城市污水厌氧氨氧化脱氮面临的挑战与应对策略

基于厌氧氨氧化(Anammox)的高效自养脱氮技术用于城市污水处理为污水处理厂的能量自给运行提供了可能。首先,简述了污水Anammox自养脱氮的反应过程和技术优势,然后重点从亚硝酸盐氧化细菌(NOB)抑制、厌氧氨氧化细菌(AnAOB)富集截留以及AnAOB与好氧氨氧化细菌(AOB)等之间平衡调控3个方面总结分析了Anammox自养脱氮技术用于城市污水处理面临的挑战及其应对策略。最后展望了城市污水Anammox自养脱氮技术的未来研究方向。     

溶解氧对Anammox滤池内功能菌群及活性的影响

针对目前厌氧氨氧化系统内微生物的研究,主要以厌氧氨氧化菌本身这一情况,本研究对长期稳定运行的Anammox滤池内微生物菌群结构进行了测定,同时测试与分析了滤池内厌氧氨氧化菌（AnAOB）、氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化细菌（NOB）和反硝化菌（DNB）的关键动力学常数,探究了溶解氧（DO）浓度从0.2mg/L增加至1.5mg/L,AnAOB、AOB以及NOB活性的变化.结果表明,长期稳定运行的Anammox滤池是一个以厌氧氨氧化功能为主,多菌群共存的混合体系.滤池内厌氧氨氧化活性最高,为5.3mgN/（gVSS·h）,同时系统内DNB和AOB也具有一定活性.DO在0.2~1.5mg/L范围内,AnAOB活性变化不大;随着DO浓度增加,AOB比氨氧化速率从0.76mgN/（gVSS·h）增加到1.08mgN/（gVSS·h）,通过Monod方程进一步得到AOB氧半饱和常数（K_O2,AOB）为（0.106±0.010） mg/L,表明系统内AOB对氧具有极高的亲和力;整个过程基本检测不到NOB的活性.厌氧氨氧化系统中主要功能菌群共存,且相互竞争底物.     

厌氧颗粒污泥自启动厌氧氨氧化反应特性研究

采用上流式厌氧反应器分别培养厌氧颗粒污泥（R1）及厌氧颗粒污泥与成熟厌氧氨氧化anammox混合污泥（R2）,对比分析2个系统的脱氮性能和微生物菌群特性。结果表明:R1总氮去除率在99 d时可达到74%,而R2仅需48 d即可维持在70%以上。进水氮负荷提升的同时,R1污泥中胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）含量上升更为明显,从而促进污泥颗粒化。高通量测序分析结果表明,R1中主要厌氧氨氧化细菌AnAOB为Candidatus Kuenenia（7.92%）,R2中优势AnAOB为Candidatus Brocadia（15.64%）,而Candidatus Kuenenia占3.02%。R1在较低厌氧氨氧化细菌丰度的情况下仍能保持相当的脱氮效率,更具有长期培养的潜力。     

生活垃圾焚烧厂渗沥液厌氧氨氧化脱氮效能及微生物机理分析

生活垃圾焚烧厂渗沥液是一种含高氨氮高有机物浓度的难处理废水,目前渗沥液生物脱氮多采用多级硝化反硝化处理工艺,存在能耗大、效率低等不足。以厌氧氨氧化技术为核心,构建连续流厌氧消化-短程硝化-厌氧氨氧化三段式工艺,分析垃圾焚烧厂渗沥液的生物脱氮效果、有机物迁移转化规律、功能微生物活性及组成变化。结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为900~1800 mg/L,ρ（COD）为3000~20000 mg/L时,系统处理效果良好,稳定运行期间总无机氮和COD去除率分别为85%和77%。其中厌氧消化段可去除约45%的COD,短程硝化段NO₂--N积累率保持在97%以上,厌氧氨氧化段稳定运行期间总无机氮去除率约为85%,系统内也存在一定程度反硝化反应。接入渗沥液后,自养脱氮体系中功能微生物氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（Anammox）的活性均有不同程度的下降,采用宏基因组学结合16S rDNA高通量测序技术对比分析微生物的群落和功能组成变化,发现渗沥液中高浓度的有机物使短程硝化段和厌氧氨氧化段内异养反硝化菌相对丰度上升,Anammox受到难降解有机物抑制,其中Candidatus_Kuenenia菌属适应性较强,在驯化后仍然可以维持厌氧氨氧化系统较高的脱氮效果。     

厌氧氨氧化脱氮除碳功能菌群结构及代谢途径

为明确不同有机物浓度(50～150mg/L)和竹炭同时存在下厌氧氨氧化颗粒污泥系统的脱氮除碳功能菌群结构及代谢途径差异,采用宏基因组测序技术对其微生物分布规律和碳氮代谢基因表达进行了研究.结果表明,当COD浓度为50,150mg/L,添加竹炭显著提升了厌氧氨氧化菌(AnAOB)的相对丰度,Candidatus_Kuen...     

ANAMMOX富集与优化停曝比对MBR-SNAD工艺的影响

采用膜生物反应器（MBR）研究了厌氧氨氧化细菌在富集过程中的活性变化,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中以恒定曝气量,通过优化停曝比实现氨氧化细菌（AerAOB）和厌氧氨氧化细菌（AnAOB）协同脱氮并且有效抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,然后添加有机物（乙酸钠）逐步启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化（SNAD）工艺.结果表明,在厌氧氨氧化细菌富集过程中,通过不断缩短水力停留时间（HRT）提高进水氮负荷的方式强化厌氧氨氧化细菌活性,其平均活性由0.603mgN/（h·gVSS）提高到了8.1mgN/（h·gVSS）;当恒定曝气量为50mL/min,停曝比为4：10（min：min）时,AerAOB和AnAOB对氨氮的去除量分别占总氨氮去除量的58.8%和41.2%,NOB氧化亚硝态氮的量占总硝态氮生成量的15.3%,成功抑制了NOB的活性;当C/N比为0.5,调整停曝比为4：15后,反硝化过程氮去除量占总氮去除率的20.9%,厌氧氨氧化过程氮去除量占总氮去除率的79.1%,实现了AerAOB、AnAOB和反硝化细菌（DNB）协同脱氮的目的.     

养猪废水中试规模亚硝化-反硝化-厌氧氨氧化组合工艺脱氮效能及群落结构分析

与传统硝化-反硝化工艺对养猪废水脱氮处理相比,厌氧氨氧化(Anammox)是一种更为绿色节能的污水生物脱氮工艺,但缺乏成熟的大规模养猪废水处理的工程应用案例.因此,本研究开展厌氧氨氧化技术应用于猪场废水处理的中试项目,采用一体化集装箱式组合工艺,主要包括前置反硝化池、亚硝化池、亚硝化-厌氧氨氧化池(PN-A池).结果表明,中试设备稳定运行阶段,处理规模为2 m³·d^-1,总氮去除率为93.93%±0.44%,有机物(以COD计)去除率为84.43%±0.84%,表现出良好的脱氮除碳能力.高通量测序分析结果表明,Nitrosomonas为系统中主要的好氧氨氧化菌,在亚硝化池和PN-A池都有显著富集,其相对丰度最高可达7.50%;亚硝化池亚硝氮积累率为74.28%,系统能够实现稳定亚硝化.反硝化池中主要的反硝化功能细菌为Thauera和Halomonas.Candidatus Kuenenia是系统中唯一检测到的AnAOB,只存在于PN-A池中,稳定运行期间其在填料上的相对丰度较悬浮污泥中的相对丰度高0.76～10.95倍.综上所述,厌氧氨氧化一...     

生物膜反应器-单宁酸铁处理低C/N废水的脱氮性能

采用生物膜反应器耦合包埋型单宁酸铁处理低C/N比废水,考察其脱氮性能,分析了生物脱氮过程功能菌群的变化,以及单宁酸铁强化脱氮的作用机制.结果表明,生物膜反应器耦合包埋型单宁酸铁,具有低C/N比废水高效脱氮性能.进水C/N比为1：2.7时,TN平均去除率可达80.0%,TN平均去除负荷为1.38kg/（m³·d）.生物膜反应器内随着进水C/N比降低,优势脱氮过程从同步硝化-反硝化过程向同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化（SNAD）过程转变,厌氧氨氧化过程对TN去除的贡献率逐渐升高至76.2%,亚硝化菌群和厌氧氨氧化菌群成为优势生物脱氮功能菌群.包埋型单宁酸铁在生化处理后,通过吸附-催化氨氧化作用同步去除氨氮和亚硝酸盐氮,进一步提高TN去除性能.因此,耦合单宁酸铁强化生物膜反应器SNAD脱氮过程,是实现低C/N比废水高效脱氮新的有效途径.     

缺氧生物膜转型厌氧氨氧化生物膜培养与富集特性

接种西安市某污水处理厂缺氧池生物膜构建升流式厌氧固定床生物膜(UAFB)反应器从而富集培养厌氧氨氧化(Anammox)生物膜,通过测定生物膜Anammox活性和酶活性并进行高通量测序分析,探讨城市污水处理厂现有填料转型培养Anammox生物膜的可行性及生物膜内菌群演替规律.结果表明,经29d培养后的UAFB-Anammox反应器TN去除率高达76.22%,快速启动成功;负荷提升阶段,表面氮负荷(SNLR)由0.23g/(m²·d)提升至2.59g/(m²·d),最大Anammox活性维持2.15g/(m²·d),TN去除率高达83.68%.Illumina Mi Seq测序结果发现,富集后的生物膜中优势菌属为Ca.Brocadia,相对丰度为33.38%,富集效果明显.同时缺氧生物膜上反硝化菌Denitratisoma以Anammox的产物NO₃^--N为基质,逐渐与AnAOB形成共生存关系.这说明利用城市污水处理厂现有缺氧生物膜可以快速培养Anammox生物膜,对Anammox...     

A2/O短程硝化耦合厌氧氨氧化系统构建与脱氮特性

针对现有城市污水处理厂普遍面临进水碳源不足影响脱氮效率的问题,通过调控A²/O系统曝气分区比例、溶解氧（DO）浓度和污泥龄（SRT）构建短程硝化耦合厌氧氨氧化系统,以研究不同工况下该系统的脱氮性能、脱氮途径和微生物种群结构的变化情况.研究结果表明在低C/N进水（C/N=5）情况下,该系统具有稳定优良的脱氮性能.在140 d试验过程中,反应器经历了氨氧化细菌（AOB）、亚硝酸盐氧化细菌（NOB）共培养阶段（阶段Ⅰ）、AOB筛分阶段（阶段Ⅱ~Ⅲ）与厌氧氨氧化细菌（AnAOB）富集阶段（阶段Ⅳ）,系统的脱氮途径也由初始的全程硝化反硝化逐步转化为短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮;系统的脱氮效率在阶段Ⅳ达到最佳状态,此时该系统出水NH₄⁺-N和TN的平均浓度分别为1.20 mg·L^-1和7.03mg·L^-1,其对应的去除率分别为97.69%和87.83%;Illumina MiSeq测序结果表明,短程硝化耦合厌氧氨氧化的系统中Nitrosomonas和Nitrosospira这两类AOB的富集和Nitrospira、Nitrococcus 和Nitrobacter这3类NOB的淘洗是系统发生短程硝化的主要原因,Candidatus Kuenenia和Candidatus Jettenia这两类AnAOB的富集是系统发生厌氧氨氧化的关键所在,对实现深度脱氮具有重要作用.     

胞外聚合物在生物膜同步去除/富集磷酸盐系统中的作用

以基于同步去除/富集磷酸盐的厌氧/好氧交替生物膜序批式反应器内生物膜为研究对象,研究了胞外聚合物（EPS）内磷含量形态及生物膜内微生物种群变化,探究EPS在生物膜去除/富集磷酸盐中的作用及其与微生物种群之间的联系.结果表明,生物膜反应器在厌氧外加COD为200 mg·L^-1的条件下富集到了磷浓度为120.95 mg·L^-1的富集液.EPS在生物膜吸/释磷过程中发挥重要作用,EPS磷含量占生物膜磷含量的69.16%~79.00%,³¹P核磁共振实验表明ortho-P为EPS内主要磷形态,占比为85.47%~88.60%.高通量测序结果表明生物膜内微生物种群变化明显,Candidatus_Competibacter为优势菌属,其丰度由1.23%增至38.87%,有利于形成更具粘性的EPS进而黏附在生物膜上,可能促进EPS在吸/释磷中发挥作用;暖绳菌科为优势聚磷菌,随实验温度升高,其丰度由5.29%减至4.90%.     

不同离子在CCl4引发自由基反应中的作用及其环境生物学意义

报道了一种简便的ＣＣ１４体外引发自由基反应的模型，以小鼠肝匀浆脂质过氧化产物丙二醛（ＭＤＡ）的ＯＤ５３２ｍｍ值（ＭＤＡ－ＯＤ５３２ｍｍ）作为测定自由基反应的间接指标，研究了Ｈｇ＾２＋、Ｍｎ＾２＋、Ｎｉ＾２＋、Ｃｒ＾３＋、ＳｅＯ３＾２－等离子和Ｓs２Ｏ３水溶液在ＣＣ１４引发自由基反应体系中的作用。结果表明：Ｍn＾２＋能显著抑制自由基的生成，Ｃr＾３＋有一定的抑制作用，而ＨgＴ＾２＋对自由基产生有明显促进     

生物活性炭(PACT)对印染废水A2/O工艺强化运行效果的表征

采用A2/O(PACT)工艺处理水解酸化后的印染废水,对其生物强化效果进行了表征.结果表明:在粉末活性炭投加量为100 mg·L-1的条件下,对比A2/O工艺,A2/O(PACT)对COD的去除率提升超过10%,其处理能力可以达到0.6~1.0 kg·kg-1活性炭,有效提升了系统的冬季运行效果.GC-MS、毒性表征结果表明,A2/O(PACT)针对苯环类、稠环类、杂环类等特征有机污染物具有更好的处理效果.紫外-可见光光谱以及分子量分布检测结果表明:A2/O(PACT)对大分子物质(染料类、腐殖类显色物质等,800~1000 Da)的去除有较为明显的促进效果.此外,针对污泥的镜检发现,A2/O(PACT)活性污泥中具备更加完整的生物相,SEM检测结果也表明,PACT系统中粉末活性炭的生物载体作用明显.     

生物表面活性剂改性对纳米铁/炭去除地下水中NO3--N的影响

纳米铁由于其反应活性强、来源广泛等优点被广泛应用在去除地下水NO-3-N污染中.利用生物表面活性剂对纳米铁进行改性可以避免采用化学表面活性剂改性对环境造成的二次污染.本研究采用鼠李糖脂、茶皂素、无患子3种生物表面活性剂对纳米铁进行改性后附着在活性炭上构成改性纳米铁/炭复合材料,通过批试验、沉降试验、迁移试验等研究生物表面活性剂对纳米铁/炭复合材料的改性作用.结果表明:鼠李糖脂、茶皂素、无患子对纳米铁/炭改性后去除NO-3-N效果最佳时的投加量分别为0.7%、1.0%、0.7%,此时对比三者改性作用,鼠李糖脂改性纳米铁/炭去除NO-3-N效果最佳,无患子改性纳米铁/炭迁移效果最佳;鼠李糖脂投加量在0.1%到1.3%范围内时,改性纳米铁/炭迁移能力随投加量的增加而增大.     

低总氮浓度下Fe2+促进ANAMMOX生物膜反应器脱氮

在低总氮（TN）浓度条件下考察了Fe²⁺促进串联两级ANAMMOX生物膜反应器脱氮性能的可行性.结果表明,ρ（Fe²⁺）为5、10和15 mg·L^-1能够有效促进厌氧氨氧化反应,ρ（Fe²⁺）为10 mg·L^-1对两级ANAMMOX生物膜反应器的促进程度最大,在进水ρ（TN）约为150 mg·L^-1,总氮负荷（NLR）为0.62 kg·（m³·d）^-1条件下,最高总氮去除率（NRE）可达81.71%.添加Fe²⁺可促进系统胞外聚合物（EPS）的分泌以及亚铁血红素c的合成.批次试验结果进一步验证了ρ（Fe²⁺）为5、10和15 mg·L^-1时对厌氧氨氧化菌活性的促进作用,其中ρ（Fe²⁺）为10 mg·L^-1时的比厌氧氨氧化活性（SAA）是对照组的3.6倍,而当ρ（Fe²⁺）为20 mg·L^-1时,AnAOB活性受到明显抑制.高通量测序结果显示,投加Fe²⁺均促进了反应器中Candidatus_Kuenenia丰度的增加,其中ρ（Fe²⁺）为10 mg·L^-1时两个反应器中Candidatus_Kuenenia的相对丰度分别增至16.18%和4.22%.基于Fe²⁺促进下两级厌氧氨氧化的稳定运行为厌氧氨氧化生物膜工艺处理低总氮浓度废水提供了参考.     

Biological nutrient removal by internal circulation upflow sludge blanket reactor after landfill leachate pretreatment

The removal of biological nutrient from mature landfill leachate with a high nitrogen load by an internal circulation upflow sludge blanket （ICUSB） reactor was studied. The reactor is a set of anaerobic-anoxic-aerobic （A^2/O） bioreactors, developed on the basis of an expended granular sludge blanket （EGSB）, granular sequencing batch reactor （GSBR） and intermittent cycle extended aeration system （ICEAS）. Leachate was subjected to stripping by agitation process and poly ferric sulfate coagulation as a pretreatment process, in order to reduce both ammonia toxicity to microorganisms and the organic contents. The reactor was operated under three different operating systems, consisting of recycling sludge with air （A^2/O）, recycling sludge without air （low oxygen） and a combination of both （A^2/O and low oxygen）. The lowest effluent nutrient levels were realised by the combined system of A^2/O and low oxygen, which resulted in effluent of chemical oxygen demand （COD）, NH3-N and biological oxygen demand （BOD5） concentrations of 98.20, 13.50 and 22.50 mg/L. The optimal operating conditions for the efficient removal of biological nutrient using the ICUSB reactor were examined to evaluate the influence of the parameters on its performance. The results showed that average removal efflciencies of COD and NH3- N of 96.49% and 99.39%, respectively were achieved under the condition of a hydraulic retention time of 12 hr, including 4 hr of pumping air into the reactor, with dissolved oxygen at an rate of 4 mg/L and an upflow velocity 2 m/hr. These combined processes were successfully employed and effectively decreased pollutant loading.     

气相中乙酸乙酯光解的光子效率:波长和催化剂的影响

采用4种不同波长的准分子光源(Xe Cl*、Kr Cl*、Xe Br*和Kr Br*)降解气相的乙酸乙酯.对比了外加3种负载型光催化剂(有机膜负载Ti O2、有机膜负载石墨烯和纱网负载Ti O2)条件下乙酸乙酯的去除率,考察了光源类型、辐射功率和气体初始浓度对去除率的影响.同时,测定了不同光源的辐射光谱和辐射功率,计算了不同反应条件下的光子效率.结果表明,乙酸乙酯去除率按Kr Br*Kr Cl*Xe Cl*Xe Br*依次降低,而Xe Cl*和Kr Br*光源降解乙酸乙酯气体可以得到较高的光子效率;有机膜负载Ti O2比不加催化剂时乙酸乙酯去除率和光子效率都有所提高,但提高幅度不大.气体流速和乙酸乙酯初始浓度升高,光子效率升高.采用Kr Br*准分子灯直接光解乙酸乙酯,实验条件为:辐射功率0.76 W,乙酸乙酯初始浓度946mg·m-3,气体流速600 m L·min-1,光子效率为5.63%.     

北京东郊污灌区表层土壤微量元素的小尺度空间结构特征

岩溶山区表土中＾７Ｂｅ、＾１３７Ｃｓ、＾２２６Ｒａ和＾２２８Ｒａ地球化学相分配的实验研究表明，４种核素绝大部分存在于Ｆｅ－Ｍｎ氧化物，有机质及残渣相中。它们在表土的迁移过程中具微粒迁移性，能较好地随土粒般运，可作为土粒侵蚀或沉积的示踪剂。     

2011年春季日本福岛核泄漏污染输送:贵阳131I和137Cs观测示踪分析

2011年3月11日,日本本州9.0级地震引发了福岛核电站核泄漏,以及由此引起的131I和137Cs在全球大气环流传输已引起了重视.理论上也对这种输送路径进行了研究.本文报道2011年3月17日—4月28日在贵阳观风山对气溶胶中天然核素(210Pb、7Be)和人为核素(131I、137Cs)近地面空气浓度逐周采样的系统对比观测,并结合该时段贵阳离地面500m高度逐周315h的气团后向轨迹分析.结果表明:福岛核泄漏污染物通过两条显著的途径输送到贵阳地区.第一条是首波核污染通过全球大气环流传输,由西向东,几乎环绕地球一周,历经约10d至两周,最终在3月24日—31日从我国的西北地区入侵抵至贵阳;第二条途径则是福岛地区上空的核污染气团受东北天气系统的挤压南移并在低纬度地区再次先后受到东北和东南气流的影响,于4月7日—14日抵达贵阳.核污染的第一条输送路径是全球尺度,第二条是东亚区域尺度.     

210Pb和137Cs计年在尼罗河三角洲的应用现状与适用性分析

本文详细梳理了210Pb和137 Cs计年法在尼罗河三角洲泻湖沉积年代学研究的历史过程以及遇到的困境,并结合笔者近期研究结果,进一步论证了该手段在近百年湖泊沉积速率测定和沉积过程研究等方面仍具有较高适用性。同时,笔者从钻孔采样位置、岩性状况、采样间距、计算模式等四个方面提出了在实际应用210 Pb和137 Cs计年中应注意的细节,以期为今后该手段应用于湖泊环境污染年代测定研究取得理想效果提供一定理论帮助。