厌氧氨氧化反应器启动运行研究进展

厌氧氨氧化技术作为一种新型脱氮技术,在废水生物脱氮领域具有良好的应用前景,介绍了厌氧氨氧化技术机理,并阐述了厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应的影响因素;分析了近年来采用不同反应器、不同泥源进行ANAMMOX反应启动和运行研究进展,对不同研究的启动时间、完成启动的评判标准、运行控制条件等进行了比较.     

厌氧氨氧化反应器启动及污泥产率系数测定

在膨胀颗粒污泥床中接种厌氧颗粒污泥,采用间歇进水、间歇出水方式运行210 d,成功启动了厌氧氨氧化反应器.在总氮容积负荷为0.11 kg/(m3*d)下,氨氮去除率达75%,亚硝酸盐氮去除率达85%,污泥颜色由原来的黑色渐渐变为棕色,厌氧颗粒污泥逐渐解体,新的厌氧氨氧化污泥颗粒粒径较小.氨氮、亚硝酸盐氮去除量和硝酸盐氮生成量的比例为1:1.1:0.18.在对厌氧氨氧化过程电子流分析基础上,建立了厌氧氨氧化细胞产率系数与NH 4、NO-2去除量和NO-3生成量之间的计量学关系,估算出厌氧氨氧化菌产率系数为0.080 mol CH2O0.5N0.15/mol NH 4.     

厌氧氨氧化反应器带氧启动过程研究

厌氧氨氧化工艺是目前已知最简捷的脱氮工艺,该文考察了DO在UASB反应器中对Anammox反应器启动过程的影响。研究结果表明,以厌氧产甲烷颗粒污泥和好氧硝化污泥的混合物为接种污泥,经100 d未除氧运行,成功启动了UASB反应器,TN去除率高达80%以上,TN容积去除负荷稳定在0.24 kg N/(m3·d)。稳定阶段Δm(NH4+-N):Δm(NO2--N):Δm(NO3--N)三者比例为1:1.20:0.22。启动过程中,DO存在对启动过程反应器效能影响不大,但使Anammox反应首先出现在颗粒泥内部,且位于污泥层中部。     

厌氧氨氧化菌混培物的培养及上流式厌氧污泥床反应器运行

采用污泥混合接种的方法,利用UASB(厌氧污泥床)反应器完成了厌氧氨氧化混培菌的培养与驯化并启动了实验室规模的厌氧氨氧化反应器。当含氮模拟废水进水氨氮浓度和亚硝氮浓度分别为3～5mmol/L和4～6mmol/L,进水氨氮、亚硝氮的容积负荷分别为2mmol/(L·d)和2.5mmol/(L·d),氨氮、亚硝氮的最大去除率分别可达63%和78%。对UASB反应器工艺运行条件的研究表明:厌氧氨氧化反应的最适pH为7.5,最适反应温度为35°C。厌氧氨氧化反应速率与亚硝氮浓度有关,当亚硝氮浓度大于10mmol/L时对厌氧氨氧化反应具有明显的抑制作用。     

厌氧复合床反应器处理制药废水启动研究

研究了厌氧复合床反应器处理抗生素制药废水的启动试验,研究结果表明,在较短的时间内反应器容积负荷率可以达到7 2kgCOD (m3·d),COD平均去除率超过75%.在反应器启动过程中,ALK VFA起到了非常重要的作用,当ALK VFA比值大于4.0时,系统pH值具有较强的稳定性,可以保证系统的快速启动和正常运行.     

不同种泥和运行方式对启动厌氧氨氧化反应器的影响

采用6个相同的序批式反应器(SBR),以好氧硝化-厌氧氨氧化和直接厌氧氨氧化2种运行方式,分别以河岸带污泥、好氧污泥和厌氧污泥为接种污泥启动厌氧氨氧化反应器。研究结果表明,采用好氧硝化-厌氧氨氧化方式时,接种河岸带污泥和好氧污泥的反应器分别在第110天和165天实现了厌氧氨氧化反应;接种河岸带污泥的反应器启动更快,对氨氮和亚硝酸盐氮的去除率分别可达94%和99%,接种好氧污泥的反应器对氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高仅为53%和67%;接种厌氧污泥的反应器并未发生明显的厌氧氨氧化反应。直接以厌氧氨氧化方式运行的反应器,3类种泥都培养了190 d,没有出现厌氧氨氧化现象。     

厌氧氨氧化工艺研究新进展

厌氧氨氧化是一种全新的生物脱氮工艺。对于处理低碳氮比废水,与传统方法相比,它具有节省氧耗、无需外加有机碳源、污泥产量低等优点,成为近年国内外研究的热点,是未来污水生物脱氮技术发展的主流。     

厌氧序批式反应器培养厌氧氨氧化污泥

为从厌氧序批式反应器中接种好氧硝化污泥,对厌氧氨氧化污泥的培养进行了研究.采用含氮模拟废水,在进水pH值为7.2-7.8、温度为(30±1)℃的条件下运行142d,成功培养出厌氧氨氧化污泥.实验结果表明:在水力停留时间为1.2d、总氮容积负荷(以N计) 为0.4318kg/(m3·d)时,总氮去除率最高达到93.3%,平均为80.5%;氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高达到93.9%和99.8%,平均为81.2%和85.7%;氨氮和亚硝酸盐氮去除的比例(摩尔比)为1:(1.387±0.024),反应器内主要发生厌养氨氧化反应,说明采用厌氧序批式反应器是培养厌氧氨氧化污泥的一条途经.     

厌氧氨氧化反应器运行过程微生物群落演替分析

为探究厌氧氨氧化(ANAMMOX)过程中微生物群落结构的演化,采用高通量测序技术对ANAMMOX反应器中微生物群落结构进行分析.结果表明:反应器运行61d后氮去除负荷达到1.04kg·N·m^-3·d^-1,总氮去除率达75%以上.反应器中微生物多样性较为丰富,存在变形菌门、绿曲挠菌门、绿菌门、浮霉菌门等微生物.从启动到稳定过程中微生物群落结构趋于稳定.其中和脱氮相关的变形菌门和浮霉菌门合计占比达40%以上.ANAMMOX菌所在的浮霉菌门比例随运行时间延长而逐渐增加,是反应器脱氮效能提高的主要原因.反应器内占据优势地位的ANAMMOX菌主要为Candidatus Kuenenia属,占比14%左右,同时还有少量Candidatus Brocadia属.     

厌氧氨氧化反应器的稳定性及其模糊评价

采用统计学和模糊数学方法对厌氧氨氧化（ANAMMOX）反应器的运行稳定性进行了定量的对比研究．结果表明：同一构型的反应器对不同类型的冲击负荷具有不同的效应，基质浓度冲击下反应器的稳定性参数值是水力负荷冲击下的1．68～5．44（平均为2．9）倍；ANAMMOX反应器的抗水力负荷冲击能力明显强于抗基质浓度冲击能力；不同构型的反应器对同一类型的负荷冲击也有不同的响应；颗粒污泥床的抗基质浓度；中击能力最强，生物膜反应器次之，厌氧序批式反应器（SBR）最弱；SBR的抗水力负荷冲击能力最强．颗粒污泥床次之，生物膜反应器最弱．模糊综合评价表明，颗粒污泥床的抗冲击负荷能力最强，生物膜反应器次之，SBR最弱．     

升流式厌氧污泥床和连续流搅拌槽式反应器的废水处理效能及产甲烷菌群组成的对比分析

 分别运行升流式厌氧污泥床(UASB)反应器和连续流搅拌槽式反应器(CSTR)并使其达到稳定运行状态,在有机负荷率(OLR)均为6.0kg·m-3·d^-1的条件下,对比分析了二者在稳定期的运行特性和产甲烷菌群的组成。结果表明,UASB的化学需氧量(COD)去除率为95%,显著高于CSTR的COD 去除率(84%)。然而,CSTR系统中的活性污泥的比产甲烷速率(315L·kg^-1·d^-1)和比COD去除率(0.85 kg·kg^-1·d^-1)则显著高于UASB的260 L·kg^-1·d^-1和0.67 kg·kg^-1·d^-1。采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)指纹分析技术对系统稳定期的活性污泥进行分析的结果表明,UASB系统的优势产甲烷菌为Methanosaeta concilii和Methanospirillum hungatei,而CSTR系统中的优势产甲烷菌为Methanosarcina mazeii和Methanobacterium formicicum。污泥微生物群落组成及其代谢特征的不同是造成厌氧处理系统效能差异的内在原因。UASB和CSTR在COD去除效能和污泥比活性方面各有所长,在实际应用中,须根据废水水质和预期处理程度合理选用。     

快速启动改装UASB装置处理高浓度废水的试验研究

利用改装UASB装置在5天的培养过程中,快速培养出稳定的好氧颗粒污泥,并对高浓度废水处理效果进行同步监测。实验表明,反应器运行5天后成熟的好氧颗粒污泥粒径达1.5~2.5mm,性状稳定。对COD负荷≥8000 mL/g的污水处理效率保持在97%以上,对NH4+-N的处理效率稳定在70%以上。     

有机碳源环境下的厌氧氨氧化批式实验

通过厌氧氨氧化批式实验,研究了在有机碳源环境下COD/NH4 -N比、pH值以及NO2--N浓度对厌氧氨氧化反应的影响.结果表明:在有机碳源环境下,厌氧氨氧化作用和反硝化作用可以同时存在;适宜的COD/NH4 -N比值范围在0~1.57之间;适宜的pH值范围应该在6.02~8.50之间,最适pH值为8.00;为了得到较好的脱碳和脱氮效果,在初始COD值为300mg/L时,初始NO2--N浓度不宜超过500mg/L,否则会抑制厌氧氨氧化反应和反硝化反应的进行.     

反硝化型厌氧甲烷氧化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺研究进展

反硝化型厌氧甲烷氧化(Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation, DAMO)耦合厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation, Anammox)脱氮工艺在实现能源废水处理方面具有很大的潜力。DAMO-Anammox脱氮工艺能同时将甲烷、氨氮和硝酸盐转化为无害的N₂和CO₂,在无需额外能量消耗下实现废水中的碳氮循环,有望成为未来环境友好型废水处理的主要技术。本文讨论了DAMO-Anammox微生物的协同和竞争机制,不同电子受体的类型对脱氮过程中微生物胞外电子传递机制及脱氮除甲烷效率的影响,指出了目前DAMO-Anammox脱氮工艺存在的功能微生物富集困难、气液传质效率差和脱氮性能不足等应用瓶颈,总结了如新型反应器构型的设计、人工电子中介体投入和电化学强化等相对应的改进策略,为该工艺的进一步研究和规模化应用提供参考。     

厌氧氨氧化菌的培养与驯化研究

以厌氧污泥为种泥，采用UASB反应器初步完成了厌氧氨氧化（ANAMMOX）菌的培养与驯化，在实验进行了100多天里，氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高分别可达70．9％和78．6％，到实验后期的40天，两者的平均去除率分别为40．6％和56．6％，进水碱度（以CaCO3计）以300mg/L较为合适，当时pH值在7.4-8.2之间，适合ANAMMOX菌的生长，另外，计算表明，正常的ANAMMOX反应应该处于较强的氧化状态，实验测定的结果与此相符合。     

厌氧氨氧化去除垃圾渗滤液中氨氮的实验

以市政污水处理厂浓缩池污泥作为种泥,采用升流式厌氧污泥床(UASB)作为厌氧氨氧化反应器,对垃圾渗滤液的脱氮进行3个月的连续实验.实验结果表明,厌氧氨氧化反应器对氨氮具有去除效果,且去除率呈上升趋势,月均去除率第1个月为13.1%,第2个月为27.9%,第3个月上升至39.8%.显微镜检验表明,种泥结构松散,启动运行3个月后,污泥密实且具有良好的颗粒性状;从色泽上比较,种泥为灰色,启动后的污泥略显红色,可见实验过程培养出了厌氧氨氧化细菌.     

上流式厌氧污泥床工艺处理木薯淀粉废水试验

在实验室内采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器处理南宁市明阳淀粉厂的木薯淀粉废水。结果表明,UASB反应器处理COD浓度低于8000mg/L的淀粉废水时,COD去除率为70%~80%,容积负荷能达到每天11kgCOD/(m3·d)。UASB反应器处理木薯淀粉废水是无能耗、基建投资少的废水处理工艺。     

氨氮厌氧氧化的微生物反应机理

推导了以ＮＨ＾＋４作为电子供体,以ＮＯ＾－２、ＮＯ＾－３为电子受体,在厌氧条件下,氨氮生物氧化反应的计量方程式,并对细胞ＣαＨβＯεＮδ＝ＣＨＯＮ时的情形进行了讨论,从理论上明确了氨氮厌氧生物氧化反应的一些重要特征。     

好氧活性污泥在升流式厌氧污泥床反应器中的厌氧颗粒化过程及机制

 采用升流式厌氧污泥床(UASB)反应器,以城市污水处理厂二沉池活性污泥为种泥,研究好氧絮状污泥的厌氧颗粒化过程及其机制.UASB在污泥负荷(SLR)0.25kg(COD)/(kg(VSS)·d)和水力负荷(HLR)0.1m³/(m²·h)的条件下启动后,通过分阶段缩短水力停留时间(HRT)的方式逐步将SLR和HLR提高到0.52kg(COD)/(kg(VSS)·d)和0.3m³/m²·h,经过150d的连续运行,成功培育出了厌氧颗粒污泥,系统对COD的去除率达到了95%以上.厌氧颗粒污泥的形成过程先后经历了污泥驯化期、微生物聚集体形成期、初生颗粒污泥形成期、次生颗粒污泥形成期、成熟颗粒污泥形成期5个时期.好氧絮状污泥的厌氧颗粒化机制整体上符合二次核学说,其中初生颗粒污泥的形成符合黏液学说,而次生颗粒污泥的形成机制与目前已报道的厌氧颗粒污泥形成机制不同,其内核是由初生颗粒污泥破碎后的碎片组成,产甲烷丝状菌和其他细菌通过插入碎片中或者附着于碎片表面的方式形成聚集体,并逐渐发展成为次生颗粒污泥.