曝气量对微生物燃料电池脱氮的影响

实验构建生物阴极双室微生物燃料电池,探究在微氧条件下曝气量对其产电性能和阴极脱氮的影响.以乙酸钠为碳源,氯化铵为氮源.实验在25℃温度下,阴极持续曝气,并控制反应器内为微氧状态,富集培养短程硝化反硝化菌群.实现了在特定曝气量条件下生物阴极短程硝化反硝化脱氮.实验结果表明,在曝气量为1.64 mL·min-1的条件下,短程硝化反硝化脱氮效果最好.亚硝态氮积累率为81.70%,总氮去除率达到69.66%,最大稳定电压达0.47 V左右,库伦效率为43.8%,产电效能较好.针对实际污水处理开展相关实验,MFC阴极短程硝化反硝化总氮去除率可达到81.93%,优于全程硝化反硝化.在短程硝化反硝化的微生物群落中,Betaproteobacteria纲和Thauera菌属在短程硝化反硝化中得到了有效的富集,有利于生物脱氮,并且Nitrosomonas菌是主要的氨氧化菌属.     

异养硝化微生物菌剂及其好氧颗粒污泥的脱氮试验

在3个相同的反应器(No.1、No.2、No.3)中,向活性污泥中投加异养硝化微生物菌剂,以批次试验和SBR试验的方式,研究了异养硝化微牛物菌剂对模拟废水的处理效果.结果表明,该菌剂可以大幅度提高活性污泥对氨氮和COD的去除率.批次运行试验中,反应器No.1运行3 d,氨氮去除率大于98.11%,COD去除率大于99%.该投加菌剂的活性污泥每克干污泥的脱氮能力为15.77 mg d-1.以SBR方式运行16 d的试验中,可能是由于功能菌株的流失导致3个反应器的脱氮效果有逐步降低的趋势.采用该异养硝化脱氮微生物菌剂培育出的异养硝化好氧颗粒污泥对模拟废水进行了脱氮试验.在较低运行温度(11～13℃)下以SBR方式运行10 d,反应器处理效果稳定,氨氮去除率70.75%～76.42%,COD去除率在90%以上.该异养硝化好氧颗粒污泥每克干颗粒的脱氮能力为372.00 mg d-1.以上试验都没有发现硝酸氮和亚硝酸氮的积累.图5表1参19     

聚糖菌颗粒污泥的反硝化特性与微生物群落分布

为了解聚糖菌在污泥颗粒化中的脱氮能力及其微生物生态特性,采用反应器工艺、批式试验、显微技术和荧光原位杂交技术来评估其反硝化能力,揭示其微生物群落的微观结构,探索聚糖菌和聚磷菌在不同粒径污泥中的分布特征.结果表明,污泥对有机物的吸收率稳定在90%以上.颗粒污泥的沉降指数(SVI10)稳定在30-50 mL g-1,远低于接种污泥的108.2 mL g-1.聚醣菌颗粒污泥对硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的反硝化去除率分别达到了65%和70%,氮气为主要气态产物.聚糖菌颗粒污泥被大量的四联球菌结构所充斥,丝状菌在其中起到了重要的构架和搭桥的作用.荧光原位杂交结果表明聚糖菌可生存于各尺寸颗粒化污泥内;而聚磷菌受到严重抑制只能较少地分布在颗粒污泥的外围空间.上述结果表明,在SBR反应器中采用厌氧搅拌—排水—好氧曝气的处理模式成功培育出具有聚糖特性的颗粒化微生物聚集体,培育成功的颗粒污泥对硝酸盐氮和亚硝酸盐氮均具有良好的反硝化特性.在整体颗粒污泥微生物群落中聚糖菌为优势种群.图8表1参19     

废水生物脱氮中N_2O和NO_x的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程.电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生.NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化,NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制,两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要.所有这些表明,废水生物脱氮的气态中间产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用,甚至必不可少.基于NO2曝气技术和Brocadiaanammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向.图4参35     

好氧反硝化菌及其在生物处理与修复中的应用研究进展

好氧反硝化菌因其生长特性与同步异养硝化好氧反硝化功能,为环境生物脱氮提供了崭新的技术思路.综述了已分离获得的好氧反硝化菌类群及其生长特性,重点阐述了好氧反硝化菌生物脱氮性能、影响因素与好氧反硝化机理,探讨了好氧反硝化在环境生物修复领域的应用.已有研究表明,好氧反硝化菌在环境生物脱氮方面具有明显的技术优势,但有关好氧反硝化反应机理、影响因素等仍待解析,以期为好氧反硝化菌固定化、活性持留以及受污染环境水体修复等研究提供理论依据.     

废水生物脱氮中N2O和NOx的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程．电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生．NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化，NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制，两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要．所有这些表明，废水生物脱氮的气态中问产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用，甚至必不可少．基于NO2曝气技术和Brocadia anammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向．图4参35     

单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的微生物学机理

近年来,单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的现象引起了人们的普遍关注,本文对这种现象的微生物学机理及研究现状进行了阐述,主要是儿类细菌的单独脱氮或者它们之间的协同脱氮,包括自养(亚)硝化菌单独脱氮、好氧反硝化菌单独脱氮、(亚)硝化菌和好氧反硝化菌的协同脱氮以及(亚)硝化菌和厌氧氨氧化菌的协同脱氮.与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比,这些脱氮新途径具有不可比拟的优越性,对于强化污水生物脱氮具有重要意义.图8参53     

新型废水生物脱氮的微生物学研究进展

生物脱氮是含氮废水处理公认的最佳处理方式,随着对生物脱氮微生物学原理研究的不断深入,许多新的生物脱氮特殊菌株或菌群及微生物转化机制不断被发现.本文在传统生物脱氮过程机理上,结合最近国内外生物脱氮的新发现,就短程硝化反硝化、同时硝化反硝化、厌氧氨氧化的微生物学原理进行了阐述.图1表2参23     

常温SBR厌氧-好氧反应器的短程硝化

短程硝化-反硝化是污水节能脱氮新技术之一,其关键在于实现短程硝化,而水温是控制短程硝化的主要因素。在生活污水氨氮浓度小于100mg/L的水质条件下,采用SBR厌氧-好氧反应器进行了常温短程硝化试验研究。研究结果表明,水温14．5℃～16．5℃的条件下,在好氧段可以实现短程硝化,亚硝化率达到了94．9%。亚硝化的程度还与曝气时间的长短有关,曝气时间短时,可以将氨氧化控制在亚硝化阶段,积累大量的亚硝酸盐,但是氨转化率比较低;曝气时间延长,氨氮去除率增加,同时部分亚硝酸氮会被进一步氧化成硝酸氮。该研究结果打破了只有在中高温条件下才能实现短程硝化的普遍看法,从而为在常温下实现短程硝化提供了新的依据。     

螯台球菌TAD1在高温曝气生物滤池中的异养硝化-反硝化性能

初步实验证实螯台球菌(Chelatococcus daeguensis)TAD1在高温下具有异养硝化-反硝化的能力,为验证其可应用性,采用曝气生物滤池工艺,研究了TAD1在温度为50℃的异养硝化-反硝化性能.结果表明,TAD1在曝气生物滤池中可同时进行好氧反硝化和异养硝化.当分别以硝氮、氨氮及硝氮和氨氮为氮源时,12 h的氮去除率均达到100%,氮的去除能力分别为12.67 mg.L-.1h-1、3.62 mg.L-.1h-1及16.53 mg.L-.1h-1.虽然在脱氮过程中,亚硝盐在6 h迅速积累到76 mg.L-1(硝氮为氮源)和52.6 mg.L-1(硝氮和氨氮为氮源),但在随后的几个小时内又快速降低至0(检测限之外).因而,TAD1具有应用于高温生物脱氮工艺的能力和优势.     

COD与DO对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的影响

COD和DO浓度对好氧颗粒污泥的同步硝化反硝化反应有明显影响．COD浓度在400～1200mg／L范围内，好氧颗粒污泥去除COD的能力均在85％以上．颗粒污泥能吸附有机物，使废水中COD浓度快速下降．COD浓度小于800mg／L，好氧颗粒污泥具有良好的脱氮能力，氮去除率最高达85．3％．在溶氧浓度为1-4mg／L条件下，颗粒污泥对COD去除率均在90％以上．不同的溶氧浓度对氮的去除率有一定影响，在溶氧浓度3mg／L时，氮去除率最高，达83％．图7参7     

低碳氮比废水好氧颗粒污泥系统稳定性及微生物种群多样性研究

低碳氮比(C/N)废水处理是含氮废水处理中的难题之一.本实验在C/N为4:1和2:1(COD和NH₄⁺-N浓度分别为400 mg·L^-1和100 mg·L^-1,400 mg·L^-1和200 mg·L^-1)条件下,考察好氧颗粒污泥系统对低碳氮比废水的处理效果、长期运行稳定性,研究C/N对好氧颗粒微生物结构变化的影响.研究结果表明,在C/N为4:1的废水中接种活性污泥培养好氧颗粒污泥,形成的颗粒沉降性能良好,MLSS为4.94 g·L^-1,SVI30为40 mL·g^-1,COD去除率90%以上,氨氮去除率接近100%.降低碳氮比,即C/N为2:1后,好氧颗粒的物理及硝化性能无明显变化,MLSS为11.38 g·L^-1,SVI₃₀/SVI₅维持在1左右,COD去除率大于85%,氨氮去除率98%.碳氮比降低使颗粒微生物多样性减少,其中陶厄氏菌受影响较小,而硝化功能菌出现更替:噬氢菌、食酸菌、里德拜特氏菌消失,鞘氨醇单胞菌、束缚杆菌等成为优势菌种.实验表明,该低碳氮比条件下好氧颗粒污泥系统能够稳定运行,且具有优良的处理性能.     

高硝氮酒厂废水生物反硝化体系的构建及细菌群落特征

白酒生产过程中伴随高氮废水的产生,其中包含氨氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)和亚硝氮(NO_2~--N),企业基于现有的曝气等工艺可以去除NH_4~+-N,但却难以有效去除NO_2~--N和NO_2~--N,导致总氮(TN)含量无法达到新标准(TN 20 mg/L),因此高效去除废水中的NO_3~--N和NO_2~--N成为当下的研究热点.采用上流式厌氧污泥床(up-flow anaerobic sludge blanket,UASB)生物反应器驯养活性污泥,形成稳定的微生物群系;筛选得到最佳碳源,构建了生物厌氧反硝化脱氮体系,并通过三代全长16S rRNA测序分析了体系的细菌群落结构.结果显示,在甲醇、乙酸钠、丁二酸钠、葡萄糖、酒厂原水、柠檬酸钠和MicroC多种碳源中,MicroC效果最佳,在处理高硝氮废水(NO_3~--N=531 mg/L)时,添加量为C/N=1.0,出水的NO_3~--N含量小于1 mg/L,NO_3~--N去除率达98%,COD去除率超过90%.该体系中,反硝化前期斯氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)和硫杆菌(Thioclava sp.)是优势种,还原大量的NO_3~--N,而细菌多样性较低;反硝化后期微嗜酸寡养单胞菌(Stenotrophomonas acidaminiphila)变成优势种,还原残留的NO_3~--N.本研究表明以MicroC为碳源的厌氧反硝化体系可实现酒厂高硝氮废水低成本且高效率的脱氮处理,物种Pseudomonas stutzeri发挥主要的反硝化作用,结果对反硝化工程有重要的指导意义.(图8表3参30)     

好氧颗粒污泥研究进展

好氧颗粒污泥具有厌氧颗粒污泥与活性污泥不可比拟的优势,成为目前的研究热点,通过从好氧颗粒污泥的形成机理、混凝强化培养、连续培养及好氧颗粒污泥微生物检测与流体CFD模拟等方面进行综述,提出混凝强化与连续培养相结合是快速培养好氧颗粒污泥的发展方向,现阶段高能量测序与CFD技术是研究好氧颗粒污泥形成的重要有效手段.参32.     

生活污水的好氧反硝化研究

采用强化生物絮凝工艺处理生活污水,试验结果验证了好氧反硝化的存在;好氧反硝化的效率依赖三个因素:溶解氧浓度、絮体大小、有效碳源。低溶解氧质量浓度有利于好氧反硝化脱氮,当ρ(DO)为0.5mg·L-1时,TN去除率达到57.7%。结合理论分析,对好氧反硝化的机理以及影响因素进行了探讨。     

纤毛状生物膜脱氮除磷工艺调试研究

纤毛状生物膜脱氮除磷工艺(CNR)是一种高效的生物脱氮除磷工艺.好氧池中纤毛状生物膜填料的添加,固化了大量世代时间长的硝化菌,提高了硝化反应速度,而且成功地解决了好氧段硝化菌与聚磷菌的泥龄矛盾.通过对天津某污水处理厂进行CNR工艺中试,得出结论如下:填料比表面积大,微生物附着量高达1 350～1 500g·m~(-2);填料容易挂膜、脱膜,无堵塞现象,更不需要反冲洗,维护管理简单;填料上形成的生物膜中,微生物体系稳定,种群丰富,微生物相包括钟虫(vorticella)、轮虫(rotaria)、表壳虫(arcella)、吸管虫(tokophrya)等;采用CNR工艺对污水处理,常规项目的去除率均达到80%以上,出水水质除总氮达到一级B标准,其他均达到<城镇污水处理厂污染物排放标准>(GB 18918-2002)的一级A排放标准.     

生物电化学脱氮技术研究进展北大核心CSCD

生物电化学系统（BES）因兼有污染物去除与能量回收等优点,近年来已成为环境污染治理领域的关注热点. 对生物电化学技术在脱氮方面的基本原理、含氮污染物的转化途径进行综述,主要的生物脱氮过程包括阴极反硝化、阳极氨氧化以及阴极同步硝化反硝化等,而非生物脱氮过程包括NH3/NH4^＋的跨膜转移、氨气逃逸等. 总结已报道的BES中主要脱氮微生物及其脱氮机制,BES中多数反硝化菌属于变形菌门（Proteobacteria）;硝化细菌主要是亚硝化菌属（Nitrosomonas）和硝化杆菌属（Nitrobacter）;在同步硝化反硝化过程中,电极上的硝化、反硝化菌有明显的分层现象. 最后阐述了生物电化学脱氮技术在生活污水、渗滤液、地下水处理等领域的最新应用研究,通过改变反应器构型以及运行模式等条件构建不同BES处理各类污水,以达到去除污染物同时回收电能或资源的目的. 基于目前BES的优势,认为减少脱氮中间产物（NO2^- -N、N2O）的积累及扩大BES规模对电能输出和污染物去除效果的影响将是未来的研究方向. （图3 表2 参66）     

碳氮比对晚期垃圾渗滤液自养脱氮的影响

采用缺氧/好氧(A/O)短程硝化与升流式厌氧污泥床(UASB)厌氧氨氧化组合的自养脱氮系统处理实际晚期渗滤液,重点考察了碳氮比(C/N)对该系统的综合影响.在较低C/N范围内(1.45到1.95),氨氮去除率变化不显著,当C/N达到2.46以上时,硝化和厌氧氨氧化活性恶化导致其去除率从97.7%降为83.3%.化学需氧量和总氮去除率整体随C/N的提高而呈现先增加后减少的趋势.适度反硝化补充的碱度不仅为硝化菌提供充足的无机碳源,且有利于保障较高的p H和游离氨以维持稳定的短程硝化,亚硝积累率随C/N的提升呈现小幅上升.种群结构分析表明高C/N与厌氧氨氧化菌群所占的比例呈反比关系,从1.65%降为0.31%,维持厌氧氨氧化菌和反硝化菌的动态平衡是保证系统正常运行的关键因素.C/N为1.95时系统整体性能最优.     

OLAND生物脱氮系统运行及其硝化菌群的分子生物学检测

采用两阶段限氧自养硝化 -反硝化生物脱氮系统 (oxygen limitedautotrophicnitrificationanddenitrificationsystem ,以下简称OLAND)处理高氨氮、低COD的废水 .应用内浸式多聚醚砜中空膜 ,实现了污泥的完全截留 ,阻止了生物量的大量洗脱 ,并通过控制溶氧在 0 .1～ 0 .3mgL-1之间 ,实现了硝化阶段出水中氨氮与亚硝态氮浓度的比例达到最适值〔1 (1.2± 0 .2 )〕 ,从而为第二阶段的厌氧氨氧化提供理想的进水 ,进而获得较高的脱氮率 .同时应用荧光原位杂交技术对硝化阶段不同时期硝化菌群的变化进行分子生物学检测 ,揭示了随溶氧浓度的降低 ,氨氧化菌的数量基本保持恒定、亚硝酸氧化菌的数量略有减少的变化规律 ,并且发现 ,在两阶段限氧自养硝化 -反硝化生物脱氮系统中氨氮的氧化主要是由Nitrosomonassp .完成 ,亚硝酸的氧化主要由Nitrobactersp .完成 .图 4表 2参 2 2     

生物电化学脱氮技术研究进展

生物电化学系统(BES)因兼有污染物去除与能量回收等优点,近年来已成为环境污染治理领域的关注热点.对生物电化学技术在脱氮方面的基本原理、含氮污染物的转化途径进行综述,主要的生物脱氮过程包括阴极反硝化、阳极氨氧化以及阴极同步硝化反硝化等,而非生物脱氮过程包括NH_3/NH_4~+的跨膜转移、氨气逃逸等.总结已报道的BES中主要脱氮微生物及其脱氮机制,BES中多数反硝化菌属于变形菌门(Proteobacteria);硝化细菌主要是亚硝化菌属(Nitrosomonas)和硝化杆菌属(Nitrobacter);在同步硝化反硝化过程中,电极上的硝化、反硝化菌有明显的分层现象.最后阐述了生物电化学脱氮技术在生活污水、渗滤液、地下水处理等领域的最新应用研究,通过改变反应器构型以及运行模式等条件构建不同BES处理各类污水,以达到去除污染物同时回收电能或资源的目的.基于目前BES的优势,认为减少脱氮中间产物(NO_2~--N、N_2O)的积累及扩大BES规模对电能输出和污染物去除效果的影响将是未来的研究方向.