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。     

3DBER-S阴极nirS型反硝化菌群的分析

为探究低碳氮比条件下3DBER-S(三维电极生物膜与硫自养耦合脱氮工艺)阴极反硝化菌群特征、强化脱氮机制,在TOC/TN=0.36的进水条件下稳定运行反应器,运用nir S基因克隆文库方法,分析了3DBER-S阴极生物膜反硝化菌群结构。结果表明,在3DBER-S阴极生物膜上反硝化菌中,β变形菌(β-proteobacteria)是优势菌种,占细菌总数的59.22%。其中,所占比例最大的是异养菌,包括与固氮弧菌属(Azoarcus tolulyticus)和趋磁螺菌(Magnetospirillum magneticum)类似的细菌,分别占44.74%和21.05%。能够分别利用硫单质或氢气作为电子供体进行反硝化脱氮的Sulfuricella denitrifican、高氯酸盐降解菌(Dechlorospirillum sp.)和陶厄氏菌属(Thauera)三者所占比例之和达到了17.11%。表明系统中氮的去除是由异养反硝化、氢自养反硝化和硫自养反硝化共同作用的结果,既有效减少了脱氮过程中有机碳源的消耗,又维持了系统酸碱度的平衡,从而能够在低碳氮比条件下维持稳定高效的脱氮效果。     

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。     

低碳氮比对生物膜-电极反应器反硝化的影响

以乙酸钠作为碳源,给阴阳极外加2V的直流电压,考察了不同低C/N对连续运行的生物膜-电极反应器反硝化的影响。结果表明,当C/N从1.5∶1减少到0.8∶1时,生物膜-电极反应器NO-3-N去除率从99.5%下降至64.1%,出水NO-3-N的浓度从0.27mg/L增加到17.96mg/L,出水NO-2-N的浓度从0.24mg/L增加到2.6mg/L,出水NH+4-N浓度从4.93mg/L下降至3.35mg/L。当C/N为1.5∶1时,生物膜-电极反应器的自养反硝化率仅为8.0%,当C/N降至1∶1时,自养反硝化率增加至30.4%,然而,当C/N从1∶1进一步降低至0.8∶1时,自养反硝化率却从30.4%下降至21.8%。各C/N条件下,生物膜-电极反应器出水的SCOD浓度均高于对照生物膜反应器。生物膜-电极反应器的自养反硝化率与其出水pH呈正相关。     

聚丁二酸丁二醇酯反硝化反应器的脱氮效果及微生物群落变化研究

利用一种新型可生物降解聚合物聚丁二酸丁二醇酯(PBS)作为反硝化的碳源和附着生长载体构建反硝化反应器,进行反硝化效果研究,并利用聚合酶链式反应—变性梯度凝胶电泳技术研究该反应器挂膜阶段生物膜微生物的组成、结构变化及其与净化效果的关系.结果表明,利用PBS作为反硝化的碳源和附着生长载体构建的反硝化反应器脱氮效果显著,并且...     

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。     

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。     

有机碳源条件下厌氧氨氧化SBBR中的微生物多样性

研究有机碳源对SBBR厌氧氨氧化菌群等微生物的影响。采用16S rDNA序列与PCR-DGGE分析技术相结合的方法,对稳定运行的反应器内的活性污泥和生物膜样品,进行细菌多样性图谱分析,同时采用巢式PCR-DGGE技术对浮霉状菌属(Planctomycetes)细菌进行分析。结果表明,在有机碳源反应系统细菌条带数和多样性指数均高于无机系统,与活性污泥相比,生物膜表尤为明显。当进水不含有机碳源时,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB),厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia oxidizing bacteria,ANAMMOX)为优势功能菌;当进水含有机碳源时,系统中存在的AOB以亚硝化单胞菌(Nitrosomonas sp.)为优势菌群,同时存在反硝化菌,如索氏菌(Thauera sp.)以及厌氧氨氧化菌,它们共同作用完成N的去除。此外,与无机碳源系统相比,有机碳源的存在,有利于浮霉状菌的积累,但压缩了ANAMMOX的生存空间。本研究可为厌氧氨氧化工艺处理低C/N比有机废水提供了理论依据。     

不同污泥源条件下ANAMMOX启动及其与反硝化协同脱氮对比

采用城市生活污水配水同时启动两组ASBR,R1接种好氧硝化污泥,R2按2∶1混合接种短程硝化和厌氧氨氧化污泥,研究2个ANAMMOX反应器启动的可行性及其差异。实验结果表明,R1和R2均可成功启动ANAMMOX,R1需130 d,R2仅需73 d;稳定期R1和R2反应器NH4+-N、NO2--N和TN去除率分别达95.30%、91.30%、76.28%和96.2%、98.3%、90.1%,且周期内NH4+-N、NO2--N和NO3--N降解规律相似;R1和R2反应器发生的主要反应为厌氧氨氧化,但同时存在反硝化作用;2组反应器稳定运行后污泥颜色、形态及微生物组成相似,经SEM观察多为球状菌。     

添加前处理垃圾渗滤液污泥反硝化效能及微生物学分析

以探究前处理垃圾渗滤液作为去除高浓度硝态氮外加碳源的可行性为目的,建立SBR系统R0、R1(分别以无水乙酸钠、前处理垃圾渗滤液+无水乙酸钠作为碳源),采用模拟高浓度硝态氮废水培养获得快速高效反硝化活性污泥,考察了其脱氮效能并进行了分子生物学分析。结果表明:在PLL添加体积分数为10%时,R1系统在2.5 h内可将硝态氮几乎完全去除,反硝化速率高达58.05 mg·(g·h)~(-1),是R0系统的1.79倍;16S rDNA扩增子测序结果显示,R0、R1反应器内微生物种群类别较为相似,丰度位于前3位的优势反硝化菌分别为假单胞菌属(Pseudomonas)、陶厄氏菌属(Thauera)和Pannonibacter,但相对丰度存在差异;经qPCR测定,实验组R1中反硝化基因nar G、nir K、nir S和nor B的相对表达量显著高于对照组R0。前处理垃圾渗滤液作为外加碳源可以提高污泥反硝化活性。     

多孔碳表面自养硝化生物膜的培养及其性能研究

在pH值7．5～7．8、温度28℃、DO≥3mg／L的条件下，分别以NaNO2和K2HPO4为氮源和磷源，按N：P=50：1的比例混合，对自养硝化菌进行液相培养并在一种新型材料多孔碳的表面挂膜，进而对其特征、性能等进行了研究。实验得到了稳定的自养硝化生物膜；当NO2^-浓度为206．82mg／L时，生物膜的稳定硝化速率可达260mg/L·d；经鉴定，硝化速率最高的N-20菌株属硝化杆菌属(Nitrobacter sp．)。     

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.     

气升式环流生物膜反应器硝化反硝化除磷过程的研究

针对反硝化聚磷菌的生物学特性,设计并制作了硝化反硝化除磷气升式环流生物膜反应器,并就其对生活污水的脱氮、脱碳和除磷过程进行了试验.试验结果表明,当进水COD为309.8 mg/L、NH4 -N为116.0 mg/L、PO34-P为10.5 mg/L时,它们的去除率分别为95.3%、94.6%和73.1%.通过间歇试验表明该反应器可以实现反硝化除磷.     

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.     

以聚己内酯作为生物反硝化固体碳源的研究

为解决水体因低碳氮比而导致脱氮效率差的问题,将颗粒聚己内酯(PCL)重新塑形为阶梯环状,研究其作为反硝化过程的生物膜载体与固相碳源的反硝化性能。结果表明,在静态实验中,平均反硝化速率为8.57 mg NO3-N/(L·h);反硝化过程为零级反应。连续填充床实验中,超过90%的硝酸盐可被去除,出水NO2-N质量浓度低于0.20 mg/L;出水NH3-N质量浓度略有上升;出水溶解性有机碳(DOC)先上升后降低至1 mg/L左右。电子扫描显微镜扫描显示,PCL阶梯环反应表面空隙率较高,表面生物膜以杆菌为主,反应后被明显腐蚀;液相色谱检测显示PCL阶梯环分子量反应前后略有下降,其结构未受到破坏;表明该材料适合作为反硝化反应的碳源的同时,又可以作为载体供微生物附着生长。     

一体化生物膜反应器处理生活污水试验研究

根据传统好氧硝化和缺氧反硝化生物脱氮的工艺原理,开发了一体化生物膜反应器,并对其进行了处理生活污水的试验研究。试验结果表明,在有机负荷提高的前提下,通过对进水方式和曝气速率的调节,反应器对COD和TN的去除率达到97％和82％;污泥活性测定表明,硝化反应和反硝化反应分别在反应器的好氧区和缺氧区占优势,但由于生物膜内部微环境的存在,反应器不同区域均有同时硝化和反硝化(SND)现象的发生。     

反硝化生物滤池生物膜胞外聚合物空间分布特征

研究了上流式反硝化生物滤池(DNBF)生物膜胞外聚合物(EPS)的空间分布特征,EPS的空间结构及组成对基质在生物膜内的传质作用有较大的影响,进而影响反硝化反应的进程和DNBF的脱氮效果。结果表明,沿水流方向生物膜EPS含量呈先升高后降低的变化趋势,在滤料层中间段为最高(56.14 mg·g~(-1))。将生物膜EPS分为悬浮型与附着型(包括溶解型、松散附着型和紧密黏附型)进行分层分析,发现每个分层的蛋白质含量均高于多糖含量;悬浮生物膜EPS中的多糖含量高于其他分层;溶解型和松散附着型生物膜EPS中的多糖含量高于紧密黏附型生物膜EPS。三维荧光光谱分析表明,悬浮生物膜EPS中所含主要物质为溶解性微生物分解副产物类,附着生物膜中,溶解型和松散附着型生物膜EPS包含酪氨酸类、色氨酸类蛋白质以及溶解性微生物分解副产物类蛋白质,紧密黏附型生物膜EPS主要包含溶解性微生物分解副产物类蛋白质。傅里叶红外光谱解析表明,羧基、酰胺基、羟基等是EPS中的主要基团。     

不同水力停留时间条件下PCL为碳源去除水产养殖水体硝酸盐的效率及微生物群落分析

以可生物降解聚合为碳源的固相反硝化可以避免水产养殖用水硝酸盐处理过程中碳源反复添加、碳源不足或过量等问题。水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)是生物反应器运行管理的主要参数之一,用固定膜反应器固相反硝化的方法研究了HRT对以聚己内酯(polycaprolactone,PCL)为碳源的反应器去除循环水养殖系统硝酸氮(浓度为170~197 mg·L~(-1))的效率的影响。研究结果表明不同水力停留时间对硝酸盐去除效率差异显著。在HRT为6 h和8 h时,硝酸盐速率分别为(0.55±0.32)g·(L·d)~(-1)和(1.05±0.33)g·(L·d)~(-1),且出水亚硝氮浓度和氨氮浓度均明显低于进水浓度;在HRT为4 h和2 h时,进出水硝酸盐浓度差异不明显。电子扫描显微镜观察显示PCL表面生物膜主要为杆状菌,应用傅里叶红外扫描观察发现使用前后PCL的化学结构没有发生明显改变。应用高通量方法测定的微生物群落结构表明,62%的细菌为Proteobacteria(62%),在鉴定出的细菌中,食酸菌属(Acidovorax),固氮螺菌属(Azospira),丛毛单胞菌属(Comamonas),代尔夫特菌属(Diaphorobacter),懒小杆属(Ignavibacterium),弗拉特氏菌属(Frateuria)可以同时降解PCL和进行反硝化。     

常规运行模式下循环式活性污泥工艺除磷性能的研究

研究了常规运行模式下循环式活性污泥(CAST)工艺对磷酸盐的去除,考察了运行周期内反应器选择区和主反应区中磷酸盐、硝酸盐的浓度变化,并分析了CAST反应器的除磷途径和限制性因素,在此基础上测定了系统内反硝化聚磷菌所占的比例。研究表明,系统运行稳定后,出水磷酸盐的平均值为1.9mg/L,平均去除率约为62%;系统除磷是在聚磷菌和反硝化聚磷菌的共同作用下完成的,其中反硝化聚磷菌所占比例为81.1%。     

硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复城市黑臭水体

固定化微生物技术可促进城市黑臭水体中氮磷污染物去除,但硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体研究较少。通过向改性载镧膨润土基复合微生物菌剂(La-Bt基复合菌剂)中添加经S₂O₃^2-驯化培养的硫自养反硝化菌(NR-SOB),试图引入硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体。在La-Bt基复合菌剂投加量为1.5 g/L时,向黑臭水体中分梯度投加不同浓度NR-SOB,研究NR-SOB协同La-Bt基复合菌剂去除黑臭水体污染物效果,并通过高通量测序分析底泥微生物群落结构变化。结果表明,当NR-SOB投加量为0.3 g/L时,对黑臭水体和底泥处理效果较好：上覆水氨氮、TN和TP去除率分别为87.42%、69.85%和71.11%;底泥酸可挥发性硫(AVS)去除率为34.76%,底泥TN和TP去除率分别为45.22%、45.04%;实验结束时底泥中厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度从11.76%降至9.84%,硫杆菌属(Thiobacillus)相对丰度达2.82%,氮硫去除相关微生物菌属比例提升约0.95%。