聚己内酯淀粉共混物和砾石系统反硝化特性

在序批试验中以PCL(聚己内酯)/淀粉共混物为碳源,研究其和砾石系统的反硝化特性,并对水中DOC(溶解性有机碳)组分进行了解析.结果表明,PCL/淀粉共混物可作为反硝化固体碳源去除低C/N水体中的NO3--N,并且不会造成NO2--N的积累.ρ(NO3--N)大于2 mg/L时,试验组(PCL/淀粉共混物和砾石)和对照组(PCL/淀粉共混物)的反硝化均为零级反应.试验组的平均反硝化速率为7.214 mg/(L·h),高于对照组〔7.152 mg/(L·h)〕,反硝化反应主要发生在固体碳源表面的生物膜中,砾石表面的生物膜也可利用水中的DOC实现反硝化;反硝化反应结束时,砾石表面的微生物也会分泌胞外酶参与PCL/淀粉共混物碳源的降解,导致试验组的ρ(DOC)升至74.50 mg/L,高于对照组(40.75 mg/L).试验组和对照组的pH先升后降,是固体碳源降解过程产生的酸性物质与反硝化产生的碱度综合作用的结果.试验组和对照组的DOC中均发现有还原糖、蛋白类和溶解性微生物产物.     

利用聚乳酸作为反硝化固体碳源的研究

利用聚乳酸(PLA)颗粒作为反硝化的固体碳源和生物膜载体,考察了聚乳酸作为反硝化碳源的可行性和温度对聚乳酸颗粒反硝化脱氮性能的影响,并对聚乳酸颗粒表面进行了红外光谱分析和扫描电镜观察.结果表明,PLA颗粒作为反硝化固体碳源和生物膜载体进行反硝化脱氮,接种和驯化时间较长.在30℃,硝酸盐氮初始浓度为50 mg/L时,PLA的平均反硝化速率为2.6×10-3mg/(g.h),13 h内硝酸氮可以完全去除.温度对反硝化速率影响很大,在30~40℃之间反硝化速率较高,一旦偏离适宜温度,反硝化速率降低很快.对PLA颗粒表面的红外光谱分析和扫描电镜观察证实了PLA作为反硝化固体碳源的可行性.PLA颗粒表面的生物膜扫描电镜观察发现生物膜比较薄,以球菌为主.     

生物可降解聚合物在微污染水体中固相反硝化脱氮效果研究

为解决微污染水体因低碳氮比而导致脱氮效率差的问题,本文选择聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚ε-己内酯(PCL)和聚乳酸(PLA)3种生物可降解聚合物,对比其作为填充床反应器的膜载体与反硝化固相碳源的反硝化效果。结果表明:在进水TN质量浓度维持在1 4.31~1 9.21 mg/L,HRT为1.0 h时,PBS填充床的TN平均去除率为94.95%,优于PC L.的84.46%,PLA未能维持良好去除率;PBS与PCL.填充床的平均反硝化速率(以NO_3-N计)分别为1 2.1 4、1 0.11 mg/(L·h),二者出水溶解性有机碳(DOC)先上升后降低至1.3 mg/L,表明二者可被微生物降解,是良好的反硝化固相碳源;PBS与PCL.填充床出水NO_2-N浓度0.1 0 mg/L,NH_3-N浓度0.45 mg/L,出水效果良好,不会造成二次污染;3种固体碳源反应前后质量下降不明显,表明其化学结构未发生显著变化;电子扫描显微镜(SEM)扫描显示PBS和PCL反应表面空隙率较高,反应后被腐蚀痕迹明显,表明二者适合作为生物膜载体供微生物附着生长,PLA表面变化不明显。     

利用淀粉基共混物作为反硝化固体碳源的研究

合成了淀粉/聚己内酯(PCL)热塑性共混物(SPCL6),并对其性能进行了表征.研究了SPCL6作为反硝化碳源和生物膜载体用于固相反硝化工艺的可行性.结果表明,SPCL6可作为固体碳源用于去除低C/N水中的硝酸盐,在接种1 d后SPCL6就有明显的脱氮效果.进水硝氮质量浓度对反硝化速率没有明显影响,以SPCL6为固体碳源的反硝化过程符合零级反应.剪切力对反硝化速率具有显著影响,转速从70 r.min-1提高至140 r.min-1时,反硝化速率(以N计)从0.016 5 mg.(g.h)-1提升至0.0328 mg.(g.h)-1.红外光谱结果表明,微生物利用后的SPCL6中淀粉和PCL均发生了降解.     

利用辐照预处理麦秆作为反硝化固体碳源的研究

采用经辐照预处理的秸秆作为反硝化微生物的固体碳源和生物膜载体反硝化脱氮,以考察辐照预处理是否可以提高麦秆作为固体碳源反硝化的性能.静态试验结果表明,辐照预处理可以使麦秆作为固体碳源反硝化的反硝化速率提高20%,在硝酸氮初始浓度65.3 mg/L时,辐照剂量300 kGy的麦秆的反硝化速率可以达到0.087　mg/(g·h),硝酸氮去除率在90%以上.部分试验结果通过麦秆的表面结构红外分析和扫描电镜观察得到了证实.     

硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能影响研究

为了研究硝酸盐对厌氧生物膜系统同时产甲烷反硝化反应的影响及其机制,拓展生物膜工艺在高氮有机废水中的应用,采用生物膜-污泥厌氧复合反应器和上流式厌氧污泥床培养具备同时产甲烷反硝化反应的功能微生物系统,并以间歇实验方法,对比研究硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响.结果表明,硝酸盐对生物膜和颗粒污泥系统去除COD和反硝化反应均有影响,但硝酸盐浓度变化对颗粒污泥系统的影响比生物膜系统更大,生物膜表现出更强的降解能力和更高的耐性阈值.随着硝酸盐浓度从75 mg·L-1增加到600 mg·L-1,颗粒污泥对COD的降解速率从273.26mg·（h·g）-1降到0.1 mg·（h·g）-1,而生物膜从95 mg·（h·g）-1降至1.7 mg·（h·g）-1;同时,生物膜和颗粒污泥对硝酸盐的降解速率分别从21.43、22.31 mg·（h·g）-1增加到83.72、61.06 mg·（h·g）-1,随着硝酸盐的降解,生物膜表现出更强的恢复能力,最大值为712.44 mg·（h·g）-1.研究还发现亚硝酸盐积累是影响生物膜和颗粒污泥同时脱氮除碳功能的主要原因,在相同的硝酸盐浓度下,生物膜中亚硝酸盐的最大积累量仅为的颗粒污泥的1/10.因此,生物膜-污泥厌氧复合反应器可以作为高浓度含氮有机废水实现同时产甲烷反硝化工艺反应器一种重要选择.     

A2O缺氧池添加天然碳源玉米芯的脱氮特征

基于低碳源污水易硝化难反硝化的问题,构建了在A²O缺氧池添加天然碳源玉米芯的中试系统,采用物料衡算、反硝化速率测定和微生物群落分析等方法,研究了该系统的脱氮效能和反硝化体系特征.结果表明,TN去除率提升13%,出水从16.2降至10.0mg/L;同时不会造成出水氨氮和色度超标的风险.物料衡算表明,COD碳源的氧化消耗量和出水排放量降低,更多的碳源用于反硝化和污泥增殖,从而提升了氮素的去除量,其中反硝化的提升贡献更大.缺氧池形成了悬浮污泥加生物膜的复合型脱氮体系:在污水自身碳源存在时,生物膜和悬浮污泥的反硝化速率分别为24.89和32.42mg/(L∙h),可实现快速脱氮;当自身碳源消耗殆尽,二者的反硝化速率分别是4.71和1.73mg/(L×h),单位生物量反硝化速率分别是1.58和59.1mg NO₃^--N/(g VSS×h),表明玉米芯主要被生物膜利用以维持反硝化进行.该体系的主要反硝化菌属为Azospira,此外在生物膜表面还富集了能够附着生长的Iamia和Haliangium,以及能够降解玉米芯木质素的Sulfuritalea等反硝化菌属.     

利用淀粉/PCL共混物作为反硝化固体碳源和生物膜载体的研究

以双螺杆挤出机制备了淀粉聚己内酯(PCL,polycaprolactone)共混物(SPCL5),研究了其浸出性能及吸水性能,并在序批试验中研究了其作为反硝化固体碳源和生物膜载体的特性。结果表明,SPCL5颗粒前3 d浸出的有机物浓度较高,随后逐渐降至1.31 mgL。SPCL5颗粒吸水率在1 d左右达到饱和,约为30.97%。SPCL5可作为固体碳源用于去除低碳氮比(CN)水中的硝酸盐。以活性污泥接种时,SPCL5颗粒在1 d后就有显著的脱氮效果。驯化结束后,SPCL5颗粒的平均反硝化速率(以N计)为0.020 8 mg(g·h)。剪切力是影响反硝化速率的重要因素,转速从70 rmin提高至140 rmin时,平均反硝化速率提升近1倍,达到0.040 3 mg(g·h)。进水NO3-N浓度为15~50 mgL时对反硝化速率无显著影响,反硝化为零级反应。红外光谱结果表明利用后的共混物中淀粉和PCL均发生了降解。     

以PHBV为碳源和生物膜载体的生物反硝化研究

采用了一种可生物降解聚合物(BDP)聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)作为碳源和生物膜载体去除水体中的硝酸盐.结果表明:以PHBV为碳源和载体的反硝化系统启动时间短,硝酸盐氮(NO3--N)去除率高于93%;水力停留时间(HRT)对反硝化效果影响显著,但反硝化系统对进水硝酸盐氮负荷具有较好的抗冲击能力;出水DOC(溶解性有机碳)浓度低于27.5mg/L,表明PHBV具有一定的控释碳源的能力;反应器不同高度脱氮效果差异显著,反应器中层(10-15cm) 处获得最大NO3--N去除率.     

菌株Diaphorobacter polyhydroxybutyrativorans SL-205的反硝化特性

为强化硝酸盐污染水的反硝化脱氮,研究了反硝化新菌株Diaphorobacter polyhydroxybutyrativorans SL-205~T利用不同碳源的缺氧反硝化性能,以及利用固体碳源聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)的好氧反硝化特性.结果表明,在缺氧状态下,菌株SL-205~T分别以乙酸钠、琥珀酸钠和PHBV为唯一碳源时,硝酸盐去除率均达到99%以上;当初始硝态氮浓度为315mg/L时,PHBV的最适投加量为2.0g/L.菌株SL-205~T能利用PHBV进行好氧反硝化,当反应进行到36h时,硝酸盐去除率达到94.54%,平均反硝化速率为8.69mg/(L·h),并且在反应结束时没有亚硝酸盐和氧化亚氮的积累.以上结果为该菌株在废水脱氮处理中的应用奠定了实验基础.     

聚乳酸/淀粉固体缓释碳源生物反硝化研究

以被硝酸盐氮污染的地下水为研究对象,利用共混/熔融聚合技术将聚乳酸和淀粉混合,制备成兼具碳源和生物载体的缓释碳.并考察不同质量比(聚乳酸∶淀粉为8∶2、7∶3、6∶4、5∶5)的缓释碳在反硝化间歇试验中硝氮、亚硝氮和COD的去除效果,结果表明,当聚乳酸/淀粉质量比为5∶5的缓释碳,其反硝化效果最佳,硝氮去除率达99%;以该比例的缓释碳进行反硝化填充柱连续动态试验时,反应器中反硝化效果显著,出水硝氮浓度在2 mg·L-1以下,为开发环境友好的可控性缓释碳源提供了科学依据.     

有机物对厌氧氨氧化微生物燃料电池脱氮产电性能的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥到微生物燃料电池阳极,成功启动厌氧氨氧化微生物燃料电池(ANAMMOX-MFC),研究了葡萄糖和苯酚对ANAMMOX-MFC脱氮产电性能的影响.结果表明,当葡萄糖浓度较低时(100~200 mg·L~(-1))时,对ANAMMOX菌有促进作用,ANAMMOX-MFC脱氮产电性能增强,此时反应器进出水COD浓度变化不大;当葡萄糖浓度高于300 mg·L~(-1)时,产电性能逐渐下降,NH+4-N去除率和去除速率逐渐下降,而NO-2-N去除率和去除速率基本保持不变,此时出水COD浓度也出现降低,说明厌氧氨氧化菌活性受到抑制,反硝化菌活性开始增强.极化曲线拟合程度较低,COD浓度变化对电池内阻影响较小.当苯酚浓度较低时(50~100 mg·L~(-1)),对ANAMMOX-MFC脱氮产电性能影响较低;当苯酚浓度超过200 mg·L~(-1)时,ANAMMOX-MFC脱氮产电性能逐渐被抑制.整个过程进出水COD浓度变化不大,极化曲线拟合程度较低,表观内阻有缓慢升高.     

硫磺/硫铁矿自养反硝化系统脱氮性能

基于硫自养反硝化作用,寻求一种经济、快速、高效地污水脱氮工艺,采用硫磺/硫铁矿组合进行自养反硝化脱氮试验,以低C/N市政污水为处理对象,分别考察温度,硫磺与硫铁矿体积比和HRT等理化因素对反应器脱氮性能的影响.结果表明,在进水TN质量浓度约40 mg·L^-1条件下,1号反应器最佳HRT为2.5 h,TN去除率平均稳定在72.2%,出水TN约10.55 mg·L^-1;2号反应器最佳HRT为3.5 h,TN平均去除率约67.8%,出水TN平均稳定至12.90 mg·L^-1;3号反应器最佳HRT为3.5 h,TN平均去除率60.6%,出水TN稳定在15.00 mg·L^-1左右.硫磺/硫铁矿自养反硝化系统比硫铁矿自养反硝化系统启动快;该系统脱氮效率随着硫磺与硫铁矿体积比减小而降低;该系统脱氮性能对温度的变化并不敏感,脱氮性能优于单独以硫铁矿为硫源的自养反硝化系统;系统中硫自养反硝化过程的主要功能菌属是Sulfurimonas和Thiobacillus,在3个反应器所占比例为1号 > 2号 > 3号.     

高盐高碱环境下硝化反硝化过程及N2O产生特征

采用稳定运行在高盐高碱环境厌氧/好氧/缺氧(A_n/O/A)模式下的序批式生物膜反应器(SBBR),考察在不同碳氮比(C/N)条件下,硝化反硝化过程及N_2O产生特征.结果表明,在C/N为5、2和对照组(C/N=0)时,总氮去除率分别为(98. 17±0. 42)%、(65. 78±2. 47)%和(44. 08±0. 27)%; N_2O的产生量分别为(32. 07±2. 03)、(21. 81±0. 85)和(17. 32±0. 95) mg·L~(-1); N_2O转化率(N_2O产生量在去除总氮中的比例)分别为(29. 75±0. 93)%、(30. 04±2. 17)%和(41. 69±0. 80)%.高盐高碱条件下,亚硝酸盐氧化菌(NOB)受到很强的抑制作用,硝化过程基本停留在亚硝酸盐阶段.由于高盐高碱环境对N_2O还原酶活性的抑制,使得异养反硝化过程产生了大量N_2O,随着碳氮比的增大,有更多的碳源用于反硝化过程,因而总氮去除率和N_2O产生量均随之增加.随着碳氮比的增大,N_2O转化率随之降低,这可能是由于异养反硝化过程氮素还原酶对电子的竞争所形成的,碳氮比越高,电子竞争越弱.高通量测序表明:在SBBR中,氨氧化细菌(AOB)被富集,而几乎不存在NOB;优势异养反硝化菌属主要是Thauera、Azoarcus和Gemmobacter.     

基于分区供氧与溶解氧调控的低C/N比污水短程硝化反硝化

针对城镇污水中碳源不足、C/N比低导致脱氮性能不佳的问题,建立了A2/O中试装置,通过调整系统缺氧/好氧分区比例及好氧区溶解氧水平,探究亚硝氮积累率及氮类污染物去除情况.结果表明,在DO为2. 0～2. 5 mg·L~(-1)条件下,改变缺氧/好氧分区比例对系统的影响较小,难以实现短程硝化;当控制DO为0. 5～0. 8 mg·L~(-1)、V_缺∶V_好=1∶1时为系统最优工况,此时系统好氧区末端亚硝氮积累率稳定在62%以上,出水总氮降至9. 0 mg·L~(-1),能够实现深度脱氮的目标.分析硝化菌表观活性可知,最优工况下SAOR与SNOR分别(以N/VSS计)为0. 14 g·(g·d)~(-1)和0. 04 g·(g·d)~(-1),二者差值较试验其他阶段更为明显,即NOB活性受到更高程度抑制是提高亚硝氮积累率的直接原因. Illumina MiSeq测序结果表明,该阶段NOB数量显著低于其他阶段.通过间歇OUR法分析缺氧区进出口碳源组成情况,结果表明最优工况下系统通过短程硝化节约碳源27. 3%,可生化性COD在缺氧区消耗63. 6%,远高于其他阶段,是低C/N比城市污水实现深度脱氮的碳源有力保障.     

缺氧MBBR耦合部分厌氧氨氧化强化城市生活污水深度脱氮

缺氧MBBR是强化传统城市污水处理系统脱氮的一种方法,本研究通过向城市污水后置反硝化SBR中投加填料构建了缺氧双污泥系统,实现了城市生活污水部分厌氧氨氧化深度脱氮.在250d的运行中脱氮性能逐渐提高并实现稳定,出水总氮在5 mg·L~(-1)左右. 211～250 d的平均硝氮、氨氮和总氮去除率分别为(97. 7±2. 9)%、(93. 3±2. 9)%和(94. 3±2. 7)%.长期运行中观测到氨氮和硝氮的同步去除.针对氨氮去除途径进行分析,系统同化、硝化作用微弱.缺氧MBBR中存在厌氧氨氧化活性且对脱氮有不可忽视的作用.实时定量PCR结果进一步说明缺氧MBBR中厌氧氨氧化菌富集,特别是缺氧填料生物膜中厌氧氨氧化菌丰度由初始的4. 37×10~7copies·g~(-1)增长到了2. 28×10~(10)copies·g~(-1).本研究表明缺氧填料生物膜在厌氧氨氧化的富集强化城市污水深度脱氮中或许具有可应用的潜能.     

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.     

Fe(0)-活性炭强化短程反硝化脱氮及影响因素

为减少生物短程反硝化对外碳源的依赖,研究了无机环境下Fe(0)-活性炭强化短程反硝化的脱氮效果,并探究了不同铁碳比及初始pH值对系统脱氮效果及N+2O释放的影响.结果表明Fe(0)-活性炭可强化生物短程反硝化,将亚硝氮去除率由7.4%提高到31.1%.当m(铁)∶m(碳)由2∶1降至1∶1和1∶2时,反硝化速率与亚硝氮去除率均呈现先升后降的趋势,m(铁)∶m(碳)为1∶1时达到最大,分别为5.58 mg·(g·h)~(-1)与41.1%,且此时N+2O的释放量较小,为0.10 mg.当pH值由6.0升至9.0的过程中,反硝化速率由7.39 mg·(g·h)~(-1)下降至5.96 mg·(g·h)~(-1),N+2O的释放量由0.19 mg下降至0.12 mg.以上结果表明,在m(铁)∶m(碳)为1∶1和pH为弱酸性的条件下,Fe(0)-活性炭能强化短程反硝化获得较好的脱氮效果,但低pH值会增加N+2O的释放量.     

有机碳源作用下厌氧氨氧化系统的脱氮效能

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,研究不同有机碳源及浓度变化对厌氧氨氧化菌活性与反应器脱氮性能的影响.实验结果表明,当葡萄糖浓度为200 mg·L~(-1)时,厌氧氨氧化活性下降84.2%;当乙酸钠浓度低于120 mg·L~(-1)时不但不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,还在一定程度上促进了厌氧氨氧化反应的进行;蔗糖对厌氧氨氧化的促进作用与乙酸钠类似,当浓度为80mg·L~(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率提高了25.0%;柠檬酸三钠对厌氧氨氧化反应几乎没有影响,当有机物浓度为80 mg·L~(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率达到最大.有机碳源对厌氧氨氧化的促进作用由大到小为:蔗糖乙酸钠柠檬酸三钠葡萄糖.有机碳源作用下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的硝态氮,提高了系统总氮的去除率.