人工芦苇湿地氨氮污染物去除及氨氧化菌群落多样性分析

对不同质量浓度的NH₃-N在水平潜流人工湿地内的去除过程进行考察,并且对比分析了去除率和硝化强度,利用PCR-DGGE技术研究了ρ(NH₃-N)及植物种植等因素对人工湿地中AOB(氨氧化细菌)群落结构的影响. 结果表明:在水力停留时间为2.5d的情况下,模拟低污染水ρ(NH₃-N)分别为0.6~0.7和4.5~5.0mg/L时,芦苇湿地对TN的去除率分别为81.9%和62.2%. 较高的ρ(NH₃-N)和种植芦苇有利于提高湿地硝化强度和AOB群落多样性. 系统运行50d时,处理高ρ(NH₃-N)和低ρ(NH₃-N)低污染水的芦苇湿地的硝化强度分别为0.164和0.103mg/(kg·h);AOB群落Shannon-Weaver多样性指数(系统运行90d时)分别为2.32和1.75. 处理高ρ(NH₃-N)的低污染水时,空白湿地和芦苇湿地的硝化强度分别为0.082和0.164mg/(kg·h);AOB群落Shannon-Weaver多样性指数(系统运行90d时)从1.95增至2.32.      

处理低污染水的复合人工湿地脱氮过程

为了解人工湿地处理低污染水的脱氮过程,以洱海流域邓北桥湿地为例,采用水质分析、细菌数量分析与硝化/反硝化强度分析相结合的方法,研究了复合型人工湿地处理低污染河水过程中的氮转化过程及污染物去除效果. 结果表明:在氧化塘-表流湿地-潜流湿地-表流湿地的复合型人工湿地中,ρ(NH₃-N)和ρ(TN)呈逐级降低的趋势,NH₃-N和TN的平均去除率分别可达53.24%和48.21%. 氧化塘和表流湿地的硝化强度显著高于潜流湿地,二级表流湿地中硝酸菌数量和表层硝化强度均为各工艺单元中最高的,分别为93.00×105g-1和8.42×102mg/(m3·h);潜流湿地中ρ(DO)较低,其反硝化作用强度为各单元最高的,其中表层反硝化强度为32.70×102mg/(m3·h),深层反硝化强度为32.09×102mg/(m3·h). 该复合型人工湿地中反硝化的主要单元为潜流湿地.      

功能分区型人工湿地处理养殖废水厌氧消化液的性能

针对养猪废水厌氧消化液高ρ(NH₄+-N)的特点,构建了上层填充沸石强化硝化、下层填充砖渣强化反硝化的功能分区型人工湿地,考察其启动阶段运行性能、硝化区及反硝化区污染物去除性能. 结果表明,湿地以间歇方式运行(饱和液位无变化),启动后NO₃--N的产生速率为0.014 6 kg/(m3·d),湿地底部出水的ρ(NO₃--N)平均值为14.94 mg/L,明显低于沸石层的21.77 mg/L. COD_Cr主要在湿地上层硝化区被去除,平均去除率为64.82%. 随着湿地启动,下层由于反硝化作用消耗的有机物增至56.67 mg/L. 在进水期的前15 min,COD_Cr、NH₄+-N、TP的去除率最大,NO₃--N溶出量(以ρ计)最高,达42.30 mg/L. 沸石层10、20和30 cm处硝化速率基本稳定,沸石层的E_h均在400 mV以上. 与间歇方式相比,湿地以潮汐流方式(进水期与落干期时间比为1 h∶23 h)运行时,COD_Cr和TN去除率分别由78.45%和41.99%升至82.62%和53.41%. 研究显示,功能分区型人工湿地通过上层硝化、下层反硝化方式可有效去除养殖废水厌氧消化液中的NH₄+-N.      

模拟光伏曝气硝化SBR自动控制策略及其AOB群落结构

采用模拟光伏曝气硝化SBR(序批式反应器)去除污水中的NH₄+-N,探究适用于反应器硝化过程的自动控制策略,并采用PCR(聚合酶链式反应)和TA克隆考察反应器内AOB(氨氧化细菌)群落结构. 结果表明,反应器可在15 d内成功启动,NH₄+-N平均去除率达97.8%,出水ρ(NH₄+-N)平均值为0.67 mg/L. ρ(DO)和pH变化曲线上均存在指示氨氧化终点的特征点——氨谷和DO肘,可通过d pH/d t(pH导数)准确判断氨氧化终点,而d ρ(DO)/d t〔ρ(DO)导数〕信号波动较大. Nitrosomonas为反应器内绝对优势AOB,但AOB的群落结构并不稳定,只有2个OTU(分类操作单元)在7个克隆文库(d15、d30、d45、d60、d75、d90和d105)中均有分布,AOB群落结构的平均变化率(Δ₁₅ d)为22.1%±16.5%,20%的AOB累积相对丰度随时间变化范围为40.0%~60.7%,表明维持硝化SBR稳定运行的关键是AOB的多样性及群落结构的动态变化,而不是某些特定的AOB种.      

曝气人工湿地脱除低污染水中氮的影响因素

低污染水由于排放量大、来源范围广,成为地表水体中氮的重要贡献者.为探究人工湿地对低污染水脱氮时的影响因素,构建曝气人工湿地,分析其在不同运行工况下对低污染水中不同形态氮的去除效果.结果表明,低污染水中TN和N03--N去除率与水力停留时间(HRT)、碳氮比(C/N)和温度显著正相关(r＞0.65,P＜0.01),与溶解氧(DO)极显著负相关(r＜-0.85,P＜0.01);NH4+-N去除率与各因素之间相关性不显著(P＞0.05).曝气量和HRT的改变,可以调节湿地内DO环境,为湿地内营造交替好-缺氧环境,利于硝化与反硝化过程.在曝气量为0.2 L-min-1、HRT为1 d时,曝气人工湿地对低污染水中TN、NH4+-N和NO3--N去除率分别可达90.15％、98.25％和86.22％,实现了 TN、NH4+-N和NO3--N同步高效去除.C/N和温度是影响TN和NO3--N去除效果的重要因子.随C/N增加,TN和NO3--N去除率明显提升;在进水C/N为5时,TN和NO3--N去除率达到最高,分别为68.49％和50.48％,其中TN去除率较无碳源时提高了 37.43％.此外,温度从8～12℃升高至28～321℃时,曝气CW脱氮速率逐步增大.相较于低温(8～12℃),在高温(28～32℃)时CW对TN和N03--N去除率分别提高了 29.37％和50.24％;而NH4+-N去除率受C/N和温度影响不大.     

苯酚对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期影响

通过接种厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,研究了苯酚浓度对ANAMMOX污泥脱氮效能长短期影响.短期结果表明,随着苯酚浓度的增大,氮去除率快速下降.当苯酚浓度大于600 mg·L-1时,NH+4-N的去除率降低到6%以下,TN的去除率只有10%左右.长期实验结果表明,当苯酚浓度小于100 mg·L-1时,NH+4-N的去除率都能达到99%以上,说明低浓度苯酚对ANAMMOX菌有一个驯化的过程.当苯酚浓度高于400 mg·L-1时,NH+4-N的去除率只有23.59%,TN去除率只有50.3%,ANAMMOX污泥抑制明显,与短期结果相同.此时反硝化菌活性明显高于ANAMMOX菌,说明苯酚可作为有机碳源诱发体系中发生反硝化反应,最终导致反硝化菌在体系中占据主导地位.但高浓度(1 000 mg·L-1)苯酚对反硝化菌也具有抑制作用.通过拟合得到苯酚对ANAMMOX半抑制有效浓度(IC50)为71.57 mg·L-1.经过18 d的恢复后,NH+4-N去除率基本恢复,但氮素之间的转化计量式发生了改变,ρ(NH+4-N)去除/ρ(NO-2-N)去除/ρ(NO-3-N)生成为1∶0.86∶0.2.研究结果表明,将苯酚控制在合理范围内可以使反应器达到同步脱氮除酚的效果.     

溶氧对富集培养的河口湿地表层沉积物氨氧化菌多样性及氨氧化速率的影响

溶氧(dissolved oxygen,DO)是影响氨氧化过程的一个重要环境因素.为探究DO对氨氧化过程的影响程度及其作用机制,本研究对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化菌富集培养物进行DO处理实验,利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术比较不同DO条件下氨氧化菌多样性,确定DO对氨氧化速率、氨氧化菌多样性的影响规律.结果表明,在饱和及好氧条件下氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落多样性指数(Shannon index)达到2.00和2.05,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)为2.49和2.03,氨氧化速率分别达到14.20 mg·(L·d)-1和13.36 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率达到93.8%和88.2%.而在缺氧和厌氧条件下AOB群落多样性指数分别为1.76和1.80,AOA为1.27和2.21,氨氧化速率仅为7.82 mg·(L·d)-1和5.66 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率为51.7%和37.4%.相关性分析结果表明,DO浓度与氨氧化速率呈极显著正相关,与AOB多样性指数亦呈显著正相关;DO和氨氧化速率与AOA群落各指数都无相关关系.     

多级强化地下水修复技术对NH_4~+-N的去除机制

为解决地下水污染修复技术中PT(抽出处理)和PRB(渗透性反应墙)存在的一些不足,搭建了MET(多级强化地下水修复技术)小试装置,以NH4+-N为目标污染物,研究MET对地下水中NH4+-N的去除效果及机制.结果表明,在进水水力负荷为14.68 m3/(m2·d)、ρ(NH4+-N)为25.0 mg/L的条件下,装置连续运行45 d,NH4+-N去除率呈先降后升、平稳后再下降的趋势,平均值达90%以上.出水ρ(NH4+-N)平均值为2.0 mg/L,其中,硝化作用和微生物同化作用使ρ(NH4+-N)平均下降13.9和5.2mg/L,分别占进水ρ(NH4+-N)的54%和20%;植物作用、基质永久吸附作用和挥发作用分别使ρ(NH4+-N)下降2.9、0.7和0.7mg/L,占进水ρ(NH4+-N)的12%、3%和3%.综上,MET对地下水中NH4+-N的去除率可达90%,实现了高效去除NH4+-N的目标.     

NaCl对好氧颗粒污泥短程硝化反硝化的影响

利用SBR(序批式反应器)研究了不同ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)、进水ρ(NH₄+-N)对AGS(好氧颗粒污泥)短程硝化反硝化的影响. 结果表明,在pH、温度和ρ(DO)为8.0、30 ℃和3 mg/L条件下,以及ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)为20 g/L、8 h、600 mg/L和70 mg/L时,η_A(NH₄+-N去除率)和NAR(NO₂--N积累率)达到最佳. 当进水ρ(NaCl)为10 g/L时,NOB(亚硝酸盐氧化菌)被完全抑制,AOB(氨氧化菌)能够保持正常活性. ρ(COD_Cr)较高时能够促进NAR的提高. 经过116 d的培养,AGS短程硝化反硝化的耐盐极限为50 g/L,此时η_A小于50%,AOB被严重抑制,AGS丧失硝化能力. AGS的同步硝化反硝化作用明显,SND(同步硝化反硝化率)平均值为24.2%,SNDV(同步硝化反硝化比速率)平均值为0.63 h-1,低ρ(DO)比高ρ(DO)下的SND同步硝化反硝化作用更为明显.      

人工湿地净化海水养殖外排水影响因素与效果实验研究

以海水养殖外排水为处理对象,构建芦苇复合垂直流人工湿地模拟系统进行处理效果的影响因素(盐度,水力负荷,污染负荷)实验。植物选择芦苇,种植密度为48株/m2,基质填料选择细纱、蛭石、高炉矿渣、沸石和砾石。实验结果显示,随着盐度的升高,人工湿地对CODMn和NH4-N的去除率差异不显著(P>0.05),对PO4-P的去除率在逐渐降低,变化显著(P<0.05),但芦苇表现出较强的耐盐性,在盐度20时生长良好。随着水力负荷的增加,人工湿地对CODMn、NH4-N和PO4-P的去除率呈现出降低的趋势,变化显著(P<0.05);而当污染负荷增加时,去除率呈现出先增加后降低的趋势。综合考虑运行合理性及运行效果,得出合理工况为盐度20,水力负荷0.4 m3/(m2.d),污染负荷CODMn 10 mg/L,NH4-N 2 mg/L,PO4-P 0.5 mg/L。在此工况下,系统稳定运行2个月,显示人工湿地对海水养殖外排水中的污染物具有较好的去除效果。     

耐盐异养硝化菌qy18和中度嗜盐异养硝化菌gs2的脱氮特性与耐盐性研究

研究了两株异养硝化菌qy18和gs2的脱氮特性和耐盐范围。筛选出一株耐盐异养硝化菌qy18和一株中度嗜盐异养硝化菌gs2,通过形态观察、生理生化试验和16S rRNA序列分析,分别确定其为假单胞菌属(Pseudom onas)和盐单胞菌属(Halom onas)。在48 h内菌株qy18和菌株gs2的NH4-N去除率分别为98.51%和96.10%,TN去除率分别为83.57%和81.46%,COD去除率分别为54.13%和45.0%,两株菌可以同时利用有机碳源和NH4-N为底物进行硝化反应和同步脱氮。两株菌的最大NH4-N去除速率分别为5.79 mg/(L.h)和5.50 mg/(L.h),高于目前已报道的异养硝化菌的NH4-N去除速率。培养期间没有检测到NO3-N,NO2-N最大积累量分别为0.02 mg/L和3.79 mg/L,推测菌株qy18具有特殊的NH4-N代谢模式。两株菌适宜生长的盐度范围分别为0%~4%和2%~10%。同时发现了在盐度不断升高的过程中,NH4-N去除所受盐度的抑制要早于菌体生长所受盐度的抑制。     

硝化液回流比对A~2/O-MBBR工艺反硝化除磷效果的影响

采用强化生物除磷系统(A2/O-MBBR)联合工艺,研究硝化液回流比(100%、150%、200%、300%)对该系统反硝化除磷效果的影响。研究结果表明:在进水ρ(COD)为400 mg/L、ρ(NH+4-N)为30 mg/L、ρ(SOP)为8 mg/L条件下,硝化液回流比对A2/O-MBBR工艺系统中COD、NH+4-N和TN的去除率影响不大,而对缺氧区的吸磷量影响明显,缺氧区吸磷量随着硝化液回流比的增大呈现先上升后下降的趋势。当回流比为200%时,缺氧区的NO-3-N浓度为4mg/L左右,吸磷量最大为20.2 mg/L,胞内聚合物PHB代谢活性最好,利用率最高为1.12 g/(g·L)。体现了A2/OMBBR联合工艺具有显著的反硝化除磷效果。     

沸石床多级生物膜焦化废水处理系统的NH_~4+-N去除稳定性研究

焦化废水处理中预处理蒸氨工艺不稳定容易引起生物处理出水NH+4-N的波动,为了在有机物去除的同时提高生物系统对NH+4-N的去除效果和稳定性,采用对NH+4-N有良好吸附性能的天然斜发沸石为生物填料构建沸石床多级生物膜系统,考察了进水负荷对系统运行稳定性的影响、抗冲击负荷能力以及系统的功能分区和污染物迁移转化规律.结果表明,当系统进水NH+4-N负荷≤0.21 kg/(m3·d)、COD负荷≤1.35 kg/(m3·d)时,出水NH+4-N和COD的平均浓度分别为(2.2±1.2)mg/L和(228±60)mg/L,平均去除率分别达(99.1±0.5)%和(86.0±2.6)%.在低、高两次NH+4-N冲击负荷[0.03 kg/(m3·d)和0.06 kg/(m3·d)]条件下,系统对NH+4-N的平均去除率仍然分别高达99.0%和92.9%,高于对比系统的96.8%和89.3%,表现出良好的抗NH+4-N冲击负荷性能与处理稳定性.系统好氧单元反应器沿程出现脱碳/硝化功能区(C/N区)和硝化功能区(N区),其中N区的NH+4-N 降解速率为C/N区的2～8倍.系统进水中相对分子质量＜1×103、 1×103～1×104、＞1×104的TOC浓度分别为227.6、104.8和35.0 mg/L,处理出水中的TOC浓度分别为31.2、 22.9和31.5 mg/L,其中相对分子质量＜1×103和1×103～1×104这2个范围的有机物降解良好,出水残余物质主要为相对分子质量＞1×103的有机物.     

附积床生物膜反应器同步硝化反硝化脱氮特性

基于传统的生物膜技术开发了新型的附积床生物膜反应器并考察其脱氮效果.结果表明,在不同HRT下可以获得稳定的COD去除效果,平均去除率达81.7%;在水力停留时间为3.90 h,NH+4-N、TN的平均负荷分别为0.47 kg/(m3.d)、0.59kg/(m3.d)时,可以获得NH+4-N 92.7%和TN 67.5%的去除效果.实验中混合液的溶解氧浓度(DO)是影响TN去除效果的最重要因素,pH是影响NH4+-N、TN去除效果的重要因素之一,最佳脱氮效果的控制条件为DO在0.1～2.0 mg/L之间,pH值在7.0～7.5之间,分析了实验中同步硝化反硝化脱氮的机制.     

海菜花-螺蛳经济湿地对农田低污染水的净化

为研究海菜花水培经济湿地对农田低污染水的净化效能及投放螺蛳对水体净化的影响,在进水ρ(TN)、ρ(NO₃--N)、ρ(TP)分别为(5.08±0.14)、(4.71±0.15)、(0.10±0.03)mg/L条件下,构建了无螺组(海菜花湿地)、有螺组(海菜花-螺蛳经济湿地)和空白组(无海菜花和螺蛳湿地)3种湿地,对比不同HRT(水力停留时间)对水质处理效果的影响,并考察了其经济效益. 结果表明:①HRT为7 d时,无螺组对TN、NO₃--N和TP的去除率分别为55.6%±5.8%、62.6%±5.8%和76.3%±4.8%,有螺组分别为50.8%±5.5%、61.2%±6.3%和75.5%±3.9%;HRT为42 d时的污染物去除率与HRT为28 d时相当,并且有螺组和无螺组也相当,对TN、NO₃--N和TP的去除率分别在76.8%、92.4%和84.8%以上. ②HRT为7和42 d时,投放螺蛳对N、P的去除均表现为抑制作用;HRT为7 d时有螺组浊度显著降低(P<0.05). ③HRT为7 d时,有螺组和无螺组对TN、TP的处理量均在800和228 kg/(hm2·a)以上,显著高于HRT为42 d〔141、46 kg/(hm2·a)〕时. ④HRT为7 d的有螺组经济效益最高,为20.3×104元/(hm2·a),其中海菜花收益为15.4×104元/(hm2·a),投加螺蛳增加经济效益为4.9×104元/(hm2·a). 综合考虑对农田低污染水的净化效能和经济效益,优选HRT为7 d的海菜花-螺蛳经济湿地处理农田低污染水.      

处理低污染河水的湿地内氮迁移转化过程模拟

为了明确以低污染河水为原水的人工湿地中的主要脱氮机制以及氮素的归趋形式,以洱海流域邓北桥湿地工程为研究对象,根据湿地内发生的生物反应、物理吸附以及沉淀等过程,建立了生态动力学模型,模拟湿地中氮素的迁移转化. 结果显示,所建模型能较好地模拟出水中ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(ON)(ON为有机氮)的变化趋势,效率系数(R)分别为50.2%、67.6%、81.2%. 通过对湿地氮素迁移转化与去除量的模拟结果分析,确定了湿地除氮的主要机制为硝化、反硝化、植物吸收. 反硝化作用可以去除进水中50.0%的TN,植物吸收可以去除进水中11.0%的TN,底泥则可以吸附进水中3.5%的TN. 模拟得到硝化速率平均值、反硝化速率平均值、植物吸收氮速率平均值分别为0.234、0.438、0.050 g/(m3·d).      

EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化

将膨胀颗粒污泥床(EGSB)和曝气生物滤池(BAF)集成,EGSB出水进入BAF进行短程硝化,BAF出水外回流至EGSB反应器为后者提供亚硝态氮,在不需外部投加亚硝态氮的条件下,实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化的耦合, 系统地处理ρ(氨氮)为50 mg/L和ρ(COD_Cr)为500 mg/L的合成废水.结果表明:当外回流比为200%时,系统CODCr,氨氮和总氮的去除率分别为92.4%,97.4%和80.6%;出水ρ(氨氮),ρ(亚硝态氮),ρ(硝态氮)和ρ(COD_Cr)分别为1.05,4.30,2.56和35.3 mg/L;COD_Cr,总氮和氨氮的去除负荷速率分别为1.770,0.137和0.164 kg/(m3·d). 与传统的活性污泥过程相比,EGSB-BAF集成系统回收甲烷1.03 　L/d,占系统COD_Cr去除量的37.0%;在系统总氮的去除过程中,厌氧氨氧化途径占35.9%,短程反硝化途径占47.4%,全程反硝化途径占16.7%.      

表面流人工湿地和复合型生态浮床处理污水厂尾水的脱氮性能分析

采用菖蒲型表面流人工湿地和复合型生态浮床净化模拟污水厂尾水,以探究在不同季节、不同进水氮形态下两者的脱氮性能差异;并结合高通量测序技术分析微生物组成,以考察两系统内微生物群落结构特征及功能特征。研究结果显示:植物和水温对系统TN的去除具有显著影响,在夏季表面流人工湿地组和复合型生态浮床组的处理效果明显优于春、秋季,在系统水力停留时间为3 d、水温为(34±2)℃的条件下,两者对TN的去除率分别达到(84. 97±3. 90)%和(82. 23±4. 83)%;进水氮形态对系统的运行效果有显著影响,当水温为(25±2)℃时,进水中ρ(NH+4-N)/ρ(NO_3~--N)=1∶1时,系统对TN的去除负荷达到最大,湿地组为1333 mg/(m~2·d),浮床组为923 mg/(m~2·d),适当提高进水中氨氮的比例有利于植物生态系统中总氮的去除。菌群分类结果表明,两种处理系统均具有很高的细菌多样性,相较于浮床组,湿地组的反硝化菌相对丰度更高,表现出更强的脱氮性能。     

同步硝化反硝化耦合除磷工艺的快速启动及其运行特征

以低COD/N生活污水(C/N为3∶1~4∶1)为进水基质,在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),通过逐步降低溶解氧(DO)浓度的方式快速实现同步硝化反硝化耦合除磷.反应器运行20 d后(DO浓度为0.50~1.0mg·L-1),系统出现同步硝化反硝化耦合除磷的现象.在随后运行的40 d里,反应器对废水COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为84.84%、93.51%、77.06%和85.69%;出水NO-3-N和NO-2-N平均浓度分别为4.01 mg·L-1和3.17 mg·L-1.反应器启动运行后期,污泥体积指数(SVI)为55.22 m L·g-1,沉降性能良好,颗粒结构较完整.不同氮源的周期曝气阶段结果表明,对TN的去除率为NH+4-NNO-2-NNO-3-N;对TP的去除率为NO-3-NNO-2-NNH+4-N,反应器主要以同步硝化反硝化脱氮和反硝化方式除磷.     

焦化废水生物脱氮试验研究

采用硝化与反硝化工艺进行焦化废水生物脱氮试验,结果表明:在控制一定的工艺参数条件下,可以将500mg·L-1左右的ρ(NH3-N)降至15mg·L-1以下,COD的去除率达85%。