不同生物过滤系统铵态氮转化速率及生物膜特性分析

实验模拟循环水养殖系统,运行了移动床生物膜反应器(moving bed biofilm reactor,MBBR)和挂帘式生物滴滤池两类生物过滤系统的6种不同填料反应器,对比分析了各反应器的填料挂膜效果、铵态氮转化速率和生物膜微生物群落结构等特征.结果表明,与MBBR相比,挂帘式生物滴滤池挂膜速度快且生物量较多,其中碳纤维挂帘式生物滴滤池的脱膜后生物膜重最大,为45.97 g·m-2,8 h NH+4-N去除率(86.76%)高于其他反应器(61.96%~78.76%),并且NO-2-N累积少,16 h时NO-2-N浓度在0.5 mg·L~(-1)以下.通过Illumina高通量测序技术对生物过滤系统中生物膜微生物群落结构进行解析,结果表明,不同类型反应器的生物膜内的细菌、真核微生物群落构成有明显区别,无论是细菌还是真核微生物,挂帘式生物滴滤池的物种丰度和多样性均高于MBBR,但MBBR的细菌群落物种集中度更高.硝化螺菌属(Nitrospira)及放线菌中的Nakamurella属在两类反应器的生物膜中均占优势,腐螺旋菌科(Saprospiraceae)在挂帘式生物滴滤池更多,而丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)更倾向于在MBBR中富集.在真核微生物属水平相对丰度上,挂帘式生物滴滤池中小杆目中的Rhabditida norank占明显优势,而MBBR中绿藻纲中的Chlorophyceae norank占明显优势.以上研究结果为挂帘式生物滴滤池在循环水养殖水质净化中的应用奠定了实验基础.     

不同填料负载微生物去除地表水氨氮的研究

氨氮浓度过高是黑臭水体难以治理的重要原因之一.本研究比较了经活性污泥驯化的菌株与市售硝化菌液两种不同菌剂分别在有机填料聚丙烯纤维和无机填料沸石上的挂膜特性,考察了不同挂膜填料性质、填料粒径、源水pH值等因素对氨氮去除效果的影响,并通过高通量测序解构不同填料生物膜的微生物群落差异,探究填料负载微生物的生物膜法去除氨氮的综...     

自然通风沸石生物滴滤池脱氮机理

研究了自然通风沸石生物滴滤池中无机含氮化合物及微生物活性的沿程变化规律.结果表明,在水力负荷为6 m3/(m2·d),进水ρ(氨氮)为(19.2±2.6) mg/L的条件下,滴滤池单位体积滤料对氨氮的去除效果自上而下逐渐降低.而硝化速率的测定结果表明,中层和下层单位体积滤料上的硝化细菌活性较上层有了显著增加.因此可以认为,影响氨氮去除效果的首要因素是液相与生物膜相之间的氨氮传质速率,而非单位体积滤料的硝化细菌活性.滴滤池进出水中无机含氮化合物组成的变化表明,滤层中出现了显著的同步硝化反硝化现象,原因是滤池内部的沸石颗粒通风不畅,造成了局部的缺氧环境,利于反硝化作用的进行;同时,由于进水端C/N相对较高,反硝化主要发生在滴滤池上层.对生物膜耗氧速率的分析表明,上层生物膜以异养菌为主,随着有机物的沿程降解,中层和下层自养菌所占比例增加.      

生物强化方式对生物转盘处理养殖废水效果及生物多样性的影响

畜禽养殖废水污染物浓度高、生物毒性大,导致传统生物处理工艺难以满足达标排放要求.为探究高效的畜禽养殖废水处理工艺,采用生物转盘作为主体工艺,利用异养硝化-好氧反硝化菌（简称"HN-AD菌"）为生物强化菌剂,对比了强化污泥挂膜和菌剂挂膜两种不同生物强化方式下该工艺在启动时间、碳耗、能耗、真实废水处理效果及微生物多样性方面的差异,以确定最佳生物强化方式.结果表明:①模拟废水试验中,菌剂挂膜反应器启动时间（19 d）明显短于强化污泥挂膜（33 d）,参数优化后发现,在相同处理效果下,前者碳耗、能耗较后者分别低48.22%、33.33%.②真实废水处理试验中,菌剂挂膜反应器的COD_Cr、NH₄+-N、TN平均去除率较后者分别高7.11%、26.97%、29.14%.③在微生物多样性方面,菌剂挂膜体系中Comamonas（丛毛单胞菌属）相对丰度是强化污泥挂膜体系的10倍左右,推测Comamonas可能是在异养硝化好氧反硝化过程中发挥关键作用的菌属.④SEM观察发现菌剂挂膜生物转盘盘片上的生物膜更薄,但HN-AD优势菌富集程度更高.研究显示,菌剂挂膜反应器对模拟废水、真实废水的处理效果均优于强化污泥挂膜反应器,且效果更稳定.      

沸石生物滴滤器处理分散式生活污水的性能及生物膜特征

构建沸石生物滴滤器处理农村生活污水,研究了滴滤器的挂膜启动特征、进水水力负荷对滴滤器处理生活污水性能的影响.滴滤器采用连续进水的方式挂膜,挂膜26d后,COD和氨氮去除率分别达到85%和68%以上,且COD和氨氮相邻两次监测结果的相对偏差均低于10%,表明滴滤器挂膜成功,并基本达到了稳定的运行状态.滴滤器表现出对进水水力负荷变化较强的适应性,水力负荷为300L/（m²·d）时,滴滤器对COD、氨氮、TN、TP的平均去除率分别达到90.8%、87.1%、67.2%、90.1%.滴滤器对有机物和氮磷的去除途径结果表明,微生物降解和转化作用对污水中COD、氨氮、TN的去除贡献率最大,填料的吸附则是TP去除的主要途径,铁屑的氧化是影响填料吸附去除TP的重要因素.生物量及生物膜的分布特征表明,滴滤器内生物膜中细菌的多样性十分丰富.     

沸石滤料曝气生物滤池的挂膜启动研究

采用沸石滤料曝气生物滤池（ZBAF）,对微污染水源水预处理的挂膜启动进行研究。试验结果表明：挂膜过程中CODMn和氨氮的去除率提高不同步,好氧异养菌的增殖速度较快,硝化菌增殖较慢;ZBAF对氨氮具有很好的去除效果,去除率高达90%以上。启动初期对氨氮的去除以离子交换作用为主,末期以硝化作用为主,CODMn的去除一直处于不稳定状态,故对于ZBAF应以氨氮的硝化去除率达到稳定作为挂膜成熟的标志,而不以氨氮总去除率及CODMn去除率作为标志。     

沸石生物基材料促进污泥消化工艺研究

将活化沸石在厌氧状态下进行生物膜挂膜,制成沸石生物基材料并将其运用于城市剩余污泥消化中,研究沸石生物材料促进污泥厌氧消化的效果。结果表明:沸石生物基材料对污泥总固体量和挥发性固体都有较好的去除效果,去除率分别在50.4%～62.8%和56.8%～81.4%,其中粒径为200目的风干沸石生物基材料对污泥总固体减重率高达62.8%;对污泥上清液中氨氮和COD的去除效果明显且稳定,沸石生物基材料在风干状态下对污泥消化的促进效果更佳。     

移动床膜生物反应器同步硝化反硝化特性

采用挂膜填料代替传统膜生物反应器(MBR)的活性污泥,构建一种新型的移动床膜生物反应器 (MBMBR),考察其处理模拟生活污水的效果及同步硝化反硝化(SND)特性.结果表明,移动床膜生物反应器运行67 d,对模拟生活污水表现出良好的去除有机物及同步硝化反硝化能力.进水COD浓度为573.5～997.7 mg/L时,膜出水COD去除率为88.3%～99.2%.进水氨氮浓度为45.5～99.2 mg/L时,膜出水氨氮去除率为72.1%～99.8%,总氮去除率为62.0%～96.3%.批式实验结果表明,生物膜去除总氮的最佳溶解氧浓度为1 mg/L,其中氨氮和总氮去除率分别为100%和60%.生物膜系统内可能存在好氧反硝化现象.DO为3 mg/L且有机碳源充足时,生物膜总氮去除率为99.0%,SND率达到99.8%.扫描电镜对生物膜的观察发现生物膜内部存在着明显的孔隙,有利于溶解氧和有机基质从外界向生物膜内部传递.     

AOB与AnAOB在不同生物填料上挂膜效果的研究

针对厌氧氨氧化工艺运行过程中污泥流失严重与启动时间长等问题,本研究通过对多种市售生物填料的挂膜实验,筛选适合好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌挂膜的生物填料.结果表明,当活性污泥中的好氧氨氧化菌菌属为Nitrosomonas时,AQ1聚氨酯立方体填料最适合其挂膜,挂膜成熟时好氧氨氧化速率可以达到（0.81±0.08）mg N/（L·h）,挂膜生物量为（0.87±0.14）mg VSS.而更适合厌氧氨氧化菌（Candidatus Kuenenia）挂膜的生物填料为K3环形填料,材质为聚乙烯或者聚丙烯.当厌氧氨氧化菌挂膜成熟时,其厌氧氨氧化速率可以达到（3.27±0.10）mg N/（L·h）,挂膜生物量为（2.74±0.40）mg VSS.厌氧氨氧化菌在K3型填料上的挂膜要优于好氧氨氧化菌,其原因是厌氧氨氧化菌分泌的胞外聚合物含量要高于好氧氨氧化菌,而胞外聚合物是形成生物膜的重要因素.     

直流电对硝化细菌活性的影响

研究外加直流电分别对悬浮和固定膜二种存在状态的硝化细菌代谢活性和硝化效率的影响 .小于 2 5A·m-2 的直流电对游离细菌硝化氨氮没有影响 ,5A·m-2 以上的电流开始抑制细菌的硝化作用 .生物膜具有较强的抗电能力 ,15A·m-2 的直流电仅使氨氮的硝化速率降低 2 0 % .另外 ,电流对生物膜的持菌量影响差异较大 .当电流密度为 15A·m-2 时 ,负极的持菌量减少 90 %以上 ,正极减少 5 8% ,而电极中间填料的持菌量仅减少 8% .测量生物膜中磷脂含量发现 ,正极表面生物膜中活细菌比重最小 ,正极其次 ,填料表面生物膜中活细菌含量最高     

信号分子强化改性挂膜沸石持续抑制沉积物中氨氮释放

为寻找一种长期有效的底泥修复方式,对沸石进行了改性并挂膜的实验.考察了 4种铝盐[AlCl3、Al(NO3)3、Al2(SO4)3和KAl(SO4)2]改性挂膜沸石对上覆水中氨氮的去除情况.结果表明,AlCl3改性挂膜沸石效果最佳,且最佳改性浓度为0.8 mol·L-1.进一步分析添加信号分子OHHL后,AlCl3改性...     

天然沸石去除氨氮研究

研究了生物膜、悬浮物对天然沸石去除氨氮的影响及其沸石去除氨氮的主要途径。结果表明，沸石去除氨氮主要是离子交换作用，吸附很小，可忽略不计；由于生物膜对氨氮的同化作用，使得有生物膜的沸石对氨氮的交换容量高于无生物膜，其等温交换曲线换符合Freundlich吸附等温式：y/m=KC^l/n；沸石的吸附容量随着悬浮物浓度增高而降低，2者呈负指数关系；悬浮物对沸石离子交换的影响主要在孔扩散控制阶段，在膜扩散控制阶段影响较小；如果停留时间较短（少于3h)，悬浮物对沸石离子交换的影响不大。     

气液环境下白腐真菌Phanerochaete chrysosporium在载体表面的附着性能研究

以白腐真菌Phanerochaete chrysasponum为研究对象，考察了该菌种在液相和气相环境中在陶粒、颗粒炭、玻璃珠、竹子、聚丙稀多面空心球、沸石上的附着和生长情况．研究结果表明，在液相环境中，白腐真菌Phanerochaete chrysosporium对竹子、沸石、陶粒、聚丙稀多面空心球有较好的附着能力，但菌体的生长量和形态特征受载体的影响而产生明显差异．在有玻璃珠和颗粒炭存在的液相环境中，均出现一定数量的菌丝小球。但在载体表面无附着现象．将附有菌体的载体置于气相环境中，发现白腐真菌在载体表面能够形成气生菌丝层．同时．显微镜下观察发现，菌体在沸石、陶粒和多面空心球表面呈绒毛状，质地松散，在竹子表面的菌体有明显的交织结构．     

生物滴滤池净化二氯甲烷废气的实验研究

在φ50mm生物滴滤池内进行了二氯甲烷废气净化的实验研究.由工厂活性污泥经驯化培养得到菌种,进一步接种、在填料表面挂膜,接种和挂膜约需30d.滴滤池内装填聚丙烯散堆填料,废气和循环液在滴滤池内逆流操作,循环液pH值为7.0±0.5,温度维持在28.5±2℃的条件下,生物膜系统能较好地适应进口浓度的变化.在气体空床停留时间为15.7s、二氯甲烷进口浓度为0.7～3.12g/m³的范围内,去除效率为72.0%～99.1%.滴滤池中的酸性环境对二氯甲烷的降解具有明显抑制作用.     

PCR-DGGE研究沸石植生混凝土微生物群落结构

采用PCR-DGGE技术研究了滨水区和非滨水区沸石植生混凝土内部微生物群落结构,结果表明:沸石植生混凝土内部微生物多样性指数和物种丰度值均很高,滨水区和非滨水区植生混凝土内部微生物多样性指数与物种丰度总体持平,但是各部分微生物丰度差异明显.滨水区微生物丰度值根部5~10cm>根部10~15cm>沸石表面生物膜.非滨水区微生物丰度沸石表面生物膜>根部5~10cm>根部10~15cm.基因测序结果和系统发育树分析可知.滨水区和非滨水区以及沸石混凝土内各部分之间优势菌种各不相同,在滨水区,沸石表面微生物膜中优势菌种为丙酸杆菌、都柏林克罗诺杆菌和葡萄球菌属,根部5~10cm中优势菌种为黄杆菌和沙门氏菌属,根部10~15cm中优势菌种为慢生根瘤菌属;非滨水区,沸石表面微生物膜中优势菌种为芽孢杆菌和红假单胞菌属,根部5~10cm中优势菌种为沙门氏菌、微球菌亚目的Agromyces和酸杆菌属,根部10~15cm中优势菌种为沙门氏菌属.     

Effects of the support material addition on the hydrodynamic behavior of an anaerobic expanded granular sludge bed reactor

As a support material, zeolite can be used to promote the granulation process due to its high settable property and the ability to retain biomass on its surface. The present paper reports on the influence of zeolite addition on the hydrodynamic behavior of an expanded granular sludge bed reactor (EGSB). Different models were applied to fit the flow pattern and to compare EGSB hydrodynamic performance with and without the addition of zeolite. The experimental data fit the tanks in a series model for zeolite bed height of 5 cm and upflow velocity of 6 m/hr. Higher axial dispersion degree (D/uL) was obtained at lower heights of zeolite. The real hydraulic retention time (HRTr) was increased with both increased zeolite bed height and increased upflow velocity. The short-circuit results for 5 cm of zeolite bed and 6, 8 and 10 m/hr upflow velocity were 0.3, 0.24 and 0.19 respectively, demonstrating the feasibility of using zeolite for a proper hydrodynamic environment to operate the EGSB reactor. The presence of zeolite resulted in the higher percentage values of dead zones, ranging from 12% to 24%. Zeolite addition exerted a positive effect on the hydrodynamics pattern for this technology being advantageous for the anaerobic process because of its possible contribution to better biofilm agglomeration, granule formation and substrate-microorganism contact.     

人工湿地中除磷填料的筛选及其除磷能力

针对猪场废水水质特点,对4种填料的理化特性进行了分析,并考察了4种填料的除磷能力.结果表明,废砖块和沸石的表面微结构更有利于生物膜的生长,而海蛎壳与废砖块则具有较高的除磷潜能;4种填料对磷素的理论饱和吸附量依次为海砺壳>废砖块>火山岩>沸石,海蛎壳对磷素的吸附主要为化学吸附,而废砖块、火山岩和沸石对磷素的吸附主要为物理吸附,其中废砖块对磷素的吸附过程中存在化学吸附作用;在动态吸附试验中,海蛎壳对磷素的去除效果最好,其次为废砖块、火山岩和沸石,4种填料去除磷素的主要途径由其化学成分和化学形态决定.由试验结果可知,海蛎壳是人工湿地处理猪场废水时较为理想的除磷填料.     

悬浮填料的选取及其性能试验研究

填料是生物膜法废水处理的关键技术之一。采用无纺布制成一种新型的悬浮填料，根据污水处理工程中对悬浮填料的要求确定了填料的材质、形状及尺寸，并对该填料的性能进行了试验研究。结果表明，选用聚丙烯无纺布作成直径11mm，高11mm的中空圆筒状填料，并经过一定的表面处理可满足污水处理对填料的要求。     

基于活性微生物特征的供水管壁生物膜生长特性

管网生物膜由各种活性微生物、微生物残体及有机无机杂质组成,管网生物膜的生长会导致机会致病菌寄居、管道腐蚀以及水质恶化等系列饮用水卫生问题.为研究供水管壁生物膜形成过程和附着生长活性微生物的分布特征,采用异养菌平板计数(HPC)、流式细胞术(FCM)和16S rRNA高通量测序对3种典型室内供水管材:聚氯乙烯(PVC)、无规共聚聚丙烯(PPR)、不锈钢(STS)内壁活性微生物的生长特性和群落多样性进行了分析.结果表明,PVC管壁生物量在第73 d最先达到峰值,3种管材内壁单位面积最大生物量、生物膜成熟时期生物量均呈现PVC PPR STS的规律. 3种管材表面活性细菌群落结构组成上,PVC管表面主要以硝化螺旋菌门为主,PPR和STS管以疣微菌门为主,其中STS管壁上生物膜物种丰富度最低、多样性最小,群落结构最简单. PVC和PPR管内壁表面相较STS管存在更多的蓝藻细菌和放线菌,在饮用水输配过程中更易引发饮用水嗅味问题.管材介质对管壁生物膜上微生物群落结构存在一定影响.