耦合式污水脱氮技术的研究进展

基于微生物的协同作用概述了耦合式污水脱氮技术的研究现状,主要包括同步硝化反硝化,厌氧氨氧化与反硝化协同,同时反硝化产甲烷,厌氧氨氧化、甲烷化和反硝化耦合等,并且阐述了这些过程的原理、实现工艺及特点,以期为实现污水的有效脱氮提供参考。

基于好氧甲烷氧化菌的反硝化效能及微生物群落研究

采用气体循环序批式生物膜反应器(gcSBBR),构建反硝化型甲烷好氧氧化(AME-D)系统.考察了进水氮负荷的影响,发现氮负荷为0.075kg/(m3·d)时,硝酸盐氮去除率达到98.93%,其反硝化速率为74.25mg/(L·d),系统的甲烷日平均消耗量为35.91%(初期为50%);扫描电子显微镜(SEM)分析结果显示,系统中的微生物主要以短杆菌(12~18μm)为主,并存在少量的丝状菌(长150~200μm);16S rRNA高通量测序结果显示,该系统中的甲烷氧化菌为Methylocaldum、Methylomonas、Methylococcus和Methylococcaceae_unclassified,反硝化菌为Denitratisoma、Hydrogenophaga、Azoarcus、Thiobacillus和Rhodobacter,其中主要的功能微生物为Methylocaldum、Denitratisoma和Hydrogenophaga,系统对氮的去除是由好氧甲烷氧化菌与反硝化菌协同实现.此外,系统中存在大量以甲醇和甲基胺类物质为生长基质的Methylophilaceae_uncultured(30.4%).

反硝化型甲烷厌氧氧化(DAMO)系统pH值耦合模型研究

对3个具有不同优势菌种反应器中厌氧氧化(DAMO)过程与pH值进行动力学耦合,结果表明,在25℃,Anammox-DAMO混培系统最大脱氮速率、硝酸盐初始抑制浓度和铵盐初始抑制浓度分别为3.95mg/(L·d),182.63,196.40mg/L;Nitrate-DAMO系统最大脱氮速率、硝酸盐初始抑制浓度分别为4.30mg/(L·d),367.69mg/L;Nitrite-DAMO系统最大脱氮速率、亚硝酸盐初始抑制浓度分别为4.04mg/(L·d),293.35mg/L.脱氮速率均随pH值增加先增大后减小,3个系统最佳脱氮pH值分别为7.5±0.2,7.2±0.2,7.8±0.2.脱氮动力学表明,3个不同系统DAMO反应过程均可用Haldane-pH值耦合模型描述.Nitrate-DAMO系统、Nitrite-DAMO系统脱氮过程还可用Monod-pH值耦合方程描述,Nitrate-DAMO系统细菌生长速率、硝酸盐亲和常数和抑制常数分别为1291.21cfu/(L·d),295.23,72.63mg/L;Nitrite-DAMO系统细菌生长速率、亚硝酸盐亲和常数和抑制常数分别为4040.42cfu/(L·d),264.51,5.02mg/L.

不同氧浓度下甲烷氧化耦合反硝化及微生物协作机制研究

为了研究不同氧浓度条件下甲烷氧化与反硝化的耦合关系,采用三套浸出床生物反应器模拟了准好氧填埋场中的微好氧和缺氧环境,探讨了甲烷氧化与反硝化的耦合作用,分析了相关微生物群落。结果表明:微好氧系统和缺氧系统的最大反硝化率分别为100%和85.67%,最大反硝化效率分别为16.54 mmol/(L·d)和9.88 mmol/(L·d);未通甲烷的对照系统中无反硝化现象,微好氧和缺氧系统均有良好的甲烷氧化耦合反硝化相关性;30%~40%二氧化碳的通入可使两个系统的pH分别稳定在7.6和7.4,对反硝化碱度累积有良好的缓冲作用;甲烷氧化的优势菌为甲基杆菌和甲基单胞菌,耦合的反硝化菌主要为甲基芽孢杆菌。

微生物厌氧甲烷氧化反硝化研究进展

厌氧甲烷氧化反硝化过程(Denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)以甲烷为电子供体进行反硝化作用,在实现废水脱氮处理的同时,可有效削减温室气体甲烷的排放,从而减缓全球温室效应。相关机制研究集中在逆向产甲烷途径耦合反硝化和亚硝酸盐依赖型厌氧甲烷氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,n-damo)两个方面。鉴于厌氧甲烷氧化反硝化过程对全球碳氮物质循环的重要意义,本文对近年来厌氧甲烷氧化反硝化过程的研究进展进行了概述,着重阐述了有关厌氧甲烷氧化反硝化微生物富集培养物,特别是含Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M.oxyfera)富集培养物的微生物特性、甲烷氧化反硝化的机理以及影响因子。在此基础上,探讨了厌氧甲烷氧化反硝化过程未来的研究方向和工业化应用前景。

微生物甲烷氧化反硝化耦合反应研究进展

甲烷氧化反硝化耦合过程是连接碳循环和氮循环的重要桥梁.该过程的深入研究有助于完善人们对全球碳氮生物化学循环的认识.甲烷作为反硝化外加气体碳源,既能调控大气甲烷平衡,有效减缓由甲烷引起的温室效应,又能降低反硝化工艺中因投入外加碳源带来的成本.因此近年来甲烷氧化反硝化耦合反应及其机理研究倍受关注.本文主要讨论了好氧和厌氧两种类型的甲烷氧化反硝化过程,重点对其微生物耦合反应机理及其影响因素进行了综述,同时指出了其工程化应用存在的问题,并对其应用前景提出展望.

矿化垃圾中的甲烷氧化-反硝化耦合特性研究

设计全因素实验研究了填埋龄10～12年的矿化垃圾中的甲烷氧化反硝化耦合特性.结果表明,每g矿化垃圾中甲烷氧化菌、反硝化细菌可达109个数量级,适合作为甲烷氧化-反硝化耦合反应介质.CH4、O2和NO3--N浓度对CH4去除有明显影响(p<0.01),其大小顺序为CH4>O2>NO3--N,且3种因素具有显著的交互作用(p<0.01).NO3--N对甲烷氧化的抑制或者促进作用主要与环境中的O2浓度和C/O比有关.相对较低的CH4初始浓度和较低的C/O、C/N比有利于甲烷氧化和反硝化作用耦合,而且反应产物中N2O含量较低.当CH4、O2浓度分别为10%,20%时,甲烷去除率能达到97.7%,产生的N2含量为11.5%以上,且N2O的产生量低于0.2%.

微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化实验研究

为探清微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化是甲烷好氧氧化偶联反硝化(AME-D),还是甲烷厌氧氧化偶联反硝化(ANME-D),本研究以污水处理厂厌氧污泥为接种物,在微氧条件下以甲烷为碳源进行硝酸盐和亚硝酸盐反硝化的富集培养,考察硝酸盐和亚硝酸盐的反硝化速率,并对富集培养物的微生物群落和甲烷单加氧酶功能基因进行分析.结果表明:微氧条件下硝氮/亚硝氮的还原主要以AME-D过程为主,稳定阶段硝氮和亚硝氮的平均去除速率分别为3.69 mg·L^(-1)·d^(-1)(以N计)和18.04 mg·L^(-1)·d^(-1)(以N计),富集培养物中的优势微生物为甲基球菌科(Methylococcaceae)中的甲基单胞菌属(Methylomonas),相对含量为21.86%.

微藻驱动的好氧甲烷氧化耦合反硝化光生物膜反应器的脱氮性能

为解决传统污水处理脱氮过程中额外投加碳源成本高与污水尾水中硝酸盐残留等问题,利用微藻原位产氧形成微氧环境,建立了无须机械供氧的藻菌光生物膜反应器,在不抑制反硝化过程的同时,将好氧甲烷氧化与反硝化耦合,实现污水深度脱氮。探讨了序批式光生物膜反应器的脱氮效率和长期运行的稳定性,并对相关微生物活性和群落组成及功能基因进行分析。结果表明:藻菌光生物膜反应器稳定运行了约50 d,NO_(3)^(-)-N去除率稳定在25 mg/(L·d),脱氮效率达到95%,且无亚硝酸盐积累和NH_(4)^(+)-N生成。活性试验显示,反应器中亚硝酸盐反硝化速率高于硝酸盐反硝化速率,且内碳源反硝化对氮的去除有一定积极影响。高通量测序发现,反应器中主要存在真核藻类[小球藻属(Chlorella,32.45%)和蓝细菌(Pantanalinema_CENA516,3.95%)]、甲烷氧化菌[甲基暖菌属(Methylocaldum,1.39%)]和反硝化菌[热单胞菌属(Thermomonas,20.32%)、斯塔普氏菌属(Stappia,7.24%)和生丝微菌属(Hyphomicrobium,2.34%)]等功能微生物,宏基因组数据进一步明晰了相应的功能基因组成。综上,将甲烷作为唯一碳源,实现了污水中NO_(3)^(-)-N的有效去除,为传统污水脱氮处理提供了一种新范式,对于污水的低碳、高效脱氮处理有重要意义。