低氨氮污水SNAD工艺启动-运行效能与微生物生态学特性

采用升流式微氧污泥床膜生物反应器(UMSB-MBR)处理低氨氮、低C/N比污水,考察了同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化(SNAD)工艺启动过程中的运行效能与微生物生态学特性,结果表明:经过厌氧氨氧化(Anammox)、短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)及SNAD工艺启动3个阶段,各阶段末总氮去除率(NRE)分别可达(80.85±0.81)%,(84.62±0.10)%及(90.01±0.23)%,SNAD工艺启动成功时,COD去除效率(CRE)为(85.04±0.18)%;宏基因组测序结果表明,氨氧化菌(AerAOB)优势菌属Nitrosomonas在PN/A阶段得到富集,且氨氧化功能基因(hao、amo)相对丰度上升;厌氧氨氧化菌(AnAOB)优势菌属由Anammox阶段的Candidatus_Kuenenia转化为SNAD阶段的Candidatus_Brocadia,厌氧氨氧化功能基因(hzs、hdh)呈先下降后上升的趋势,表明AnAOB逐渐适应低DO、低C/N比环境;反硝化菌属Ignavibacterium、unclassified-p-Chloroflexi及反硝化相关基因(narG、narH、nirS、nirK)在SNAD阶段相对丰度较高,表明其在异养脱氮过程中起到重要作用;KEGG氮代谢途径分析表明,系统中脱氮的主要途径归因于在系统内发生的同步亚硝化、厌氧氨氧化以及反硝化反应过程;KEGG代谢通路功能进一步表明,工艺系统启动过程中微生物信号传导与物质交换运输处于较高水平,功能菌之间的协作能力显著加强.

不同C/N比和碳源种类条件下的SNAD生物膜脱氮性能

通过批试实验研究了C/N比和碳源种类对SNAD生物膜厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮性能的影响.SNAD生物膜反应器以生活污水为进水,以鲍尔环为生物膜载体,具有良好的SNAD脱氮性能.以乙酸钠为碳源,研究了COD/NO_2^--N比对SNAD生物膜厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮性能的影响.随着C0D/NO_2^--N比的增加,厌氧氨氧化亚硝态氮去除量占总亚硝态氮去除量的百分比逐渐减小.C0D/NO_2^--N比分别为1、2、3、4和5实验组对应的厌氧氨氧化亚硝态氮去除量占总亚硝态氮去除量的百分比分别为87.1%、52.2%、29.3%、23.7%和16.3%.当C0D/NO_2^--N比为0~2时,厌氧氨氧化亚硝态氮去除量占总亚硝态氮去除量的百分比大于50%,SNAD生物膜可以实现良好的耦合脱氮.控制C0D/N0_2^--N为5,研究了碳源种类对SNAD生物膜厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮性能的影响.以甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠和葡萄糖为碳源实验组对应的厌氧氨氧化亚硝态氮去除量占总亚硝态氮去除量的百分比分别为16.3%、37.1%、74.1%和76.8%.当以丙酸钠或葡萄糖为外加碳源并且C0D/NO_2^--N=5时,SNAD生物膜可以实现良好的耦合脱氮.

城市生活污水SNAD生物膜脱氮特性

通过批试实验研究了同步亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化(SNAD)生物膜的脱氮性能.SNAD生物膜具有良好的厌氧氨氧化和反硝化活性.厌氧氨氧化NH_4^+-N、NCV-N和总无机氮(TIN)去除速率分别为0.121,0.180,0.267kgN/(kgVSS·d);反硝化和亚硝态氮氧化活性分别为0.211,0.053kg NO_2^--N/(kg VSS·d).SNAD生物膜厌氧氨氧化适宜的pH值范围为5~9,生物膜有助于缓解pH值对厌氧氨氧化菌的抑制作用.SNAD生物膜对NO_2^--N和FNA的抑制作用表现出良好的耐受能力.当NO_2^--N浓度分别为100,150mg/L时,对应的FNA浓度分别为70,100ng/L,厌氧氨氧化NH_4^+-N去除速率分别为0.087,0.029kg N/(kg VSS·d).扫描电镜显示,在SNAD生物膜表面主要是一些短杆菌.在SNAD生物膜内部主要为火山口状细菌,应为厌氧氨氧化菌.

SNAD生物膜厌氧氨氧化活性的氨氮抑制动力学研究

通过批试实验研究了氨氮浓度对SNAD生物膜厌氧氨氧化性能的影响.SNAD生物膜反应器以生活污水为进水.进水NH_4^+-N和COD浓度平均值分别为70mg/L和180mg/L,出水NH_4^+-N,NO_2^--N,NO_3^--N和COD浓度平均值分别为2mg/L,2mg/L,7mg/L和50mg/L.SNAD生物膜具有良好的厌氧氨氧化活性.初始NH_4^+-N和NO_2^--N浓度都为70mg/L时,厌氧氨氧化批试NH_4^+-N、NO_2^--N和TIN去除速率分别为0.121kg N/(kg VSS·d),0.180kg N/(kg VSS·d)和0.267kg N/(kg VSS·d).采用Haldane模型可以很好的拟合氨氮浓度对厌氧氨氧化活性的影响.在高FA和低FA工况下氨氮浓度对厌氧氨氧化活性的抑制动力学常数相差不大.M1(FA浓度为0.7~20.4mg/L)和M2(FA浓度为6.3~190.5mg/L)的最大NO_2^--N理论去除速率r_(max)分别为0.209kg N/(kg VSS·d)和0.221kg N/(kg VSS·d),氨氮半饱和常数Ks分别为9.5mg/L和6.1mg/L,氨氮自身抑制常数KI分别为422mg/L和597mg/L.氨氮(而不是游离氨)对SNAD生物膜的厌氧氨氧化活性起主要抑制作用.

SNAD工艺在不同间歇曝气工况下的脱氮性能

探讨了城市污水SNAD生物膜反应器在高溶解氧工况下的脱氮性能.SBR反应器以城市生活污水为进水,反应器内放置鲍尔环生物膜载体,控制温度为30℃,采用间歇曝气方式,曝气阶段曝气量为500L/h,溶解氧浓度达5mg/L.阶段1控制曝气和非曝气时间都为20min,生物膜的NOB活性较低,反应器具有良好的脱氮性能.反应器的总氮平均去除率和出水总氮浓度平均值分别为89%和llmg/L.阶段2、阶段3和阶段4研究了曝气时间对反应器脱氮性能的影响.曝气时间对生物膜的厌氧氨氧化活性影响较小,对生物膜的NOB活性影响较大.阶段3控制曝气时间为60min,生物膜的NOB活性较低,反应器的总氮平均去除率和出水总氮浓度平均值分别为83%和14mg/L.阶段4控制曝气时间为160min,生物膜的NOB活性较高,反应器的总氮平均去除率降低至50%,出水总氮浓度平均值为35mg/L.

微气泡曝气生物流化床反应器SNAD过程脱氮性能研究

运行微气泡曝气生物流化床反应器(MAFBR),研究了不同运行策略下同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)过程实现及生物脱氮性能。结果表明,MAFBR反应器采用高碳氮比(C/N)启动并逐渐降低C/N的运行策略时,生物脱氮过程为同步硝化-反硝化,硝化过程效率较低且为生物脱氮的限制因素,生物脱氮性能不理想。MAFBR反应器采用低C/N启动并控制适宜溶解氧(DO)浓度的运行策略时,生物脱氮过程由同步硝化-反硝化逐渐转变为SNAD过程,从而实现高效生物脱氮性能。MAFBR反应器可在C/N为1、DO平均质量浓度为1.29 mg/L条件下实现SNAD过程,其氨氮平均去除率和平均去除负荷可达到69.87%和0.31 kg/(m^3·d),总氮(TN)平均去除率和平均去除负荷可达到63.93%和0.29 kg/(m^3·d),厌氧氨氧化对TN去除的平均贡献率可达到52.89%以上。

好氧-SNAD-MBBR工艺处理煤气化废水

研究了同步亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化(SNAD)-生物移动床(MBBR)工艺对煤气化废水脱氮的处理效果。结果表明,通过控制低DO含量和低污泥停留时间(SRT)的方法防止了好氧反应器中硝化菌的积累,为后续SNAD反应器提供了合适的进水。煤气化废水经好氧反应器去除COD后进入SNAD MBBR进行脱氮,控制SNAD反应器温度为30~33℃,DO的质量浓度为0.5~0.8 mg/L,pH为7.5~7.7,HRT为24 h。TN去除率达到90.7%,出水TN、NH4+-N的质量浓度分别低于20、5 mg/L,COD去除率达到89.6%,出水COD低于60 mg/L。运行25 d后,SNAD反应器中厌氧氨氧化菌的种类由接种时的Candidatus Brocadia变为Candidatus Kuenenia。

厌氧消化与两级串联SNAD-IFAS组合工艺处理垃圾渗滤液研究

利用厌氧反应器(UASB)与固定生物膜-活性污泥(IFAS)反应器探究厌氧消化、同时亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)工艺对垃圾渗滤液的处理效果.控制UASB的温度为32℃,pH为8.0~8.3,在水力停留时间(HRT)为24 h时COD去除率为44.9%,出水碳氮比在1.3∶1左右,完全可以满足后续SNAD工艺需求.两级串联SNAD-IFAS反应器共运行96 d,UASB出水稀释后作为SNAD工艺的进水.独立调控两池的温度、DO浓度、pH,SNAD1池分别为32℃、0.1~0.2 mg·L^-1、7.8~8.0,SNAD2池分别为32℃、0.08~0.14 mg·L^-1、7.5~7.8.在进水TN和COD浓度分别为602.3 mg·L^-1和878.1 mg·L^-1时,SNAD工艺对TN和COD的去除率分别达到83.3%和39.4%.高通量测序结果表明反应器内具有典型的SNAD工艺微生物群落结构,亚硝化菌(AOB)主要存在于活性污泥中,厌氧氨氧化细菌(AnAOB)和反硝化菌(DNB)主要富集在生物膜上.SNAD1池与SNAD2池的生物膜均以AnAOB作为优势菌种,其丰度分别达到26.21%和30.82%.

厌氧消化-化学混凝-SNAD联合工艺处理海产品加工废水

设计厌氧消化-化学混凝-SNAD联合工艺对海产品加工中的高浓泡药间废水进行处理.厌氧消化对废水中COD去除率最高可达94.37%,平均可达89.77%,有机氮与聚合磷转化为NH4^+-N、PO4^3--P,浓度分别达总氮、总磷浓度的85%~90%;20g·L^-1的聚合氯化铝可实现总磷浓度1000mg·L^-1废水的总磷去除率99.83%,出水磷浓度为1.70mg·L^-1.SNAD系统中控制温度为32~35℃,以空气流量10~15mL·min^-1间歇曝气(ton/toff=10min/5min)控制DO为0.1mg·L^-1左右,pH为7.5~8.0,HRT为24h,运行稳定时最高可处理总氮浓度为655mg·L^-1的废水,总氮、COD去除率分别为72.71%、56.70%.高通量测序结果表明反应器内形成了SNAD系统,AOB、AnAOB和DNB含量分别为2.72%、2.09%、1.46%.

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.

厌氧水解-SNAD工艺处理低碳氮比农村生活污水

为解决农村生活污水的高效除碳脱氮问题,以厌氧水解-同时硝化反硝化厌氧氨氧化(SNAD)工艺处理低C/N比农村生活污水。实验结果表明:水解酸化单元进水C/N比为2∶1时,COD的去除率达到69%;产物VFA主要成分为乙酸、丙酸和正丁酸,平均含量分别为88.4%、6.5%与5.1%,VFAs/COD比为0.74;出水C/N比为3∶5。水解酸化单元出水进入SNAD脱氮单元,通过亚硝化、反硝化与厌氧氨氧化的耦合作用,该单元COD与总氮的去除率分别可达到76.7%和84.1%。厌氧水解-SNAD组合工艺COD与总氮总去除率分别达到92.8%和84.1%。

有机碳源对SNAD工艺脱氮性能及微生物种群结构的影响

为考察不同有机碳源质量浓度对亚硝化的全程自养脱氮工艺（SNAD）脱氮性能的影响,将该工艺应用到生活污水的处理中,采用MBR反应器,以葡萄糖作为有机物来源,通过逐步增大COD来实现,并运用PCR-DGGE技术研究了微生物种群结构的变化.反应器运行结果和DGGE图谱分析表明：碳氮比为0~2时,COD的增加不会抑制AOB和Anammox菌,AOB和Anammox菌的菌属种类不受影响,反而通过反硝化作用提高氮去除负荷.总氮去除率和氮去除负荷分别为67%和0.34 kg/（m3·d）左右.碳氮比为3~4及生活污水运行条件下,Anammox菌不受影响,AOB的活性受到抑制,菌属种类减少,脱氮效率下降.生活污水运行阶段,总氮去除率和氮去除负荷平均分别为73%和0.17 kg/（m3·d）.Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis一直是反应器内的优势菌属,共同完成脱氮过程.

生活污水SNAD颗粒污泥快速启动及脱氮性能研究

采用SBR装置,接种CANON絮状污泥,通过控制沉淀时间、HRT、DO及进水基质组成(配水与实际生活污水的比例),实现具有SNAD性能颗粒污泥的快速培养,并进一步通过降基质的方式,考察SNAD颗粒污泥在处理实际生活污水时的脱氮性能.结果表明:在反应器运行至第34d时,成功培养出具有SNAD性能的颗粒污泥;颗粒粒径最大可达1103μm,最大总氮去除负荷可达1.03kg/(m^3·d);同时在降基质运行过程中,CANON脱氮始终在反应器总氮去除中占优势地位,并最终实现生活污水中氮素、有机物的同步有效去除,出水TN平均为10mg/L,出水COD平均为40mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准.

MBR-SNAD工艺处理生活污水效能及微生物特征

为考察基于膜生物反应器(MBR)的同步亚硝化厌氧氨氧化反硝化(SNAD)工艺处理生活污水的可行性,在SNAD工艺稳定运行的MBR中逐步加入生活污水,同时微调曝气量及HRT等参数,考察生活污水中污染物的去除效果,通过物料衡算计算不同阶段反应器内的脱氮路径,同时通过克隆-测序技术分析了微生物种群特征.结果表明,MBR-SNAD工艺可以实现生活污水中C、N及SS的同时高效去除,总氮去除负荷达0.65 kg/(m3·d),出水氨氮小于5 mg/L;COD去除率达87%,出水COD小于50 mg/L;浊度去除率达99%,出水浊度在1 NTU以下,SS在10 mg/L以下,达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2002)的一级A排放标准.反应器中存在约12%的反硝化脱氮和88%的全程自养脱氮(CANON),实现了异养脱氮和自养脱氮的协同合作.好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌共存于系统内.MBR-SNAD是处理生活污水的适宜工艺.

无机碳对SNAD工艺硝氮积累问题恢复的影响

为研究充足的无机碳对同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化（SNAD）工艺的恢复与稳定运行的影响,向硝酸盐氮积累而崩溃的SNAD反应器中投加过量无机碳,对反应器的运行情况进行研究.结果表明：在无机碳质量浓度为理论需要量的350%～410%的条件下运行36 d后,出水硝酸盐氮由12.1 mg/L下降至3.47 mg/L,特征比由2.31升高至20.77;继续投加无机碳至理论需要量的200%～310%,运行42 d后,总氮去除负荷由0.176 g/（L·d）升高至0.299 g/（L·d）;投加无机碳前后,好氧氨氧化活性（AOR,RAO）与厌氧氨氧化活性（ANR,RAN）分别由0.061 4和0.040 6 g/（g·d）升高至0.081 1和0.065 9 g/（g·d）.结果表明,充足的无机碳投加在有效解除SNAD工艺硝酸盐氮积累问题的同时,可以促进好氧氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（An AOB）的活性.

基于改良ASM1的SNAD工艺启动和优化

采用微氧升流式膜生物反应器(UMSB-MBR)启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化(SNAD)工艺,拟通过构建数学模型实现工艺启动过程分析及其优化过程预测.结果表明:反应器历经厌氧氨氧化和全程自养脱氮(CANON)工艺后,通过引入有机碳源(C/N比为0.5)启动SNAD工艺(总氮去除率可达87.66%),并运用ASM1模型及实验数据成功建立SNAD工艺启动模型;通过模型分析发现,氮负荷(NLR)的增大(由0.24~1.88kg/(m^(3)·d)),适宜的溶解氧(DO)浓度(0.2~0.4mg/L)均有利于SNAD工艺的快速启动;通过模型预测发现,随着C/N比(由0.5~3.0)增大,反硝化菌(DNB)对厌氧氨氧化菌(An AOB)活性的抑制程度不断增强,造成脱氮主要途径由厌氧氨氧化向异养反硝化过程转化,综合考虑C/N比为1.5时SNAD工艺效能和微生物菌群配置处于最佳状态.

有机物对SNAD脱氮性能及微生物群落的影响

以葡萄糖作为有机碳源的模拟废水为处理对象,采用序批式生物膜反应器(SBBR),考察不同COD对同步亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化(SNAD)工艺脱氮性能的影响。结果表明,SNAD工艺的脱氮除性能随着COD/ρ(NH_(4)^(+)-N)的增加呈逐渐增强趋势,COD/ρ(NH_(4)^(+)-N)为0.80时,TN平均去除率从85.00%增至96.86%,COD平均去除率为82.81%。运行120 d后,生物膜中与脱氮相关的浮霉菌门和变形菌门相对丰度分别从56.44%和13.67%增至62.71%和16.00%。系统中仅检出一种厌氧氨氧化菌(AnAOB)为CandidatusJettenia,葡萄糖对CandidatusJettenia有显著促进作用,相对丰度从44.88%大幅增至62.33%,但却对SM1A02有极强的抑制作用,相对丰度从14.45%降至0.19%。反硝化菌(DNB)为Denitratisoma,相对丰度从4.08%增至10.17%。

容积交换率对SNAD污泥颗粒化与稳定运行的影响

为研究不同容积交换率对同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺(SNAD)污泥颗粒化及稳定运行的影响,采用容积交换率分别为37.5%(R1)和75%(R2)的SBR进行对比实验.结果表明,R1仅用36 d就实现了颗粒化,比R2快1/3,且颗粒化过程中R1的污泥流失较小;R1总氮去除速率(RNR)、单位MLVSS好氧氨氧化活性(RAO)和厌氧氨氧化活性(R_(AN))分别为0.356 g·L^(-1)·d^(-1),0.113 0和0.080 9 g·g^(-1)·d^(-1);R2的R_(NR)、R_(AO)和R_(AN)分别为0.248 g·L^(-1)·d^(-1),0.093 6和0.070 5 g·g^(-1)·d^(-1).由此表明:较小的容积交换率有利于减少絮体流失,从而加快SNAD污泥的颗粒化进程;有利于提高AOB与AnAOB的活性以及抑制NOB活性,从而实现SNAD工艺稳定高效的去除效果.

SNAD-MBBR处理垃圾渗滤液厌氧出水的脱氮研究

利用移动床生物膜反应器(MBBR)对亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)工艺处理垃圾渗滤液厌氧出水的脱氮效果进行了研究。SNAD-MBBR反应器内投加K3填料,控制温度为33～35℃、DO为0. 03～0. 1 mg/L、pH值为7. 5～8. 0、HRT为12 h,试验一共进行了152 d,在进水总氮负荷逐渐增加过程中相应调节曝气量以获得最佳去除效果。结果表明,在该工艺条件下进水总氮负荷为0. 9 kg/(m^3·d)时,TN去除率仍可达88%。当进水总氮负荷继续提高至1 kg/(m^3·d)时,由于进水中的有机物浓度较高以及多种异养好氧菌的繁殖,抑制了亚硝化及厌氧氨氧化过程,致使反应器脱氮效率明显降低,仅为20%左右。

低温SNAD颗粒污泥工艺启动方式

为研究启动方式对同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)颗粒污泥工艺的影响,低温(12.7~18.3℃)条件下,R1和R2反应器分别通过先启动全程自养脱氮(CANON)工艺和先启动厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD)工艺的方式逐步启动SNAD颗粒污泥工艺.结果表明,R1反应器启动成功后,氨氮几乎完全去除,总氮去除率达到86.7%.低氨氮浓度运行时,出水总氮去除率下降至75.3%,出水总氮浓度在10 mg·L^(-1)左右,NOB存在过量增殖现象,出水总氮浓度超过北京市水污染物排放标准一级A规定.R2反应器启动成功后,出水几乎不含氨氮,总氮去除率在89.1%左右,略高于R1反应器.低氨氮浓度运行时,出水氨氮浓度小于1.0 mg·L^(-1),出水总氮浓度小于6 mg·L^(-1),出水氨氮和总氮浓度满足地标一级A标准.先启动SAD工艺可以在启动初期通过厌氧运行将NOB逐渐淘汰出系统内,维持了系统的稳定性,为后续曝气启动SNAD工艺提供了良好的基础,维持了反应器的稳定运行,实现出水总氮长期排放达标.