环丙沙星对膜生物反应器中微生物群落及抗性基因的影响

用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理含环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的合成废水,考察了不同CIP进水浓度(0、5、10、15 mg·L-1)下MBR的微生物群落特征和抗性基因丰度的变化.结果表明,随着进水中CIP浓度从0 mg·L-1增加至15 mg·L-1,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)仍保持为优势菌门,相对丰度比例分别为57.5%和12.7%;红环菌科(Rhodocyclaceae)、Chitinophagaceae和丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)被选择成为优势菌科,比例分别为29.96%、5.44%和6.60%;Methyloversatilis、Ferruginibacter、动胶菌属(Zoogloea)和丛毛单胞菌属(Comamonas)被选择成为优势菌属,比例分别为21.70%、7.56%、5.24%和4.15%;Chao1、ACE、Shannon指数逐渐降低和Simpson指数逐渐升高,表明MBR污泥中微生物丰富度和多样性均降低;亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)、产碱菌属(Alcaligenes)和硝化杆菌属(Nitrobacter)相对丰度减少,使得氨氮去除率降低.CIP抗性基因(CIP-ARGs)分析表明,当MBR在CIP投加浓度为5 mg·L-1下运行至第33 d时,反应器中的gyr A、gyr B和par C基因相对丰度较CIP投加初期增加,加大了抗药风险.     

ABR-MBR工艺处理生活污水实现短程硝化

采用ABR-MBR耦合工艺对MBR反应器中实现短程硝化的运行控制条件进行了研究,并为后续研究系统的反硝化除磷性能打下基础.ABR-MBR耦合工艺在不同条件下的运行研究结果表明,在ABR反应器的水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)6 h,污泥回流比100%,硝化液回流比300%,温度30℃±2℃的条件下,通过控制好氧区溶解氧浓度(DO从0.5~1.0 mg·L~(-1)降为0.3~0.7 mg·L~(-1))以及改变MBR反应器有效容积以控制其HRT,最终在MBR反应器HRT从3 h逐步延长至5 h时短程硝化遭到破坏,亚硝酸盐积累率(nitrite accumulation rate,NAR)从60%急剧下降至15%.短程硝化影响因素的分析表明:pH值、游离氨(free ammonia,FA)和游离亚硝酸(free nitrous acid,FNA)对本试验实现短程硝化无显著影响,维持低DO浓度(0.3~0.7 mg·L~(-1))并逐步缩短HRT是本试验实现短程硝化的关键控制因素,温度和污泥停留时间(sludge retention time,SRT)可作为辅助因素与之共同调控.短程硝化期间,系统获得了高效且稳定的COD和NH_4~+-N去除效果,平均出水浓度分别低于50 mg·L~(-1)和2 mg·L~(-1),去除率均在90%以上,TN平均去除率高达72%.     

高含氟的光伏废水反硝化可行性及经济性分析

在多晶硅废水处理过程中,为了减少先除氟后脱氮工艺中酸碱的投加量.本实验运行反硝化反应器研究了先脱氮后除氟工艺中先脱氮的可行性.结果表明,废水中F-浓度对反硝化存在一定的影响.当F-浓度控制在750 mg·L~(-1)左右,反硝化污泥脱氮速率无明显影响,当F-浓度继续增加时,反硝化污泥的脱氮速率逐步降低.在处理含F-(浓度控制在800 mg·L~(-1))多晶硅清洗废水时,反硝化污泥的脱氮性能无明显影响,经过93 d的运行,总氮出水稳定在50 mg·L~(-1)以内,总氮去除率达到90%以上,去除速率达到5 kg·(m~3·d)~(-1).经计算,与传统先除氟后脱氮工艺相比,可节省大约70%的碱投加量和100%的酸投加量,极大地降低废水处理成本.     

反硝化-短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮除碳性能

本研究在一体式分区反应器中接种成熟的厌氧氨氧化污泥和亚硝化污泥,通过与反硝化反应器串联,研究了前置反硝化与短程硝化-厌氧氨氧化串联工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮除碳性能.结果表明,未串联反硝化之前,短程硝化-厌氧氨氧化反应器在进水氨氮浓度为600 mg·L~(-1),COD浓度483 mg·L~(-1)时,总氮去除速率(NRR)可达1.88 kg·(m3·d)-1,总氮去除率(NRE)可达90.3%;而在进水COD浓度483 mg·L~(-1),即C/N0.8时,短程硝化-厌氧氨氧化反应器的NRR下降至1.50 kg·(m3·d)-1.通过前置反硝化反应器可以迅速缓解有机物对厌氧氨氧化的不利影响;反硝化与短程硝化-厌氧氨氧化串联反应器在进水NH+4-N浓度为1 100 mg·L~(-1),COD浓度1 150 mg·L~(-1)时,仍可稳定高效运行,整体NRR可达1.37kg·(m3·d)-1,厌氧区NRRana高达15.6 kg·(m3·d)-1,平均NRE可达98.6%,在仅利用原水中有机碳源的情况下实现了垃圾渗滤液的高效深度脱氮.此工艺晚期处理垃圾渗滤液可去除大部分易生物降解有机物.     

低温SNAD颗粒污泥工艺启动方式

为研究启动方式对同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)颗粒污泥工艺的影响,低温(12.7~18.3℃)条件下,R1和R2反应器分别通过先启动全程自养脱氮(CANON)工艺和先启动厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD)工艺的方式逐步启动SNAD颗粒污泥工艺.结果表明,R1反应器启动成功后,氨氮几乎完全去除,总氮去除率达到86.7%.低氨氮浓度运行时,出水总氮去除率下降至75.3%,出水总氮浓度在10 mg·L~(-1)左右,NOB存在过量增殖现象,出水总氮浓度超过北京市水污染物排放标准一级A规定.R2反应器启动成功后,出水几乎不含氨氮,总氮去除率在89.1%左右,略高于R1反应器.低氨氮浓度运行时,出水氨氮浓度小于1.0 mg·L~(-1),出水总氮浓度小于6 mg·L~(-1),出水氨氮和总氮浓度满足地标一级A标准.先启动SAD工艺可以在启动初期通过厌氧运行将NOB逐渐淘汰出系统内,维持了系统的稳定性,为后续曝气启动SNAD工艺提供了良好的基础,维持了反应器的稳定运行,实现出水总氮长期排放达标.     

水解酸化/AO组合工艺处理印染废水色度去除与脱氮性能

偶氮染料是一种具有稳定化学结构的活性染料,排放至环境中会损害人体健康和影响水生生物生长.利用水解酸化/AO组合工艺处理含偶氮染料活性艳红X-3B(RR2)的印染废水,重点考察了色度去除和脱氮性能.组合工艺可有效去除色度、化学需氧量(COD)和氨氮,去除率分别为71. 0%、92. 2%和83. 5%.水解酸化反应器中主要偶氮染料降解菌为Desulfovibrio; AO反应器中硝化菌主要为Nitrospira,反硝化菌为Thauera和Dechloromonas.水解酸化温度从25℃提高至35℃,色度去除率提高141. 2%; 25℃时COD浓度从200 mg·L~(-1)提高至800 mg·L~(-1),色度去除率提高208. 9%. AO反应器出现亚硝酸盐积累现象,亚硝化率为73. 8%.染料RR2对硝化没有抑制作用,而苯胺会抑制硝化;当苯胺浓度超过6mg·L~(-1)时,氨氮氧化速率最低.     

污水处理厂SNAD工艺小试

在污水处理厂室外,以A/O除磷工艺出水为基质,启动全程自养脱氮(CANON)生物滤柱反应器.反应器启动成功后,进水中投加葡萄糖作为有机碳源,启动同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)工艺,研究SNAD生物滤柱处理城市生活污水的效果.结果表明,第119～128 d,CANON工艺氨氮去除率大于95%,最大出水总氮浓度为13. 0 mg·L~(-1),超过了北京市地标一级A排放标准.第129 d在进水中投加葡萄糖30 mg·L~(-1)启动SNAD工艺,第133～187 d时SNAD工艺总氮去除率在85%左右,出水总氮浓度为5. 5～7. 3 mg·L~(-1).第195d观察到滤柱出现堵塞现象,在第196 d对反应器进行反冲洗,反冲洗后的30d期间,反应器总氮去除率大于85%,出水总氮浓度维持在6. 2～7. 2 mg·L~(-1).与CANON工艺相比,SNAD工艺提高了总氮去除率,将出水总氮浓度降低了6 mg·L~(-1),使出水氨氮和总氮浓度达到北京市地标一级A标准.     

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.     

纳米零价铁对升流式颗粒污泥床反硝化性能的影响

为探究连续流条件下,纳米零价铁(nZVI)对反硝化颗粒污泥(DGS)性能的影响,本文利用升流式污泥床(USB),系统考察了反应器脱氮效能、污泥形态和反硝化特性随进水nZVI浓度的变化规律.结果表明,当nZVI5 mg·L~(-1)时,反应器脱氮效能与对照期(nZVI=0 mg·L~(-1))相差很小,DGS活性略微增大.当nZVI浓度在5~10 mg·L~(-1)时,DGS对nZVI的生物抑制作用表现出一定适应性,污泥浓度和颗粒粒径仍保持增长趋势,但泥相中总铁含量明显增大,DGS活性开始降低.当nZVI浓度增至30 mg·L~(-1)时,反应器对COD和NO-3-N的去除率分别降至对照期的23.3%和20.3%.DGS因吸附大量nZVI而呈黑色,颗粒粒径减小,污泥表面短杆菌等微生物密度明显降低.停止投加nZVI后,污泥浓度与DGS活性的持续上升,使得反应器脱氮效能在20 d内基本恢复至对照期的水平.异养菌在颗粒表面的快速增殖是实现上述目标的主要原因.     

中试MBBR反应器启动CANON工艺及其短程硝化

采用150 L的移动床生物膜(MBBR)反应器,控制温度为28℃,以无机高氨氮(平均浓度350 mg·L~(-1))废水为原水,启动全程自养脱氮(CANON)工艺,同时,取其中絮状污泥至5L的SBR反应器中,维持进水NH~+_4-N浓度为90～200 mg·L~(-1),共同进行短程硝化恢复研究.结果表明,MBBR反应器中,HRT平均为12 h时,短程硝化与TN去除率互相制约,TN去除率平均为38.2%,δNO~-_3-N/TN值平均为0.274,当HRT降至6h后,δNO~-_3-N/TN值由0.347下降至0.146; SBR反应器通过间歇曝气,分别维持曝气与停曝时间为30 min与20 min,好氧过程中DO浓度为0.5～0.6 mg·L~(-1),且每周期末FNA浓度高于0.18 mg·L~(-1)时, 12 d后系统内NAR由0增长至99.2%,NUR从24.8 mg·(g·h)~(-1)降至0,TN去除率则由13%降至3%,成功由全程硝化转变为短程硝化;高通量测序结果显示:MBBR反应器中Candidatus Kuenenia在絮状污泥和生物膜中的相对丰度分别为7.91%及17.38%,Nitrosomonas在二者中分别占27.43%和2.55%,Nitrospira则在二者中占0.30%和0.28%; SBR反应器恢复短程硝化后,AOB与ANAMMOX丰度分别下降至1.18%和0.01%,Nitrospira的相对丰度则上升至1.39%.     

环丙沙星在污水处理过程中的迁移转化及对污水生物处理的影响

环丙沙星(Ciprofloxacin,CIP)是一种被广泛用于人类医学和动物疾病预防的抗生素类药物,在自然环境中普遍存在,以前的研究主要集中在采用不同方式对环境介质中的CIP进行吸附降解及CIP的药物作用上,有关其在污水处理过程中的迁移转化及对污水生物处理的影响尚不得而知.基于此,本文通过CIP在活性污泥处理污水中的迁移转化实验,解析其对污水生物处理过程的影响.实验结果表明:CIP的去除途径主要为生物吸附,且对低浓度CIP(0.003、0.03和0.3 mg·L~(-1))有较好的吸附效果,但高浓度CIP(3和6 mg·L~(-1))很难被去除;CIP短期/长期暴露对污泥活性及污泥生物细胞完整性无显著影响,但长期暴露会显著提高活性污泥沉降性能,同时会降低生物脱氮除磷的效率.CIP(0.05、0.5、5 mg·L~(-1))的存在使磷的去除率从97.1%±1.2%分别下降到95.8%±0.9%、89.1%±0.6%和74.3%±0.7%,出水中氨氮的去除率从96.1%±1.1%分别下降到94.6%±0.8%、87.9%±0.4%和70.2%±0.6%.机理实验表明,CIP通过抑制好氧阶段和缺氧阶段胞内聚合物聚羟基脂肪酸酯和糖原的转化来抑制磷的吸收和反硝化过程,这是CIP影响生物脱氮除磷的重要原因.此外,亚硝酸盐还原酶和多磷酸激酶的活性也受到CIP的抑制.     

不同诱导模式下CAST工艺的亚硝酸盐型反硝化除磷能力

实验采用改良型CAST工艺,考察了不同诱导模式下系统的除磷脱氮性能.结果表明,在缺氧条件下投加亚硝酸盐对系统反硝化除磷性能的抑制作用较大,投加量为5 mg·L~(-1)时系统除磷性能变差.相比较,好氧投加亚硝酸盐的CAST系统更稳定,当亚硝酸盐投加浓度为5、10、15 mg·L~(-1)时各工况初期除磷性能均有小幅波动,但分别经过10、6、34 d驯化后,除磷率迅速回升并稳定在95%以上,出水磷浓度均小于0.5 mg·L~(-1);投加量为20 mg·L~(-1)时工艺除磷性能急速恶化,但污泥的亚硝酸盐型缺氧吸磷能力是驯化前的10.4倍,说明投加一定浓度亚硝酸盐导致的除磷性能恶化可以解除,且长期投加有利于富集以NO_2~-为电子受体的反硝化聚磷菌.实验还发现,好氧投加一定浓度亚硝酸盐系统污泥沉降性能良好且污泥浓度不断降低,这对污泥减量具有一定指导意义.     

磷酸盐对厌氧氨氧化活性污泥脱氮效能的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥,研究了磷酸盐浓度变化对厌氧氨氧化活性污泥脱氮效能长短期的影响,对其抑制动力学参数进行拟合,并基于荧光定量PCR的测定,分析了受磷酸盐抑制前后反应器中厌氧氨氧化细菌丰度的变化.短期研究结果表明,磷酸盐浓度小于30 mg·L~(-1)对厌氧氨氧化污泥的脱氮效能没有明显的影响;随着进水磷酸盐浓度的升高,氮去除速率呈加速下降趋势;磷酸盐浓度大于200 mg·L~(-1)时,厌氧氨氧化污泥活性达到完全的抑制状态;采用Haldane抑制模型拟合磷酸盐抑制的动力学参数,所得半抑制常数为70.1 mg·L~(-1).长期研究结果表明,磷酸盐浓度小于50 mg·L~(-1)时,对厌氧氨氧化污泥脱氮效能的影响不大;磷酸盐浓度在70~90 mg·L~(-1)时,厌氧氨氧化污泥活性开始受到明显影响,经过一段时间可以有所恢复,但磷酸盐浓度越高,恢复所需时间越长;当磷酸盐浓度达到100 mg·L~(-1)时厌氧氨氧化污泥的脱氮效能受到严重抑制,氮去除速率由158.33 g·(m~3·d)~(-1)下降至60.17 g·(m~3·d)~(-1)左右,抑制约62%.荧光定量PCR结果表明,抑制后的污泥体系中ANAMMOX菌细胞浓度由(9.97±0.86)×107cells·m L~(-1)下降至(8.26±0.54)×107cells·m L~(-1),有相对减少的趋势.     

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.     

焦化废水活性污泥中降解硫氰化物细菌种群多样性分析

硫氰化物(SCN-)是焦化废水中COD的主要来源之一,其在生物处理工艺好氧段的去除效果直接影响出水的达标排放,活性污泥中的微生物种群在SCN-生物处理中发挥重要作用.以SCN-为唯一碳源和能源驯化活性污泥,研究其对100、300和600 mg·L-1SCN-浓度的去除降解效果,并利用454测序技术解析污泥中降解SCN-的细菌多样性.结果表明,驯化污泥能有效去除100~600 mg·L-1SCN-,SCN-浓度越高,去除速率越高,然而细菌群落多样指数越低;原始污泥和驯化污泥的细菌门类群主要为Proteobacteria、Bacteroidetes、Chlorobi、Planctomycetes、Acidobacteria、Nitrospira、Firmicutes和Unclassified,其中Proteobacteria和Bacteroidetes门占主导地位;Thiobacillus是主要的SCN-降解菌,在3个污泥样品中的丰度分别为3.07%、8.63%和0.27%.Thiobacillus是浓度小于300 mg·L-1SCN-时焦化废水中主要的SCN-降解菌,而在600 mg·L~(-1) SCN-高浓度时低丰度的SCN-降解菌群可能发挥协同降解作用.这些结果为揭示焦化废水处理SCN-污染物的去除机制提供了基础.     

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.     

间歇梯度曝气下缩短SRT强化短程SNEDPR系统脱氮除磷

为了探究间歇梯度曝气下污泥龄对氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）的影响,研究短程硝化内源反硝化除磷系统对于处理低C/N比生活污水的优势作用,本文采用SBR反应器培养好氧颗粒污泥,实验进水采用实际生活污水.结果表明,在SRT由50 d逐渐降低至30 d过程中,比氨氧化速率由3.16 mg·（g·h）^-1增加至4.38 mg·（g·h）^-1,比亚硝酸盐氧化速率由3.4 mg·（g·h）^-1降为1.8 mg·（g·h）^-1左右,可知NOB活性降低约44%,从而使系统实现了短程硝化.当SRT为30 d时,由典型周期实验可知亚硝酸盐最大积累量可达6.93mg·L^-1.由于系统中污泥浓度随SRT的减少而略有降低,因此在反应进行至40 d左右时根据DO曲线采取降低曝气量的策略,最终SRT为30 d时系统出水COD浓度为40.76 mg·L^-1,TN浓度为12.4 mg·L^-1,TP浓度为0.31 mg·L^-1,强化了系统中C、N和P的同步去除,最终得到了稳定运行的短程硝化内源反硝化除磷系统.同时好氧颗粒污泥EPS含量与SRT呈现负相关性,蛋白质含量由污泥龄为50 d的66.7 mg·g^-1升为30 d的95.1mg·g^-1,多糖保持在12.1~17.2 mg·g^-1的范围内,说明SRT的降低对蛋白质含量的影响较多糖大,当SRT为30 d时,PN/PS值保持在6.2左右,好氧颗粒污泥在该条件下仍能保持较好的结构稳定性.     

污泥厌氧产酸发酵液作碳源强化污水脱氮除磷中试研究

为研究城市污泥厌氧产酸发酵液作为补充碳源强化生活污水脱氮除磷系统的效果和可行性,建造了一个总有效体积为4 660 L的A2/O中试反应系统,以实际城市污水为研究对象,考察了添加污泥产酸发酵液后的污水脱氮除磷效果并和单纯添加乙酸作碳源的效果进行了比较.结果表明,在进水COD为243.7 mg·L-1、NH+4-N为30.9 mg·L-1、TN为42.9 mg·L-1、TP为2.8 mg·L-1、硝化液回流比为200%和污泥回流比为100%的条件下,向缺氧池中投加乙酸能增强系统脱氮除磷效果,反应器的最佳进水流量和投加碳源SCOD增量分别为7 500 L·d-1和50 mg·L-1.污泥发酵液代替乙酸作为外加碳源时的平均出水COD、NH+4-N、TN和TP去除率分别为81.60%、88.91%、64.86%和87.61%,相对应的出水浓度分别为42.18、2.77、11.92和0.19 mg·L-1,满足我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002所规定的一级A标准.结果表明,投加污泥产酸发酵液作为脱氮除磷碳源可达到和乙酸同样的效果,具有实际可行性,这为城市污泥处理处置实现资源化提供了一条新的可行途径.