MiSeq测序结果表明,MBBR1中Nitrosomonas与Thauera相对丰度均高于MBBR2,NOB相对丰度接近.模型计算结果显示,MBBR1主要脱氮途径为同步短程硝化反硝化,而MBBR2主要脱氮途径为全程硝化反硝化.综上,Fe^(3+)可通过影响脱氮过程中关键酶活性及生物群落结构,强化MBBR系统同步短程硝化反硝化能力以提高MBBR系统脱氮性能.

一株高效亚硝化芽孢杆菌的分离鉴定及脱氮特性研究

从养殖水体底泥中分离到一株对水体氨氮具有良好脱除功能的菌株Y907,在实验室条件下,48h可使水体中的氨氮消解50%以上,72h消解90%以上.经表型观察、生理生化鉴定和16srDNA测序,鉴定菌株Y907为巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium).采用密闭生物反应器,以氨氮为唯一氮源,Y907为唯一微生物,进行了脱氮特性研究.结果表明,25℃下培养48h,氨氮质量浓度从85.0mg/L下降为62.185mg/L,总氮从85.0mg/L下降为81.328mg/L,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在水体中有少量积累,菌体浓度随时间延长而升高,密闭容器上层气体中氮气和二氧化碳含量有所升高,氧气含量下降.说明Y907对水体氨氮的脱除有3条途经:一是被微生物利用,转化为菌体蛋白或其他组织成分;二是转化为少量的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮;三是转化为氮气释放到大气中.

生物电化学系统废水脱氮机理及影响研究进展

生物电化学系统(BES)可增强体系的自养反硝化,刺激脱氮酶活性,对含氮废水的处理具有潜在优势,近年来已成为废水脱氮领域的研究热点。本研究基于氮素在废水中的循环,综合国内外相关文献,总结了BES的多途径协同脱氮机理及不同形式BES对含氮废水的处理效果,提出了将氮素离子的迁移与生物脱氮相结合的多种协同脱氮途径,分析了电极材料、运行参数及电流强度对BES脱氮性能的影响,并对BES在低C/N废水脱氮中的应用进行了分析。相比于传统生物脱氮,BES脱氮的优势主要体现在以下几个方面:减少了碳源投加量;可实现同步产电以降低能耗;阴极发生的氧化还原反应可提升溶液pH,有利于NH_(4)^(+)-N的回收;BES产生的或外加的电场可以促进脱氮菌的生长繁殖并提升脱氮酶的活性,增强系统脱氮性能。最后提出了未来BES脱氮研究的方向:从氮素离子迁移及电流强度的角度探究脱氮机理,开发新型电极材料,优化运行参数,以进一步促进BES在废水脱氮领域的实际推广应用。

异养硝化-好氧反硝化菌氮代谢机理的研究进展

综述了HN-AD菌去除三氮的途径,从氮平衡、关键酶系特征等角度系统分析了HN-AD菌的氮代谢机理,重点总结了HN-AD菌脱氮过程中的代谢终产物和适用领域,简述了HN-AD菌的工艺研究现状,展望了HN-AD菌今后的研究方向,可为未来HN-AD菌的理论研究与实际应用提供参考。

异养硝化-好氧反硝化菌Acinetobacter johnsonii sp.N26的脱氮性能及代谢途径

【背景】水体中含氮物质的大量累积会造成水体富营养化、水生生物死亡等问题,严重威胁水生态环境,制约我国环境保护的持续发展。【目的】为去除生活污水中的含氮污染物,从羊粪堆肥中筛选出了一株具有异养硝化-好氧反硝化功能的细菌——约氏不动杆菌Acinetobacter johnsonii sp.N26,研究其脱氮性能和代谢途径。【方法】测定菌株N26在氨氮和硝态氮中的生长和脱氮曲线,通过单因素试验对其脱氮性能进行优化,通过氮平衡分析和功能基因鉴定研究其脱氮代谢途径。【结果】生长和脱氮曲线表明,菌株N26对初始浓度均为50 mg/L的氨氮和硝态氮的去除速度快、效率高,其中9 h内对氨氮的去除效率为95.5%,最大去除速率为5.330 mg/(L·h);15 h内对硝态氮的去除效率为93.6%,最大去除速率为3.147 mg/(L·h),且最终仅有少量硝酸盐、亚硝酸盐积累。脱氮性能优化结果表明,该菌株的最适氮源为氯化铵,最适碳源为丁二酸钠,最适温度为30℃,最适接种量为15%,最适pH值为8.0−9.0,最适碳氮比为15,最适转速为120 r/min,最适氮负荷≤300 mg/L(氨氮)。氮平衡分析和功能基因鉴定结果表明,该菌种的脱氮不仅是异养硝化-好氧反硝化过程,还是一个短程硝化-反硝化过程,其脱氮代谢途径为NH_(4)^(+)-N→NO_(2)−-N→NO→N_(2)O→N_(2)和NO_(3)^(−)-N→NO_(2)−-N→NO→N_(2)O→N_(2)。【结论】Acinetobacter johnsonii sp.N26菌株具有优异的脱氮特性,在治理水体氨氮污染方面具备应用潜力,该结果可为异养硝化-好氧反硝化微生物应用于生活污水的生物脱氮处理提供理论依据。

低碳氮比进水AAO污水处理厂低碳运行

为探明低碳氮比进水条件下AAO污水处理厂的碳排放特征,提出可行的低碳运行策略,基于排放因子法对7座低碳氮比进水AAO污水处理厂(分为AAO组和AAO-MBR组)运行1a产生的碳排放进行核算与评价,对具有显著低碳表现的污水处理厂开展全流程分析剖析其碳减排途径.结果表明,电耗和N_(2)O排放是主要碳排放来源,分别贡献49.43%和25.75%的碳排放.AAO-MBR组以间接碳排放为主,电耗碳排放占至约60%,而AAO组生物作用导致的直接碳排放占主导.AAO组平均吨水比碳排放显著低于AAO-MBR组(0.47和0.79kgCO_(2eq)/m^(3)),更具低碳运行潜力.7座污水处理厂中,WWTP7各项比碳排放评价指标均为最低,意味着其最具低碳运行能力.充分利用进水碳源,多路径协同脱氮除磷同时精准控制溶解氧浓度避免过曝气是其大幅削减能耗和物耗,实现碳减排的关键路径.

异养硝化型生物滤池处理高盐废水的脱氮性能及途径

为了解决高盐废水生物脱氮效能低的问题,利用异养硝化型曝气生物滤池(heterotrophic nitrification biological aerationfilter,HNBAF)处理不同氮源模拟高盐废水,研究了HNBAF系统的脱氮性能,并采用^(15)N同位素示踪法测定了反应过程中产生的气态产物(N_(2)O、N_(2)),以揭示HNBAF系统的脱氮途径。结果表明:当NH4Cl作为唯一氮源时,NH_(4)^(+)-N的去除率最高可达到99.77%,NH_(2)OH-N,NO_(3)^(-)-N积累量较低,未检测到明显NO_(2)^(-)N的积累;外加中间产物NH_(2)OH-N可对NH_(4)^(+)-N去除产生抑制,而加入NO_(2)^(-)N和NO_(3)^(-)N等中间产物基本不影响NH_(4)^(+)-N的正常降解;当以KNO_(3)为唯一氮源时,NO_(3)^(-)-N的去除率最高可达到96.76%,NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N和NH_(2)OHN等产物积累量较低。当分别以^(15)NO_(2)^(-)、^(15)NO_(3)^(-)为氮源时,均可同时检测到^(15)N_(2)O和^(15)N_(2)。该HNBAF系统对NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N、NO_(3)^(-)-N和NH_(2)OH-N的去除主要包括硝化、好氧反硝化和同化等作用,主要脱氮途径为NH_(4)^(+)-N→NH_(2)OH-N→NO_(3)^(-)-N→NO_(2)^(-)-N→N_(2)O/N_(2),与此同时,NH_(2)OH-N和NH_(4)^(+)-N之间以及NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)N之间均可以相互转化。

异养菌株HNR脱氮性能

从膜生物反应器中分离出一株异养型高效脱氮细菌,该菌为革兰氏阴性杆菌,命名为HNR.经16S rRNA测序,该菌株属于Acinetobactersp.菌属.以氯化铵为惟一氮源,探讨了不同碳源、pH值、温度及碳与氮质量分数之比w(C/N)对HNR菌株脱氮性能的影响.实验结果表明:以葡萄糖为碳源、pH值为8、温度为30℃、w(C/N)为10时,HNR具有最佳脱氮效果.在好氧条件下,当氨氮初始质量浓度为120 mg/L时,经过72 h的连续培养,其氨氮和总氮的去除率分别达92.5%和89.1%.通过气相色谱能检测到N2,但检测不到N2O.HNR不具有明显的好氧反硝化性能,表明HNR的脱氮途径可能与已报道过的异养硝化好氧反硝化脱氮途径有所不同.

硝化反应及其控制因素

对硝化菌和亚硝化菌的特性进行了分析,并就碳源不足的废水实行短程硝化-反 硝化脱氮的途径进行探讨。

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.

A^2/O短程硝化耦合厌氧氨氧化系统构建与脱氮特性

针对现有城市污水处理厂普遍面临进水碳源不足影响脱氮效率的问题,通过调控A2/O系统曝气分区比例、溶解氧(DO)浓度和污泥龄(SRT)构建短程硝化耦合厌氧氨氧化系统,以研究不同工况下该系统的脱氮性能、脱氮途径和微生物种群结构的变化情况.研究结果表明在低C/N进水(C/N=5)情况下,该系统具有稳定优良的脱氮性能.在140 d试验过程中,反应器经历了氨氧化细菌(AOB)、亚硝酸盐氧化细菌(NOB)共培养阶段(阶段Ⅰ)、AOB筛分阶段(阶段Ⅱ~Ⅲ)与厌氧氨氧化细菌(AnAOB)富集阶段(阶段Ⅳ),系统的脱氮途径也由初始的全程硝化反硝化逐步转化为短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮;系统的脱氮效率在阶段Ⅳ达到最佳状态,此时该系统出水NH+4-N和TN的平均浓度分别为1.20 mg·L^-1和7.03mg·L^-1,其对应的去除率分别为97.69%和87.83%;Illumina MiSeq测序结果表明,短程硝化耦合厌氧氨氧化的系统中Nitrosomonas和Nitrosospira这两类AOB的富集和Nitrospira、Nitrococcus和Nitrobacter这3类NOB的淘洗是系统发生短程硝化的主要原因,Candidatus Kuenenia和Candidatus Jettenia这两类AnAOB的富集是系统发生厌氧氨氧化的关键所在,对实现深度脱氮具有重要作用.

北京某临时污水处理厂工艺设计及运行研究

北京某临时污水处理厂设计处理能力为5 000 m^(3)/d,进水水质具有明显的低碳氮比特点。项目采用A/A/O+MBR的生化处理工艺,兼顾多途径脱氮的设计思路,出水水质满足DB 11/890—2012《北京市城镇污水处理厂水污染物排放标准》表1中B标准限值要求。工艺设计上,多级混合液回流富集了DPAOs、GAOs及DNB等功能菌群,通过降低溶解氧浓度,系统兼具短程硝化反硝化、好氧反硝化、厌氧氨氧化的能力,这为低C/N废水高效脱氮除磷提供了保障。生化池采用围堰式箱体结构,其良好的抗渗能力避免地下水污染;自动化控制系统实现了全厂区智能化运行,为低碳氮化废水处理工程应用提供参考。