13-新型生物脱氮工艺

传统生物脱氮过程的生化反应及微生物R-NH2NH4+NO2-NO3-NO2-N2氨化氨氧化亚硝酸氧化氨化菌氨氧化菌亚硝酸氧化菌反硝化菌反硝化 主要细菌种类 Pseudomonas(P.fluorescens)Bacillus(B.subtilis)Bacillus(B.septicus) Nitrosomonas(N.europha,N.europaea)Nitrosococcus(N.mobilis)Nitrosospira NitrobacterNitrococcusNitrospira Paracoccus(P.denitrificans)AlcaligenesPseudomonas(P.aureofaciens)Listeria 大多数异养菌（对比） 氧类型 好氧/厌氧O/A 好氧O 好氧O 缺氧/兼氧A 好氧O 营养类型 异养（需有机碳） 自养（需CO2） 自养（需CO2） 异养（需有机碳） 异养（需有机碳） 最适生长pH 5.0-9.0 7.5-8.0 7.0-8.0 7.0-8.5 6.5-8.5 世代时间 ---- 8-36h 8-59h -------- 2.3-8.7h 最大增长速率 ---- 0.02-0.09h-1 0.01-0.06h-1 --------- 0.08-0.3h-1 pH变化 产碱 产酸 不变 产碱 不变研究背景传统生物脱氮工艺（1）三级活性污泥脱氮工艺去除有机物有机氮氨化传统生物脱氮工艺（2）前置反硝化工艺（A/O）A/O脱氮工艺特性曲线新型生物脱氮技术1.短程硝化反硝化2.好氧反硝化3.同步硝化反硝化（SND）4.厌氧氨氧化短程硝化反硝化工艺及理论研究进展研究背景氨氧化菌亚硝酸盐氧化菌亚硝酸型反硝化菌反硝化菌硝化阶段反硝化阶段反硝化菌节省25%供氧量40%~60%有机碳需求量30%~40%反应器容积反硝化速率提高1.5~2倍NH4+NO2-NO3-AOBNOB选择抑制理论短程硝化反硝化工艺及理论研究进展 控制因素 控制条件 控制机理 游离氨 大于6mg/L FA对AOB和NOB的抑制浓度不同，NOB对FA更敏感 温度 25～35℃ 不同温度下AOB和NOB的动力学常数不同 溶解氧 0.5～1.5mg/L AOB和NOB对DO亲和力不同，低DO抑制NOB的生长 pH 7.8～8.5 pH不但是生物生长限制条件，而且影响FA 抑制剂 重金属、氯化物等 NOB比AOB对环境更敏感，可添加抑制剂，促进亚氮积累 污泥龄 介于AOB和NOB最小停留时间之间 控制污泥龄，使系统中的NOB被逐渐淘洗掉（Sharon）很难实现持久稳定的高浓度亚硝氮积累！短程硝化反硝化的关键问题短程硝化功能菌亚硝酸型反硝化功能菌膜生物反应器(MBR)填料床生物膜反应器(PBBR)MBR-PBBR短程生物脱氮工艺工艺的短程脱氮性能及稳定性改变工艺参数微生物群落结构及动态变化生物强化实现短程硝化反硝化的可行性工艺的宏观运行性能与微生物微观结构之间的内在联系生物强化的MBR-PBBR短程脱氮工艺可行性分析NH4+NO2-N2MBR-PBBR短程生物脱氮工艺装置图短程硝化功能菌亚硝酸型反硝化功能菌全部NO2--N无NO3--N大量NO2--N少量NO3--N短程硝化功能菌的驯化筛选过程PhaseIIIIII无NO2--N全部NO3--N短程硝化功能菌短程硝化功能菌的最佳氨氧化条件CNH4+-N=400mg/LT=35℃pH=8.5Alk/N=8.3短程硝化功能菌的形态DAPI染色Nsm156探针杂交FISH分析亚硝酸型反硝化功能菌的驯化流程及过程TOC/N=4T=30℃pH=9对数生长期稳定期对数生长期(b)缺氧(a)好氧亚硝酸型反硝化菌属于兼氧菌：在有氧气的条件下，利用氧气作为电子受体进行好氧呼吸；在缺氧条件下，利用亚硝氮作为电子受体，发生反硝化作用。稳定期亚硝酸型反硝化功能菌在好氧和缺氧条件下的生长和亚硝氮降解曲线菌株JY4的生理生化特性菌株JY4采用平板涂布法从菌群中分离纯化出优势菌株JY4生理生化特征形态特征16SrDNA序列分析MBR-PBBR捷径生物脱氮工艺装置图短程硝化功能菌亚硝酸型反硝化功能菌实验进水成分2.2MBR-PBBR启动启动期MBR出水启动期MBR短程硝化性能达到稳定启动期MBR-PBBR工艺出水PBBR反硝化性能稳定MBR-PBBR捷径生物脱氮工艺启动成功不同HRT下的反应器操作参数2.3MBR-PBBR系统不同HRT下的运行性能HRT28h24h20h28h亚氮积累率95%以上HRT28h24h20h28h不同HRT下MBR-PBBR工艺短程脱氮性能不同HRT下短程硝化性能HRT对PBBR的反硝化性能无影响一级MBR短程硝化效率及稳定性是影响MBR-PBBR系统捷径生物脱氮效率的决定性因素不同HRT下MBR-PBBR实现了稳定的捷径生物脱氮MBR中95%以上稳定亚氮积累的原因？选择抑制理论游离氨抑制溶解氧抑制pH抑制实验中0～6.5mg/L的FA对NOB无抑制实验中2～3mg/L的DO对NOB无抑制pH不能单独作为抑制条件推测本研究中较高且稳定的亚氮积累主要是由于接种短程硝化功能菌使MBR中不存在或存在少量的NOB。为进一步确定该假设，对MBR的生物相进行硝化活性测定和FISH分析。不同HRT下MBR中氨氧化活性和亚硝酸盐氧化活性的变化NOB:NDNOB:4.5×103MPN/mL总菌数亚硝酸氧化菌氨氧化菌FISH各个实验阶段运行参数不同溶解氧运行下MBR短程硝化性能溶解氧的影响不同溶解氧运行下MBR-PBBR工艺出水情况不同溶解氧下MBR中硝化污泥活性的比较AOB:2.5×108MPN/mLNOB:4.5×103MPN/mLAOB:4×108MPN/mLNOB:2×105MPN/mL35.5%升高温度显著提高了MBR氨氧化效率，有利于亚氮的积累温度的影响不同温度运行下MBR短程硝化性能不同温度运行下MBR-PBBR工艺出水情况不同温度下MBR中硝化污泥活性的比较I-223-42300.460.00151.26倍1.12倍运行参数完全一样有机物浓度较低时促进硝化反应TOC/N≥0.2时抑制硝化反应有机碳源浓度的影响不同有机碳浓度MBR短程硝化性能不同有机碳浓度时MBR-PBBR工艺出水情况不同进水TOC/N下MBR中硝化活性的比较在进水添加有机物后，MBR中存在AOB、NOB和异养菌的竞争，根据三者的比生长速率和利用底物的先后顺序可以判断三者的竞争力由强至弱为：异养菌＞AOB＞NOB。新型生物脱氮技术1.短程硝化反硝化2.好氧反硝化3.同步硝化反硝化（SND）4.厌氧氨氧化Robertson和Kuenen，在实验室观察到有氧存在的条件下发生了反硝化现象，甚至有的可以在氧浓度达到7mg/L的环境下进行。近些年来，好氧情况下总氮(TN)的损失也不断见于研究报道。Pochana在SBR反应器中观察到了95%的总氮去除率，另外在许多实际运行的好氧硝化池中常常发现有30%的总氮损失。这些现象充分证实了好氧反硝化确实存在。 好氧反硝化可与硝化反应在同一个反应器中发生，减少系统空间和 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 造价，无需外加碱液来调整系统的pH值。2.好氧反硝化菌在处理运行中更容易被调控。好氧反硝化的关键问题1.耐高浓度溶氧的好氧反硝化微生物的分离筛选。2.好氧反硝化菌株对高氨氮和高硝氮废水的脱氮能力考察。3.好氧反硝化菌株的生化反应条件。凌水河口，水体污染严重，富营养化程度高。目标菌株 菌株编号 产氮气量（ml） 初始氧含量（%） 终止氧含量% 菌液终浓度（OD600） 42 2.35 21 5.4 0.4490 41 2.23 21 2.2 0.4653 3 2.17 21 2.4 0.3704 16 2.16 21 2.8 0.2514 2 2.11 21 0 0.6948 1 2.10 21 3.1 0.9538 7 2.09 21 2.0 0.3860 6 2.09 21 2.0 0.4138 5 2.01 21 1.6 0.3900 23 1.99 21 1.9 0.7481P.stutzeri盐度对菌株ADN42生长的影响pH值对菌株ADN42生长的影响温度对菌株ADN42生长的影响2%~3%7~830~35℃菌株在纯氧条件下培养24小时菌株可在近于饱和溶氧的条件下发生反硝化反应产生氮气。菌株在氦气曝气后密闭条件下培养24小时菌株可在厌氧条件下发生反硝化反应产生氮气。菌株在封闭空气条件下培养24小时菌株可在广泛溶解氧条件下发生反硝化反应产生氮气。样品1样品2样品3N2N2N2O2O2O2N2N2N2样品1样品2样品3N2N2N2O2O2O2样品1样品2样品3菌株可在近于饱和溶氧的条件下发生氨氧化-好氧反硝化反应产生氮气菌株以氯化铵为唯一氮源曝气条件下培养24小时菌株培养物静置30分钟后照片细菌聚集呈片状或颗粒状，于瓶底逐渐形成絮状沉；菌株产气后引起聚集体上浮。O2O2O2N2N2N2样品1样品2样品3 C/N 24h后含氮量（mg/l） 脱氮率（%） 72h后含氮量（mg/l） 脱氮率（%） 2:1 327.5 34 328.6 34 4:1 373.1 25 272.8 45 6:1 384.1 23 8.9 98 8:1 395.7 20 16.0 97 12:1 410.7 17 10.2 98 16:1 368.4 26 11.0 98 产氮气量（占总体积%） 29 47 8 17 33 产N2O量（占总体积%） 0 0 3 0 0不同氨氮浓度菌株好氧反硝化脱氮效率352mgN/d/gcells脱氮速率随着氨氮浓度升高而下降；菌株在焦化废水中有较强的脱氨能力和氨的耐受能力，在3400mg/l的氨氮浓度下仍可以脱除氨氮。 氨氮浓度(mg/l) 脱氨氮量(mg/l) 最终气相氮气浓度(%) 最终气相氧气浓度(%) 1400 422.1 12.6 82.8 2400 702.2 36.1 56 2400 749.1 38.2 53.2 3400 497.8 18.3 76.8初步结论 1。筛选到一株异养好（兼）氧反硝化菌。 2。该菌株可将高浓度氨氮或硝酸氮转化为氮气。 4。该菌株产生及少量的氧化亚氮。 5。以实际焦化废水为碳源，也可以将氨氮转化为氮气。 6。该菌株分离与海岸潮间带，可以在2－3％的盐度下很好生长。谢谢！欢迎各位2012年到大连参加第15届全国环境微生物年会！