连续低氧曝气与间歇曝气主流Anammox运行效能及微生物特性对比

分别在连续低氧曝气和间歇曝气两种条件下比较了主流厌氧氨氧化(Anammox)处理模拟城市污水的运行效果.结果表明,间歇曝气方式实现主流Anammox时间更短,仅需24d.间歇曝气下氨氮去除率(ARE)为(96.0±1.0)%、总氮去除率(TNRE)为(80.2±2.0)%,相较之下,脱氮效率更稳定且氮去除负荷更高.间歇曝气使好氧和厌氧氨氧化活性均处于更高水平,并促进胞外聚合物(EPS)分泌、蛋白质(PN)含量增加及蛋白质/多糖(PN/PS)升高,能够形成更加致密且红色的厌氧氨氧化生物膜结构;三维荧光光谱发现间歇曝气时溶解性EPS(S-EPS)的峰A的荧光强度显著增加.高通量测序证实曝气方式不同导致了微生物群落组成及功能基因数量存在显著差异.间歇曝气改善好氧氨氧化菌的种群结构并增加相对数量.有助于Anammox菌属(Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia)富集.基因注释结果表明间歇曝气条件下可能存在部分硝化/部分反硝化+厌氧氨氧化协同脱氮途径.

单级固定床生物膜反应器主流厌氧氨氧化快速启动性能

主流厌氧氨氧化(Anammox)是城市污水脱氮的热点和难点问题。本研究采用单级固定床生物膜反应器(SFBR)处理模拟城市污水,通过间歇运行切换和微氧(DO:0.4~0.7mg/L)控制,65天后成功启动Anammox。系统对氨氮和总氮去除率分别达98.8%和92.6%。此时生物膜结构致密,呈现红色。微生物活性测试发现,厌氧氨氧化菌活性在所有功能菌活性中最高。高通量测序证实厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)、短程反硝化菌(Thauera)和硝化菌(Nitrospira)共存,而未检测到氨氧化菌。amoA功能基因扩增子测序进一步分析表明,Nitrospira实际为全程氨氧化菌(Comammox)。因此,系统是在具有氧分层的生物膜内通过全程硝化/短程反硝化/厌氧氨氧化途径耦合实现城市污水脱氮。研究结果为主流Anammox快速实现提供了一种新的工艺思路。

主流城市污水厌氧氨氧化处理工艺研究进展

厌氧氨氧化(Anammox)工艺因其脱氮效率高无需碳源与氧气、污泥产量少,近年来在主流污水处理工艺中受到越来越多的关注。该文系统地介绍了城市污水处理中基于Anammox的组合工艺。从季节性温度变化、不稳定的进水条件两个方面讨论了Anammox工艺在城市污水处理中的应用挑战。而后从亚硝酸盐的稳定获取、厌氧氨氧化菌的保留与富集以及微环境的改善等3个方面总结Anammox城市污水处理系统稳定性增强控制策略,展望了该领域未来的发展前景和研究重点以推动主流Anammox的广泛应用。

基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水同步脱氮除磷工艺研究进展

低碳氮比城市污水的高效低耗同步脱氮除磷是水污染防治的重点和难点问题,开发和应用低碳高效的脱氮除磷技术和工艺具有重要经济和环境效益。本文总结了同步脱氮除磷技术的发展历程,重点探讨了基于厌氧氨氧化强化的城市污水同步脱氮除磷新工艺和新技术,包括基于传统除磷与全程自养脱氮耦合工艺、反硝化除磷与厌氧氨氧化自养脱氮耦合工艺、部分厌氧氨氧化强化同步脱氮除磷等。其中基于部分厌氧氨氧化同步脱氮除磷的工程案例表明:短程反硝化耦合厌氧氨氧化可实现厌氧氨氧化菌的富集,同时解决低温对脱氮除磷性能的抑制。该技术利用原水碳源,在不同尺度的研究中均体现出深度的脱氮除磷效果。本文还比较了不同工艺的技术特点及工程应用前景,对未来研究的重点提出了展望,可为后续主流城市污水氮磷同步去除工艺的开发与优化提供参考。

厌氧氨氧化在城市污水主流处理工艺中的应用

厌氧氨氧化工艺已经广泛应用于侧流处理,但在主流条件下应用时,尚存在一定难度。在主流应用时,需要先对污水进行预处理,消除碳、磷的影响,然后再通过控制温度、溶解氧等因素来保障厌氧氨氧化过程的有效进行。影响厌氧氨氧化在主流工艺中应用的因素包括温度、pH和进水C/N等,还需考虑污泥形态、NOB抑制等问题,以保证主流工艺运行的稳定性。此外,厌氧氨氧化在侧流条件下的启动及主流条件时的稳定运行,均需通过多因素控制来实现。

主流厌氧氨氧化及其组合工艺研究进展

介绍了现阶段Anammox工艺处理侧流污水和主流污水的应用现状,并结合主流污水水质特点进行分析,通过优化反应器结构及启动方式等技术手段可以显著提高Anammox工艺及其组合工艺在主流污水处理方面的适应性。综述了主流Anammox工艺及其组合工艺现阶段的研究成果,并指出了该工艺工业化应用尚需要解决的重要技术问题,为主流Anammox工艺长期大规模应用提出建设性建议。

新加坡最大回用水处理厂污水短程硝化厌氧氨氧化脱氮工艺

总结了新加坡樟宜回用水处理厂4次采样的结果,该厂日处理城市污水80万t.在好氧区很好地实现了部分硝化和亚硝酸盐积累,其中好氧氨氧化率平均为72.2%,亚硝酸盐积累率平均为76.0%.在缺氧区氨氮和亚硝酸盐得到了同步去除(厌氧氨氧化).物料衡算结果表明:初沉池的出水总氮的37.5%是通过自养脱氮去除,27.1%是通过传统的硝化/反硝化脱氮去除,其余部分总氮则存在于活性污泥和出水中.微生物和动力学研究表明:短悬浮或游离的厌氧氨氧化菌可存在于污泥龄较短的污水处理系统.最后从出水氮质量浓度、pH、碱度、曝气能耗及反应器容积等方面,将樟宜回用水处理厂的分段进水活性污泥法工艺与新加坡其他3个回用水处理厂的MEL/LE工艺进行了对比分析.

主流厌氧氨氧化工艺的研究与应用进展

厌氧氨氧化技术具有低能耗、低成本、环境友好等优点,已成为废水生物脱氮领域的研究热点。文中通过总结厌氧氨氧化技术的现有研究应用成果,综述了其常见的工艺和反应器类型,回顾了国内外工程应用进展,并讨论分析了该技术在市政污水主流工艺应用中遇到的技术瓶颈和潜在问题。目前的研究应用表明,近年来国内外研究者在主流厌氧氨氧化工艺的研究和开发方面做出了巨大努力,并取得很多突破性进展。尽管目前主流工艺应用仍面临工艺启动缓慢、低温难稳定运行、厌氧氨氧化菌难保留等技术难点,但该工艺的可行性已通过各种规模的实践得到证明,随着污水资源化的推进,对该技术的研究和应用将得到进一步发展。最后,文中对厌氧氨氧化工艺的发展和实践应用提出了一些建议,以期为我国未来厌氧氨氧化技术的研究和应用提供有益参考。

厌氧氨氧化技术应用于主流城市污水处理的研究进展

长期以来,基于硝化和反硝化过程的传统生物脱氮工艺被广泛应用于废水中氮素污染物的去除,但其能耗物耗高,不能适应节能减排的时代发展要求。近年来新兴的厌氧氨氧化(Anammox)工艺,因具有低能耗、低剩余污泥量、无需外加碳源等优点而备受关注,在废水脱氮领域具有非常广阔的应用前景。综述了Anammox生物脱氮技术应用于城市污水处理的最新研究进展,探讨了主流污水处理应用Anammox所面临的挑战,并提出今后的研究重点。

曝气调控恢复主流自养脱氮性能及脱氮菌群特性研究

针对主流条件下部分亚硝化-厌氧氨氧化(PNA)工艺难以维持长期稳定运行的问题,采用气升式内循环反应器构建一段式反应系统,探究高溶解氧浓度导致工艺脱氮性能失稳后,原位恢复工艺脱氮性能的可行性及调控策略。结果表明,仅通过适宜的曝气调控,主流PNA工艺的脱氮性能可以实现原位恢复。在进水氨氮浓度为(50±1.81)mg/L、曝气速率为0.30 L/min的条件下,工艺的氮去除率可恢复至74.8%,氮去除速率达0.46 kg N/m^(3)·d。此外,曝气调控能够提高胞外聚合物中蛋白质的含量,从而提升污泥浓度和促进污泥颗粒化;氨氧化活性和厌氧氨氧化活性得到了增强,亚硝酸盐氧化活性得到了有效的控制。在恢复策略的实施下,Candidatus Brocadia属和Nitrosomonas属的相对丰度恢复至5.3%和8.7%,Nitrospira属的相对丰度减少至0.2%。研究结果为厌氧氨氧化技术在主流条件下的应用提供理论指导和技术支持。

厌氧氨氧化应用于城市主流污水处理工艺的研究进展

厌氧氨氧化(Anammox)技术作为近年来新兴的自养脱氮工艺,具有无需外加碳源、低污泥产量、低能耗等优势。文中总结了厌氧氨氧化应用于主流污水处理工艺时面临的困难挑战,分析了厌氧氨氧化处理污水的最新研究进展,阐述了厌氧氨氧化菌(AnAOB)的截留、硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制、有机物的不利影响等问题的具体解决方案。在节能减排的时代要求下,为实现能源回用、资源回收的废水处理模式,提出了可能实现能源自给的工艺组合,为实现主流厌氧氨氧化工艺工程化应用提供科学借鉴。

某污水厂主流Anammox现象产生的原因探讨

我国中部某污水厂在原倒置A^2/O工艺的基础上进行提标改造,在缺氧池和厌氧池中投加填料形成A^2/O—IFAS工艺。经过4年半的稳定运行,系统呈现良好的脱氮效果,厌氧池和缺氧池填料出现红色生物膜。研究表明,厌氧池和缺氧池填料生物膜具有厌氧氨氧化(Anammox)活性,采用高通量测序法对生物膜和悬浮污泥进行菌群结构分析,发现属水平上以Candidatus Kuenenia为主的厌氧氨氧化菌(AMX)集中在缺氧池生物膜中,其相对丰度明显高于厌氧池生物膜和悬浮污泥。厌氧池和缺氧池拦网处用于防止填料堵塞、促进流化的局部吹扫曝气使厌氧段/缺氧段系统始终处于低溶解氧(DO)交替变化中,促进了同步硝化反硝化(SND)过程,为AMX的富集提供了基质。传统硝化/反硝化混合菌种与AMX在低DO条件下共存、共生、自然竞争,协同完成脱氮作用。厌氧池/缺氧池吹扫曝气形成的低DO区段和填料的投加促进了主流Anammox现象的产生,成为系统运行稳定的主要原因之一。

膜曝气生物膜反应器耦合厌氧氨氧化工艺处理低C/N比生活污水

我国生活污水具有低碳氮比的特点,传统硝化-反硝化反应碳源不足,生物脱氮难度大,且常规微孔曝气装置存在过量曝气、亚硝化反应难以控制等问题.因此,本研究构建了膜曝气生物膜反应器(Membrane aerated biofilm reactor,MABR),接种了厌氧氨氧化污泥,采用厌氧-间歇曝气的序批式运行方式处理低碳氮比生活污水.结果表明,在处理模拟废水时(阶段1),进水C/N比为3.02,COD、NH_(4)^(+)-N和TN去除率分别为90.21%、91.74%和79.92%;处理实际生活污水时(阶段2),C/N比为1.81,COD、NH_(4)^(+)-N和TN去除率分别为78.61%、98.40%和80.54%,实现了碳氮污染物的高效去除.两阶段内碳源转化率分别为44.15%和27.02%,其中,阶段一进水采用乙酸钠配制有利于内碳源的转化.反应器出水中有机物主要包含难降解有机物和微生物产物.^(15)N同位素示踪结果表明,两阶段厌氧氨氧化脱氮贡献分别为66%和75%.上述结果表明,采用MABR耦合厌氧氨氧化工艺分别处理模拟废水和实际生活污水,单一与复杂有机物组分条件下,均可实现碳、氮污染物的高效去除,厌氧氨氧化脱氮贡献稳定.

磁分离——双泥龄脱氮工艺处理城市污水中试研究

开发了超磁分离耦合双泥龄复合脱氮工艺,以超磁分离技术进行碳源分离和浓缩,采用双泥龄复合脱氮工艺对碳源分离后的出水进行脱氮,并在中试规模上开展研究。结果表明,经过长达750余天的连续运行,该超磁分离工艺在极短的HRT(约10 min)下可实现碳源截留率大于50%;双泥龄复合脱氮工艺出水总氮可稳定低于10 mg/L,满足北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB 11/890—2012)A级标准。缺氧池内生物膜厌氧氨氧化活性为45.75~71.03 mg/(L·d),向缺氧池投加亚硝态氮有利于恢复厌氧氨氧化活性,缺氧池采用间歇微曝气可提高短程硝化/厌氧氨氧化活性,促进自养脱氮,提高系统脱氮效率。这初步验证了超磁分离耦合双泥龄复合脱氮工艺的可行性,为该工艺的进一步研究奠定了基础。

未来污水处理能源自给新途径——碳源捕获及碳源改向

传统活性污泥处理过程是"以能消能"、"污染物转嫁",处理过程能耗高(消耗化石燃料)并排放大量温室气体(GHG);与此同时,污水中COD蕴含的巨大有机化学能(约1.5~1.9k W·h/m^3)远远未被挖掘及利用,未来污水处理的发展方向是朝着营养物、能源及再生水"三厂合一"模式转变。污水处理过程实现"能量平衡"、"碳中和"的运行关键一是厌氧消化剩余污泥;二是在前端最大程度上实现对进水中有机碳源的捕获/分离,并采用高效厌氧消化与热电联产(CHP)耦合技术实现COD有机化学能向电能的转化,这些年已出现碳源捕获(COD Capture)与碳源改向(Carbon Redirection)技术,国外已经有工程化案例。在量化解析污水中化学潜能的基础上,提出了"碳源捕获"1.0→2.0→3.0技术路线图,综述了目前主要的污水"碳源捕获"热点技术,展示了面向未来的可持续污水处理技术路线图,以期为国内污水厂"碳中和"运行及未来可持续污水厂及生态再生水厂开发提供借鉴。

厌氧氨氧化活性抑制、恢复与强化及工艺应用研究进展

厌氧氨氧化（Anaerobic ammonium oxidation,Anammox）工艺是一项节能高效的生物脱氮工艺,但实际应用中存在Anammox细菌增殖缓慢与活性受抑制的问题.首先介绍Anammox的基质与非基质,如亚硝酸、有机物以及无机物的抑制效应,在此基础上阐述调控运行参数以及流加菌种等活性恢复措施.重点评述外加无机碳、Anammox中间产物、Fe和导电材料等对Anammox的强化效果,并以代谢图形式系统总结3种Anammox代谢途径.最后着重探讨将Anammox作为主流工艺推广到处理实际废水时所面临的亚硝酸盐氧化菌（Nitrite-oxidizing bacteria,NOB）抑制和冬季水温低的问题,归纳使用游离氨和游离亚硝酸溶液淘洗NOB的方法以及选择合适反应器构型与培养方式等应对低温的对策;分析Anammox与反硝化间的协同作用以及将Anammox工艺拓展应用到烟气脱硝和芳香烃厌氧降解方面的潜力.提出未来需要在多因素联合抑制、Anammox生理特性和中间代谢机理以及抵御主流废水处理的不利因素等方面进行深入研究.

限NH4^+和限NO2^-厌氧氨氧化系统的运行特性及微生物种群特征

在控制进水TN浓度<50 mg·L^-1、水力停留时间为2.0 h和水温为20℃条件下,采用连续流完全混合式反应器对比研究了限NH4^+和限NO2^-厌氧氨氧化系统的脱氮效能及微生物种群特征.结果表明,尽管两厌氧氨氧化反应器维持了类似的TN去除负荷[0.45~0.5 kg·(m3·d)-1]和TN去除率(70%左右),但限NH4^+厌氧氨氧化反应器中ΔNO3-/ΔNH4^+呈现更快的上升趋势.批式试验及高通量测序结果表明,限NH4^+厌氧氨氧化反应器比限NO2^-反应器具有更为显著的功能及微生物种群空间异质性.CandidatusBrocadia是两反应器中的优势厌氧氨氧化菌属,限NH4^+条件下CandidatusBrocadia在大粒径颗粒污泥中的富集水平(53.9%)显著高于絮体污泥(19.1%);而在限NO2^-条件下颗粒污泥与絮体污泥中CandidatusBrocadia的相对丰度差别不大,分别为28.1%和21.3%.两反应器中均有Nitrospira存在且主要生存于絮体污泥中,对O2的需求应是驱动Nitrospira于絮体污泥中生长的关键因素;此外,限NH4^+(即NO2^-富余)环境可以促进Nitrospira的生长繁殖.综上,提出了基于选择性排泥的限NH4^+厌氧氨氧化系统优化运行策略.

主流部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺脱氮功能菌群的控制策略研究

部分亚硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification-anammox, PN/A)工艺低耗高效,被视为最有可能替代传统硝化-反硝化并成为实现污水处理厂(WWTP)能源自给的主流脱氮技术。基于PN/A主流脱氮工艺现存部分亚硝化不稳定、功能菌种富集难的瓶颈与挑战,总结了PN/A反应器的应用现状,重点综述了氨氧化细菌、厌氧氨氧化细菌的持留、富集方法,分析了亚硝酸盐氧化细菌的有效抑制策略,并针对现状问题提出未来发展建议,为主流PN/A工艺实现工程化、规模化提供科学参考。