主流条件下氮负荷对部分亚硝化活性污泥系统中NOB抑制及微生物群落结构的影响

部分亚硝化(PN)是厌氧氨氧化(ANAMMOX)获取亚硝酸盐(NO2--N)作为基质的重要途径。然而,市政污水氨氮(NH4+-N)浓度较低且波动频繁,导致难以实现稳定的PN。对此,通过缩短水力停留时间(HRT)的方式启动2个反应器,对比不同氮负荷(NLR)下,PN系统中氮素转化规律及微生物群落结构的变化。结果表明:在低氧环境下,R1的NLR从0.15 kg/(m^(3)·d)提高至0.5 kg/(m^(3)·d),氨氮转化率(ACR)从45%升高至65%,亚氮积累率(NAR)从0升高至95%,表明可以实现PN的快速启动,但是稳定运行60 d后PN出现失稳。然而,在高NLR[0.8~1.2 kg/(m^(3)·d)]条件下,ACR和NAR最高分别可达到68%和85%,且能稳定运行,表明高NLR启动运行更易获得稳定有效的NOB抑制。微生物群落结构进一步表明,随着NLR的提高,R2中NOB的相对丰度远低于R1中NOB的相对丰度;同时,R2中NOB的优势菌逐渐由Nitrospira转变为Nitrolancea。这表明高负荷运行下,NOB菌属类型会发生改变。这为解决主流条件下PN-Anammox工艺的应用瓶颈问题提供了新方法,具有重要的研究意义和应用价值。

回流比对DN-PN-ANAMMOX工艺处理中晚期垃圾渗滤液的影响

为了进一步提升反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化(denitrification partial nitrification and anaerobic ammonia oxidation,DN-PN-ANAMMOX)工艺处理含有高浓度NH_(4)^(+)-N的中晚期渗滤液的脱氮能力,以当地垃圾填埋场的中晚期渗滤液为试验用水,考察了在不同回流比下该工艺对有机物和氮素的去除以及各功能区微生物群落的变化.结果表明:当回流比由5调至9时,COD_(Cr)(chemical oxygen demand)的去除率由47%逐渐升至53%,其中前置UASB(Up-flow Anaerobic Sludge Bed Blanket,上流式厌氧污泥床反应器)去除COD_(Cr)的占比为41%,为后续的PN-ANAMMOX工艺提供了低碳环境.然而在回流比调至9时,由于高回流比的稀释作用使得游离氨(free ammonia,FA)的质量浓度下降〔ρ(FA)<2 mg L〕,导致了其无法抑制PN区NO_(2)^(-)-N氧化菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)的活性,部分亚硝化工艺的稳定性下降且NO_(2)^(-)-N积累率降至50%以下,对后续的ANAMMOX区脱氮性能产生不利影响,ANAMMOX区氮去除速率随之降至4.29 kg(m^(3)·d).研究显示:采用具有回流的DN-PN-ANAMMOX工艺处理ρ(NH_(4)^(+)-N)高达1900 mg L的中晚期垃圾渗滤液的最佳回流比为8,ANAMMOX区的氮去除速率达到7.41 kg(m^(3)·d),出水ρ(TN)(8.83 mg L)更低;同时,在回流比为8时,Pseudomonas、Nitrosomonas和Candidatus_Kuenenia分别在DN-PN-ANAMMOX工艺的前置UASB、PN区及ANAMMOX区得到最优的富集.

反硝化除磷耦合部分亚硝化-厌氧氨氧化一体式工艺的启动

采用厌氧折流板反应器与完全混合反应器(ABR-CSTR)组合的一体式工艺作为试验载体,在连续流的运行条件下,针对低碳高氨氮(NH+4-N≥200mg·L^-1)污水,将不同隔室内的普通厌氧污泥驯化培养为分别具有反硝化除磷、部分亚硝化和厌氧氨氧化功能,以实现三者功能的耦合.A4(CSTR)段通过限氧(DO=0.8 mg·L^-1)和间歇曝气(曝∶停比=30 min∶30 min)的方式经过30 d成功实现部分亚硝化的启动.随后进一步采取缩短水力停留时间(HRT)的方式实现部分亚硝化的稳定运行,为厌氧氨氧化提供了NO2^--N/NH+4-N为1.0~1.1的稳定进水基质.A5和A6隔室运行154 d后实现了厌氧氨氧化功能, NH+4-N和NO2^--N的去除率分别为94%和97%,其出水中NO3^--N浓度稳定在22 mg·L^-1左右.A1~A3隔室利用回流中的NO-x-N作为电子受体成功实现了反硝化除磷功能,PO4^3--P的去除率为77%.一体式工艺经过175d成功耦合,实现了碳、氮和磷的同步高效去除.

主流条件下两级式PN-ANAMMOX工艺的高效能脱氮过程

中低温条件下采用两级式PN-ANAMMOX工艺对低浓度NH_4^+-N(50 mg·L^(-1))污水进行高效脱氮过程研究.结果表明,20~14℃范围内PN-ANAMMOX工艺的脱氮负荷和TN去除率可分别维持在0.6 kg·(m^3·d)^(-1)和80%以上;两级式PN-ANAMMOX工艺在限NO_2^--N和限NH_4^+-N两种模式下均可保持稳定运行,其中限NH_4^+-N运行模式为污水极限脱氮需求奠定了良好基础.当温度降至12℃时,PN-ANAMMOX工艺的脱氮负荷下降至0.5 kg·(m^3·d)^(-1)左右,低温使得ANAMMOX反应成为工艺脱氮的限速步骤而对PN无明显影响.ANAMMOX污泥比PN颗粒污泥具有更高的温度敏感性,二者活性的温度系数分别为1.056和1.172.综上可知,对于低温条件下运行的两级式PN-ANAMMOX工艺,ANAMMOX菌体数量及活性是决定工艺脱氮负荷的步骤,而PN出水中基质组成(即NO_2^--N/NH_4^+-N之比和NO_3^--N浓度)是控制工艺脱氮效果的环节.基于上述结果,提出两级式PN-ANAMMOX工艺主流条件下实现高效能脱氮的分级分离式调控策略.

季节性水温变化对单级自养颗粒污泥反应器性能的影响

全自养亚硝化-厌氧氨氧化(Partial nitritation/ANAMMOX,PN/A)工艺是可持续的生物脱氮工艺,季节性温度变化和低基质浓度是该工艺应用于主流污水处理的瓶颈.本研究在升流式单级反应器中运行382 d,进水氨氮浓度控制在70 mg·L^(-1),经历夏-秋-冬-春-夏四季更替,分析了反应器的脱氮性能、颗粒污泥特性、功能菌的活性变化及微生物结构变化,考察了温度波动和低温条件对脱氮性能和微生物群落动态的影响.结果表明,总氮去除负荷与温度季节性变化符合Boltzmann模型,污泥经历低温后,随温度回升,系统脱氮性能可恢复.温度在20℃以上时,平均总氮去除率可维持在70%以上,平均去除负荷达2.43 kg·m^(-3)·d^(-1),温度降至7~15℃,总氮去除负荷仅为0.61 kg·m^(-3)·d^(-1).系统中氨氧化菌(AOB)、厌氧氨氧化菌(AnAOB)活性与温度变化呈正相关,低温时微生物活性受抑制,低温对AnAOB的影响比AOB更为显著.颗粒污泥粒径、颜色与温度、污泥性能之间具有很好的响应规律,温度在20℃以下时,会导致颗粒污泥颜色变浅,污泥粒径减小,絮体与颗粒污泥共存,沉降性能变差.PN/A颗粒污泥性能随温度波动而变化,会影响生物群落结构,与功能微生物的活性有重要相关性.Candidatus_Kuenenia、Nitrosomonas是始终占据主导地位的优势菌属.