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亚硝酸氧化细菌N. defluvii在主流SNAD系统中的受迫生存机制研究

批准号:
31800104
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
徐光景
依托单位:
学科分类:
微生物与环境互作
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘全、张翠雅、樊晓茹、刘欢、李致远

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
主流SNAD工艺是实现污水处理厂能量自给自足的关键技术之一,其重点是抑制低氮生境优势NOB种属N. defluvii。项目前期结果表明,即使亚硝化率>90%、好氧SRT<2天,N. defluvii大量存在,推测该细菌具有除亚硝酸盐氧化外的代谢功能。外界条件改变时,N. defluvii极易恢复好氧硝化活性,严重威胁SNAD工艺稳定性。因此,本项目将深入研究N. defluvii潜在代谢途径,揭示N. defluvii在主流SNAD系统中受胁迫生存机制。同时研究外源NOB对主流SNAD控制参数的影响,并指导设计一套动态控制策略。本项目有望为探索N. defluvii新代谢途径、优化主流SNAD工艺调控策略、实现污水厂能量自给自足提供理论依据和技术支持。
英文摘要
Mainstream SNAD (Simultaneous partial Nitrification, Anammox and Denitrification) is a key technology to achieve energy neutral in the future wastewater treatment plants. The key of mainstream nitritation is to inhibit N. defluvii, a dominant NOB in the conventional wastewater treatment plant. Our previous studies showed that N. defluvii was still dominant bacteria with a nitrite accumulation rate > 90% and aerobic SRT < 2 days, so it could be speculated that N. defluvii had another metabolic pathway. Its activity of nitrite oxidation will be easy to recover with a change of environment, which will pose a serious threat to the mainstream SNAD process. Therefore, the potential metabolic pathways and cell adaption mechanisms of N. defluvii will be investigated in a SNAD system. Meanwhile, the effect of NOB immigration on the mainstream SNAD system will be studied to develop an integrated strategy to inhibit growth of the immigrant NOB. This project will be meaningful for investigating the unknown metabolic pathways of N. defluvii, optimizing its control strategies, and further realizing energy sufficiency of the future wastewater treatment plants.
主流短程硝化反硝化工艺能够节省曝气能耗和外加碳源,但低浓度市政废水中亚硝酸氧化细菌(NOB)抑制难度较大。利用多循环SBR强化反硝化菌与NOB竞争亚硝酸盐可有效抑制NOB,但NOB仍可通过其他代谢途进行生长,极大地增加了工艺稳定控制的难度。本研究基于多循环SBR工艺,建立了一套市政废水高效脱氮工艺,先后开展了小试、中试和厂试研究(正在进行)。小试实验结果证明,COD/N比、TN去除负荷和SRT是NOB抑制的关键参数,溶解氧在线控制可以辅助强化NOB抑制,这与传统方法大不相同;当COD/N>4时,多循环SBR内TN去除率达85%以上,且无硝酸盐积累。初步证实少量Nitrospira(NOB细菌)可与Methyloversatilis合作进行甲酸依赖的“亚硝酸盐乒乓代谢”,即后者利用甲酸进行部分反硝化生成亚硝酸盐供NOB氧化,亦可利用小分子有机酸进行异养代谢;同时,将多循环SBR小试装置填充PVA水凝胶填料,形成悬浮污泥/生物膜混合系统,实现同步短程硝化反硝化,强化曝气阶段反硝化脱氮,即使生物膜上富集Nitrospira也能实现显著的同步短程硝化反硝化;低温对短程硝化反硝化具有明显抑制作用,通过延长曝气时间能够提高硝化反应,但不利于NOB抑制,且降低了反硝化菌对NOB竞争亚硝酸盐的优势。中试实验结果表明,无须投加碳源即可以实现城镇污水一级A排放要求;短程硝化反硝化受雨季进水TN波动影响较大,需及时调整曝气时长和SRT以维持工艺稳定;通过提高悬浮污泥粒径,也能实现同步短程硝化反硝化;冬季低温时,通过投加葡萄糖碳源促进反硝化,仍可维持一定水平的短程硝化反硝化。厂试结果初步显示,多循环SBR工艺可实现高效脱氮,较传统CASS工艺和AAO工艺,TN去除率提高了50%以上,曝气能耗降低了30%以上,工艺优势明显,具有较好的应用前景,具体工程化工作有待进一步开展。
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专利列表
Effect of COD/N ratios and DO concentrations on the NOB suppression in a multi-cycle SBR
COD/N 比率和 DO 浓度对多循环 SBR 中 NOB 抑制的影响
DOI: 10.1016/j.jece.2021.105735
发表时间: 2021-08
期刊: Journal of Environmental Chemical Engineering
影响因子: 7.7
作者: [Xu Guangjing, Zhang Zhihao, Gao Fan]
通讯作者: Gao Fan
Simultaneous nitritation and denitritation in a multi-cycle SBR treating low-strength wastewater
多循环SBR处理低浓度废水的同时亚硝化和反亚硝化
DOI: 10.1016/j.biteb.2021.100816
发表时间: 2021-09
期刊: Bioresource Technology Reports
影响因子: --
作者: [Xu Guangjing, Zhang Qun, Sun Yucong, Zhang Zhihao]
通讯作者: Zhang Zhihao
Mainstream nitritation and denitritation in a pilot-scale multi-cycle sequencing batch reactor
中试规模多循环序批式反应器中的主流亚硝化和脱亚硝化
DOI: 10.1016/j.jwpe.2022.102648
发表时间: 2022-04
期刊: Journal of Water Process Engineering
影响因子: 7
作者: [Guo Qiming, Sun Yucong, Chen Jing, Zhang Qun, Chen Lijun, An Pinglin, Wang Guanping, Xu Guangjing]
通讯作者: Xu Guangjing
A pilot-scale study of a novel two-stage denitrification filter
新型两级反硝化过滤器的中试研究
DOI: 10.1016/j.jwpe.2020.101873
发表时间: 2021-02
期刊: Journal of Water Process Engineering
影响因子: 7
作者: [Guo Qiming, Yang Zhihong, Zhao Qun, Chen Jing, Li Jie, Chen Lijun, Shi Wei, An Pinglin, Wang Guanping, Xu Guangjing]
通讯作者: Xu Guangjing
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