土霉素对SBR系统细菌的抑制效应与机制研究

基于SBR系统,从脱氮过程、化学需氧量(COD)的去除过程、胞外聚合物(EPS)的总量变化过程、比呼吸速率(SOUR)的变化过程及微生物群落的变化等多个角度出发,较系统地研究了不同浓度土霉素对SBR系统的冲击作用.结果表明,由于土霉素(OTC)的作用,系统氨氮去除率从空白对照组的99.0%分别下降至77.2%(OTC 1 mg·L~(-1))、47.4%(OTC 5 mg·L~(-1))及10.0%(OTC 10 mg·L~(-1)).此外,高浓度土霉素(10mg·L~(-1))引起EPS分泌量和异养菌SOUR分别下降至空白组的44.3%和41.2%.由高通量分析可得,由于高浓度土霉素(5 mg·L~(-1)以上)的作用,活性污泥中微生物的多样性显著下降,且微生物的群落结构也发生显著变化.属层面的分析可得,高浓度土霉素(5 mg·L~(-1)以上)反应器中的部分氨氧化菌,如Nitrospira和Nitrosomonas均受到了抑制.     

苯酚对EBPR系统除磷性能的抑制作用

采用SBR反应器考察了投加不同浓度苯酚(5、10、30、50、100、150、200 mg·L~(-1))对强化生物除磷工艺(EBPR)系统除磷性能的影响.结果表明,苯酚浓度≤50 mg·L~(-1)时,COD及PO3-4-P的去除率均在85%以上,系统具有较好的污染物去除性能;而投加高浓度苯酚(≥100 mg·L~(-1)),反应器除磷性能大幅降低;当苯酚浓度为200 mg·L~(-1)时,系统仅经过22个周期便丧失除磷性能,COD平均去除率降至61.3%,且在短期内难以恢复.同时发现,长期投加苯酚导致EBPR系统污泥除磷性能受到抑制,且对好氧吸磷的抑制作用大于厌氧释磷.此外,低浓度苯酚条件下(≤50 mg·L~(-1)),因污泥对苯酚毒性逐渐适应,系统污泥微膨胀现象逐渐消失,而由高浓度苯酚引发的污泥膨胀却难以恢复.短期冲击实验表明,由投加苯酚导致的出水COD和磷浓度的波动可随着苯酚撤去而逐渐恢复,由此可知,苯酚冲击对系统除磷性能的抑制可逆.     

纳米氧化锌对EBPR系统的长期作用机制研究:从宏观到微观

研究了纳米氧化锌(ZnO NPs)对强化生物除磷(EBPR)系统的长期作用机制,系统分析了EBPR系统在ZnO NPs长期抑制下宏观运行性能与微观结构的变化.结果发现,当进水开始添加ZnO NPs后,系统沉降性能随之降低.厌氧释磷速率与好氧吸磷速率均出现显著降低并降至0 mg·g~(-1)·h~(-1)(以每g MLSS释(吸)P量(mg)计,下同),从而使得系统丧失除磷效果.同时,厌氧段COD开始积累.ZnO NPs浓度增加至10 mg·L~(-1)时,多糖与蛋白质含量在抑制条件下均开始减少.通过高通量技术对微观层面进行分析发现,ZnO NPs将会严重抑制聚磷菌的正常生长.ZnO NPs对系统内不同细菌有截然不同的作用,Proteobacteria门在试验过程中比例减小,而Bacteroidetes门却受到促进作用.恢复阶段,较低浓度(2 mg·L~(-1))抑制条件下,EBPR系统恢复速度与程度均优于高浓度(6、10 mg·L~(-1))抑制条件.然而,即使系统得到一定程度恢复也难以恢复到初始水平.     

超低溶解氧条件下的EBPR系统除磷性能

实验采用两个交替厌氧/好氧(An/O)模式运行的SBR反应器,对不同溶解氧(DO)浓度梯度下EBPR系统除磷效果及工艺性能进行了为期127 d的研究.在未控制DO的对照组反应器R1中,好氧段DO≥6 mg·L~(-1),运行的前65 d内工艺除磷性能稳定,除磷率95.9%,出水总磷0.5 mg·L~(-1),但由于系统长期处于过曝气状态,65 d后除磷性能逐渐恶化,直至97 d后系统彻底失效,整个运行阶段(1~127 d)出水总磷一级A达标率为39.4%.对于实验组反应器R2,控制好氧段DO浓度分别为2、1、0.5、0.2、0.1 mg·L~(-1),各工况初期除磷性能均有小幅波动,但除磷率迅速回升,继而反应器达到稳定运行.统计发现,实验组反应器R2在整个运行阶段出水总磷一级A的达标率为94.6%,127 d内仅有6 d不达标,工艺性能远优于R1.DO=2 mg·L~(-1)系统的比吸磷速率接近最大值,而低DO条件对比吸磷速率影响较大.实验还发现,尽管由超低DO(0.1 mg·L~(-1))引起的有机物降解速率低导致系统发生污泥微膨胀,但出水总磷仍能100%达标排放,微好氧EBPR的节能除磷具有可行性.     

基于优质碳源提供的CAMBR复合工艺短程硝化-反硝化除磷研究

挥发性脂肪酸(VFA)是反硝化除磷过程可以利用的优质碳源,为此本研究结合厌氧折流板反应器(ABR)微生物相分离和膜生物反应器(MBR)出水水质优良的特性,构建了CAMBR复合工艺,并通过优化ABR水力停留时间(HRT)等运行条件以提供优质碳源,实现高效反硝化除磷.研究表明,当ABR的HRT为4.8 h时,可获得充足的VFA作为优质碳源,并实现消耗VFA的量为56.1 mg·L~(-1)的同时获得10.43 mg·L~(-1)的释磷,即释放1 mg磷需要的VFA量为5.38 mg,同时实现12.35 mg·L~(-1)的吸磷,而MBR池的吸磷为1.33 mg·L~(-1).短程硝化除磷过程中,缺氧消耗1 mg PO_4~(3-)-P需要0.62 mg的NO-x-N,吸收1 mg PO_4~(3-)-P所需NO_2~--N的量为1.67~2.04 mg.系统出水水质稳定,COD、TN和溶解性PO_4~(3-)-P的平均去除率分别为91%、84%和93%,出水平均浓度分别为30、7.15和0.55 mg·L~(-1),表明CAMBR复合工艺生在处理生活污水过程中可获得稳定高效的反硝化除磷效果.     

生物强化除磷机理的探讨

对生物强化除磷(EBPR)的机理进行了探讨。首先介绍了聚磷菌胞内贮存物(聚磷、PHAs和糖原)的性质和功能,然后对这些贮存物在厌氧和好氧(缺氧)情况下的反应加以分析。旨在从能量转化的角度对EBPR过程加以阐述,加深对生物除磷机理的认识。     

低温低溶解氧EBPR系统的启动、稳定运行及工艺失效问题研究

试验采用交替厌氧/好氧(An/O)SBR反应器,在温度为13~16℃的条件下启动并运行EBPR系统.研究表明,进水磷浓度20 mg·L-1,控制DO浓度为2 mg·L-1,低温条件下即可在短期内(6 d)实现EBPR系统的成功启动并获得高效稳定的除磷性能,出水磷浓度低于0.5 mg·L-1.降低DO浓度会影响EBPR系统的稳定运行效果,反应器好氧阶段DO浓度由2mg·L-1降为1 mg·L-1,系统仍可以稳定运行,磷的去除率均大于97.4%,但厌氧释磷量略有下降;DO浓度进一步降至0.5mg·L-1时,EBPR系统除磷性能迅速恶化且出水磷浓度超标.通过提高溶解氧浓度以恢复EBPR除磷性能的试验发现,低DO导致的系统失效在短期内不可逆.研究还发现,以NO-2及NO-3为电子受体的缺氧除磷小试对EBPR系统的稳定运行具有冲击作用,但由此产生的不利影响可在6个周期内得以恢复;此外,长期低温运行的EBPR系统内MLSS基本保持恒定且SVI略有降低,说明低温低DO条件有利于系统内污泥的沉降.     

A2/O污水处理工艺中基质转化机理研究

以实际污水培养驯化污泥的小试规模A2/O工艺为研究对象,对系统中基质的转化机理及硝态氮对基质转化的影响进行了批式试验研究.结果表明,在无硝态氮存在于厌氧环境的系统中,厌氧段消耗的COD有51%可被聚磷菌吸收并合成为聚羟基链烷酸(PHAs);缺氧和好氧条件下的比吸磷速率为3.87和6.54 mg/(g·h),利用单位PHAs的吸磷量(rP/PHA)分别为0.38和0.78而在有硝态氮存在于厌氧环境的系统中,厌氧段消耗的COD仅有30.8%可被聚磷菌吸收并合成PHAs,61.5%用于还原硝态氮;缺氧和好氧条件下的比吸磷速率为2.24和4.58 mg/(g·h),rP/PHA值分别为0.35和0.77.同时,在这2个系统中厌氧阶段释放的磷和消耗的COD成良好的线性关系.硝态氮存在于厌氧环境会降低聚磷菌的厌氧释磷速率和效率,使PHAs的合成量减少,从而降低聚磷菌的缺氧和好氧吸磷速率,但并不会影响其吸磷能力.     

厌氧/好氧SPNDPR系统实现低C/N城市污水同步脱氮除磷的优化运行

为了解同步短程硝化内源反硝化除磷(SPNDPR)系统的脱氮除磷特性,以低C/N城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180 min)/好氧运行的SBR反应器,通过联合调控曝气量和好氧时间,考察了该系统启动与优化运行特性.结果表明,当系统好氧段曝气量为0. 8 L·min~(-1),好氧时间为150 min时,出水PO_4~(3-)-P浓度约为1. 5 mg·L~(-1)左右,出水NH_4~+-N和NO_3~--N浓度由10. 28 mg·L~(-1)和8. 14 mg·L~(-1)逐渐降低至0 mg·L~(-1)和2. 27 mg·L~(-1),出水NO_2~--N浓度逐渐升高至1. 81 mg·L~(-1);当曝气量提高至1. 0 L·min~(-1)且好氧时间缩短至120min后,系统除磷、短程硝化性能逐渐增强,但总氮(TN)去除性能先降低后逐渐升高,最终出水PO_4~(3-)-P、NH_4~+-N分别稳定低于0. 5 mg·L~(-1)和1. 0 mg·L~(-1),好氧段亚硝积累率和SND率分别达98. 65%和44. 20%,TN去除率达79. 78%. SPNDPR系统内好氧段好氧吸磷、反硝化除磷、短程硝化、内源反硝化同时进行保证了低C/N污水的同步脱氮除磷.     

后置短程反硝化AOA-SBR工艺实现低C/N城市污水的脱氮除磷

为了解厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)运行的序批式反应器(SBR)中,强化生物除磷(EBPR)与同步短程硝化反硝化(SPND)耦合,并后置短程反硝化的脱氮除磷特性,以低C/N(≤4)城市污水为处理对象,通过优化曝气量和缺氧时间,实现了低C/N城市污水的深度脱氮除磷.结果表明,当好氧段曝气量由1.0 L·min-1降至0.6 L·min-1,缺氧时间为180 min时,出水PO3-4-P浓度由0.06 mg·L~(-1)降至0,出水NH+4-N、NO-2-N和NO-3-N浓度分别由0.18、18.79和0.08 mg·L~(-1)逐渐降低至0、16.46和0.05 mg·L~(-1),TN去除率由72.69%提高至77.97%;随着曝气量的降低,SPND现象愈加明显,SND率由19.18%提高至31.20%;此后,当缺氧段时间由180 min逐渐延长至420 min,出水PO3-4-P、NH+4-N和NO-3-N浓度分别维持在0、0和0.03 mg·L~(-1)左右,出水NO-2-N低至3.06 mg·L~(-1),SND率达32.21%,TN去除性能逐渐提高,TN去除率高达99.42%,实现了系统的深度脱氮除磷.     

不同恢复方式对硝化颗粒污泥活性的影响

利用SBR反应器培养的成熟好氧硝化颗粒污泥,进行了硝化颗粒污泥临界活性以及不同氨氮浓度及曝气时间对储存的好氧硝化颗粒污泥活性恢复的影响研究.结果表明,储存不同时间的硝化菌活性(SOUR,O2/VSS)差别较大,储存前硝化颗粒污泥硝化菌SOUR为13.15 mg·(g·h)-1,储存20 d的硝化菌SOUR下降了1.26 mg·(g·h)-1,恢复运行了5个周期,氨氮去除率已经达到95%以上,恢复后活性为13.87 mg·(g·h)-1.但储存30 d的硝化菌SOUR降了11.63 mg·(g·h)-1,恢复运行51个周期后,氨氮去除率才达到92.64%,恢复后活性为14.92 mg·(g·h)-1,同时这种储存方法恢复时间较长,因此提出硝化颗粒污泥的临界活性为当硝化菌SOUR开始下降时,进行活性恢复.在临界活性的基础上,采用当硝化菌SOUR下降到临界活性时实施恢复,之后进入下一个储存周期,这种储存方式即为动态储存.当进水氨氮浓度分别为20、30、40 mg·L-1时,进行颗粒污泥活性恢复,进水氨氮浓度为40 mg·L-1恢复后硝化菌活性最高,经过3次动态储存后,其活性保持良好.当曝气时间分别为1、2、3 h时,进行颗粒污泥活性恢复,曝气时间为1 h时恢复后硝化菌活性最高,在动态储存过程中其活性一直保持较高水平.     

叶酸对厌氧氨氧化细菌脱氮性能的影响研究

考察了叶酸对厌氧氨氧化细菌对污水脱氮性能的影响,并从胞外聚合物（EPS）、血红素及细胞合成等方面进行了机理分析.结果表明,在叶酸添加量分别为0.5、1.0和1.5 mg·L^-1时,均可提高厌氧氨氧化细菌的污水脱氮性能,且当叶酸浓度为1.5 mg·L^-1时,脱氮性能最好.与对照组相比,在1.5 mg·L^-1的叶酸添加量时,总氮去除率（TNRR）提高到45.3 mg·g^-1·d^-1,增加了32.1%;总EPS提高到175.9 mg·g^-1,增加了66.6%;血红素含量提高到2.35 mg·g^-1,增加了26.4%;厌氧氨氧化细菌功能基因总拷贝数提高到（2.87×10⁸±1.79×10⁷）copies·g^-1,增加了11.1%.经叶酸刺激培养后,污泥系统中的浮霉菌门相对丰度增加了3.5%,系统中占主导地位的厌氧氨氧化细菌为Candidatus Brocadia.     

高浓度基质冲击后厌氧氨氧化菌活性恢复研究

试验研究了阶段式负荷提高法对高浓度基质抑制后反应器中厌氧氨氧化(Anammox)菌的活性恢复特性的影响,考察了活性恢复过程反应器各阶段的脱氮性能、胞外聚合物(EPS)组分及Anammox菌丰度的变化.结果表明,通过逐步提高氮负荷率,反应器中Anammox菌活性于57d内即可恢复至受损前状态,最终氮去除负荷达2.21 kg·m-3·d-1;Anammox泥中的EPS含量、紧密型EPS和松散型EPS中蛋白质与多糖的比例均呈现先降低后上升的趋势,当进水总氮(TN)为500 mg·L-1时,EPS含量及二者的比例均最低;Anammox菌丰度对废水中氮浓度的敏感度较高,在活性恢复过程中,TN浓度为700 mg·L-1时丰度最高,达2.4×1010copies·g-1VSS.     

微好氧水解酸化在石化废水预处理中的应用研究

应用微好氧水解酸化技术对北方某石化污水厂进行了改造,投产后对其进行了跟踪监测.结果表明,在进水COD为490.3~673.2 mg·L-1,水力停留时间(HRT)为24 h以及溶解氧(DO)控制在0.2~0.35 mg·L-1条件下,监测阶段内COD的平均去除率为11.7%,出水和进水相比,BOD5/COD提高了12.4%,UV254值降低了11.2%,挥发性脂肪酸(VFA)浓度升高了23.0%.相对分子质量分布测定和好氧生物降解性试验结果表明:石化废水采用微好氧水解酸化预处理后,小分子有机物(1×103)所占比例由59.5%提高至82.1%,而大分子有机物(100×103)所占比例由31.8%降低到14.0%.经微好氧水解酸化预处理后降解性有显著提高,原水COD经48 h好氧处理可降至102.2 mg·L-1,而微好氧水解酸化出水COD经48 h好氧处理可降解至71.5 mg·L-1.微好氧水解酸化出水的SO2-4浓度[(930.7±60.1)mg·L-1]高于进水[(854.3±41.5)mg·L-1],表明微好氧环境对硫酸盐还原菌(SRB)有抑制作用.由于硫酸盐的还原受到抑制,减少有毒和恶臭类气体产生,改善了周围环境.     

给水管网中余氯浓度对颗粒物表面细菌附着的影响

为解析余氯浓度对颗粒物表面细菌附着的影响,以给水管网细菌为研究对象,开展其在不同余氯浓度条件下的附着实验.结果表明,低浓度氯(0~0.5 mg·L~(-1))会促进细菌在针铁矿表面的附着,而高浓度氯(0.5~3.0 mg·L~(-1))抑制了细菌的表面附着.通过定量测定及激光共聚焦显微镜的观测发现,当氯浓度为0.5 mg·L~(-1)时,聚集体总细菌数、胞外聚合物(EPS)含量均达到最大.研究结果揭示了余氯浓度调控着细菌EPS的分泌,进而影响细菌在给水管网中颗粒物表面的附着.     

上层曝气式生物反应器填埋工艺特性的研究

通过实验室模拟填埋柱,将厌氧生物反应器与上层曝气式生物反应器进行对比研究,以探究好氧预处理-厌氧运行方式下生物反应器内固体垃圾、渗滤液性质以及填埋气回收率的变化特征.结果表明,厌氧生物反应器A1受酸抑制影响,实验过程中几乎无甲烷气体产生,垃圾层沉降高度5.4 cm,且主要归结于垃圾自身重力下的压实作用,渗滤液COD、VFA浓度高达70 000 mg·L-1和30000 mg·L-1,尚未出现降低趋势.好氧预处理则有效缓解了填埋柱内酸抑制现象,垃圾降解速度明显加快,产甲烷环境于曝气60 d内建立.至反应器运行结束,垃圾层沉降高度11.5 cm,渗滤液COD、VFA浓度分别降低至14000mg·L-1和8900 mg·L-1,甲烷累积产量61976 mL,回收利用率高达95%以上.然而,上层曝气式生物反应器操作模式相对比较复杂,其反应器运行效果还受到回灌操作和曝气条件等多方面因素的影响和制约.因此,需调节渗滤液回灌操作与曝气条件以实现反应器的高效运行.     

环丙沙星对膜生物反应器运行效能的影响及其去除特性

采用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理含环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的模拟废水,考察了不同CIP投加浓度(0、5、10 mg·L~(-1))下的污染物去除效果和微生物群落的变化.结果表明,随着CIP投加浓度从0 mg·L~(-1)增加至5 mg·L~(-1)再增加至10 mg·L~(-1),反应器中污泥浓度呈现先减少后波动平衡的趋势;COD和TOC平均去除率分别从98.40%和97.80%下降至84.20%和94.10%,表明CIP对有机物去除有所影响但影响程度不大;氨氮去除效率受CIP投加浓度的影响较大,随着CIP投加浓度从0 mg·L~(-1)增加至5 mg·L~(-1)再增加至10 mg·L~(-1),氨氮去除效率从96.91%降低至84.14%再降低至77.80%,亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、产碱菌属(Alcaligenes)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)和硝化杆菌属(Nitrobacter)的活性明显下降;而CIP去除率总体呈现先增后减的趋势.物料衡算分析表明,MBR中CIP的去除主要是通过生物降解和污泥吸附,在CIP投加浓度为5 mg·L~(-1)时分别去除了30.13%和0.25%的CIP,在CIP投加浓度为10 mg·L~(-1)时分别去除了7.55%和1.81%的CIP.     

基于生物膜法磷回收工艺厌氧释磷研究

城市污水经过碳回收后的低碳源进水水质将对活性污泥法强化除磷（EBPR）工艺的运行带来困难.本研究基于生物膜法磷回收的序批式反应器（Biofilm-SBR）对低碳、低磷进水进行磷回收,在BSBR反应器好氧无碳源、厌氧低碳源投加的运行基础上,研究了该工艺在低碳模式下厌氧磷释放的关键影响因素.同时,研究了不同的碳源浓度和碳源投加方式对BSBR工艺释磷的影响.最后,分析了系统中生物膜蓄磷量的变化,并探究其与碳源消耗、释磷效果的量化关系.结果表明,该系统在好氧无碳源、厌氧仅200 mg·L^-1的碳源投加下,即可取得115 mg·L^-1（可溶性磷）的富磷回收液.系统的C_upt/P_rel（释放单位质量磷的COD消耗量）平均为（11.12±1.03）mg·mg^-1,最大蓄磷量为124 mg·g^-1.