饮用水系统生物膜形成和控制研究进展

对饮用水系统中生物膜的形成和影响生物膜形成的各种因素进行了阐述。生物膜控制技术包括降低有机物含量、物理化学方法、酶试剂控制、分散剂使用、紫外消毒等。天然水体中生物膜对剥离剂和紫外具有一定的抗剥离能力,常规手段难以有效去除饮用水系统中的生物膜,即使500mg／L的剥离剂也难以去除已经形成的生物膜。     

紫外光降解对生物过滤塔去除氯苯性能的影响机制研究

紫外-生物过滤联合工艺中的紫外单元促进了后续生物过滤单元的氯苯去除性能.为了进一步揭示紫外光降解对生物过滤塔运行性能的影响机制,本研究系统分析了紫外光降解对生物过滤塔填料层pH、生物膜特性和填料层结构特性等方面的影响.结果表明,氯苯紫外光降解产物导致了生物过滤单元填料层pH的下降(从pH 6～8降至pH 4～7);另外,紫外单元产生的臭氧降低了生物过滤单元生物膜厚度和生物膜的EPS含量,改善了生物膜的特性,提高了氯苯和营养物质在生物膜内的传质效率.同时,臭氧可以有效控制生物量过量积累,增加了填料层的比表面积(从784 m2.m-3增加至880 m2.m-3),优化了填料层的结构特性,提高了污染物的反应速率.上述各方面的综合作用最终促进了生物过滤单元的氯苯去除性能.     

两阶段生物系统处理酵母废水有机物的变化特征

目前酵母废水主要采用两阶段(厌氧-好氧)生物处理工艺。利用紫外扫描(UV)、渗透凝胶色谱(GPC)、气相色谱-质谱(GC-MS)等方法对一典型酵母企业生产废水生物处理系统各阶段废水中溶解性有机物的紫外吸收、分子量分布及化学组成等特性进行了分析。分析发现酵母废水中大部分有机物能在厌、好氧两阶段被降解去除,有些厌氧阶段不能去除的有机物可以在好氧阶段去除,同时,在生物处理过程中还产生了微生物代谢产物-新的化合物。生物系统中难以去除的有机物主要是酵母废水中难以降解的有机物以及生物系统中产生的微生物代谢产物等。难以降解的有机物主要有4类:烃类、邻苯二甲酸酯类、多环芳烃类、杂环类。微生物代谢产物或生物系统降解中间产物主要有:卤代产物、杂环醇类、硅代产物等。     

利用紫外预处理加强氯苯的生物滴滤净化

试验采用主波长为185nm的低压汞灯为紫外光源、醚型聚氨酯海绵(PU-foam)为填料的紫外-生物滴滤塔联合装置净化氯苯废气.进气氯苯浓度为600mg·m-3、停留时间分别为92、69和46s时,联合装置的平均去除率分别达到99%、95%和80%;最大去除负荷达到59.6g·(m3·h)-1;联合装置和单独生物滴滤塔生物膜形成时间分别为20d和27d;联合装置的抗冲击能力较好,停留时间缩短至30s,联合装置去除效率可达75%以上,高于单独生物滴滤塔的去除效率(25%).对紫外-生物滴滤塔联合装置机制初步探讨表明,紫外氧化氯苯形成了水溶性较好的可生物降解的物质,降低生物滴滤塔氯苯的处理负荷,同时紫外辐照过程中产生的O3能有效地控制生物滴滤塔内微生物的过量生长,从而维持整个装置的最佳运行状态.     

循环水养殖系统中自然微生物生物膜形成过程实验

进行了不同初始NH4-N浓度,在实验水温20～24℃条件下,利用微生态制剂辅助,循环水养殖系统中自然微生物生物膜形成过程的实验研究。结果表明:不同NH4-N浓度对自然微生物生物膜形成产生显著影响,5、10和20 mg/L高浓度NH4-N更易于微生物的扩繁生长和生物膜形成,其生物膜达到预期水质净化效果的形成周期,即生物挂膜成熟周期,约需要35～40 d。生物挂膜成功后,形成很好的硝化作用,实验生物滤池中的NH4-N、NO2-N浓度均保持低于0.05 mg/L,COD浓度低于3 mg/L,显示出对NH4-N、NO2-N和COD很高的去处效果,但对PO4-P处理效果不明显。而1和2 mg/L低浓度NH4-N不易于微生物的扩繁生长,难以形成具有较好水质净化效果的生物膜,即生物挂膜难以成功。     

吡啶在紫外光辐射下的生物降解

吡啶是一种难降解的含氮杂环化合物,难以用单一的生物方法使其有效降解.本研究采用气升式内循环紫外光辐射与生物膜一体化反应器,通过单独紫外辐射降解(photolysis,P)、单独生物降解(biodegradation,B)以及紫外辐射与生物同步耦合降解(photobiodegradation,P&B)3种方法对吡啶进行间歇降解和连续降解,以比较吡啶的降解规律.结果表明,间歇降解过程中,方法 P&B对吡啶的降解速率最快,其次是方法 B,而方法 P的速率最慢.初始浓度为100 mg.L-1的吡啶溶液分别采用方法 P、B和P&B进行间歇降解,其去除速率分别是:4.95、10.2和14.58 mg.(L.h)-1.根据Monod模型求解出吡啶在方法 B和方法 P&B降解下的动力学方程,其饱和常数KS从1 920.4 mg.L-1下降至1 094.1 mg.L-1.采用连续流方式对进水浓度分别为50、100和300 mg.L-1的吡啶溶液分别采用方法 P、B和P&B进行降解,其单位体积平均体积去除速率分别是:15.8(P)、23.1(B)和24.9 mg.(L.h)-1(P&B),且高于间歇降解方法.研究结果表明,紫外辐射与生物膜同步耦合,可以缓解吡啶对生物膜的抑制,并且生物仍能保持其降解吡啶的生物活性,从而提高吡啶生物降解的速率.     

SPG膜曝气-基因工程菌生物膜反应器处理阿特拉津废水研究

膜曝气-生物膜反应器(MABR)是一种新型的膜-生物废水处理工艺,在MABR中采用基因工程菌生物膜可以强化难降解污染物的生物去除.本研究在SPG膜表面形成基因工程菌生物膜,运行SPG膜曝气-生物膜反应器(SPG-MABR)处理阿特拉津废水,考察了气压、挂膜生物量和液体流速对SPG-MABR运行性能的影响,以及基因工程菌生物膜的变化.结果表明,提高气压可以增大透氧系数,从而提高阿特拉津和COD的去除速率以及复氧速率.提高挂膜生物量能够加快阿特拉津和COD的生物去除,但生物膜厚度增加使得氧传质阻力增大,复氧速率降低.层流状态下减小SPG-MABR中的液体流速,有利于污染物向生物膜扩散传质,从而提高污染物去除速率.气压为300 kPa、生物量为25 g·m-2、液体流速为0.05 m·s-1时,SPGMABR反应器对阿特拉津5 d的去除率可以达到98.6%.在SPG-MABR运行过程中,基因工程菌生物膜呈现微生物多态化趋势.生物膜表面逐渐被其他微生物细胞覆盖,基因工程菌分布减少,生物膜内部仍以基因工程菌细胞为主.     

微气泡曝气对生物膜反应器启动运行性能影响

比较了微气泡曝气(MB)与传统气泡曝气(CB)流化床生物膜反应器启动运行性能,以及生物膜形成过程与组成特性.结果表明,启动运行中,MB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别达到90.3%、92.7%和43.4%,而CB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别为79.4%、86.3%和29.3%,MB反应器污染物去除性能优于CB反应器.同时,MB反应器的氧利用率高达94.3%,显著高于CB反应器.MB反应器中生物膜形成速率和稳定生物膜生物量均高于CB反应器,并且所形成的生物膜VSS/SS比值较高而EPS含量较低.因此,微气泡曝气能够加速生物膜形成并获得更高的活性生物量,从而提高生物膜反应器的启动运行性能.     

给水管网生物膜反应器及分子生物学研究方法进展

饮用水在经管道输送到用户的过程中,微生物附着到管网内壁生长形成生物膜。生物膜的存在会引起一系列水质问题如病原菌的生长、色度和浊度的变化、管道的腐蚀等,对人类饮用水安全构成威胁。而且生物膜对消毒剂有顽强的抗性,一旦形成就难以控制。所以生物膜一直是给水管网研究的热点和难点。但是给水管网中生物膜的实际采样研究比较困难,而且实际取样无法连续监测生物膜形成的动态变化过程,因此用反应器实验模拟研究生物膜显得尤为重要。另外,随着技术的进步,研究给水管网生物膜不仅仅局限于传统的培养方法,还出现了一些新手段如现代分子生物学技术和显微镜图像分析技术,以便更加科学、合理地了解给水管网生物膜,从而保障城市供水的安全。文章重点介绍几种常见的用于研究给水管网生物膜的反应器及生物膜的研究方法,并对其原理及优缺点作了简要的讨论。     

环境因子对植物-生物膜氧化沟去除氮磷的影响

将生物膜处理工艺和漂浮栽培植物技术应用于氧化沟处理系统中,组成植物-生物膜氧化沟生态处理系统,通过其对生活污水的处理,考察了pH值、溶解氧(DO)、温度等环境因子对植物-生物膜氧化沟系统去除氮磷的影响。结果表明:系统中TP的去除率与pH值之间呈抛物线关系,当系统出水TP去除率达到最高时,其pH值为7.71,TP去除率随着pH值的升高而升高,TN的去除率与pH值的相关关系达到显著水平;DO在系统中一直保持较高的浓度,其最高浓度可达到5.6mg/L,与TP去除率的关系显著;另外,系统中污水氮磷的去除率与温度关系密切,其中NH4+-N的去除率与温度呈现显著的正相关关系,温度对污水TN和TP的去除影响达到极显著水平。     

生物膜对重金属镉的去除及抗性的初探

本文介绍了生物膜对重金属镉的吸附与去除作用,以及重金属镉对生物膜去除 COD 和呼吸活性的影响.试验结果表明,生物膜对重金属镉有较强的去除作用,12小时内,30ppm 以下的镉即可去除85%以上.镉浓度不同,对生物膜去除 COD 影响不同,影响程度与镉浓度呈正相关.镉对生物膜呼吸活性的影响也随镉浓度的不同而各异,低浓度镉有激活作用,高浓度镉有抑制作用。     

不同填料负载微生物去除地表水氨氮的研究

氨氮浓度过高是黑臭水体难以治理的重要原因之一.本研究比较了经活性污泥驯化的菌株与市售硝化菌液两种不同菌剂分别在有机填料聚丙烯纤维和无机填料沸石上的挂膜特性,考察了不同挂膜填料性质、填料粒径、源水pH值等因素对氨氮去除效果的影响,并通过高通量测序解构不同填料生物膜的微生物群落差异,探究填料负载微生物的生物膜法去除氨氮的综...     

污水处理中的菌藻关系和污染物去除效能

菌藻共生体系可利用菌藻间的关系实现污染物的高效去除,在污水处理领域具有广阔的应用前景。文章从菌藻关系、微藻选择和菌藻共生系统的发展三方面分析了该技术的研究进展,重点阐释了菌藻关系中信号分子对菌藻系统的影响。群体感应会促进共生菌在微藻表面形成生物膜,加快藻际微环境的形成,促进污染物的去除。化感作用可抑制杂菌和杂藻的过度生长,维持菌藻系统的稳定运行。此外,该文对不同类型的微藻对污染物去除效果作了进一步分析,污水处理中常用的小球藻和衣藻对氮磷污染物去除效率较高,栅藻常被用作水质评价的指示生物。菌藻共生系统形式多样,其中细菌-微藻共生系统和多菌-多藻共生系统应用广,对污染物的去除效果好,而真菌-微藻共生系统多用于污水的深度处理。最后,文章对菌藻共生体系的发展进行前景展望,以期为菌藻共生体系在污水处理领域的工程化应用提供参考。     

Mn2+促进载体挂膜的机理研究

通过向自制固定床生物膜反应器(FBBR)中投加氯化锰,考察了Mn~(2+)对生物膜量、形态结构、降解性能及其胞外聚合物(EPS)组分的影响,并探究了Mn~(2+)在生物膜形成中的作用、影响规律及其对生物膜反应器运行效能的影响.结果表明,投加Mn~(2+)有助于生物膜形成,增强生物膜致密性,并促进生物膜生长;在生物膜成熟期连续投加10 mg·L~(-1)Mn~(2+)对一个周期内生物膜的降解活性影响很小,反应器COD和NH_4~+去除率分别达到85.4%±1.5%和76.3%±1.9%;生物膜不同类型EPS含量的变化表明,Mn~(2+)不仅加速了生物膜的成熟和增强了生物膜去除有机物的稳定性,而且还会刺激生物膜分泌产生更多的紧密粘附型EPS,其中的蛋白质和多糖能够保护微生物免受Mn~(2+)伤害.     

pH对以PBS为反硝化碳源和生物膜载体去除饮用水源水中硝酸盐的影响

PBS为一种新型可生物降解多聚物(BDPs),可以作为生物膜载体和碳源去除饮用水中的硝酸盐,对该工艺中pH的影响进行了研究.结果表明:PBS颗粒表面可以形成致密的生物膜,对膜内的反硝化菌形成良好的保护作用.PBS反硝化系统承受pH冲击负荷的能力优于传统填料为载体的反硝化系统,当进水pH介于5.0～9.0之间时,反硝化过程中溶液的pH趋向中性,硝态氮的去除速率为0.60～0.63 mg/(g·d),最高达到0.70 mg/(g·d)(pH 7.5～8.0).当溶液中pH在6～8之间时,出水亚硝酸盐不稳定;pH<6时,出水中亚硝酸盐浓度高达0.7 mg/L;pH>8时出水中的亚硝酸盐浓度低于0.1 mg/L.     

生物膜系统同时硝化和反硝化的实验研究

实验采用人工配水,对生物膜系统中COD和氮的去除进行了研究。实验中pH控制在7.0～7.5左右,温度为20℃～28℃。本实验研究了不同溶解氧、水力停留时间和碳氮比对总氮去除率的影响。实验结果表明,生物膜系统中同时硝化和反硝化具有一定的可行性。在C/N比为8∶1,水力停留时间6h时,溶解氧为0.5～1.0mg/L时,总氮的去除率达53.6%。     

胞外聚合物(EPS)在藻菌生物膜去除污水中Cd的作用

藻菌生物膜在自然水体和污水生物处理工艺中普遍存在,它们在去除水体中重金属起重要作用。笔者在室内模拟实验的基础上,探讨了丝藻(Ulothrixsp.)-细菌生物膜所分泌的胞外聚合物(EPS)与藻菌生物膜去除毒性金属Cd之间的关系。研究结果表明,EPS主要由丝藻产生,其含量与污水中Cd的去除效率及生物膜中Cd的积累量之间相关性良好。而且,丝藻所分泌的EPS为与其共生的细菌及其本身提供了一个缓冲Cd毒性的微环境,这使藻菌生物膜能在不利的环境中保持较高的活性并能持续有效地去除水体中的Cd。      

生物膜反应器处理洗涤污水的试验

介绍了采用生物膜反应器处理洗涤污水的试验研究方法，研究了COD、LAS和NH3-N的去除效果。试验结果表明：整个系统出水稳定，水质良好（COD〈38．7mg／L、NH3-N〈1．1mg／L、LAS〈0．9mg／L，且无色无味、无SS），符合国家建设部生活杂用水回用水质标准，且具有较强的抗冲击负荷能力。在生物膜反应器中，微生物对污染物的去除起主要作用，而中空纤维膜对维持系统的稳定出水起重要作用。     

渠式生物膜反应器处理生活污水的动力学研究

文章对渠式生物膜反应器系统的动力学过程进行了探讨,在Monod方程的基础上提出了去除有机物的动力学方程。根据方程和对生活污水处理实验结果,得出了在20～30℃时降解生活污水的动力学方程为S=S0e0.0441qL-0.1993L,为渠式生物膜反应器系统的设计和运行提供了理论依据。     

废水生物处理中生物膜的形成及动力学模型研究进展

综述了生物膜法处理废水中生物膜的形成及其动力学模型。概述了反应器中微生物的固定化即生物膜的形成过程;影响生物膜形成的因素,生物膜的结构及其对生物膜中生化反应和传质过程的影响;并叙述了几种典型的生物膜模型;提出生物膜法废水处理以后的研究重点。