交替饥饿下PN1/PN2系统抑制NOB研究

为了抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的生长繁殖,采用序批式反应器(SBR)运行PN1/PN2系统,设置4组反应器R1~R4,分别设置连续运行段和交替饥饿/恢复运行段.饥饿期溶解氧(DO)浓度分别设置为(1±0.5),(2±0.5),(3±0.5),(4±0.5)mg/L,探讨交替周期的选取、饥饿期DO条件对功能菌活性、污泥浓度、粒径及胞外聚合物(EPS)的影响,以期实现部分硝化段的稳定运行.结果显示,相比于好氧氨氧化菌(AOB),NOB在面对饥饿时表现得更为敏感,活性衰减速率更高,恢复期前3d AOB的活性恢复速率高于NOB,因此3d的交替周期能够有效抑制NOB并保留AOB活性.采用交替周期为3d的交替饥饿/恢复策略进行70d的运行,4组反应器的亚硝酸盐氮积累率(NAR)分别达到73.36%、84.43%、91.21%、95.97%,运行过程中出现了污泥减量化的现象,但经过一段时间的适应后R1~R3的污泥浓度能够保持稳定,而R4则呈下降趋势;交替饥饿/恢复策略使系统逐渐排除沉降性能较差的絮体,而沉降性能好的污泥留在反应器内,第70d 4个反应器的污泥粒径分别达到190.69,197.56,207.69,153.56µm;环境变化刺激微生物分泌更多EPS,因此4组反应器污泥的EPS含量都呈现不同幅度的升高.实验结果表明交替饥饿/恢复策略可以刺激污泥产生有利的变化,实现有效的NOB抑制以及稳定的NO_(2)^(-)-N积累.

实时控制实现短程硝化过程中种群结构的演变

为了考察实时控制下实现短程硝化过程中硝化污泥种群结构的演变,采用荧光原位杂交技术(FISH)和扫描电镜(SEM)对处理生活污水的序批式反应器内污泥进行了跟踪观测.结果表明:通过检测pH曲线上的"氨谷"特征点快速启动了短程硝化,短程硝化维持期间亚硝化积累率平均在93%左右.接种污泥形态多样,含长杆、短杆及球状菌,而随着运行的延续,污泥形态呈现了向短杆状、球状转变的态势.实时控制下反应器内亚硝酸氧化菌(NOB)逐渐被淘洗,而氨氧化菌(AOB)得到了富集.从短程硝化启动初期到短程硝化稳定运行102d,AOB的相对数量从3.5%逐渐上升到8.5%,而对应的NOB相对数量从3.1%下降至0.5%以下.利用好氧曝气时间实时控制实现短程硝化是一种面向种群优化的控制方法,有利于短程硝化系统长期稳定的运行.

短程硝化-ANAMMOX反应器处理城市污水过程中脱氮微生物的群落解析

对基于短程硝化-厌氧氨氧化反应体系实现低氨氮城市生活污水的稳定脱氮进行了实验分析.稳定时,反应体系的总氮去除率达80%.对反应器活性污泥中脱氮微生物进行了多样性分析.结果表明,低溶氧的短程硝化反应器中,与Nitrosomonas europaea/Nitrosococcusmobilis相似性较高的氨氧化细菌,以及分别与Nitrobacter vulgaris和Nitrospira defluvii相似性较高的亚硝酸盐氧化菌是优势菌种;厌氧氨氧化反应器中,与Kuenenia stuttgartiensis相似性较高的厌氧氨氧化细菌是优势菌种.并对厌氧氨氧化反应器中总细菌的群落结构进行了解析,发现大量属于Proteobacteria门、Chloroflexi门和Bacteroidetes/Chlorobi门的细菌与anammox细菌共存.

实际垃圾渗滤液短程生物脱氮的常温实现及低温维持

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际垃圾渗滤液,主要考察了常、低温条件下,该生化系统短程生物脱氮的长期稳定性,同时研究了SBR内短程硝化的实现机理及微生物种群特性.598d试验结果表明:单级UASB-SBR生化系统对渗滤液内COD,NH4+-N和TN的去除率分别为92.0%,99.2%和98.0%以上,实现渗滤液内有机物和氮的深度去除.经过116d运行,SBR系统实现了短程硝化,亚硝积累率(NAR)达到90%以上,此后稳定运行,成功跨越2个冬季,15℃以下共计171d,最低温度为10.2℃.游离氨(FA)和过程控制的协同作用是实现与维持SBR内短程硝化的决定因素.荧光原位杂交(FISH)技术检测表明:氨氧化菌(AOB)已经成为SBR硝化菌群中的优势菌属.扫描电子显微镜(SEM)检测表明:AOB菌属以活椭球状亚硝化球菌属(Nitrosococcus)和杆状亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主.

纳米铜对自养脱氮亚硝化工艺的短期及长期影响

为考察纳米铜对自养脱氮亚硝化工艺的影响,在SBR反应器内分别进行短期影响实验(8 h)及长期影响实验(20 d),研究氨氮氧化速率、氮素转化规律及污泥性能的变化规律.短期实验结果表明,低质量浓度的纳米铜(≤1 mg/L)对亚硝化有促进作用,纳米铜质量浓度在3~30 mg/L内严重抑制自养脱氮亚硝化,氨氮氧化速率降低率为21.9%~44.9%.纳米铜为50 mg/L时,由于质量浓度过高导致纳米颗粒团簇,降低了真正作用于细胞的量,亚硝化活性得到强化.长期实验结果表明,长期暴露在低质量浓度(1 mg/L)的纳米铜环境中,氨氮氧化速率受到严重抑制,氨氮去除率从90%降低为44.8%,氨氧化细菌比亚硝酸盐氧化细菌对纳米铜更加敏感.在长期作用后,污泥中的铜含量增加,胞外聚合物含量增加,解除纳米铜抑制后,两者均降低.纳米铜对自养脱氮亚硝化工艺的微生物活性、脱氮能力、污泥性能均具有较大的影响.

铜离子对自养脱氮亚硝化工艺的影响及恢复策略

采用SBR反应器考察了Cu(Ⅱ)短期作用对亚硝化反应器的影响规律,结果表明,低浓度的Cu(Ⅱ)(≤10 mg/L)对亚硝化有促进作用,并且在3~10 mg/L范围内影响规律相似。高浓度的Cu(Ⅱ)(≥20 mg/L)抑制AOB的活性,同时诱导了NOB的活性。Cu(Ⅱ)≥30 mg/L时NOB也被抑制。Cu(Ⅱ)对AOB的半抑制质量浓度为21.8 mg/L。在短期作用后,污泥中的铜含量增加。AOB被Cu(Ⅱ)完全抑制后,通过向反应器中投加20 mg/L EDTA螯合提取污泥中的铜离子,可使亚硝化得到恢复,同时污泥中的铜减少。

羟胺对硝化菌活性及其动力学参数的影响

采用序批式间歇反应器(SBR)处理模拟生活污水,研究羟胺(NH_(2)OH)对硝化菌活性、动力学参数及其对氨氧化菌(AOB)抑制后,AOB活性恢复的影响。批次试验结果表明,当NH_(2)OH浓度为4.5mg/L时,AOB活性最大,亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性减小,并且NO_(2)^(-)-N氧化速率(Q^(NOB)_(max))减小至8.00mg/(L·h),NO_(2)^(-)-N半饱和常数(K^(NOB)_(NO_(2)))增大至7.77mg/L,表明NH_(2)OH对NOB的抑制类型为混合抑制。长期试验R1、R2以缺氧/好氧模式运行,R3以好氧/缺氧交替4次运行,R1不投加NH_(2)OH,R2、R3投加NH_(2)OH。结果表明,R1中全程无亚硝积累。在R2中投加4.5mg/L NH_(2)OH,AOB活性为(6.04±0.4)mg N/(g MLVSS·h)。当NH_(2)OH浓度为10mg/L时,AOB和NOB的活性分别下降至(0.16±0.1)mg N/(g MLVSS·h)和(0.15±0.1)mg N/(g MLVSS·h),之后在高曝气且不投加NH_(2)OH的条件下,AOB活性在第5天恢复。在R3中投加4.5mg/L NH_(2)OH,第7天出水NO_(2)^(-)-N/NH_(4)^(+)-N为1.2。16S r RNA高通量测序表明,添加4.5mg/L NH_(2)OH后,R2和R3中AOB、NOB的相对丰度分别为6.6%、1.3%和3.0%、1.9%,AOB菌属为Ellin6067和Nitrosomonas,NOB菌属为Unidentified Nitrospiraceae。

游离氨对活性污泥系统中硝化性能和硝化群落结构的影响

建立了4个平行的SBR处理合成废水,游离氨(FA)浓度分别为0.5、5、10、15mg/L,命名为S0.5、S5、S10和S15,4个系统的脱氮性能在整个实验过程中均很好(平均值为98.7%),利用FA对亚硝酸氧化细菌(NOB)的抑制作用,结合过程控制,成功在S10和S15系统中实现短程硝化。在建立短程硝化途径的过程中,S10的NAR在第79天迅速达到90.3%,S15的NAR在139天迅速达到90.5%。在S10的80~250d和S15的140~250d中,平均NAR分别稳定在98.8%和98.2%左右。用16SrRNA基因的高通量测序技术分析样本中硝化细菌的相对丰度和结构,结果表明,AOB和NOB丰度的变化与试验结果一致。FA不仅可以显著影响AOB和NOB的相对丰度,而且还可以抑制NOB活性。此外,还发现较低的AOB含量在FA浓度为15mg/L时具有较高的氨底物微生物利用能力。

氨氮的浓度对短程硝化的影响及其动力学研究

通过模拟A/O污水处理工艺,文章研究了不同的进水氨氮(NH4+-N)浓度下,实现亚硝态氮(NO2--N)稳定累积的过程和机理,并对其进行反应动力学分析。结果表明,反应器进水NH4+-N浓度从40 mg/L开始,100、200、400、600、800 mg/L,最终浓度提高到1000mg/L的梯度变化下,氨氧化速率的下降比率最高为36.4%、亚硝酸盐氧化速率的的下降比率最高为96.0%,对亚硝酸盐氧化菌活性抑制效果显著。1000 mg/L进水NH4+-N浓度下NO2--N累积速率随溶解氧(DO)升高而提高,DO超过4.5 mg/L时NO2--N累积速率接近最大值,但结合实际经济效益与工程实践考虑DO取3.0~3.5 mg/L之间实现短程硝化效果最佳。使用莫诺模型拟合氨氧化菌(AOB)动力学行为,进水NH4+-N浓度从40 mg/L提高到1000 mg/L,反应器最大NH4+-N比氧化速率由0.23 d-1上升到0.74 d-1,AOB利用底物更快。

短程硝化启动运行中功能菌群变化研究

【目的】短程硝化-厌氧氨氧化是可实现的最短生物脱氮工艺,短程硝化是实现该工艺的重要环节和必要条件。【方法】采用序批式反应器(SBR)来实现短程硝化过程的启动和稳定运行,并对该过程中的相关功能菌群变化进行检测分析。【结果】通过控制低DO浓度(<1 mg/L)和逐步提高氨氮进水负荷,可抑制氨氧化细菌(NOB)菌群增殖并促进亚硝酸氧化菌(AOB)菌群规模显著扩大,实现短程硝化过程的启动和稳定运行。在氨氮进水负荷为0.055 kg/(m3.d)时,平均氨氮去除容积负荷和污泥负荷可达到0.043kg/(m3.d)和0.16 kg/(kg.d),平均亚硝酸盐积累率可达到83.4%。在短程硝化启动和稳定运行过程中,NOB菌群密度从2.0×105CFU/mL降至1.5×104CFU/mL,相对丰度从5.51%降至2.14%;AOB菌群密度从4.5×104CFU/mL增加至1.5×107CFU/mL,相对丰度从0.18%增加至7.25%。【结论】AOB菌群规模的扩大是实现短程硝化和氨氮去除能力提高的主要原因,同时较高的进水氨氮浓度和负荷也会造成亚硝化活性的抑制。

好氧曝气时间实时控制实现短程硝化

为了在处理城市污水中应用好氧曝气实时控制实现短程硝化,研究其机理及操作方式。在3个不同截面形状、不同体积的序批式反应器内,用实际生活污水进行了验证试验。结果表明:利用曝气时间实时控制,在每个周期内氨氧化菌(AOB)降解氨氮质量大于亚硝酸盐氧化菌(NOB)降解亚硝态氮质量;AOB的净增数量大于NOB净增数目。经长期曝气时间实时控制,亚硝化积累率将会逐渐升高。短程硝化启动后,亚硝态氮积累率可维持在80%以上。

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.

不同气源曝气对一段式厌氧氨氧化工艺启动与运行的影响

在(30±2)°C的条件下,通过精确控制供氧量,以氧气为气源培养E1反应器,以空气为气源培养E2反应器,探究了不同气源对一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺启动、负荷提升及稳定运行效果的影响。结果表明:以氧气为气源的E1反应系统一段式短程硝化-厌氧氨氧化效果更佳,E1反应器中的NH_(4)^(+)-N去除率在95%以上,TN去除率在85%以上,实现负荷提升的时间在10 d左右;在实现一段式短程硝化-厌氧氨氧化后,E1反应系统内ΔTN/ΔNH_(4)^(+)-N和ΔN O_(3)^(-)-N/ΔNH_(4)^(+)-N稳定在0.88和0.11;E1、E2反应器内的AOB活性由0.3mg·(g·h)^(-1)分别提升至6.3 mg·(g·h)^(-1)和5.9 mg·(g·h)^(-1),AnAOB的活性由1.5 mg·(g·h)^(-1)分别提高到9.5 mg·(g·h)^(-1)和8.6 mg·(g·h)^(-1)。通过不同气源对一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺启动与运行的作用效应对比,证明了以氧气为气源应用于一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺的可行性与优势。以上研究结果可为其在厌氧氨氧化工程的应用提供参考。