放射性废水处理中吸附铀的优势藻种筛选

随着核工业的发展,含铀放射性废水的产生量越来越大,必须进行妥善处理与处置.微藻吸附技术是近年来放射性废水处理领域的研究热点,而获得吸附铀的优势藻种则是该技术得以研究和应用的基础.从工程应用的角度出发确定了筛选原则,并针对11株备选藻种进行了优势藻种筛选工作.栅藻LX1对铀的吸附容量最大,为40.7 mg·g~(-1);在m BG11培养基(模拟城镇污水处理厂污染物排放一级A标准的氮磷浓度限值)中的生物质产量较高,为0.32 g·L~(-1);生长进入稳定期后的沉降性能较好,沉降率为45.3%.综上,在本研究范围内,栅藻LX1为放射性废水处理中吸附铀的优势藻种.     

生物膜贴壁培养小球藻净化猪粪沼液废水的效果

微藻处理猪粪沼液废水是一项污水资源化生物技术.本文以小球藻为研究对象,通过贴壁培养方式,对稀释不同倍数的猪粪沼液废水进行净化处理同时提取藻细胞油脂,旨在探究小球藻贴壁培养处理猪粪沼液废水的效果,分析小球藻耐受猪粪沼液废水的氨氮浓度.将猪粪沼液废水分别稀释1倍(原水)、2倍、5倍、10倍制成培养基.测定贴壁培养小球藻对各处理组猪粪沼液废水中COD、氨氮、总氮、总磷的去除效率及对重金属铜、锌、铁的富集效果,同时探究小球藻的油脂合成情况.结果表明,当猪粪沼液废水稀释5倍时,贴壁小球藻对COD、氨氮、总氮、总磷的净化效果最佳,其去除效率分别为:86.8%、94.1%、85.2%、84.3%;油脂含量高达32.7%;对重金属铜、锌、铁的去除效率分别为:72.9%、70.0%、73.0%;培养一个周期结束时生物产率达到4.21 g·(m~2·d)~(-1).该研究将微藻与难处理的猪粪沼液废水深度净化进行了有效的结合,为实现藻类生物燃料工艺生产及降低废水处理成本提供理论基础.     

小球藻高效净化猪场废水厌氧发酵沼液研究

为了净化脱除养猪场废水厌氧发酵沼液中的主要污染物,本文利用臭氧氧化对沼液灭菌并且降解其中的大分子有机物(效果优于高压蒸汽灭菌法),然后高效培养小球藻转化为生物质变废为宝.研究了通入不同体积浓度CO_2以及在沼液中补充部分营养盐对微藻生长净化沼液的影响.当CO_2体积浓度从2%逐渐增加到30%时,微藻生物质产量和脱除污染物效率先升后降,并在体积浓度为15%时达到峰值.当沼液中补充添加营养盐10 mg·L~(-1)磷和1 mg·L~(-1)铁时,微藻生物质产量相对未添加条件进一步提高了29.1%,达到了5.81 g·L~(-1),相应的COD、TN、NH_3-N、TP和抗生素替米考星等污染物脱除效率分别提高到88.5%、91.2%、93.6%、98.9%和90.7%.因此,小球藻可高效净化猪场厌氧发酵沼液同时生产高值生物质,具有良好的应用前景.     

沼液SBR处理出水养殖螺旋藻

养猪沼液氮磷等营养物质丰富,可作为廉价的螺旋藻培养基,但其成分复杂,尤其是高氨氮等因素严重抑制螺旋藻的生长.采用序批式生物反应器(sequencing batch reactor,SBR)降低沼液中的氨氮浓度,通过改变进水中化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)与总氮(total nitrogen,TN)的比值,研究了沼液中的亚硝态氮及硝态氮的保留情况,为螺旋藻生长提供氮源.通过对比螺旋藻在不同工况出水中的生长情况,以及氮元素的保留情况,筛选出最佳SBR工况.摇瓶试验结果表明,当进水COD/TN=3.0,出水中氨氮、硝态氮、亚硝态氮浓度分别为51.2、91.6、213.1 mg·L~(-1),此时螺旋藻具有较快生长速率,产率达到0.084 g·(L·d)~(-1).在此基础之上,通过放大螺旋藻培养规模至120L,研究了螺旋藻在室外大棚中的生长情况及螺旋藻对沼液中氮、磷元素的去除,结果表明螺旋藻在室外依然生长良好,培养10 d后,产率为(0.075±0.003)g·(L·d)~(-1),螺旋藻蛋白含量达到60%左右,养殖出水中氨氮去除率达到99%.     

微藻固定化条件优化及其污水氨氮去除潜力分析

微藻污水处理被视为新概念引领下极具潜力的一项绿色技术,然而,微藻分离与采收一直是限制其大规模应用的瓶颈.本研究立足于固定化技术,以斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)为研究对象,采用响应曲面法(RSM)耦合Box-Behnken设计,以固定剂浓度、交联剂浓度和交联时间为自变量,以藻球的机械强度、传质速率和生长速率为响应值,对固定化的过程参数进行优化,制备性能最优的固定化藻球;并探索和分析藻球对氨氮(NH4+-N)去除的最佳条件及其潜力.结果表明,固定剂浓度、交联剂浓度和交联时间分别为5%、2%和16 h为制备固定化藻球的最优条件,且包埋密度为1×106cells·m L~(-1),有机物(COD)浓度为300 mg·L~(-1)时,藻球混合培养去除NH4+-N的能力最强;此外,固定藻对高浓度NH4+-N的去除潜力显著优于自由藻,当初始浓度约为50和70 mg·L~(-1)时,固定藻混合培养5 d后NH4+-N去除率分别为(96. 6±0. 1)%和(65. 2±4. 5)%,而初始浓度约为30 mg·L~(-1)时,自由藻优势明显,3 d后NH4+-N去除率高达(97. 8±0. 6)%;但异养条件下固定藻对NH4+-N的去除率整体偏低且随浓度增加而降低,当初始浓度约为30 mg·L~(-1)时,去除率仅为(49. 0±3. 1)%.本研究为污水可持续处理提供了新思路,为资源回收提供了新途径,更为该技术推广应用奠定了较好的理论基础.     

进水氨氮浓度对生物除磷颗粒系统的影响

在SBR反应器中接种成熟的生物除磷颗粒,通过分阶段提高进水中氨氮浓度,研究了进水氨氮浓度对生物除磷颗粒系统的影响,确定系统对进水氨氮负荷的承受能力.结果表明,进水氨氮浓度低于45 mg·L~(-1)时,生物除磷颗粒系统具有良好的性能,TP去除率在96%以上,COD去除率在89%以上,出水TP浓度和COD浓度分别在0. 4 mg·L~(-1)和25 mg·L~(-1)以下,颗粒粒径在950μm以上,SVI在45 m L·g~(-1)以下;进水氨氮浓度为60 mg·L~(-1)时,TP去除率在95%以上,出水TP浓度在0. 5mg·L~(-1)以下,颗粒粒径为760μm,SVI为56 m L·g~(-1),系统中生物除磷颗粒出现部分解体,PAOs代谢和生长开始受到抑制.进水氨氮浓度达到70 mg·L~(-1)时,TP去除率为70%,出水TP浓度在3 mg·L~(-1)左右,颗粒粒径为570μm,SVI为75 m L·g~(-1),PN/PS值达到7. 50左右,系统中生物除磷颗粒严重解体,PAOs代谢和生长被严重抑制.随着进水氨氮浓度上升,导致生物除磷颗粒中微生物分泌蛋白质增加和多糖减少,PN/PS值增大,出现生物除磷颗粒解体,颗粒粒径减小和SVI上升,生物除磷颗粒的结构和功能被破坏.     

高铵条件下绿狐尾藻的生理与氮磷吸收特征

为了探讨水生植物绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)在生态湿地系统对高铵态氮(NH_4~+-N)的耐受及氮(N)、磷(P)吸收能力,试验设置3个高NH_4~+水平(70、210、420 mg·L~(-1))的营养液,对绿狐尾藻培养21 d,研究高浓度NH_4~+对绿狐尾藻生理及N、P吸收特征的影响.结果表明,70 mg·L~(-1)高NH_4~+处理,绿狐尾藻生长健壮,培养21 d后,茎高和生物量分别达到40.56 cm和17.82 g·穴-1;与70 mg·L~(-1)高NH_4~+对照相比,210 mg·L~(-1)高NH_4~+处理下,绿狐尾藻丙二醛含量显著增加,但叶绿素和可溶性糖含量仍较高,说明其受到一定NH_4~+的胁迫,但不影响其正常生长,茎和生物量的生长速率与对照无显著差异.当NH_4~+水平达到420 mg·L~(-1)时,丙二醛含量增加了2倍,茎高和生物量生长速率仅为对照的27.4%和17.9%,植物受到严重胁迫,生长受阻甚至死亡.3种高NH_4~+处理下,绿狐尾藻总N和总P含量的变化范围为30.7~53.4 mg·g~(-1)和3.8~7.7mg·g~(-1),表现出对N、P超高的吸收能力.鉴于绿狐尾藻在高浓度NH_4~+-N中的高耐受性,及很强的N、P吸收能力,绿狐尾藻可作为高铵/氨废水生物处理中理想的湿地生物,将具有良好的应用前景.     

磷酸盐对铁锰复合氧化膜去除地表水中氨氮的影响

利用中试实验系统,研究磷酸盐对石英砂滤料表面负载的铁锰复合氧化膜去除地表水中氨氮的影响.结果表明,当水温为17.2~21.9℃时,随着运行时间的推移,未投加磷酸盐滤柱的氨氮去除效果有所下降;而投加5~15μg·L~(-1)磷酸盐滤柱的氨氮去除效果稳定,且去除率大于95.3%.当水温低于10.5℃时,滤柱出水氨氮浓度超标,此时通过提高磷酸盐投加量至30μg·L~(-1)或增加滤层厚度均可实现出水氨氮浓度达标.但随着系统持续运行,仅增加滤层厚度的滤柱出水氨氮浓度会再次超标.水温在6.5~10.5℃之间,投加30μg·L~(-1)磷酸盐的条件下,120 cm和80 cm活性滤层的最大安全进水氨氮浓度分别为2.34 mg·L~(-1)和1.95 mg·L~(-1).滤柱中生物灭活实验表明活性氧化膜对氨氮的去除同时包括催化氧化作用和生物作用;投加磷酸盐条件下,活性氧化膜的总活性和催化氧化活性分别是未投加磷酸盐条件的1.36倍和1.79倍,这表明磷酸盐促进了活性氧化膜的催化氧化活性.     

水稻秸秆浸泡液对蓝藻和绿藻生长选择性抑制作用

运用流式细胞仪研究了水稻秸秆浸泡液(RSE)对藻类生长、形态学特征(细胞大小)和生理参数(叶绿素荧光强度)的影响.RSE对有毒、无毒铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、有毒水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)、鱼害微囊藻(Microcystis ichthyoblabe)这4种蓝藻和羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、斜生栅藻(Scenedesmus obliqnus)这3种常见绿藻生长的抑制作用具有选择性.RSE浓度为2.0~10.0 g·L~(-1)时,可以显著抑制蓝藻的生长,同时强烈影响了藻细胞的叶绿素荧光强度和细胞大小.有毒水华鱼腥藻、鱼害微囊藻、有毒和无毒铜绿微囊藻的7d EC50分别为1.72、2.21、2.92和5.72 g·L~(-1).暴露于RSE的蛋白核小球藻和斜生栅藻,细胞生长被促进了并观测到有群体形成;而对羊角月牙藻来说,当RSE浓度为1.0~4.0 g·L~(-1)时月牙藻生长和叶绿素荧光强度被抑制,但是当RSE浓度为8.0~10.0g·L~(-1)时,月牙藻生长被显著促进.总之,RSE对蓝藻生长的抑制效果强于羊角月牙藻、蛋白核小球藻和斜生栅藻,蓝藻光合系统Ⅱ反应中心的敏感性和绿藻群体的形成可能是造成两者对水稻秸秆敏感性不同的重要原因.     

海水中的红霉素与营养盐对微藻的复合影响

大量的抗生素及其代谢产物最终会进入海洋,其对海洋生态系统的潜在威胁值得关注.研究了不同浓度的红霉素和营养盐对2种甲藻——米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)、东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)和1种硅藻——中肋骨条藻(Skeletonema costatum)的生物量、光合色素含量、蛋白质含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量的影响,以此来探究海水中红霉素与营养盐限制是否会对微藻产生复合影响,评估不同的营养状态下红霉素对海洋生态的影响.结果表明,营养盐限制会降低米氏凯伦藻、东海原甲藻和中肋骨条藻对红霉素的耐受限度.本实验范围内(0～1 000μg·L~(-1)),红霉素对米氏凯伦藻的生长无显著影响,高浓度的红霉素(≥100μg·L~(-1))会显著抑制东海原甲藻和中肋骨条藻的生长,这3种微藻中中肋骨条藻对红霉素敏感性最高.     

不同氮磷比条件下绿球藻对猪场污水的净化效率

采用添加NaH_2PO_4的方法调节猪场污水中氮磷比(N∶P)分别为8∶1、16∶1、32∶1和64∶1,以未添加NaH_2PO_4的污水为对照(氮磷比为532∶1),探讨一株耐污绿球藻(Chlorococcum sp.)在不同氮磷比污水中的生长性能及其对猪场污水(初始氨氮浓度为291.31 mg·L~(-1))的净化效果.结果表明:经过12 d的培养,绿球藻(接种密度为400×104cells·m L~(-1))在N∶P为64∶1的污水中生长最好,且对污水中氨态氮和总氮的去除效果最佳,细胞密度和生物量分别为3393×104cells·m L~(-1)和0.49 g·L~(-1),对氨态氮和总氮的去除率分别为74.94%和48.78%,显著高于对照组,氨态氮浓度降低到73.01 mg·L~(-1),总氮浓度降低到148.96 mg·L~(-1).培养期间各试验组污水中硝态氮浓度均升高.培养12 d后,N∶P为64∶1组污水中总磷浓度降低为3.07 mg·L~(-1),去除率为71.86%.综上,绿球藻在N∶P为64∶1的污水中生长性能及其对污水中氨态氮和总氮的去除效果均最佳,可使污水中的氨态氮和总磷浓度基本达到相关排放标准.     

微藻膜反应器处理海水养殖废水性能及膜污染特性

以海水养殖废水为研究对象,探究了微藻膜反应器的脱氮除磷效能及膜污染特性.采用青岛大扁藻（Platymonas helgolandica tsingtaoensis）作为生物源,经过60 d的运行,微藻膜反应器的TN和TP去除率分别为73.6%和77.9%,TN和TP去除速率达到15g·（m³·d）^-1和2.8g·（m³·d）^-1.反应器中的微藻能够较快富集,最大生长速率可达53.3mg·（L·d）^-1,最大生物量可达1.4 g·L^-1.第18d和38d分别对反应器中的微藻进行采收,未影响反应器的脱氮除磷效能,且可以在一定程度上缓解膜污染现象.微藻生物量的增加会显著提高膜污染物质的含量,三维荧光光谱结果表明,色氨酸类蛋白质和芳香类蛋白质是造成膜污染的重要因素.     

梯度负荷下果蔬垃圾厌氧消化性能及微生物群落结构的研究

为优化果蔬垃圾厌氧消化工艺,提高厌氧消化性能,本文通过逐级提高CSTR反应器进料负荷,研究不同负荷下的厌氧消化性能及相应的微生物群落结构变化规律.结果表明,随着进料负荷的增高,容积产气率、甲烷产气量、氨氮、碱度、TCOD、SCOD均逐渐增高,在最高负荷(负荷以VS计)2.50g·L-·1d-1时分别达到最大值:1.22L·L-1d-1,5.10L·d-1,1563.86mg·L-1,7572.23mg·L-1,13283.26mg·L-1,2075.03mg·L-1,甲烷含量及VFA分别稳定在52.46%～54.59%和(879.30±18.69)mg·L-1;同时利用PCR-DGGE技术系统分析了厌氧消化中细菌与古细菌的群落结构,测序结果表明,整个过程中拟杆菌(Bacteroidetes)、甲烷鬃菌(Methanosaeta)及甲烷螺菌(Methanospirillum)为优势微生物,随着负荷的提高,甲烷鬃毛菌(Methanosaeta)活性逐渐降低;聚类分析及主成分分析表明,低负荷条件下(1.50g·L-·1d-1、1.75g·L-·1d-1),微生物种类(细菌、古细菌)差别不明显,且基本处于同一阶段.     

磷酸盐对亚硝化系统的抑制及恢复

通过接种城镇污水处理厂的污泥,采用连续流反应器启动亚硝化系统并改变进水磷酸盐的浓度,研究了不同磷酸盐浓度对亚硝化系统的影响.结果表明经过14 d的运行,亚硝化系统启动成功,氨氮转化率达到92.2%,亚硝酸盐累积率为73.66%,亚硝酸盐产生速率达到14.42 g·(m~3·d)~(-1).磷酸盐浓度在10~30 mg·L~(-1)时对亚硝化系统的影响并不大;随着磷酸盐浓度持续提高,氨氮转化率在不断降低.当磷酸盐的浓度为80 mg·L~(-1)时,系统的氨氮转化率为13.6%,亚硝酸盐累积率仅18.19%,亚硝酸盐产生速率仅0.54 g·(m~3·d)~(-1),亚硝化反应受到严重抑制.将进水磷酸盐浓度降低到0,经过14 d运行,亚硝化系统获得恢复,且氨氮转化率可以达到80%以上,亚硝酸盐累积率达到86.96%,亚硝酸盐产生速率为15.63g·(m~3·d)~(-1).     

PN/A双菌层系统的构建及其脱氮性能

分别采用SBR反应器和MBR反应器驯化培养亚硝化污泥和厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)污泥,并通过微生物包埋技术将两类污泥分别包埋,构建亚硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification-ANAMMOX,PN/A)双菌层系统.短期实验证明该系统中亚硝化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和ANAMMOX菌在不同阶段分别起主导作用,维持系统的酸碱平衡,并实现NH+4-N的高效去除(98.8%).长期实验表明,在溶解氧受限时,PN/A双菌层系统能够有效提高系统对溶解氧的利用效率,并增强系统的稳定性和脱氮效能.在溶解氧为1.0 mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度分别为200 mg·L~(-1)和400 mg·L~(-1)时,对照组脱氮效率仅为58.1%和61.4%,而PN/A双菌层系统脱氮效率均稳定在80%左右;溶解氧为3.0mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度为400 mg·L~(-1)时,PN/A双菌层系统总氮去除率达87.9%,总氮积累负荷(NLR)为0.4kg·(m3·d)-1,总氮去除负荷(NRR)为12.8 mg·(g·h)-1.     

溶解氧对悬浮与附着生长系统短程硝化反应的影响机制

溶解氧(DO)是控制短程硝化的重要因素,其对不同的生物处理系统有不同的影响.本文研究了DO对悬浮污泥及生物膜系统短程硝化效果的影响,并利用高通量测序技术分析了微生物群落结构变化.结果表明,对于悬浮污泥系统,当DO从0. 25 mg·L~(-1)增加到0. 50 mg·L~(-1)时,氨氧化速率(AOR)从18. 08 mg·(L·h)-1升高至30. 27 mg·(L·h)-1;当曝气继续增加,DO达到3. 00 mg·L~(-1),仅运行14 d,进水氨氮(NH_4+-N)基本全部转化为硝酸盐氮(NO_3--N),且通过降低DO来恢复短程硝化效果需77 d,恢复过程缓慢.对于生物膜系统,DO由2. 50 mg·L~(-1)上升到3. 00 mg·L~(-1)的过程中,AOR稳定在11. 50～13. 50mg·(L·h)-1,当DO为3. 00 mg·L~(-1)时,80 d的运行结果显示,出水中氨氮与亚硝酸盐氮(NO_2--N)的比值可长期稳定在1∶1. 2～1∶1. 7,基本满足ANAMMOX工艺进水要求.微生物群落结构分析结果表明,悬浮污泥系统在DO从0. 25 mg·L~(-1)增加到3. 00 mg·L~(-1)的过程中,主要氨氧化菌(AOB)菌属Nitrosomonas丰度由10. 07%增长至18. 64%.当DO为3. 00 mg·L~(-1)时,生物膜系统中Nitrosomonas菌属丰度与悬浮污泥系统相近为20. 43%,且生物膜系统富集了0. 78%的ANAMMOX菌属Candidatus_Kuenenia.综上,生物膜系统内DO的变化受曝气量影响较小,短程硝化效果受DO影响较小,短程硝化速率更稳定,更适合作为ANAMMOX脱氮工艺的前处理单元.     

生活污水预沉淀-SNAD颗粒污泥工艺小试

采用人工配水,在SBR反应器中启动同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化（SNAD）颗粒污泥工艺,随后逐渐降低进水氨氮浓度,低氨氮稳定运行一段时间后通入预沉淀后生活污水,考察SNAD颗粒污泥工艺处理生活污水的脱氮性能及稳定性.结果表明,SNAD工艺启动成功后,氨氮去除率大于98%,总氮去除率在89%左右,随着进水氨氮浓度逐渐降低,亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性升高,总氮去除率逐渐下降至75%左右.通入预沉淀生活污水（NH₄⁺-N 52~63 mg·L^-1,COD 99~123 mg·L^-1）后,平均总氮去除率为73.2%,出水COD浓度在35 mg·L^-1以下,最大出水氨氮和总氮浓度为0.7 mg·L^-1和12.8 mg·L^-1,连续30d以上出水氨氮和总氮浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准,实现了生活污水碳氮同步高效去除的目的.     

海洋厌氧氨氧化菌处理含海水污水的基质抑制及其动力学特性

采用ASBR反应器通过改变单一基质浓度分别研究了NH_4~+-N和NO_2~--N对海洋厌氧氨氧化菌脱氮效能的影响及其动力学特性.结果表明,保持进水NO_2~--N为105.6 mg·L~(-1),当进水NH_4~+-N浓度提高至1 200 mg·L~(-1)时,海洋厌氧氨氧化反应器仍保持较好的脱氮能力,未受到明显的抑制作用,NO_2~--N的去除率稳定在80.70%左右;当进水NO_2~--N浓度提高至265.6mg·L~(-1)时,反应器开始受到明显的抑制作用,NH_4~+-N的去除率下降至63.01%左右,随着进水NO_2~--N浓度继续提高至305.6mg·L~(-1)时,NH_4~+-N的去除率进一步下降至43.93%左右.利用Haldane模型和Aiba模型拟合NH_4~+-N和NO_2~--N抑制作用的动力学特性,得到了NRRmax、KS、Ki这3个动力学参数及出水基质浓度与总氮容积负荷(TNRR)之间的关系,根据进一步分析可知,Haldane模型更适合描述NH_4~+-N抑制作用下的动力学特性,Aiba模型更适合描述NO_2~--N抑制作用下的动力学特性,并得到NH_4~+-N和NO_2~--N的出水抑制浓度分别为3 893.625 mg·L~(-1)和287.208 mg·L~(-1),为海洋厌氧氨氧化菌处理含海水污水提供了理论依据.