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游离氨调控对污泥高含固厌氧消化反应器性能的影响

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环境科学 2017年第2期38卷 679-687页

作者：戴晓虎何进严寒李宁丁月玲董滨戴翎翎同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092

污泥高含固厌氧消化系统中,过高的游离氨(free ammonia nitrogen,FAN)浓度被认为是影响其产气性能的主要因素之一.通过降低pH和提高总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)浓度两种方法,考察了进料含固率为15%的中温半连续污泥高含固厌氧... 详细信息

污泥高含固厌氧消化系统中,过高的游离氨(free ammonia nitrogen,FAN)浓度被认为是影响其产气性能的主要因素之一.通过降低pH和提高总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)浓度两种方法,考察了进料含固率为15%的中温半连续污泥高含固厌氧消化反应器在这两种游离氨调控措施下的性能表现.结果表明,随着TAN的提高,FAN从(400±174)mg·L^(-1)提升至(526±25)mg·L^(-1),日产沼气量从(11.9±0.3)L·d-1降低到(10.3±0.2)L·d-1,挥发性固体(volatile solid,VS)降解率降低了33.7%;同时,当通过降低pH使得FAN从(330±99)mg·L^(-1)下降至(47±13)mg·L^(-1)时,日沼气产量也从(14.4±1.1)L·d-1下降到(10.8±0.3)L·d-1,VS降解率降低了26.9%,系统性能并没有随着FAN的下降而提升.随着pH调控的停止,游离氨浓度逐步回升至300 mg·L^(-1),系统性能也恢复至调控之前的水平,表明pH调控的过程产生了游离氨浓度控制之外的抑制性作用.最后,通过对细菌和古菌的多样性分析以及甲烷菌的定量PCR分析,可以发现两个反应器系统产气性能的变化都伴随着细菌种群结构的明显变化.污泥高含固厌氧消化系统中过高的FAN(>500 mg·L^(-1))使得降解蛋白的细菌的主要种群由Tepidimicrobium和Proteiniborus转变为Anaerobranca.而通过降低pH来控制游离氨浓度之后,一些糖类和蛋白质类发酵细菌的活性也受到影响,并导致这些物质水解效率的下降,进而由于产甲烷菌的基质供给量的不足而削弱系统的产气性能.

关键词：游离氨氨抑制脱水污泥厌氧消化高含固

游离氨抑制Nitrobacter活性动力学试验

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化工学报 2018年第10期69卷 4386-4393页

作者：孙洪伟于雪李维维祁国平马娟吕心涛吕慧兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 甘肃省污水处理行业技术中心甘肃兰州730070 甘肃省轻工研究院甘肃兰州730070 北京城市排水集团有限责任公司科技研发中心北京100032 中山大学环境科学与工程学院广东广州510275

为探究游离氨(FA)对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属(Nitrobacter)活性抑制动力学影响,本试验采用序批式活性污泥(SBR)反应器,在通过改变系统进水FNA浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象(宏基因组物种注释和丰度... 详细信息

为探究游离氨(FA)对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属(Nitrobacter)活性抑制动力学影响,本试验采用序批式活性污泥(SBR)反应器,在通过改变系统进水FNA浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象(宏基因组物种注释和丰度分析显示Nitrobacter占细菌总数40.3%),基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程Nitrobacter比耗氧速率(SOUR)变化规律,进而采用非基质抑制动力学模型对试验数据进行拟合。结果表明,当FA>7.3 mg·L^(-1)时,SOUR随着FA浓度的升高而降低。尤其当FA浓度高于22.2 mg·L^(-1)时,SOUR降为0gN·(g VSS·d)^(-1),最大比耗氧速率为0.62 g N·(g VSS·d)^(-1)。此外,基于Nitrobacter活性抑制程度判断,FA抑制Nitrobacter活性抑制类型符合非竞争性可逆抑制动力学。

关键词：游离氨硝化杆菌比耗氧速率动力学宏基因组生物反应器需氧

游离氨(FA)对氨氧化菌(AOB)活性抑制动力学试验

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环境科学 2018年第9期39卷 4294-4301页

作者：孙洪伟于雪高宇学李维维祁国平许涓兰州交通大学环境与市政工程学院兰州730070 甘肃省污水处理行业技术中心兰州730070 北京桑德环境工程有限公司设计院北京101102 甘肃省轻工研究院兰州730070 环境保护部周体废物与化学品管理技术中心北京100029

为探究游离氨(FA)对氨氧化细菌抑制动力学影响,本试验采用序批式活性污泥(SBR)反应器,在通过改变系统进水FA浓度以实现稳定的短程硝化,达到富集AOB目的基础上,以短程硝化污泥为对象,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下氨氧化过程比亚硝... 详细信息

为探究游离氨(FA)对氨氧化细菌抑制动力学影响,本试验采用序批式活性污泥(SBR)反应器,在通过改变系统进水FA浓度以实现稳定的短程硝化,达到富集AOB目的基础上,以短程硝化污泥为对象,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下氨氧化过程比亚硝态氮产生速率(SNi PR)变化规律,进而拟合FA抑制AOB活性抑制动力学模型,并进行统计学分析.结果表明,当0.7 mg·L^(-1)≤FA≤50.2 mg·L^(-1)时,随着FA浓度升高,SNi PR(以N/VSS计)迅速升高.当FA≥50.2 mg·L^(-1)时,SNi PR随着FA浓度升高而降低.尤其当FA浓度高于687.1 mg·L^(-1)时,SNi PR始终维持在0 g·(g·d)^(-1),表明AOB活性被完全抑制.相对于Haldane、Edwards^(-1)#、Edwards-2#、Luong抑制动力学模型,Aiba模型最适合描述FA对AOB活性的抑制影响.其统计学常数:残差平方和(RSS)为0.005、相关系数(R2)为0.932、拟合方程的显著性差异(F)为181.7、可信度(P)为1.06×10-9.其动力学常数值:最大比亚硝态氮产生速率(rmax,以N/VSS计)为0.37 g·(g·d)^(-1);半饱和常数(KS)为11.78 mg·L^(-1);抑制常数(KI)为153.74 mg·L^(-1).

关键词：游离氨氨氧化细菌比氨氮氧化速率比亚硝态氮产生速率

游离氨(FA)耦合曝气时间对硝化菌活性的抑制影响

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环境科学 2016年第3期37卷 1075-1081页

作者：孙洪伟吕心涛魏雪芬赵华南马娟方晓航兰州交通大学环境与市政工程学院兰州730070 环境保护部华南环境科学研究所广州510655

本试验采用3个标记为R_(Ahead)、R_(Exact)和R_(Exceed)的序批式反应器(SBR),在实现短程硝化的基础上,深入研究了游离氨(FA)耦合曝气时间对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性的抑制影响.本试验在3种FA浓度(0.5、5.1、10.1mg·L^(-... 详细信息

本试验采用3个标记为R_(Ahead)、R_(Exact)和R_(Exceed)的序批式反应器(SBR),在实现短程硝化的基础上,深入研究了游离氨(FA)耦合曝气时间对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性的抑制影响.本试验在3种FA浓度(0.5、5.1、10.1mg·L^(-1))耦合3种曝气时间(t_(Exact):氨被完全氧化时停曝气;t_(Ahead):氨被完全氧化前30 min停曝气;t_(Exceed):氨被完全氧化后30min停曝气)的条件下进行.结果表明,当FA浓度达到10.1 mg·L^(-1)时,3种系统均实现了短程硝化,但短程硝化实现的快慢关系为:R_(Ahead)最快、R_(Exact)次之、R_(Exceed)最慢,其所需运行周期分别为56、62和72.此外,3种系统中,相对于AOB,NOB活性受到的抑制作用更强,导致AOB活性始终高于NOB活性,且AOB和NOB菌属活性(η)强弱关系差异较大,AOB活性强弱关系:η_(RExceed)>η_(RExact)>η_(RAhead),其值分别为104.4%、100%和85.8%,NOB活性强弱关系:η_(RExceed)>η_(RExact)>η_(RAhead),其值分别为71.2%、64.9%和50.2%.

关键词：游离氨曝气时间亚硝酸盐积累率硝化菌活性

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游离氨对硝化菌活性的抑制及可逆性影响

中国环境科学 2015年第1期35卷 95-100页

作者：孙洪伟尤永军赵华南郭英于海燕李晗马娟兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 内蒙古自治区水利水电勘察设计院内蒙古呼和浩特010020 中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000

为考察游离氨(FA)对硝化菌(氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB)活性的抑制影响,采用SBR反应器,基于FA与过程控制协同作用在实现短程硝化的基础上,考察了不同FA浓度(1.0,5.3,16.6,13.4,9.9,5.2,1.0mg/L)梯度下,FA对AOB和NOB活性的抑制作用... 详细信息

为考察游离氨(FA)对硝化菌(氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB)活性的抑制影响,采用SBR反应器,基于FA与过程控制协同作用在实现短程硝化的基础上,考察了不同FA浓度(1.0,5.3,16.6,13.4,9.9,5.2,1.0mg/L)梯度下,FA对AOB和NOB活性的抑制作用及可逆性.结果表明,当FA浓度达到13.4mg/L时,系统内亚硝态氮积累率(Ni AR)逐渐增加,硝态氮积累率(Na AR)逐渐减小,且Ni AR/Na AR>1时,系统实现了稳定短程硝化.在此FA浓度条件下,FA对AOB和NOB活性均产生一定的抑制作用,但相对于AOB,NOB对FA的抑制作用更加敏感.当AOB活性被短暂抑制后,其活性又迅速恢复;而NOB活性被完全抑制.此后当FA浓度又逐渐降至1.0mg/L时,AOB活性始终维持较高水平,而NOB活性尚未恢复.也即是说,在本试验控制的FA浓度条件下,FA对AOB活性的抑制作用是可逆的,而对NOB活性的抑制作用不可逆.

关键词：游离氨亚硝化氨氧化菌亚硝酸盐氧化菌抑制作用

游离氨和游离亚硝酸对亚硝态氮氧化菌活性的影响

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中国环境科学 2014年第5期34卷 1242-1247页

作者：张宇坤王淑莹董怡君彭永臻北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室北京100124

高浓度游离氨(FA)或游离亚硝酸(FNA)条件下硝化过程常出现亚硝态氮积累,FA、FNA对亚硝态氮氧化菌(NOB)的影响并不清楚.首先用高浓度亚硝态氮污水富集培养NOB,对富含NOB的污泥进行荧光原位杂交技术(FISH)分析表明,Nitrobacter占细菌总数... 详细信息

高浓度游离氨(FA)或游离亚硝酸(FNA)条件下硝化过程常出现亚硝态氮积累,FA、FNA对亚硝态氮氧化菌(NOB)的影响并不清楚.首先用高浓度亚硝态氮污水富集培养NOB,对富含NOB的污泥进行荧光原位杂交技术(FISH)分析表明,Nitrobacter占细菌总数比例为(71±5)%.用此污泥考察不同FA、FNA浓度对NOB活性的影响.结果表明,NOB的活性随着FA浓度的增大逐渐减小,当FA浓度在10mgNH3-N/L左右时,NOB的活性仅为FA为0时的50%.低浓度的FNA(FNA<0.03mg HNO2-N/L)对NOB活性具有促进作用;当FNA≥0.2mg/L时,NOB的活性被完全抑制.采用Aiba模型计算得到FNA对NOB的抑制常数KI,FNA,NOB为0.0968mg/***在0.0968mg/L左右时NOB活性仅为FNA为0.003mg/L时的50%.

关键词：活性游离氨游离亚硝酸亚硝态氮氧化菌抑制

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游离氨对城市生活垃圾渗滤液短程硝化的影响

环境科学 2008年第12期29卷 3428-3432页

作者：吴莉娜彭永臻王淑莹张树军北京工业大学环境与能源工程学院、北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室北京100124

为了考察游离氨（free ammonia,FA）对高氮城市生活垃圾渗滤液短程硝化的影响,采用＂两级UASB-缺氧-好氧系统＂处理实际城市生活垃圾渗滤液.首先在UASB1中实现同时反硝化与产甲烷反应,COD在UASB2中进一步去除,在A/O反应器中利用残余COD... 详细信息

为了考察游离氨（free ammonia,FA）对高氮城市生活垃圾渗滤液短程硝化的影响,采用＂两级UASB-缺氧-好氧系统＂处理实际城市生活垃圾渗滤液.首先在UASB1中实现同时反硝化与产甲烷反应,COD在UASB2中进一步去除,在A/O反应器中利用残余COD进行反硝化以及将NH4^＋-N彻底硝化.试验共进行79 d,经历3个阶段,即稳定短程硝化（40 d）、短程硝化破坏（19d）、短程硝化恢复（20 d）.结果表明,适当的游离氨浓度（40--70 mg.L^-1）可实现稳定的短程硝化,如在阶段1中亚硝态氮积累率为97%,氨氮的去除率为99%.但游离氨浓度在160 mg.L^-1左右会抑制全部的硝化反应.在阶段3中,通过稀释原水降低了游离氨浓度,在短时间内就恢复了短程硝化.可见,游离氨是实现和维持城市生活垃圾渗滤液短程硝化的重要影响因素.

关键词：垃圾渗滤液脱氮短程硝化游离氨抑制

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游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸影响试验

环境科学 2017年第12期38卷 5169-5173页

作者：孙洪伟于雪尤永军彭永臻王淑莹兰州交通大学环境与市政工程学院兰州730070 北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室北京100124

为探究高游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸的影响.本试验采用序批式活性污泥反应器(SBR),以短程硝化污泥为研究对象,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下,氨氧化过程氨逃逸的变化规律.结果表明,当0.62 mg·L^(-1)687.1 mg·L^(-1)),氨氮未... 详细信息

为探究高游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸的影响.本试验采用序批式活性污泥反应器(SBR),以短程硝化污泥为研究对象,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下,氨氧化过程氨逃逸的变化规律.结果表明,当0.62 mg·L^(-1)游离态氨(NH_3)和水分子(H_2O)结合,生成较稳定的NH_3·H_2O,几乎未发生氨逃逸.当FA浓度较高时(FA>687.1 mg·L^(-1)),氨氮未被氧化成氧化态氮[曝气结束时氧化态氮(NO_x^--N)浓度氨根离子(NH_4^+)会以NH_3形式被吹脱,从而发生氨逃逸.在226.6 mg·L^(-1)≤FA≤711.8 mg·L^(-1)范围内,氨逃逸速率(FEV)随着FA浓度的增加而增加.

关键词：游离氨氨氧化过程短程硝化氨逃逸氨逃逸速率

游离氨对生物脱氮硝化过程细菌种群结构的影响

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环境化学 2022年第8期41卷 2742-2751页

作者：董昆李奕燃李晓强王光杰孙洪伟兰州交通大学环境与市政工程学院兰州730070 烟台大学环境与材料工程学院烟台264000 山东同济测试科技股份有限公司烟台264000

为揭示游离氨(FA)对硝化过程影响的生物学机制,本试验以人工模拟废水为研究对象,采用4组平行的SBR反应器(R_(0.5)、R_(5)、R_(10)和R_(15)),基于16S r RNA基因-Illumina Mi Seq高通量测序技术,考察了4种FA浓度(0.5、5、10、15 mg·L^(-... 详细信息

为揭示游离氨(FA)对硝化过程影响的生物学机制,本试验以人工模拟废水为研究对象,采用4组平行的SBR反应器(R_(0.5)、R_(5)、R_(10)和R_(15)),基于16S r RNA基因-Illumina Mi Seq高通量测序技术,考察了4种FA浓度(0.5、5、10、15 mg·L^(-1))对SBR反应器中的细菌种群结构的影响.结果表明,FA会显著影响系统内的微生物多样性和菌群结构.R_(0.5)的Chao1、ACE、Shannon和Simpson指数均为最大,其具有最高的微生物多样性,而R15的微生物多样性最低.在微生物门水平上,最优势菌门变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度与FA浓度呈正相关,硝化螺旋菌门(Nitrospirae)的相对丰度在R15中最低.在微生物属水平上,亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和硝化螺旋菌属(Nitrospira)的相对丰度在R10中显著较高,动胶菌属(Zoogloea)和陶厄氏菌属(Thauera)的相对丰度与FA浓度呈显著的线性相关.基于LEf Se分析共获得了24种具有显著差异的微生物,从而得到了4种FA浓度条件下的关键微生物标记物.本研究加深了对生物脱氮硝化过程菌群结构的认识,为深入研究生物脱氮硝化的抑制机理提供了借鉴.

关键词：游离氨 Illumina MiSeq高通量测序硝化过程微生物多样性 LEfSe组间差异