膜通気バイオフィルムリアクターによる高濃度窒素排水の効率除去とN2O削減

膜曝气生物膜反应器高效去除高浓度含氮废水并减少N2O

基本信息

项目摘要

To treat ammonium rich wastewaters in conventional activated sludge systems, conventional nitrification and denitrification is highly cost for aeration and external organic matter. Besides, N2O emission has been an emergent issue for the past few years due to its significant greenhouse effect. N2O emission from wastewater treatment plants is considered as one of major anthropogenic sources, thus reducing N2O emission from WWTPs is important. My current studies focus on investigation the potential of a membrane-aerated biofilm reactor (MABR) for simultaneous nitrification and denitrification as a compact and cost-effective wastewater treatment technology with minimum N2O emission.In order to understand the impact of C/N ratio in simultaneous nitrification and denitrification process in an MABR and a conventional biofilm reactor (CBR), we operated 2 reactors representative for MABR and CBR. We found that the counter diffusion biofilms in MABR emits 130 times lower N2O than co-diffusion biofilms in a CBR. The MABR for also had 20% higher oxygen utilization efficiency and 12% higher TN removal efficiency than that of CBR at the same operational conditions. The molecular microbiological analysis indicated higher abundance of denitrifying genes, especially nosZ genes, in the MABR versus the CBR, especially the presence of the genera Thauera, Rhizobium, Sphingobacteria, and Brevundimonas as potential N2O-reducing bacteria in the MABR. The works were published in top rank journals including Applied Microbiology and Biotechnology, Water Research, and Bioresource Technology.
为处理常规活性污泥系统中的富铵废水,常规硝化反硝化的曝气和外源有机物成本较高。此外,由于其显著的温室效应,N2O的排放在过去几年一直是一个紧迫的问题。污水处理厂的N2O排放被认为是主要的人为来源之一,因此减少污水处理厂的N2O排放具有重要意义。本文主要研究了膜曝气生物膜反应器(MABR)作为一种紧凑、经济、N2O排放量最小的污水处理技术在同步硝化反硝化过程中的潜力。为了了解膜曝气生物膜反应器(MABR)和常规生物膜反应器(CBR)在同步硝化反硝化过程中C/N比的影响,我们运行了2个具有代表性的MABR和CBR反应器。我们发现MABR中的反扩散生物膜的N2O排放量比CBR中的共扩散生物膜低130倍。在相同的运行条件下,MABR的氧利用率比CBR高20%,TN的去除效率高12%。分子微生物学分析表明,与CBR相比,MABR中的反硝化基因,尤其是nosZ基因的丰度更高,特别是MABR中存在潜在的N2O还原细菌--索埃拉属、根瘤菌、鞘氨醇细菌属和布列旺单胞菌属。这些工作发表在包括应用微生物学和生物技术、水研究和生物资源技术在内的顶级期刊上。

项目成果

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Membrane-aerated biofilm reactor for simultaneous nitrification and denitrification mitigates N2O emission because of counter-current substrate diffusion geometry: Depth-profile analysis
用于同时硝化和反硝化的膜曝气生物膜反应器由于逆流底物扩散几何结构而减少了 N2O 排放:深度剖面分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Co Thi Kinh;Toshikazu Suenaga;Tomoyuki Hori;Shohei Riya;Masaaki Hosomi;Akihiko Terada
  • 通讯作者:
    Akihiko Terada
Free nitrous acid and pH determine the predominant ammonia-oxidizing bacteria and amount of N2O in a partial nitrifying reactor
  • DOI:
    10.1007/s00253-016-7961-2
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    C. T. Kính;Johwan Ahn;T. Suenaga;Nakanya Sittivorakulpong;P. Noophan;T. Hori;Shohei Riya;M. Hosomi-M.-Hosom
  • 通讯作者:
    C. T. Kính;Johwan Ahn;T. Suenaga;Nakanya Sittivorakulpong;P. Noophan;T. Hori;Shohei Riya;M. Hosomi-M.-Hosom
Depth profiles of nitrous oxide concentration and functional gene abundances in counter- and co- diffusion biofilms for nitrification and denitrification
用于硝化和反硝化的反扩散和共扩散生物膜中一氧化二氮浓度和功能基因丰度的深度剖面
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Akihiko Terada;Co Thi Kinh;Toshikazu Suekana;Tomoyuki Hori;Shohei Riya;Barth F. Smets;Masaaki Hosomi
  • 通讯作者:
    Masaaki Hosomi
Influent carbon/nitrogen ratio determines N2O emission and spatial distribution of N2O reducing bacteria in a membrane-aerated biofilm
进水碳/氮比决定膜曝气生物膜中 N2O 排放和 N2O 还原菌的空间分布
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Co Thi Kinh;Toshikazu Suenaga;Tomoyuki Hori;Shohei Riya;Masaaki Hosomi;Barth F. Smets;Akihiko Terada
  • 通讯作者:
    Akihiko Terada
Counter-diffusion biofilms for simultaneous nitrification and denitrification reduce NO and N2O emissions: Insights from depth-profile analysis
用于同时硝化和反硝化的反扩散生物膜可减少 NO 和 N2O 排放:深度剖面分析的见解
  • DOI:
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Co Thi Kinh;Toshikazu Suenaga;Tomoyuki Hori;Shohei Riya;Masaaki Hosomi;Barth Smets;Akihiko Terada
  • 通讯作者:
    Akihiko Terada
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Co ThiKinh (2017)其他文献

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