NO3--N负荷对树皮填料人工湿地早期反硝化及释碳速率的影响

为了将污水厂尾水作为再生水进行利用,常常需要对尾水进行深度脱氮,针对尾水的水质特征,在深度脱氮时常常需投加碳源.试验采用树皮作为填料,兼作脱氮的缓释碳源,进行树皮填料人工湿地深度脱氮模型试验,研究进水NO_3~--N负荷对反硝化和树皮释放碳源的影响.结果表明,树皮填料人工湿地可稳定脱氮;反硝化速率遵循Monod关系式,随进水NO_3~--N负荷增大而递增,饱和常数KS=19.10 mg·L~(-1);硝氮去除率随进水NO_3~--N负荷增大而减小;在树皮填料人工湿地运行早期,树皮释碳总量、树皮释碳速率随进水NO_3~--N负荷增大而递增,与进水NO_3~--N均呈线性正相关;树皮静态释碳速率为0.2 mg·(g·d)-1,与腐朽木等中空松散的植物碳源相比,碳源缓释性能较好,释碳周期较长,是良好的缓释碳源.     

SCSC-S/Fe复合系统脱氮除磷途径及微生物群落特性

为提升再生水品质,以玉米芯耦合硫铁填料构造出固相纤维素碳源+硫铁填料复合脱氮除磷系统(简称SCSC-S/Fe复合系统),基于填料生物膜Miseq高通量测序构建了16S rRNA基因克隆文库,结合系统沉积物的X射线衍射(XRD)分析,探讨了该系统对模拟城市污水处理厂低C/N比尾水深度脱氮同步除磷特性及作用途径.结果表明,随温度升高,TN去除率逐渐增大,TP去除率增加不明显,在温度为30℃和水力停留时间HRT=9h时,NO_3~--N、TN、TP平均去除率分别为99.86%、92.70%和89.15%.固相纤维素碳源反硝化脱氮单元内具有降解纤维素类和反硝化作用类细菌分别占细菌总数的41.37%和54.02%,硫铁复合填料脱氮除磷单元内异养反硝化、硫自养反硝化和氬自养反硝化的细菌占细菌总数的91.53%;XRD结果表明,水中的PO_4~(3-)主要以FeP0_4、Fe_3(P0_4)_2·χH_20和Fe_3(P0_4)_3(0H)_2等物质形式去除.因此,复合系统脱氮以异养反硝化作用为主,协同硫自养反硝化和氢自养反硝化作用;复合系统具有"化学+生物"双重除磷作用,以化学除磷作用为主.SCSC-S/Fe复合系统实现了低C/N比城市污水处理厂尾水深度脱氮同步除磷的目的.     

缓释碳源生态基质对低碳氮比河水脱氮效果研究

通过缓释碳源生态基质颗粒脱氮效果实验,比较了缓释碳源生态基质颗粒填料柱与普通砾石填料柱对各种形态氮的去除效果.结果发现,装填生态基质颗粒的实验组出水NO_2~--N、NO_3~--N和TN去除率分别为90.60%、90.32%和63.66%,明显高于对照组-16.39%、-1.51%和25.06%的去除率,说明缓释碳源生态基质可显著增强反硝化作用强度,提高TN去除率.高通量分析结果表明,生态基质组相对丰度超过1%的菌属数量高于对照组,其中,反硝化菌属相对丰度达到30%以上,生态基质释放的纤维素碳源有利于异养反硝化微生物的生长繁殖,使反应器内的微生物群落结构发生显著改变,提高了脱氮效率.     

腐朽木为填料的反硝化滤池特性研究

针对城市污水处理厂二级出水低碳氮比的水质特点,该文通过腐朽木的释碳静态实验和反硝化滤池动态实验,研究了腐朽木的碳源释放规律,对腐朽木释碳组份进行了GC/MS分析,同时以人工模拟配制低碳氮比废水作为反硝化滤池实验的进水,从TN、NO_3~--N的去除效果和COD、NO_2~--N、NH_3-N的变化规律,分析和研究腐朽木作为填料在不同水力停留时间(HRT)下反硝化滤池的脱氮性能和运行效果。结果表明,腐朽木可有效地释放碳源物质,腐朽木释碳组份主要为(Z)-9-Octadecenamide,其分子式为C18H35NO;反硝化滤池在初始阶段HRT为12 h时,脱氮效果最佳,TN、NO3--N去除率最高分别可达到94.41%、97.13%,此时腐朽木作为外加缓释碳源填料显著提高了滤池脱氮效果。     

硫自养反硝化饮用水脱氮：悬浮填料与硫源作用效果评估

针对饮用水硝酸盐污染和固定床硫自养反硝化脱氮负荷低等问题,开展流化床型硫自养反硝化脱氮研究,探究聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭悬浮填料对硫自养反硝化的影响,并对比了不同硫源(升华硫、硫代硫酸钠和生物硫)对反硝化效果的影响.结果表明,悬浮填料可显著提升反硝化脱氮效果,升华硫与硫代硫酸钠效果优于生物硫.在最佳条件下,TN去除率可稳定保持在98.49%,TN脱氮负荷达2.84 g·L^-1·d^-1.机理分析表明,悬浮填料中海藻酸钠可作为异养反硝化的有机碳源,实现自养与异养反硝化相结合,减少了副产物NO₂^-和SO₄^2-的生成,并提供碱度,保持体系pH的稳定.加入悬浮填料后,反硝化微生物生长得到促进,优势菌属为Thauera(兼性自养反硝化菌)和Brachymonas(异养反硝化菌).     

复合碳源填料反硝化脱氮及微生物群落特性

为探讨低碳氮比污水厂尾水的深度脱氮技术,以碱处理玉米芯、零价铁和活性炭组成的复合碳源作为填料,考察反硝化生物脱氮滤柱的运行效果,并借助Miseq高通量测序技术对滤柱生物膜的微生物群落组成和结构进行解析.结果表明,复合碳源填料进行反硝化脱氮时,能有效的被微生物利用并获得较高的TN去除率.在温度为28℃左右,反硝化滤柱进水NO3--N浓度为20~30mg/L、HRT=7.7h时,TN去除率可达到95%以上,出水TOC在15mg/L左右;微生物在属水平进行聚类分析结果表明,生物膜中与反硝化作用有关的菌属和与纤维素降解有关的菌属分别占已知菌属的40.35%和29.04%.因此,污泥中反硝化作用菌属和纤维素降解有关的菌属的大量存在,为复合碳源填料高效反硝化作用提供了可能.     

碳源类型对不同滤料反硝化滤池运行的影响

研究了石英砂和生物陶粒为填料的2种反硝化生物滤柱在分别以甲醇和乙酸钠为碳源时的反硝化效果。结果表明,甲醇比乙酸钠更适用于作为两种滤柱的反硝化碳源。控制C/N为4和水力负荷1.5 m~3/(m~2·h),甲醇为碳源时,石英砂滤柱出水COD、NO_3~--N和TN的去除率平均值分别为80.9%、88.6%和73.7%;生物陶粒滤柱对COD、NO_3~--N和TN的去除率平均值分别为79.9%、93.0%和77.1%。此外,相比于乙酸钠作为碳源,甲醇为碳源出水更稳定,并且出水几乎没有NO_2~--N的积累。作为反硝化滤柱填料,生物陶粒优于石英砂,相同条件下,生物陶粒滤柱生物量更多,污染物去除效果更好。经济分析表明,甲醇作为碳源可以大大节约处理成本。     

3DBER系统功能强化与协同作用机制研究

针对污水厂二级生物处理出水C/N低且可生化性差、深度脱氮需外加碳源等问题,结合污水资源化对二级处理出水深度去除TN、TP和微污染物的技术需求,通过改变传统三维电极生物膜工艺（3DBER）的填料组成,构建了强化反硝化脱氮、并具备同步除磷、除微污染物（以邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸（2-乙基已基）酯（DEHP）为例,用PAEs表示）功能的3DBER多功能复合反硝化系统,探讨了3DBER工艺强化脱氮同步实现除磷、除微污染物复合功能的技术途径,并从工艺性能、微生物种群分布等角度,深入解析了实现复合功能的技术方法与微观作用机制.结果表明,硫/铁复合功能填料是实现低C/N二级生物处理出水深度脱氮、除磷、除微污染物的关键因素,多功能复合反硝化系统脱氮效率比传统3DBER工艺平均提高20%左右,TP去除率可达80%,PAEs去除率在90%以上.化学计量学和分子生物学技术的分析表明,复合系统脱氮、除磷过程中在微生物生态、电子供体补偿和酸碱度平衡等方面存在协同促进作用.其中,脱氮功能来自异养与多种自养反硝化共同作用,除磷的关键是海绵铁的持续腐蚀,PAEs的去除过程则是吸附、电化学氧化与生物降解协同作用的结果.     

基于反硝化脱氮的硫铁复合填料除磷机制

为提高硫铁复合填料反硝化脱氮同步除磷效果,对比研究了不同填料和耦合微生物后的除磷效果,分析了微生物耦合硫铁复合填料反硝化脱氮同步实现除磷的机制.结果表明与单纯海绵铁填料比较,硫磺与海绵铁复合填料除磷效率提高30%,达到95%以上,出水磷含量可降至0.1 mg·L~(-1)以下.X射线衍射(XRD)和总铁浓度分析表明,硫铁复合填料除磷系统反应产物主要为FeOOH、FeS和Fe_4(PO_4)_3(OH)_3固体物质和溶解性铁离子,产生于海绵铁的腐蚀和除磷过程;腐蚀产生的Fe~(2+)及Fe~(3+)的水解产物FeOOH和Fe S通过吸附沉淀作用将PO_4~(3-)转化为Fe_4(PO_4)_3(OH)_3去除.微生物耦合硫铁炭复合填料反应器运行稳定后,TN、TP去除率分别在90%左右和83%以上;硫自养反硝化产生的H~+和生物铁作用也可以促进海绵铁腐蚀和除磷过程,体系将"异养协同自养"复合反硝化与化学除磷有机结合,实现了城市污水处理厂尾水高效反硝化脱氮同步除磷的目的.     

硫铁比对再生水深度脱氮除磷的影响

为了考察硫铁比对反硝化脱氮同步除磷效果的影响,进行了不同硫铁比的反硝化脱氮除磷静态实验,并对复合填料系统反硝化脱氮同步除磷作用进行了分析.结果表明,硫铁复合填料的脱氮除磷效果均显著高于单一填料;硫铁比是影响复合填料反硝化脱氮除磷效果的一个关键因素,当硫铁比(体积比)大于等于1∶1时,TN、TP去除率分别达到了85%和97%以上.复合填料脱氮除磷过程均满足二级动力学方程,系统脱氮作用主要依赖于异养反硝化和硫自养反硝化过程,而除磷主要由于海绵铁腐蚀产生的化学除磷作用.     

异养与硫自养反硝化协同处理高硝氮废水特性研究

在异养反硝化反应器中添加单质硫,实现硫自养与异养反硝化联合处理NO_3~-废水,探讨异养和硫自养反硝化协同过程中的p H恒定及污泥减量化的特性.结果表明,硫自养反硝化菌在异养反硝化反应器内能够实现快速生长.经过65d的运行,控制进水TOC/N为0.65~0.75时,协同反硝化在无额外碱添加的情况下,厌氧反硝化产生的碱度满足自养反硝化的需求;运行至116d时,协同反硝化的总氮去除率为85%以上,脱氮效能稳定在2.5 kg·(m~3·d)~(-1).通过与完全异养反硝化相比,协同反硝化的污泥产量仅为完全异养反硝化的60%,极大地降低了污泥产量.但是利用协同自养反硝化处理高浓度NO_3~--N废水时,存在NO_2~--N累积的现象,即使是最终稳定期也有20 mg·L~(-1),需进行深度处理.     

电流对MEC-3DBER-S脱氮除磷效果的影响及机理分析

针对低C/N污水处理厂二级处理出水中氮、磷去除问题,基于三维电极生物膜工艺（3DBER）反硝化脱氮碳源消耗量少的特点,构建了微电凝聚-三维电极生物膜耦合硫自养强化脱氮除磷工艺（MEC-3DBER-S）.对比研究了3DBER与MEC-3DBER-S在不同电流强度条件下的运行特性,并结合基于nirS基因的克隆文库技术分析了MEC-3DBER-S中反硝化微生物的构成.运行结果表明,MEC-3DBER-S有效强化了氮、磷的去除效果,特别是提高了低电流条件下的脱氮效率;同时电流作用能够促进海绵铁腐蚀,提高除磷效果.当C/N=1.5、HRT=8h、I=300mA条件下,其TN和TP去除率分别达到75%和78%,分别比3DBER高10%和28%左右.基于nirS基因的克隆文库结果表明,MEC-3DBER-S中同时存在与具有异养、氢自养、硫自养和铁自养反硝化功能的菌属相似的细菌.该体系中有机碳源、H2、单质硫和Fe²⁺等电子供体可相互补充,强化了脱氮;同时,体系中还存在物化联合生物除磷的作用,强化了除磷.因而,MEC-3DBER-S复合反硝化体系保证了较高的脱氮除磷效果.     

Microbial community characterization, activity analysis and purifying efficiency in a biofilter process

The growth and metabolism of microbial communities on biologically activated carbon(BAC) play a crucial role in the purification of drinking water.To gain insight into the growth and metabolic characteristics of microbial communities and the efficiency of drinking water treatment in a BAC filter,we analyzed the heterotrophic plate count(HPC),phospholipid,dehydrogenase,metabolic function and water quality parameters during start-up and steady-state periods.In the start-up process of the filter with natural biofilm colonization,the variation in heterotrophic plate count levels was S-curved.The total phospholipid level was very low during the first 5 days and reached a maximum value after 40 days in the filter.The activity of dehydrogenase gradually increased during the first 30 days and then reached a plateau.The functional diversity of the microbial community in the filter increased,and then reached a relatively stable level by day 40.After an initial decrease,which was followed by an increase,the removal rate of NH4+-N and COD Mn became stable and was 80% and 28%,respectively,by day 40.The consumption rate of dissolved oxygen reached a steady level after 29 days,and remained at 18%.At the steady operation state,the levels of HPC,phospholipid,dehydrogenase activity and carbon source utilization had no significant differences after 6 months compared to levels measured on day 40.The filter was shown to be effective in removing NH4+-N,NO2--N,COD Mn,UV 254,biodegradable dissolved organic carbon and trace organic pollutants from the influent.Our results suggest that understanding changes in the growth and metabolism of microorganisms in BAC filter could help to improve the efficiency of biological treatment of drinking water.     

混凝和活性炭吸附去除微污染水源水中DON的研究

溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)作为饮用水中新兴氮消毒副产物(nitrogenous disinfection by-products,N-DBPs)的前体物逐渐受到国内外学者的关注.为探讨混凝和活性炭吸附对微污染水源水中DON的去除机制,首先测定原水中DON、溶解性有机炭(dissolved organic carbon,DOC)、NH4+-N、UV254、pH和溶解氧(dissolved oxygen,DO)等指标和DON、DOC分子量分布;接着通过混凝和活性炭吸附试验来考察原水中DON、DOC和UV254变化,并应用三维荧光光谱对原水中DON变化进行表征.结果表明,微污染水源水中DON、DOC和UV254分别为1.28 mg.L-1、8.56 mg.L-1和0.16 cm-1,DOC与DON比值(DOC/DON)为6.69 mg.mg-1,SUVA为1.87 m-1.(mg.L-1)-1;小分子量(<6 000)DON占较高比例约为68%,大分子量(>20 000)DON占的比例为22%;当混凝剂投加量为10 mg.L-1,DON的去除率大约为20%,DOC和UV254去除率约26%、70%;当活性炭投加量为1.0 g,DON、DOC和UV254的去除率大约为60%、35%、100%;混凝和活性炭吸附组合试验时,对DON、DOC的去除率大约为82%和64%;三维荧光光谱证实,原水中DON变化与3个主要峰有关,分别代表物质为色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类物质.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

一株异养硝化-好氧反硝化菌Bacillus flexus X1-L的分离鉴定及效能研究

近年来,随着中国经济的快速发展,水体中氨氮超标问题已严重影响到人类身体健康和生态环境平衡,有效去除水体中的氨氮已成为人们研究的热点.在传统污水生物脱氮处理中,常采用微生物的硝化、反硝化作用去除污水中的氮素,从而降低对环境的污染.本文从活性污泥反应器中分离出一株异养硝化-好氧反硝化菌株,并命名为X1-L.菌体经形态学观察、生理生化测定及16S rRNA基因序列分析,确定属于芽孢杆菌属（Bacillus sp.）,Genbank登录号为MT457091,并利用MEGA7.0软件建立了相应的系统发育树.在以NH₄⁺-N为唯一氮源的条件下,菌株X1-L生长较好,COD去除率为96.4%,氨氮去除率达到99.6%,经硝化作用去除的氮有43.7%,证明菌株X1-L具有异养硝化能力.在以NO₂^--N或NO₃^--N为唯一氮源的条件下,菌株X1-L生长也较好,COD去除率分别为95.3%和96.4%,NO₂^--N和NO₃^--N去除率分别为95.5%和96.5%,经反硝化作用去除的氮分别有67.7%和68.2%,证明菌株X1-L具有好氧反硝化能力.     

后置固相反硝化滤池工艺沿程微生物特性

为解决现有低碳源污水处理工艺能耗高、工艺复杂和脱氮效果不佳等问题,提出一种新型的混凝沉淀/后置固相反硝化滤池工艺.为了从微生物角度来解释该工艺的宏观脱氮效果,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术研究了工艺中生物滤池沿程微生物群落结构的变化规律及脱氮功能菌的类型.结果表明,硝化滤池内生物膜中微生物的多样性和丰度沿上向流方向呈逐渐上升的趋势,且硝化细菌在顶端富集,而固相反硝化滤池呈先上升后下降的趋势,反硝化菌在中部富集.硝化滤池中的优势菌株为硝化细菌Nitrosomonas sp. Nm47和Candidatus Nitrospira defluvii;固相反硝化滤池中的优势菌株为反硝化菌Rubrivivas gelatinosus和固体碳源降解反硝化菌Myxobacteria.     

长江原水臭氧-生物活性炭挂膜中试研究

为了探究面向长江水源的臭氧-生物活性炭深度处理工艺的挂膜技术,进行了长江原水常州段的臭氧-生物活性炭挂膜中试研究.结果表明,在挂膜前期,由于炭柱的物理吸附作用逐渐饱和,炭柱对DOC(溶解性有机碳)、UV_(254)和COD_(Mn)(高锰酸盐指数)的去除率逐渐降低,对氨氮几乎没有去除,在挂膜中后期,由于活性炭上生物膜逐渐成熟,生物降解起主导作用,有机物和氨氮去除率升高并趋于稳定.90 d后,炭柱对DOC、UV_(254)和COD_(Mn)这3个有机物指标的去除率分别稳定在30.64%、57.50%和30.00%以上,氨氮去除率稳定在88.93%左右,认为挂膜成功.扫描电镜图显示活性炭表面出现丰富的菌胶团,同时高通量测序也验证了活性炭中丰富多样的微生物群落结构.