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延时厌氧调控DPAOs内碳源转化实现反硝化除磷

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3662-3671页

作者：李冬胡丽君李明润邓栋才毛中新张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

采用SBR反应器,以模拟市政污水为进水基质,在富集PAOs后采用厌氧/缺氧/好氧运行方式富集DPAOs,探讨延长厌氧时间过程中DPAOs内碳源利用、脱氮除磷效果及富集程度.结果表明:厌氧时间由50min延长至70和90min,DPAOs内碳源的储量及利用率增... 详细信息

采用SBR反应器,以模拟市政污水为进水基质,在富集PAOs后采用厌氧/缺氧/好氧运行方式富集DPAOs,探讨延长厌氧时间过程中DPAOs内碳源利用、脱氮除磷效果及富集程度.结果表明:厌氧时间由50min延长至70和90min,DPAOs内碳源的储量及利用率增加,延时厌氧条件的改进使DPAOs富集程度增加.厌氧90min COD和TP的平均去除率分别为91.54%和94.6%,DPAOs/PAOs及DPAOs对内碳源贡献率达69.4%和60.1%,继续延长厌氧时间至110和130min后,DPAOs内碳源的储量降低系统除磷效率下降,厌氧130min TP平均去除率、DPAOs/PAOs及DPAOs对内碳源贡献率分别降至84.6%、50.2%和36.4%.延时厌氧运行过程中,LB-EPS含量变化较小,内碳源储量的改变对TB-EPS影响较大.微生物群落结构分析表明,系统内优势菌门为拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi).厌氧90min时以Dechloromonas、Candidatus_Accumulibacter为代表的DPAOs是系统内优势微生物(相对丰度由接种污泥1.44%、2.12%增至15.58%、5.86%);厌氧130min时DPAOs丰度减少,以Candidatus_Competibacter为代表的DGAOs明显增多(相对丰度由厌氧90min的3.29%增至16.16%),导致系统除磷性能下降.

关键词：延时厌氧反硝化除磷内碳源 EPS 微生物群落

交替饥饿下PN1/PN2系统抑制NOB研究

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中国环境科学 2024年第1期44卷 202-210页

作者：李冬任纪元张杰北京工业大学城市建设学部水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学环境学院城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

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... 详细信息

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.

关键词：短程硝化饥饿好氧氨氧化菌亚硝酸盐氧化菌活性抑制厌氧氨氧化

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热处理污泥联合间歇梯度曝气实现短程硝化

中国环境科学 2024年第7期44卷 3719-3728页

作者：李冬张景昭曾凡旭李柱张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

提出了一种结合热处理污泥和间歇梯度曝气的新策略.在为期120d的实验中,探索了联合策略对氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的影响.并在此基础上,以排泥比为主要变量,进一步优化短程硝化运行的长期稳定性.结果显示,在未添加外部... 详细信息

提出了一种结合热处理污泥和间歇梯度曝气的新策略.在为期120d的实验中,探索了联合策略对氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的影响.并在此基础上,以排泥比为主要变量,进一步优化短程硝化运行的长期稳定性.结果显示,在未添加外部碳源的条件下,间歇梯度曝气(DO:2.0mg/L//DO:1.2mg/L//DO:0.5mg/L)可以快速恢复因热处理而活性降低的AOB,并在5d内亚硝酸盐氮积累率(NAR)达到80%以上.在稳定运行阶段,比氨氧化速率(SAOR)和比亚硝酸盐氧化速率(SNPR)分别为30.12和6.69mg N/(gVSS⋅h),氨氮出水浓度低于0.1mg/L,亚硝酸盐和硝酸盐的出水浓度分别为53.42和8.01mg/L.进一步研究表明,排泥比设置为1%的反应器相较于排泥比分别为0.5%和1.5%的反应器,展现出更高的NAR(88.96%)和稳定性.

关键词：短程硝化间歇梯度曝气热冲击定期排泥

进水分配比对分段进水PN/A工艺脱氮性能影响

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3672-3681页

作者：李冬王凯璐祝彦均吕恒康张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

以预脱碳污水和市政污水作为目标污水,建立了好氧段分段进水的新模式,通过调整进水分配比来优化好氧段C/N,以期实现短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺在实际工况下的稳定运行.采用4组以好氧/缺氧/好氧/缺氧(O/A/O/A)模式运行的序批式反应器... 详细信息

以预脱碳污水和市政污水作为目标污水,建立了好氧段分段进水的新模式,通过调整进水分配比来优化好氧段C/N,以期实现短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺在实际工况下的稳定运行.采用4组以好氧/缺氧/好氧/缺氧(O/A/O/A)模式运行的序批式反应器(SBR),R1、R2、R3及R4以进水分配比(预脱碳污水:市政污水)分别为1:0、2:1、1:1及1:2的分段进水模式运行.结果表明,R1未能实现PN/A工艺,总氮去除率(NRE)仅为60.2%.随着进水分配比不断下降,R2、R3、R4分别在第34,30及36d实现PN/A工艺,NRE分别达到71.8%、80.3%及74.1%.其中R3系统处理性能最好且最稳定,厌氧氨氧化贡献率达到83.9%.污泥沉降性与粒径最佳.此外,高通量结果显示氨氧化菌(Nitrosomonas)和厌氧氨氧化菌(Candidatus_Kuenenia)丰度分别为2.74%和12.17%,且与好氧异养菌(AHB)形成了良好的协同作用.因此,分段进水模式在进水分配比为1:1时有利于实现稳定的PN/A工艺,此时各功能微生物可得到较好富集与平衡.

关键词：分段进水 PN/A工艺进水分配比竞争性抑制

新型连续流系统中Anammox颗粒粒径控制策略研究

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中国环境科学 2024年第8期44卷 4355-4365页

作者：李冬李崧岳董怡雯蒋鹏飞李帅曾辉平张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

以具有自主专利的新型大/小双室自回流连续流反应器为平台,探究基于粒径回流的Anammox颗粒污泥粒径调控策略及调控机制.粒径回流策略通过改变内循环的位置,将不同粒径的污泥引入高基质浓度和高机械剪切区域进行粒径调控.结果表明,粒径... 详细信息

以具有自主专利的新型大/小双室自回流连续流反应器为平台,探究基于粒径回流的Anammox颗粒污泥粒径调控策略及调控机制.粒径回流策略通过改变内循环的位置,将不同粒径的污泥引入高基质浓度和高机械剪切区域进行粒径调控.结果表明,粒径回流策略能够提高Anammox颗粒粒径,并将其控制在合适的范围内.这一策略还增强了系统的污泥浓度、颗粒沉降性能和脱氮性能.其中大颗粒回流策略综合提升效果最佳,维持颗粒粒径在0.5~1.6mm范围内,中值粒径为948μm,污泥体积指数(SVI)为35.6mL/g,总无机氮(TIN)去除率为88.59%.胞外聚合物(EPS)分析和分层实验表明,紧密结合EPS(TB-EPS)中的蛋白质(PN)在粒径调控中起着关键作用,高浓度的外层污泥PN主导了颗粒的沉降性能,而内层紧实污泥的TB-EPS中的PN则增强了颗粒的结构强度.高通量测序结果表明,粒径循环策略能够大幅提高系统内厌氧氨氧化菌(AnAOB)Candidatus Kuenenia的丰度,在大颗粒回流时达到60.24%的峰值,并且AnAOB主要分布在颗粒污泥内层.

关键词：厌氧氨氧化颗粒污泥连续流粒径控制粒径回流

基于短周期调控的SPNPR-A系统脱氮除磷研究

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中国环境科学 2024年第8期44卷 4326-4335页

作者：李冬王沁源毛中新齐赛月张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

建立了短周期循环调控低浓度亚硝酸盐(NO_(2)^(-)-N)的短程硝化同步除磷耦合厌氧氨氧化(SPNPR-A)系统,SPNPR系统以厌氧/好氧模式运行,通过短周期运行时长调控系统内NO_(2)^(-)-N浓度用以淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB),同步富集氨氧化菌(AOB)... 详细信息

建立了短周期循环调控低浓度亚硝酸盐(NO_(2)^(-)-N)的短程硝化同步除磷耦合厌氧氨氧化(SPNPR-A)系统,SPNPR系统以厌氧/好氧模式运行,通过短周期运行时长调控系统内NO_(2)^(-)-N浓度用以淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB),同步富集氨氧化菌(AOB)和聚磷菌(PAOs),最终实现同步脱氮除磷功能.结果表明:SPNPR系统内NO_(2)^(-)-N浓度维持在10mg/L左右时可有效抑制NOB活性.70d后SPNPR系统2个短周期的亚硝酸盐积累率(NAR)分别达到90.40%和88.93%,SPNPR-A系统总氮(TN)、总磷(TP)、有机物(COD)的平均去除率分别为87.45%、84.30%和94.26%.第60d时,比氨氧化速率(SAOR)和AOB的比氧利用速率(SOUR_(AOB))分别为8.47mgN/(gMLVSS·h)和12.71mgO_(2)/(gMLVSS·h);比硝态氮生成速率(SNPR)和NOB的比氧利用速率(SOUR_(NOB))分别为0.82mgN/(gMLVSS·h)和0.41mgO_(2)/(gMLVSS·h).高通量测序结果表明,第70d时SPNPR系统属水平上的AOB功能菌属Nitrosomonas(6.46%)和Nitrosospira(0.64%),丰度远高于NOB功能菌属Nitrospira(0.14%)和Nitrobacter(0.01%),同时聚磷菌属Candidatus_Accumulibacter(1.61%)和Tetrasphaera(0.89%)得到富集,使得SPNPR-A系统具备同步脱氮除磷性能.

关键词：短周期低浓度亚硝酸盐短程硝化脱氮除磷

厌/缺氧段HRT对平衡EDPR系统内DPAOs和DGAOs的影响

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哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：李冬张复旦张杰李帅柴晨旭水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室(北京工业大学) 城市水资源与水环境国家重点实验室(哈尔滨工业大学)

为解决反硝化除磷技术中反硝化聚糖菌（DGAOs）和反硝化聚磷菌（DPAOs）竞争碳源造成除磷性能恶化的问题，试验设置3组同规格的SBR反应器，通过对比不同厌/缺氧段HRT下的运行情况，探究各系统内内碳源转化、脱氮除磷性能及DPAOs和DGAOs... 详细信息

为解决反硝化除磷技术中反硝化聚糖菌（DGAOs）和反硝化聚磷菌（DPAOs）竞争碳源造成除磷性能恶化的问题，试验设置3组同规格的SBR反应器，通过对比不同厌/缺氧段HRT下的运行情况，探究各系统内内碳源转化、脱氮除磷性能及DPAOs和DGAOs丰度比的变化。结果表明：厌/缺氧段HRT为90 min/170 min时，DGAOs与DPAOs丰度之比为1.97，内碳源储量（182.81 mg/L）和释磷量（31.72 mg/L）最大，COD、TP和NO2--N去除率分别为94.69%、96.37%和90.40%；厌/缺氧段HRT为50 min/210 min时，厌氧时间过短导致微生物吸收碳源不充分，内碳源储量（141.59 mg/L）最低，同时，缺氧时间过长导致DGAOs因储存的糖原（Gly）被反硝化利用而影响生长，DGAOs与DPAOs丰度之比最低（0.49）；厌/缺氧段HRT为130 min/130 min时，DGAOs与DPAOs丰度之比升至2.63，厌氧时间过长不利于DPAOs储存内碳源，出水TP大于0.5 mg/L，同时，缺氧时间过短不利于反硝化作用，NO2--N去除率降至81.05%；在50 min/210 min时，DPAOs占比较高更有利于PN分泌，促进成粒（平均粒径为517.6μm）,130 min/130 min时DGAOs占比更大促使PS分泌，不利于成粒（平均粒径为255.3μm）；厌/缺氧段HRT为90 min/170 min时，污泥平均粒径为480.1μm，此时建立的DGAOs-DPAOs平衡，系统稳定性和污染物去除性能均为最佳。

关键词：厌/缺氧段HRT 反硝化聚磷菌(DPAOs) 反硝化聚糖菌(DGAOs) 内源反硝化除磷高通量测序

厌氧段光照策略对A/O模式下菌藻共生系统性能的影响

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中国环境科学 2024年第8期44卷 4336-4346页

作者：李冬公为敏李帅柴晨旭张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

设置4组以厌氧/好氧(A/O)模式运行的序批式反应器(SBR),其中R1厌氧段为8000lx的光照;R^(2)、R3和R4将厌氧段划分为A1和A_(2),A1段无光照,A_(2)段的光强分别为0、3000和5000lx,探究不同厌氧段光照策略对菌藻共生系统性能的影响.研究结果... 详细信息

设置4组以厌氧/好氧(A/O)模式运行的序批式反应器(SBR),其中R1厌氧段为8000lx的光照;R^(2)、R3和R4将厌氧段划分为A1和A_(2),A1段无光照,A_(2)段的光强分别为0、3000和5000lx,探究不同厌氧段光照策略对菌藻共生系统性能的影响.研究结果显示,在厌氧后期添加弱光照的R3和R4中可以快速富集微藻,这使其形成的菌藻共生颗粒结构致密,沉降性能良好,碳氮磷去除效果更佳,并且分泌出更多的胞外聚合物(EPS).其中R3除磷效果最好,总磷(TP)去除率达到95.87%.典型周期分析可知,弱光条件下厌氧末期的释磷量与叶绿素a(Chl-a)含量成正比,R3的厌氧释磷能力最强,其厌氧末磷浓度达到43.73mg/L,在A_(2)段形成的高磷环境能够刺激微藻生长,其Chl-a含量在运行后期达到6.13mg/gVSS.高通量测序显示,R3的原核生物中成功富集了以Candidatus_Accumulibacter为核心的聚磷菌(PAOs),丰度达到11.18%;真核生物中微藻的总丰度达到84.29%,其中Halochlorella丰度高达42.85%,说明在厌氧后期的高磷环境中添加弱光照(3000lx)能够在不影响PAOs生长的条件下同步富集微藻,形成了以微藻和PAOs为核心的共生颗粒,为污水深度处理提供技术支持.

关键词：菌藻共生颗粒污泥光照策略聚磷菌高通量测序

顶/底部变频交替延时进水模式的厌氧氨氧化系统特性

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中国环境科学 2024年

作者：李冬陶博张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室

厌氧氨氧化污泥颗粒化过程较慢且易受水力剪切力和基质浓度波动的影响.同时，颗粒污泥的传质性能随着粒径的增长逐渐恶化，进而导致系统脱氮性能受限.本文提出一种顶/底部变频交替延时进水运行模式，通过延长进水时间，并增设回流提供... 详细信息

厌氧氨氧化污泥颗粒化过程较慢且易受水力剪切力和基质浓度波动的影响.同时，颗粒污泥的传质性能随着粒径的增长逐渐恶化，进而导致系统脱氮性能受限.本文提出一种顶/底部变频交替延时进水运行模式，通过延长进水时间，并增设回流提供充足水力剪切力，改变顶/底部交替进水位置及频次，有效降低了基质浓度对厌氧氨氧化菌的冲击负荷，强化了系统脱氮性能.探究了系统运行期间污泥浓度、颗粒性能、EPS分泌和脱氮稳定性等变化情况.结果表明，该进水模式下总氮去除率达84.80%，颗粒平均粒径为783.67 μm， EPS含量为169.13 mg/gVSS.增加进水负荷后，游离氨最高浓度为9.70 mg/L，未对系统造成抑制作用.显微镜结果显示，该进水模式下系统内颗粒颜色较深，血红素c含量较高，AnAOB活性较佳.高通量测序结果表明，顶/底部变频交替延时进水模式能够大幅提高系统内厌氧氨氧化菌属Candidatus＿Brocadia的丰度，当交替频次为3次时达43.59%的最高占比.该进水方式加快了污泥与底物的混合，缩短了颗粒化进程，同时提升了污泥活性和抗冲击负荷能力，实现了厌氧氨氧化系统的稳定运行.

关键词：顶底部变频交替延时进水游离氨回流系统饥饿时长