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硫酸盐型厌氧氨氧化在污水处理中的研究进展

水处理技术 2022年第11期48卷 8-13,20页

作者：苏柏懿吴莉娜苏德欣李进北京建筑大学城市雨水与水环境教育部重点实验室 100044 北京建筑大学环境与能源工程学院 100044 北京首创环境投资有限公司北京100037

硫酸盐型厌氧氨氧化(Sulfate-reducin ammonia oxidationg,SRAO)是一类可以直接利用废水中氨氮和硫酸盐生成氮气和低价态硫元素的同步脱氮除硫反应,但此类反应的功能菌尚未完全明确且影响因素众多。综述了SRAO启动的影响因素,并且列举... 详细信息

硫酸盐型厌氧氨氧化(Sulfate-reducin ammonia oxidationg,SRAO)是一类可以直接利用废水中氨氮和硫酸盐生成氮气和低价态硫元素的同步脱氮除硫反应,但此类反应的功能菌尚未完全明确且影响因素众多。综述了SRAO启动的影响因素,并且列举了目前已成功启动并稳定运行的SRAO反应器,可参考其影响因素通过严控反应条件达到快速启动SRAO的目的,讨论了利用数学模型对SRAO过程进行模拟,可对SRAO未来的发展及工程应用有所帮助。

关键词：硫酸盐型厌氧氨氧化同步脱氮除硫工艺性能强化

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硫酸盐型厌氧氨氧化研究与应用进展

环境污染与防治 2024年第10期46卷 1493-1501页

作者：李佳蔚隋倩雯张烨铠魏源送广西大学生命科学与技术学院广西南宁530004 中国科学院生态环境研究中心水污染控制实验室北京100085 环境模拟与污染控制国家重点联合实验室(中国科学院生态环境研究中心) 北京100085

硫酸盐型厌氧氨氧化(S-Anammox)是一种在厌氧条件下同步去除NH_(4)^(+)和SO_(4)^(2-)的新型生物处理工艺,为废水同步脱氮除硫提供了新思路,但是其氮硫转化机制、功能微生物与影响因素等研究仍有不足。综述了S-Anammox相关反应方程式、... 详细信息

硫酸盐型厌氧氨氧化(S-Anammox)是一种在厌氧条件下同步去除NH_(4)^(+)和SO_(4)^(2-)的新型生物处理工艺,为废水同步脱氮除硫提供了新思路,但是其氮硫转化机制、功能微生物与影响因素等研究仍有不足。综述了S-Anammox相关反应方程式、潜在功能微生物与功能基因、影响因素,分析了S-Anammox工艺的应用场景,提出了不同的组合工艺。建议进一步深化氮硫转化机制的研究,揭示功能微生物、反应条件与调控原理,为S-Anammox工程化应用提供理论与技术支持。

关键词：含硫废水硫酸盐型厌氧氨氧化功能微生物同步脱氮除硫硫酸盐还原

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硫酸盐型厌氧氨氧化反应特性研究

硫酸盐型厌氧氨氧化反应特性研究

作者：张丹丹沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着现代工业化的发展和进步,许多行业排放的污水中均含有大量的高浓度的氨氮和硫酸盐,此类污水会对环境产生污染,进而影响人类健康。硫酸盐型厌氧氨氧化技术是利用微生物将硫酸盐与氨氮同时去除的一种生物水处理技术,终产物是无二次污... 详细信息

随着现代工业化的发展和进步,许多行业排放的污水中均含有大量的高浓度的氨氮和硫酸盐,此类污水会对环境产生污染,进而影响人类健康。硫酸盐型厌氧氨氧化技术是利用微生物将硫酸盐与氨氮同时去除的一种生物水处理技术,终产物是无二次污染的氮气与单质硫。该工艺不消耗外加碳源,剩余污泥产量少。但是,硫酸盐型厌氧氨氧化研究越来越深入,对其反应过程、转化机理等方面的理解人们的争议很大。本课题从下述四个方面入手开展研究:启动硫酸盐型厌氧氨氧化反应,及此过程中水处理性能、不同形式的碱度对反应影响的研究、不同N/S对水处理性能的影响,对亚硝酸盐和硝酸盐在反应过程中扮演的角色进行研究。关注硫酸盐型厌氧氨氧化反应实验现象、反应过程、环境条件等,同时采用高通量测序手段对污泥的微生物结构进行分析,为今后的相关研究提供理论支持。氨氮和硫酸盐的同时去除在自行设计的内循环反应器中实现,NH-N和SO-S的最高去除率分别达到92%和59.2%,出水中NH-N和SO-S的最低浓度分别为8.4mg/L和67.3mg/L。同时,一定浓度的NO和NO也在废水中检测到,平均浓度分别为4.5mg/L和9.6mg/L。将两种形式的碱度加入反应器中,研究结果表明,废水中NO产量的增加和HCO去除速率的加快表明N-C之间发生了新的相互作用。实验期间的N/S[n(NH-N)/n(SO-S)]转化率一直未得到统一的原因是HCO参与了反应。NH-N在此条件下被转化为NO和NO,此结果表明,氨氮的转化由短程硝化过程和传统的厌氧氨氧化过程与硫酸盐型厌氧氨氧化同时实现。增加进水N/S的比例可以提高氨氮和硫酸盐转化率,同时出水中NO浓度增加。对该过程的相关脱氮功能的菌种进行分析,样品中的反硝化细菌约占12.4%,发现少量的厌氧氨氧化菌和氨氧化菌。其中,反应器中主要的功能细菌为Proteobacteria。在发生硫酸盐型厌氧氨氧化反应时,硝化反硝化也同时存在。在模拟污水中添加30mg/L的亚硝酸盐,氨氮的氧化效率和硫酸盐还原效率均有所提高。厌氧反应器中检测到Proteobacteria、Nitrospirae、Bacteroidetes、Chloroflexi、Chlorobi等。NH被转化为NO和其他氮化合物作为中间体,进一步氧化成NO,此过程中SO作为电子受体。一定浓度的硝酸盐对S-Anammox反应有促进作用,这个过程中硫酸盐最高去除率为85%,出水中未检测到NH-N。反应器运行97天后,与空白组相比,硝化细菌和传统的厌氧氨氧化菌活性有所提高,因此认为硝化和厌氧氨氧化作用与S-Anammox同时发生。此外,发生的硫自养反硝化现象的原因是污水中含有的亚硝酸盐和硝酸盐参与反应。氨氮的氧化过程和硫酸盐的还原过程分为三个步骤,根据上面的研究结果认为最终产物的种类取决于实验中进水的元素N和元素S的比例。高通量16SrRNA基因测序的结果表明:在硫酸盐型厌氧氨氧化过程发生时,部分硝化反应,反硝化反应和厌氧氨氧化过程同时存在。

关键词：硫酸盐型厌氧氨氧化碱度微生物群落分析 N/S

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硫酸盐型厌氧氨氧化启动及关键问题研究

硫酸盐型厌氧氨氧化启动及关键问题研究

作者：宋枭雄沈阳工业大学

学位级别：硕士

由于经济与工业的快速发展,含有氨氮和硫酸盐等污染物的污水排放量日益增多,严重破坏生态环境。硫酸盐型厌氧氨氧化反应(SRAO)可以利用硫酸盐为电子受体与氨氮进行反应,从而达到同步脱氮除硫的目的。该反应启动时间长,受多种因素影响,... 详细信息

由于经济与工业的快速发展,含有氨氮和硫酸盐等污染物的污水排放量日益增多,严重破坏生态环境。硫酸盐型厌氧氨氧化反应(SRAO)可以利用硫酸盐为电子受体与氨氮进行反应,从而达到同步脱氮除硫的目的。该反应启动时间长,受多种因素影响,微生物学理论少,同时存在多种转换机制。因此,本课题在无机条件下启动硫酸盐型厌氧氨氧化反应,观察实验现象、高通量测序微生物群落结构和分析转化机制。首先开展由厌氧氨氧化反应启动硫酸盐型厌氧氨氧化反应,NH-N和NO-N去除率分别最高达85.4%和98.2%,厌氧氨氧化反应是一个p H升高的过程。随后启动硫酸盐型厌氧氨氧化反应,历时28天实现同步脱氮除硫,缩短了反应时间。反应器脱氮除硫效果良好,NH-N和SO-S最大去除率分别为95.7%和43.5%,出水最低浓度分别为6.02 mg/L和141.25 mg/L。检测进出水p H发现,SRAO反应是一个p H降低的过程。影响因素结果表明:最佳HRT为24 h,NH-N的去除率和去除负荷分别为62.7%和0.146 kg N/m·d,SO-S的去除率和去除负荷分别为40.1%和0.168 kg S/m·d。添加有机物会抑制反应进行,高浓度COD下硫酸盐还原菌为优势菌种;NO-N和NO-N分别为40 mg/L和30 mg/L能促进反应进行。对比两阶段微生物的群落结构,结果表明两种反应体系有相似的微生物群落。两阶段常见门类:变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidete)、放线菌门(Actinobacteriota)、和装甲菌门(Armatimonadota)。过度阶段后,硫酸盐型厌氧氨氧化阶段中的浮霉菌门(Planctomycetoa)和脱硫菌门(Desulfobacterota)丰富度上升到11.34%和7.45%,成为优势菌种,增强了脱氮除硫的效果。其中脱氮功能菌:norank＿f＿＿norank＿o＿＿SBR1031、Candidatus Kuenenia和Limnobacter的相对丰富度占比较高分别为12.19%、7.10%和4.52%。除硫功能菌:脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、脱硫杆菌属(Thiobacillus)分别占比2.14%和3.85%。硫酸盐型厌氧氨氧化阶段中存在着多种转化机制,发现氨氮的过量转化和HCO与氨氮反应问题。结果表明,进水N/S比影响反应机制,提高N/S比能促进氨氮的过量转化。一定浓度的HCO能促进反应进行,NH-N去除率随HCO浓度升高而升高,表明HCO在微生物的作用下参与了系统脱氮的反应。

关键词：硫酸盐型厌氧氨氧化厌氧氨氧化微生物群落过量转化

硫酸盐型厌氧氨氧化的启动及微生物群落结构解析

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硫酸盐型厌氧氨氧化的启动及微生物群落结构解析

作者：刘正川西安建筑科技大学

学位级别：硕士

近年来,硫酸盐型厌氧氨氧化的提出使得人们对厌氧生物脱氮过程产生了新的认识,同时为低碳氮比、高硫酸盐废水的治理找到了新的途径。但硫酸盐型厌氧氨氧化的启动时间过长、启动过程中对污泥微生物菌群结构的动态变化、演替规律以及运行... 详细信息

近年来,硫酸盐型厌氧氨氧化的提出使得人们对厌氧生物脱氮过程产生了新的认识,同时为低碳氮比、高硫酸盐废水的治理找到了新的途径。但硫酸盐型厌氧氨氧化的启动时间过长、启动过程中对污泥微生物菌群结构的动态变化、演替规律以及运行条件的改变对硫酸盐型厌氧氨氧化的影响缺乏认识。本文通过在UASB反应器内接种厌氧颗粒污泥,成功启动亚硝酸还原厌氧氨氧化后,再用硫酸盐作为亚硝酸盐的替代电子受体来快速启动硫酸盐型厌氧氨氧化。利用PCR-DGGE技术研究厌氧氨氧化转变过程中微生物群落结构变化,以此来探求污泥中微生物的改变与厌氧氨氧化的内在联系。同时研究了不同运行条件对硫酸盐型厌氧氨氧化的影响。论文研究得出如下主要结果:(1)在上流式反应器(有效体积6.3L),接种2.0 L西安市国维淀粉厂UASB中平均粒径:1.05mm(粒径分布:0.55-2.87mm)的厌氧颗粒污泥(SS:31430 mg/L,VSS:22440 mg/L,沉降速度:38.7-76.8m/h)。控制反应器的p H=7.6±0.5,HRT=1d,86天后,进水NH4+和NO2-浓度分别为80 mg/L和100 mg/L下,反应器对NH4+、NO2-去除率分别为95.2%、98.9%。NO2–和NH4+的去除摩尔比约为1.18:1,建立了亚硝酸盐型厌氧氨氧化。随后改变进水基质,逐步以硫酸盐代替亚硝酸盐,177d后成功实现了硫酸盐型厌氧氨氧化。进水氨氮和硫酸盐浓度分别为130 mg/L和500 mg/L下,反应器对氨氮和硫酸盐的去除率分别达到58.9%和15.7%,对氨氮和硫酸盐的去除负荷为74.3 mg/L·d和77.5 mg/L·d,氮硫损失摩尔比约为2,出水p H值低于进水。污泥中细菌从以球菌为主转变成以短杆菌为主。(2)DGGE分析结果表明,所富集到的亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌在Gen Bank上命名为Uncultured Candidatus Brocadia *** YLJ-1(KM583866),其与Gen Bank上已公布的Candidatus Brocadia sinica JPN1 genes(AB565477)相似度为100%。而将硫酸盐型厌氧氨氧化污泥中优势菌命名为Uncultured Bacillus *** YLJ-2(KP336392),其与Bacillus benzoevorans 16S r RNA gene(Y14693)的相似度为100%。16S r RNA发育树表明:两种菌的进化距离较远、亲缘关系相差很大。(3)在硫酸盐型厌氧氨氧化菌的作用下,氨氮和硫酸盐按反应式2 NH4++SO42-→N2+S+4H2O生成氮气和单质硫。(4)在低负荷下,进水氮硫比越小,越有利于氨氮的去除。当水力停留时间HRT为12h时,氨氮的去除性能达到最高,其容积负荷达到0.06kg N/m3·d。进水中添加有机物的烧杯试验表明,异养型微生物的生长致使硫酸盐型厌氧氨氧化受到抑制;在较高COD浓度800-1000mg/L,硫酸盐的去除主要靠系统中的硫酸盐还原作用。

关键词：生物脱氮亚硝酸盐型厌氧氨氧化硫酸盐型厌氧氨氧化群落结构影响因素

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硫酸盐型厌氧氨氧化同步脱氮除硫实验研究

硫酸盐型厌氧氨氧化同步脱氮除硫实验研究

作者：王慧沈阳工业大学

学位级别：硕士

硫酸盐型厌氧氨氧化反应可将废水中的氨氮和硫酸盐同时去除,处理效率高,且不产生二次污染。在废水处理领域,为氨氮和硫酸盐同步去除提供了新思路。但是目前,该反应启动耗时长以及机理不明确对该技术的广泛应用造成障碍。本课题主要研究... 详细信息

硫酸盐型厌氧氨氧化反应可将废水中的氨氮和硫酸盐同时去除,处理效率高,且不产生二次污染。在废水处理领域,为氨氮和硫酸盐同步去除提供了新思路。但是目前,该反应启动耗时长以及机理不明确对该技术的广泛应用造成障碍。本课题主要研究无机条件下运行的硫酸盐型厌氧氨氧化反应启动过程特点及污染物处理能力,考察此过程中的微生物形态、种群组成特性等,为其在废水处理领域中对含有高浓度氨氮和硫酸盐废水处理实践基础。本课题采用自行设计的厌氧生物反应器,仅用氨氮和硫酸盐作为进水基质培养混合污泥以启动硫酸盐型厌氧氨氧化反应,对其水处理性能以及各种环境因素的影响进行探究,同时利用高通量测序进行污泥微生物种群结构分析,为该反应机理分析提供理论支持。驯化过程历时103天,在第26天出现氨氮和硫酸盐同步脱脱除的现象。反应器内脱氮脱硫效果良好,NH4+-N和SO42-去除率分别最高达92.5%和59.3%。高基质浓度(NH4+-N为180.0mg/L、SO42-为1050.0mg/L)下进水对硫酸盐型厌氧氨氧化反应优势菌种具有一定的毒害作用。通过监测进出水pH发现,该反应是一个产酸反应,不同于传统厌氧氨氧化反应。影响因素实验结果表明,提高进水N/S比有利于提高基质NH4+-N和SO42-的去除率;当HRT为18h时,NH4+-N去除率和去除负荷分别为73.1%、0.059KgN/m3·d,SO42-去除率和去除负荷分别为32.8%、0.180 KgS/m3·d;适宜的NO3--N及NO2--N有利于反应的进行;有机物的添加一定程度上会抑制脱氮除硫反应,在高浓度(800mg/L-1500mg/L)下使反应过程中的优势菌种由硫酸盐型厌氧氨氧化菌向硫酸盐还原菌转化。高基质浓度(NH4+-N为180.0mg/L、SO42-为1050.0mg/L)进水对硫酸盐型厌氧氨氧化反应优势菌种具有一定的毒害作用。通过高通量基因测序结果表明,本实验中采用的厌氧生物反应器中主要存在13个门的菌种,总共占整体测序微生物总量的92.9%-93.7%。其中存在厌氧反应器常见的门类:Proteobacteria(变形菌门)、Chloroflexi(绿弯菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)、Chlorobi(绿菌门)等。不常出现在厌氧反应器内的门类有Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)、Cyanobacteria(蓝细菌门)、Armatimonadetes(装甲菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)、Planctomycetes(浮霉菌门)、Nitrospirae(硝化螺旋菌门)以及两种新细菌CandidateivisionD1和SHA-109。另外,Ignavibacteriales属的比例占细菌总数的12.6%-13.1%,比例较高,但目前对此菌种的研究较少,还未有中文命名。在本反应器内总共检测出主要3种属于Planctomyetes(浮霉菌门)的细菌,分别为Pla4ineage、SM1A02和Planctomycetaceae,所占比例之和约为1.5%-3.3%;2种AOB细菌,所占比例为1.8%-2.3%,4种反硝化细菌,所占比例约11.2%-12.4%。没有发现存在任何硫酸盐还原菌,可见S2-并不是S-Anammox反应的产物。连续运行实验显示S-Anammox的N/S转化比不稳定,同时污泥中微生物测序证明反应器内存在多种脱氮菌种,可以表明S-Anammox反应是一个多步反应。进水N/S比及HRT等条件都可能影响反应的进行。进水N/S比对该反应氮损失的影响较明显,而提高进水N/S比,不仅能显著提高NH4+-N的转化率,而且能够提高氮损失。

关键词：硫酸盐型厌氧氨氧化影响因素微生物群落组成

从亚硝酸还原厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化

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环境科学 2015年第9期36卷 3345-3351页

作者：刘正川袁林江周国标李晶西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西省环境工程重点实验室西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710055

在UASB反应器内,研究了由亚硝酸盐型厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化的过程及其微生物群落变化.结果表明,历时177 d成功实现了硫酸盐型厌氧氨氧化.进水氨氮和硫酸盐浓度分别为130 mg·L-1和500 mg·L-1下,反应器对氨氮和硫酸盐的去... 详细信息

在UASB反应器内,研究了由亚硝酸盐型厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化的过程及其微生物群落变化.结果表明,历时177 d成功实现了硫酸盐型厌氧氨氧化.进水氨氮和硫酸盐浓度分别为130 mg·L-1和500 mg·L-1下,反应器对氨氮和硫酸盐的去除率分别达到58.9%和15.7%,对氨氮和硫酸盐的去除负荷为74.3 mg·(L·d)-1和77.5 mg·(L·d)-1,氮、硫损失摩尔比约为2,出水p H值低于进水.污泥中细菌从以球菌为主转变成以短杆菌为主,菌群中细菌由Candidatus brocadia为优势种转变为以Bacillus benzoevorans为优势种.说明完成这两种厌氧氨氧化的优势菌不同,两种厌氧氨氧化并非同一种菌参与完成的.

关键词：生物脱氮亚硝酸盐型厌氧氨氧化硫酸盐型厌氧氨氧化 UASB 群落结构

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粉煤灰对硫酸盐型厌氧氨氧化驯化过程的影响

生态环境学报 2016年第8期25卷 1387-1394页

作者：蒋永荣秦永丽刘可慧桂林电子科技大学生命与环境科学学院广西桂林541004 桂林电子科技大学后勤处广西桂林541004 岩溶生态与环境变化研究广西高校重点实验室广西桂林541004

为了研究粉煤灰对硫酸盐型厌氧氨氧化(S-ANAMMOX)驯化过程的影响,采用两组平行的已启动亚硝酸盐型厌氧氨氧化(N-ANAMMOX)反应的上流式厌氧污泥床反应器(UASB),一组投加粉煤灰载体(U2),另一组不投加任何载体(U1),对比观察了N-ANAMMOX反... 详细信息

为了研究粉煤灰对硫酸盐型厌氧氨氧化(S-ANAMMOX)驯化过程的影响,采用两组平行的已启动亚硝酸盐型厌氧氨氧化(N-ANAMMOX)反应的上流式厌氧污泥床反应器(UASB),一组投加粉煤灰载体(U2),另一组不投加任何载体(U1),对比观察了N-ANAMMOX反应在转变为S-ANAMMOX反应的过程中脱氮除硫的变化,以及驯化完成后颗粒污泥的特性。结果表明:在运行的前期(1~123 d),对照组U1的脱氮除硫效果优于实验组U2,而在运行的后期(124~144 d),实验组U2的脱氮除硫效果优于对照组U1。第144天,进水NH_4^+-N和SO_4^(2-)的质量浓度分别为140 mg?L^(-1)和533 mg?L^(-1),U2对NH4+-N和SO42-的去除速率分别是86.68 mg?L^(-1)?d^(-1)和94.34 mg?L^(-1)?d^(-1),而U1对NH_4^+-N和SO_4^(2-)的去除速率分别为67.65mg?L^(-1)?d^(-1)和22.64 mg?L^(-1)?d^(-1)。此时,U1中颗粒污泥粒径较大,结构松散,其表面被大量的分泌物和硫颗粒包裹;而U2中颗粒污泥粒径较小,结构紧密,其表面的分泌物和单质硫明显减少。由此表明,在一定基质浓度条件下投加粉煤灰,经较长时间的适应后,体现出粉煤灰对S-ANAMMOX驯化的促进作用。

关键词：粉煤灰硫酸盐型厌氧氨氧化脱氮除硫颗粒污泥载体

以SRB颗粒污泥为载体的硫酸盐型厌氧氨氧化的启动研究

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安全与环境学报 2016年第4期16卷 306-311页

作者：李军向韬郑驰骏沈阳建筑大学市政与环境工程学院沈阳110168

采用复合式厌氧折流板反应器(HABR),研究先驯化硫酸盐还原菌(SRB)颗粒污泥、再以之为载体进行硫酸盐型厌氧氨氧化的启动,通过NH_4^+-N、SO_4^(2-)、COD等指标的变化探讨启动的效能。在7 详细信息

采用复合式厌氧折流板反应器(HABR),研究先驯化硫酸盐还原菌(SRB)颗粒污泥、再以之为载体进行硫酸盐型厌氧氨氧化的启动,通过NH_4^+-N、SO_4^(2-)、COD等指标的变化探讨启动的效能。在7硫酸盐还原菌颗粒污泥。结果表明,SO_4^(2-)与COD去除效果逐步达到稳定,最高去除率分别为86.2%和68.8%,S0全程积累并趋于稳定,经过60 d的驯化,SRB颗粒污泥平均粒径达到3 mm,硫酸盐还原反应启动成功。之后以驯化成熟的SRB颗粒污泥为载体,保持COD为50 mg/L,通过提高进水中NH+4-N和SO2-4负荷的方式启动硫酸盐型厌氧氨氧化。结果表明,NH_4^+-N和SO_4^(2-)去除效果逐步上升并稳定在50%以上,最高分别达到52.5%与53.7%。硫酸盐型厌氧氨氧化成功启动。

关键词：环境工程学硫酸盐型厌氧氨氧化硫酸盐还原颗粒污泥水力停留时间