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。

城市污水中部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺NOB抑制策略的研究进展

城市污水具有低温低氨氮(NH4+-N)的特点,不利于亚硝酸盐氧化菌(NOB)的长期稳定抑制,而NOB的过度增殖会导致出水硝氮(NO3--N)指标升高,对其他功能微生物产生竞争性抑制作用,进而降低部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN/A)系统的脱氮性能和稳定性。以氨氧化菌(AOB)、NOB、厌氧氨氧化菌(AnAOB)等功能微生物动力学参数、生长特性为基础,探讨了主流条件下的城市污水处理系统中优势功能微生物的变迁。综述了当前普遍采用的低溶氧(DO)限制、好氧-缺氧交替、生物强化、投加抑制剂、泥龄(SRT)筛选、低亚氮等NOB抑制策略,并总结了单一抑制策略无法长期、稳定抑制NOB活性,需进一步考察多重策略的联合作用。继而,从性能和工艺复杂程度,对目前普遍采用的实现多重策略联合调控的反应系统进行了探讨。提出采用活性污泥模型(ASM)与实验相结合的方法,为助力主流PN/A工艺运行调控提供了新思路,并指出深化基础理论的研究,开发新型的组合工艺强化NOB的抑制及脱氮性能稳定也是可行的发展方向。

城市污水PN/A工艺中NOB的控制策略研究进展

一体化短程硝化-厌氧氨氧化(partial nitritation and anammox, PN/A)工艺具有曝气能耗低、无须有机碳源等优点,是目前城市污水脱氮技术的研究热点.城市污水PN/A工艺的稳定运行有赖于对系统中亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizing bacteria, NOB)增殖的有效控制,NOB的过度增殖会增加出水NO;并对脱氮功能微生物产生竞争性抑制,降低PN/A系统的脱氮效果和稳定性.综述了城市污水PN/A工艺中NOB控制策略的研究进展,重点论述了选择抑制性物质投加、选择性排泥以及外源生物强化等策略对NOB的控制效果与机理.强化城市污水PN/A工艺中NOB控制,宜进一步考察多种抑制策略的联合作用,并注重微生物基础理论的研究;开发新型组合工艺降低NOB增殖对系统脱氮效果的影响也是可行的发展方向.

荧光定量PCR监测抑制剂对低温SBR微生物的影响

为研究氯酸盐抑制剂对SBR活性污泥中微生物的影响,采用序批式活性污泥反应器(SBR),在低温(15℃)条件下通过向反应器定时投加氯酸盐抑制剂,成功抑制系统中亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性,氨氮去除率和亚硝酸盐积累率均达到90%以上,实现了城市污水短程硝化的快速启动.采用实时荧光定量PCR对氨氧化菌(AOB)、亚硝酸盐氧化菌(NOB)和总细菌进行菌群定量分析,分析结果表明,氯酸盐抑制剂对NOB具有选择抑制性,对AOB的活性没有明显影响,而对NOB的活性抑制在短时间内是不可恢复的.

一段式PN/A中NOB细菌的常见抑制策略研究进展

厌氧氨氧化是最具前景的低能耗、高效污水生物脱氮技术,一段式部分亚硝化/厌氧氨氧化(one-stage partial nitritation/Anammox,一段式PN/A)系统是厌氧氨氧化常用的工艺。在一段式PN/A系统中,部分亚硝化是为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐底物的关键步骤,亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)的存在可能消耗大量亚硝酸盐,导致PN/A系统运行不稳定。目前,众多研究者对NOB的抑制手段进行了探索。介绍了污水处理厂中两种常见的NOB,重点讨论了几种常见NOB抑制策略。总结了游离氨(free ammonia,FA)和游离亚硝酸(free nitrous acid,FNA)对NOB及其他功能菌的抑制阈值,并讨论了FA和FNA的交替处理及其在侧流处理中的应用;其中,曝气策略包括调节溶解氧、间歇曝气与实时控制,具体参数的设置对NOB抑制具有较大影响;针对一段式PN/A系统中常用的生物膜法和颗粒污泥法,通过污泥龄控制可以有效洗脱絮状污泥中富集的NOB;最后对未来NOB抑制策略提出了建议。

基于硫化物硝酸菌抑制的城市污水单级自养脱氮工艺研究

采用外循环序批式反应器(ECSBR),通过向反应器中分阶段投加硫化物,成功抑制体系中亚硝酸氧化菌(NOB)的活性,实现了城市污水单级短程硝化/厌氧氨氧化自养生物脱氮,出水氨氮为3.78mg.L-1,氨氮去除率为88.4%,氮去除负荷为66.8g.m-3.d-1.在投加硫化物前,系统氮转化途径以全程硝化为主,出水硝酸盐为13～22mg.L-1,生成硝态氮与去除氨氮比值>0.9.在投加硫化物后,NOB的活性受到了抑制,出水硝酸盐降为4.18mg.L-1,生成硝酸盐与去除氨氮比值平均为0.17.体系中大量的氮以氮气的形式被去除,占进水氮的65.4%.氮转化途径由全程硝化向短程硝化/厌氧氨氧化耦合脱氮转化.研究还表明,硫化物对于体系NOB的抑制是可逆的,停止投加硫化物后,NOB的活性又重新恢复.因此,分阶段投加硫化物能保证反应过程中对NOB的持续抑制作用,为实现单级自养脱氮工艺的快速启动和稳定维持提供了一种新的策略.

低温下全自养脱氮颗粒污泥适应低基质效能

以室温培养的单级PN-ANAMMOX(PN/A)颗粒污泥为对象,基于颗粒污泥的全自养脱氮工艺,研究在低温条件下处理低浓度氨氮废水的脱氮效能及微生物群落结构.结果表明,在(15±1)℃条件下,维持氨氮负荷在1.29kg·(m^3·d)^-1,进水氨氮质量浓度从70 mg·L^-1逐级降低至40 mg·L^-1,溶解氧比剩余氨氮(DO/TAN)维持在0.22~0.25,总氮去除率可维持在(85±4)%,出水总氮平均质量浓度约为8.9 mg·L^-1,运行期内无亚硝酸氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)显著增殖,Nitrospira丰度小于1%.淘洗絮体污泥和控制低DO/TAN值可作为抑制NOB增殖的有效调控策略.全自养脱氮颗粒污泥在低温低基质条件下运行,颗粒粒径会变小,颜色由棕红色变为棕黄色.PS总量略有下降,PN/PS的比值稳定在2.5~3.浮霉菌门(Planctomycetes)和变形菌门(Proteobacteria)在微生物系统中占主导,污泥中存在CandidatusKuenenia和CandidatusBrocadia两种厌氧氨氧化菌属.

城市污水厌氧氨氧化脱氮面临的挑战与应对策略

基于厌氧氨氧化(Anammox)的高效自养脱氮技术用于城市污水处理为污水处理厂的能量自给运行提供了可能。首先,简述了污水Anammox自养脱氮的反应过程和技术优势,然后重点从亚硝酸盐氧化细菌(NOB)抑制、厌氧氨氧化细菌(AnAOB)富集截留以及AnAOB与好氧氨氧化细菌(AOB)等之间平衡调控3个方面总结分析了Anammox自养脱氮技术用于城市污水处理面临的挑战及其应对策略。最后展望了城市污水Anammox自养脱氮技术的未来研究方向。

一种CANON工艺处理低氨氮废水的新模式

利用上流式污泥床反应器,以出水复氧回流的方式快速启动CANON工艺,并研究了启动及运行过程特征.结果表明,以出水复氧进行回流的方式可以快速启动并稳定运行CANON工艺;在污泥体积分数为25%,进水NH_4^+-N为157 mg·L^(-1),HRT为2 h的条件下,经过50 d的稳定运行,总氮去除速率NRR从1.31 kg·(m^3·d)^(-1)逐渐升高到1.47 kg·(m^3·d)^(-1).复氧回流的方式有效地控制了反应器内溶解氧的量,使得DO<0.01 mg·L^(-1),对系统中的NOB起到了良好的抑制效果,同时也为An AOB提供了一个良好的生长环境;通过控制回流量的大小可以精确地控制NO_2^-的产生速率,使得与NO_2^-消耗速率达到一个良好的平衡状态,避免了NO_2^-的积累及其硝化反应的发生.因此,复氧回流CANON工艺在运行的稳定性方面表现出了很大的优势,为CANON工艺处理低氨氮废水提供了一个新模式.