电极生物膜耦合硫自养强化型人工快渗系统脱氮性能

由于人工快渗(CRI)系统对TN去除率较低,该技术在污水处理领域的应用受到限制。为提高TN去除率,将电极生物膜和硫自养反硝化技术耦合应用于CRI系统,考察了"异养+氢自养+硫自养"反硝化脱氮的可行性,并通过菌群结构解析了电极生物膜耦合硫自养强化脱氮的机理。结果表明,电极生物膜耦合硫自养强化型CRI系统在电流强度为15mA时,TN平均去除率可达73.0%,相比传统CRI系统提高了48.0百分点。从稳定运行的电极生物膜耦合硫自养强化型CRI系统反硝化区共检测出231个已知菌属,其中具有硫自养反硝化功能的产硫酸杆菌属(Thiobacillus)和具有氢自养反硝化功能的噬氢菌属(Hydrogenophaga)相对丰度较高,分别为35.9%、15.7%。硫自养反硝化、氢自养反硝化和异养反硝化的共同作用促进了CRI系统脱氮性能的提高。     

PCR-DGGE研究亚硝化-电化学生物反硝化全自养脱氮工艺细菌多样性

采用分子生物学手段PCR-DGGE技术对亚硝化-电化学生物反硝化全自养脱氮工艺细菌的多样性进行了研究。结果表明,亚硝化段内主要的细菌种群为相似于Nitrosomonas sp.(AJ224410)和Nitrosomonas sp.NM41(AF272421)的种群,相似性分别为97%和94%;电化学生物反硝化段细菌类群主要有β-proteobacteria类群、γ-proteobacteria类群和Chlo-roflexi类群。填料上生物膜细菌种群较底部泥水混合物丰富,两者细菌种群相似性为75%;底部泥水混合物样中存在与厌氧氨氧化菌Brocadia anammoxidans(AF375994)相似性为93%的菌种,而填料上生物膜中存在与Thioalkalivibrio sp.K90mix(EU709865)和Thiobacillus thioparus(AJ243144)相似性分别为94%、97%的菌种,其中Thiobacillus thioparus(AJ243144)是典型的硫自养反硝化菌,表明填料上生物膜中有大量的硫自养反硝化菌。     

MFC强化同步短程硝化反硝化工艺的启动

微生物燃料电池(MFC)可在阴极实现反硝化、短程反硝化和同步硝化反硝化并产生电能,但在MFC阴极实现同步短程硝化反硝化的研究尚未见到报道。为了探讨MFC阴极同步短程硝化反硝化工艺的性能,将双室曝气阴极MFC与A/O脱氮工艺结合处理人工模拟低碳氮比废水。通过静置运行15 d使得MFC阴极室亚硝态氮得以积累,氨氧化菌得以富集。随即改为连续运行后第21天成功启动同步短程硝化反硝化MFC;阴极出水氨氮浓度为0.3 mg/L,亚硝态氮浓度为15.9 mg/L,硝态氮浓度为0.6 mg/L,亚硝化率达到95%以上,阴极电极自养反硝化去除率达到50%以上,COD去除率达到85%以上。结果表明,将MFC与同步短程硝化反硝化工艺结合,通过阴极室中氧气得电子获得高p H,可以强化同步短程硝化反硝化工艺,完成生物脱氮的同时回收电能,并具有减少外加碱度的优势。     

三维生物膜电极反应器去除地下水中硝酸氮

采用三维生物膜电极反应器(three-dimensional biofilm electrode reactor,3D-BER)并接种氢自养反硝化菌,研究了不同因素对其处理地下水中硝酸氮的影响。结果表明:反应器的电极间距减小有利于硝酸氮的去除,但会增加亚硝酸氮积累的风险,适宜的极板间距为50 mm;去除硝酸氮的最佳电流强度范围为40~60 mA,最适进水硝酸氮浓度范围为35~50 mg·L~(-1),最佳进水pH的范围为7.5~8.5,最佳水力停留时间为12 h。该条件下反应器运行效果稳定,不需外加氢源和碳源。通过与不接种氢自养反硝化菌的反应器进行对比分析,认为随着电流强度的增加,纯电化学作用对硝酸氮的还原作用也增强,但纯电化学反应在反应器脱氮过程中的比例远小于生物作用。3D-BER对硝酸氮的去除是由氢自养反硝化作用、电化学反应与部分异养反硝化共同作用的结果。     

硫自养反硝化工艺去除布洛芬

通过硫自养反硝化反应器连续流实验与批次实验相结合的研究方式,考察了硫自养反硝化工艺对含布洛芬的(低浓度100μg·L~(-1)和高浓度1 000μg·L~(-1))废水的处理效果,并初步研究了硫自养反硝化活性污泥对其去除机理。结果表明,硫自养反硝化活性污泥对布洛芬有较好的去除效果,反应器中布洛芬的平均去除率95%,且实验组(含布洛芬)的反硝化脱氮效果要优于空白组(不含布洛芬),布洛芬的存在可以提高系统的反硝化脱氮效率。批次实验中,在短时间内(6 d),不同浓度布洛芬的去除率均达到100%;而其中吸附去除率30%。研究表明,在硫自养反硝化工艺中,布洛芬通过生物降解作用和吸附作用去除,且生物降解起主要作用。     

北方某污水厂MBBR工艺升级改造后的高效脱氮除磷效果

为研究北方某污水厂经过MBBR提标改造后,在秋冬季进水碳源较低的条件下生化段脱氮除磷率高于理论值的原因,采用沿程水质测定法及小试实验的方法验证其脱氮除磷效果,并通过基于16S rRNA的高通量测序对好氧段微生物菌群进行分析。结果表明,系统在好氧区存在显著的TN去除,去除率约占15%～20%,在缺氧区存在显著的TP去除,去除率高达63.04%,显示系统内发生了同步硝化反硝化(SND)和反硝化除磷现象。通过小试实验验证了好氧SND现象主要来自于悬浮载体,得益于悬浮载体生物膜功能菌分层分布;反硝化除磷现象则得益于系统较长的缺氧停留时间及较短的泥龄。系统中SND和反硝化除磷的存在是系统在低碳源消耗条件下取得高效脱氮除磷效果的主要原因;微生物菌群分析验证了SND现象主要来源于悬浮载体;悬浮载体上硝化菌群相对丰度为28.56%,是污泥的14倍,反硝化菌相对丰度约8.34%,为SND效果的发生提供了微观保证;污泥中存在Candidatus Accumulibacter、Acinetobacter和Tetrasphaera,为该污水厂存在反硝化除磷及高效除磷现象提供了微观证据。     

碳源强化下的硫自养/异养反硝化协同作用

为强化硫自养反硝化过程,通过向连续稳定运行的硫自养反硝化反应器内投加少量碳源以进行强化,乙酸钠投加量分别为5.99、11.98、23.96 mg·L~(-1)。分析投加前后反应器内硝氮、COD、硫酸根和耗碱量的变化;研究了碳源强化下硫自养反硝化运行效能及反应机理。结果表明,投加少量碳源可增强自养反硝化过程硝氮的去除效果;在3种碳源投加量条件下,COD的利用率均大于85%,但硫酸盐生成量并未减少;在5.99 mg·L~(-1)碳源投加量下,系统实际耗碱量大于以硫酸根和COD计的理论耗碱量,而在11.98 mg·L~(-1)和23.96 mg·L~(-1)投加量下,实际耗碱量均介于2种理论值之间。在投加少量碳源后,自养反硝化脱氮效果明显提高,异养反硝化趋势随着碳源投加量的增加而增加。     

污水低氧脱氮机制及其应用研究进展

阐述了污水低氧脱氮的基本原理,即抑制或去除亚硝酸盐氧化菌(NOB),同时保留氨氧化菌(AOB),并保持其活性;探讨了污水低氧脱氮实现途径;详细介绍了几种典型的污水低氧脱氮工艺(短程硝化(SHARON)工艺、厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺、好氧反氨化(DEMON)工艺、低氧自养硝化反硝化(OLAND)工艺、甲烷营养型硝化反硝化工艺和亚硝酸盐型完全自养脱氮(CANNON)工艺)的应用研究进展;最后对污水低氧脱氮处理工艺的工程运用进行了展望.     

生物膜与A/O工艺耦合快速降解氨氮

应用由城市污水处理厂序批式间歇反应器(SBR)中筛选得到的4株特殊氨氧化菌,分别在SBR和有回流的生物膜与A/O工艺耦合体系培养中,考察其降解低碳高氨氮废水的功能.结果表明,自养硝化与异养氨氧化菌的混合菌群较单一自养硝化菌株降解氨氮速率快;在生物膜与A/O工艺耦合系统中,自养硝化与异养氨氧化菌协同代谢加速氨氮氧化脱除,氨氮脱除速率远比SBR系统快.对生物膜与A/O工艺耦合系统中氨氮脱除动力学进行了研究,模拟了NH4 、NO2-质量浓度与氨氮脱除比速率之间的关系,模型得到了较好的验证.     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

光照强度对光能自养生物膜去除低污染水体中硝态氮的影响研究

低污染水体存在C/N较低的特征,往往导致水体自净过程中反硝化碳源的不足.提出采用光能自养生物膜去除低污染水体中的硝态氮,研究不同光照强度对光能自养生物膜脱氮能力的影响,并验证了生物膜自行产生的胞外聚合物(EPS)及溶解性微生物产物(SMP)中多糖能否成为反硝化的碳源.结果表明,采用光能自养生物膜去除低污染水体中硝态氮具有良好的效果,光照强度的提高可以有效促进硝态氮的去除,在光暗比为12:12、水力停留时间为72 h时,1 500、3 000、4 500 lx光照强度下系统的硝酸盐去除率分别为37.1％、56.7％、62.5％,且随着光照强度增加硝酸盐去除速率逐渐提高；光照强度的增加可促进光能自养生物膜系统的EPS、SMP中多糖的产生,且光暗交替时EPS、SMP中多糖浓度呈“锯齿形”变化,在有光照时浓度明显上升,而在无光照时浓度下降；光能自养生物膜系统的EPS、SMP中的多糖可作为碳源被反硝化菌利用,而且在无外加碳源条件下,SMP中多糖对碳源的贡献大于EPS中的多糖.     

微生物固定化技术对微污染水源水脱氮的试验研究

针对微污染水源水贫营养和低碳源的特点,利用固定化微生物技术将异养硝化菌(WGX8、WGX18)、好氧反硝化菌(HF3、HF7)固定于自制悬浮纤维海绵球型填料上,研究了贫营养及好氧条件下水源水的生物脱氮过程.试验结果表明,在原水总氮2.7 mg/L、氨氮1.3 mg/L以及控制水温25 ℃、溶解氧3～4 mg/L条件下,经过19 d的连续运行,构建的生物膜系统对水中氨氮的去除率达到了100%,总氮去除率最高达到52%,处理效果稳定.     

硫化物抑制亚硝酸氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术

利用硫化物对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用,快速建立短程硝化。通过改变供氧条件,硫化物作为电子供体推动自养反硝化,实现同一序批反应器一体化脱氮。采用序批反应器SBR处理模拟市政污水,在DO浓度(1.5±0.5)mg·L~(-1),硫化物浓度50 mg·L~(-1),温度25℃,水力停留时间12 h的条件下,共运行90 d,控制反应器厌氧低氧时间,达到90%以上的总氮去除率。同时研究了硫化物对短程硝化的抑制作用、最适宜运行p H条件、污泥颗粒大小变化、污泥产生量等。硫化物抑制亚硝酸盐氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术有着反应条件可控性高、短程硝化建立时间短、脱氮效果好等优点,适用于低碳氮比的市政污水处理。     

农村小管径重力流灰水管道中生物膜细菌群落的特征

为探究农村小管径重力流灰水管道系统生物膜的细菌群落结构特征,建立了一套模拟真实农村环境条件下水量变化且具有3组坡度参数(5‰,10‰,15‰)的小管径灰水管道实验设备,利用Illumina HiSeq高通量测序技术,分析了连续运行60 d后的管道生物膜的细菌群落特征。结果表明:Proteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes为优势菌门,优势菌属为Paenarthrobacte、Ensifer和Spingopyxis,坡度变化会显著影响生物膜细菌群落组成;小管径重力流灰水管道生物膜中存在一定丰度的反硝化细菌和硝化细菌,具有生物脱氮功能。通过PICRUSt功能预测发现,高坡度(15‰)的灰水管道具有更高的硝化和反硝化基因丰度。进一步分析可知,小管径灰水管道采用高敷设坡度的设计方案可能具有更强的生物脱氮能力。     

基于化学与生物膜耦合深度脱除地下水中硝酸盐氮

我国华北地区超过80%的地下水受到污染,其中硝酸盐氮的污染日益严重,威胁着人类健康。基于单质铁去除地下水中硝酸盐氮,因伴随氨氮的产生而受限制;生物反硝化脱氮因地下水中碳源不足无法满足脱氮要求。采用自制的微电解化学催化固体颗粒与天然生物质构成耦合生物载体,通过自养与异养反硝化耦合深度脱除地下水中硝酸盐氮,并建立了地下水易位好氧、厌氧深度脱氮新工艺。结果表明:好氧反应器在HRT为12 h、DO为2.0～3.0 mg·L-1的条件下,硝酸盐氮平均去除率≥91.24%;厌氧反应器在HRT为14 h的条件下,硝酸盐氮平均去除率≥96.32%;反应器中微电解化学催化固体颗粒可为自养反硝化菌提供电子,生物质可为微生物提供必要的有限碳源,硝酸盐氮的脱除是自制微电解化学催化固体颗粒与生物膜耦合作用的结果。出水均无亚硝酸盐氮和氨氮积累。此技术可为受污染地下水的修复提供理论依据。     

电极改性对电极生物膜反硝化反应器硝酸盐氮去除性能的影响

探究在碳纤维毡电极上利用恒电压电化学聚合聚吡咯(PPy)的聚合效果,并利用傅里叶变换红外线(FTIR)及扫描电镜(SEM)对其进行表征;将聚吡咯覆膜改性后的碳纤维毡电极应用到自养反硝化的电极生物膜反应器(BER)中,考察电极改性对自养反硝化电极生物膜反应器的硝酸盐氮去除性能影响,并研究电极改性对生物膜附着量及生物膜微生物群落的影响。结果表明,恒电压电化学聚合能够在碳纤维电极表面形成均匀稳定的聚吡咯膜,从而实现聚吡咯在炭纤维毡电极上的覆膜改性。改性后的电极应用到自养反硝化电极生物膜反应器中,可使反应器对NO_3~--N的去除效率由对照反应器的67.3%增加到83.9%,处理效果提高了24.7%。对反应器内电极生物膜进行生物量测定和扫描电镜分析,可以看到R2反应器中改性电极生物膜附着量明显多于R1反应器中未改性电极生物膜的附着量,说明电极改性有利于生物膜的附着。电极生物膜微生物16S rDNA分析中R1反应器电极生物膜菌落组成中优势菌属为Dechloromonas sp.,而R2反应器电极生物膜的优势菌为Hydrogenophaga sp.(噬氢菌属)和Thauera sp.(陶厄氏菌属),两者有明显差别,并且R2反应器比R1反应器生物膜的菌落组成更多样化,这说明电极材料的改性对电极生物膜微生物群落的组成产生了影响。     

曝气生物流化床处理高氨氮粪便污水

应用好氧曝气生物流化床反应器处理动车集便器粪便污水,研究反应器同步硝化反硝化脱氮及去除COD效能,以及DO对处理效能的影响,通过镜检观察反应器内微生物特性,探究反应器同步硝化反硝化脱氮机理。结果表明,反应器维持DO在2.5 mg/L左右时,对粪便污水中氨氮、TN和COD的去除率分别达99.8%、84.1%和95.5%,在好氧曝气生物流化床反应器中,实现同步硝化反硝化脱氮并去除有机物。分析认为,反硝化脱氮主要发生在生物膜内的厌氧微环境,反硝化反应主要由厌氧反硝化菌完成,曝气生物流化床反应器同步硝化反硝化脱氮机理主要从微环境理论解释。     

运行方式对低基质厌氧氨氧化系统脱氮及菌群结构的影响

为了考察运行方式对厌氧氨氧化系统脱氮性能及菌群结构的影响,建立一套厌氧移动床生物膜反应器,在(25±1)℃恒温、低基质(TN≤60 mg·L~(-1))条件下,分别以连续式和间歇式方式运行,采用高通量测序,基于直系同源蛋白簇基因(COGs),对16S rRNA扩增子测序结果进行功能预测,来表征微生物菌群结构和微生物功能的变化。结果表明:系统总氮负荷为(227±13) mg·(L·d)~(-1)时,间歇式运行脱氮效率(90.6%)优于连续式运行效率(74.6%),生物膜厌氧氨氧化细菌的相对丰度高于悬浮污泥;反应器由连续式变为间歇式运行后,主要功能菌属Ca. Brocadia丰度降低,同时,具有部分反硝化作用的Pseudomonas菌丰度出现明显升高。进一步分析可知,在适量的有机物条件下,间歇式运行能够获得更好的厌氧氨氧化与反硝化协同处理效果。本研究结果可为污水处理厂的实际运行提供参考。     

生物同步脱氮除硫工艺研究进展

传统生物脱氮除硫过程中存在着许多问题。近年来,通过对脱氮微生物的深入研究,生物脱氮技术取得了突破性进展,而在生物同步脱氮除硫方面发展相对缓慢。总结了包括反硝化除硫、硫酸盐还原—自养反硝化—硝化、反硝化氨氧化以及硫酸盐型厌氧氨氧化等生物同步脱氮除硫工艺的特点,分析了各自的工艺原理及面临的挑战,并提出了今后的研究方向。     

污水硝化过程中N2O逸出控制的理论与实践

在污水生物脱氮工艺中,硝化过程是由自养硝化菌和异养硝化菌共同完成的.2类细菌的N2O生成机理及逸出量与系统中溶解氧的高低密切相关.了解硝化系统中的典型菌种自养菌Nitrosomonas europaea和异养菌Alcaligenesfaecalis生成N2O的机理是控制硝化过程中N2O逸出的理论基础,通过筛选优势菌种构建同步硝化-反硝化作用则是控制N2O逸出的新途径.