人工湿地生物沸石快速吸附-再生性能与再生机理研究

在填充生物沸石和石灰石的强化硝化模拟人工湿地中,考察了生物沸石快速吸附-再生动态平衡性能和生物沸石再生的机理.研究结果表明,生物沸石模拟人工湿地中硝化作用明显,产生的氧化态氮主要为硝氮,平均浓度为106.31 mg·L~(-1)(大于吸附去除的氨氮浓度).模拟人工湿地出水中的金属阳离子主要为Na+和Ca~(2+),30 d后Ca~(2+)浓度大于Na+浓度.生物沸石的再生是离子交换释放氨氮和微生物协同作用的结果.石灰石缓慢释放的Ca~(2+)可促进生物沸石再生,生物沸石与石灰石投加量的最佳质量比为5∶1.生物沸石再生过程中,微生物起主导作用.     

生物陶粒反应器的氢自养反硝化研究

利用氢自养反硝化生物陶粒反应器处理硝酸盐废水,探讨了生物陶粒反应器中氢自养反硝化生物脱氮的实现过程.考察了水力停留时间、进水硝氮负荷、进水pH值、温度、供氢量等因素对反应器脱氮效果的影响.结果表明,当水力停留时间为24 h和48 h时,反应器对硝酸氮的平均去除率分别达到94.54%和97.47%.在水力停留时间为5~16 h时,NO-3-N去除率随水力停留时间的缩短而降低;进水NO-3-N浓度较低时,NO-3-N的降解速率随其浓度的升高而增大,当NO-3-N浓度大于110mg·L-1时,氢自养反硝化反应受到抑制;中偏碱性环境较酸性或碱性环境更利于反应器对硝酸盐的去除;反应器有较宽的温度适应范围,最适温度为25~30℃;当反应器供氢不足时,脱氮效果明显降低,表明了氢自养反硝化菌对氢气利用的专一性.在整个运行阶段,出水中亚硝酸氮浓度一直保持在较低水平.     

双筒型微生物燃料电池生物阴极反硝化研究

利用双筒型微生物燃料电池生物阴极实现电反硝化脱氮,考察外电阻大小、进水硝酸盐和有机物浓度对产电和反硝化的影响.当外电阻从50Ω下降到5Ω,硝酸盐去除速率由0.26 mg/(L.h)上升到0.76 mg/(L.h);在外电阻为5Ω时,亚硝氮积累浓度达55 mg/L;硝酸盐起始浓度在20～120 mg/L时硝酸盐降解满足0级反应,硝酸盐浓度对MFC产电影响不显著;亚硝氮的积累浓度随硝酸盐起始浓度增加而增加,最高可达到35 mg/L;有机物的加入能提高阴极反硝化速度,避免亚硝酸盐积累,对MFC产电影响不大.     

选择性生物强化处理二元互抑体系中苯胺和硝基苯

采用树脂吸附与生物强化相组合的方法处理含有苯胺和硝基苯的混合废水,对苯胺和硝基苯的降解抑制类型、吸附分离条件、生物强化降解过程与树脂性能变化等进行了研究.结果表明,硝基苯与苯胺均对对方的生物降解产生抑制;当进水中苯胺与硝基苯浓度分别为330与44mg/L时,在pH为4且流速为110mL/h条件下,通过装填有10mL吸附树脂NDA-150(7.2g)的吸附柱,吸附出水中硝基苯浓度低于4mg/L;吸附出水中苯胺的浓度保持不变,可通过生物强化而得到降解;吸附过程中约有597mg的硝基苯被树脂所吸附,其中约有224mg可通过生物强化方法得到脱附降解,系统降解硝基苯的容积负荷为315mg/(L·d);在此过程中树脂吸附能力获得部分恢复,其再生程度受到微生物对硝基苯降解能力的限制;70d的重复性实验证明,树脂性能保持稳定.     

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.     

硝酸盐连续回灌对生物反应器填埋场N2O产生的影响

异位硝化-原位反硝化是实现填埋场渗滤液脱氮处理的一种有效措施,但硝化反硝化过程中会产生强温室气体N2O.实验构建了3个新鲜垃圾生物反应器填埋场模拟装置,分别回灌NO-3-N浓度为50、100和300 mg·L-1的渗滤液,考察垃圾原位反硝化过程中N2O产生规律及其影响因素.结果表明,回灌不同浓度硝酸盐,N2O产生量均表现为初期浓度较大-下降-后期升高的规律;N2O产生量与回灌NO-3-N量正相关,其累积产生量分别为36 481、44 241、86 264μg,但反硝化消耗单位硝酸盐氮产生的N2O量(以N计)以及N2O转化率与回灌硝酸盐氮量呈负相关,N2O平均转化率分别为8.84‰、5.68‰和2.34‰.分析认为,各反应器垃圾降解后期反硝化碳源不足是N2O产生量高的主要原因.     

微气泡曝气生物膜反应器处理低C/N比废水脱氮过程

微气泡曝气生物膜反应器是微气泡曝气技术与好氧生物处理相结合的新型处理工艺.本研究采用微气泡曝气生物膜反应器在低气水比下处理低C/N比废水,考察了生物脱氮过程和性能,并分析了脱氮功能菌群变化.结果表明,通过低气水比(小于1∶2)控制DO浓度并降低进水C/N比,可以实现生物脱氮过程从同步硝化-反硝化向同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)过程转变,并可获得较高的低C/N比废水生物脱氮性能. DO浓度低于1. 0 mg·L-1、进水C/N比为1∶2. 8时,SNAD过程成为生物脱氮的主要途径,TN平均去除率可达到76. 3%,TN平均去除负荷为1. 42 kg·(m3·d)-1,厌氧氨氧化过程对TN去除的贡献率为86. 0%.随着进水C/N比降低,生物膜中亚硝化菌群和厌氧氨氧化菌群的相对丰度逐渐增加,而硝化菌群和反硝化菌群的相对丰度逐渐降低.生物脱氮功能菌群变化与脱氮过程转变为SNAD过程相一致.     

Cu2+对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响

短程生物脱氮工艺在废水处理中已经得到较为广泛的应用,其反硝化过程是实现氮去除的关键步骤,而关于废水中常见重金属离子Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响尚无系统研究.选取A/O反应器内具有良好短程生物脱氮特性的污泥,通过批次试验及SBR长期试验分别探究了Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的短期及长期影响.短期试验结果表明,Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程具有明显抑制作用,对污泥反硝化活性的半抑制浓度EC50为4. 79 mg·L-1.在长期影响试验中逐渐提高污泥对Cu~(2+)的耐受浓度,当Cu~(2+)浓度为0. 5 mg·L-1和1 mg·L-1时,污泥反硝化活性降低后均能够通过驯化恢复至原有水平;而Cu~(2+)浓度升高至3 mg·L-1后污泥反硝化性能遭到破坏且难以恢复,NO_2~--N去除率降低至10%以下,反硝化系统遭到严重抑制.但是,停止投加Cu~(2+)后污泥反硝化活性在第14 d恢复至原有水平.同时,在Cu~(2+)的长期影响过程中,EPS含量增多,对微生物抵御Cu~(2+)的毒害起到重要保护作用,促使污泥粒径增大,污泥沉降性得到提高.     

1株耐冷兼性嗜碱好氧反硝化菌的分离鉴定及反硝化特性

以传统微生物富集分离方法,从垃圾渗滤液活性污泥中筛选到1株高效好氧反硝化菌,通过形态观察、生理生化特征及16S rDNA序列分析,对菌株进行了鉴定,同时对其好氧反硝化特性和异养硝化功能进行了研究.结果表明,筛选到的好氧反硝化菌株为假单胞菌属(Pseudomonas sp.),命名为GL19,GenBank登录号为(KC710974).碳源、C/N、pH及温度对菌株反硝化活性影响较大.在柠檬酸钠为碳源、C/N不低于15、pH 6~10、溶解氧(DO)4.8~7.7 mg·L-1及温度为15~34℃,硝酸盐氮负荷为140 mg·L-1的条件下,硝酸盐去除率均达100%,总氮(TN)平均去除率为96.5%,最终无亚硝酸盐积累;菌株能以亚硝酸盐氮、氨氮为底物进行高效脱氮,20 h内可将140 mg·L-1的亚硝酸盐氮完全去除,28 h内可将280 mg·L-1的氨氮降至3.11 mg·L-1,氨氮去除率达98.9%.显示该菌具有耐冷、高效脱氮特性,可实现同步硝化反硝化,这对南方地区冬季废水处理具有潜在应用价值.     

基于生物沸石复合滤料的间歇式脱氮水处理

以粒径0.15～0.18 mm的天然沸石粉为主要原料,水泥为黏结剂,制备出粒径4～8 mm的沸石复合滤料（ZCF）.对制备的材料进行了空隙率、表观密度、强度等性能测试.优化出复合滤料中m（沸石粉）：m（水泥）=7：3,自然条件下养护15 d.利用该ZCF装填实验柱,完成硝化微生物挂膜培养,然后进行间歇式脱氮水处理动态实验,间歇式运行周期分为吸附、生物再生、淋洗共3个阶段.采用上流式进水吸附脱氮,以NH4＋-N浓度低于2 mg·L-1为出水标准,出水超标后,排空实验柱中水,鼓风生物再生,用水淋洗滤料后重复沸石吸附-生物再生循环,淋洗液单独进行反硝化处理.结果表明,在模拟实验条件下间歇式运行最佳的周期为：吸附5 d,鼓风生物再生24 h,NH4＋-N平均去除率为87.7%,TN平均去除率达51.2%.     

同步脱氮除磷颗粒污泥硝化反硝化特性试验研究

在厌氧/好氧交替运行的SBR反应器中,以成熟的脱氮除磷颗粒污泥为研究对象,对其硝化及反硝化特性进行研究.结果表明,静态试验中颗粒污泥的最大硝化速率为14.13 mg·(g·h)-1,最大反硝化速率为34.89 mg·(g·h)-1,最大缺氧吸磷反硝化速率为13.11 mg·(g·h)-1,污泥具有较好的硝化、反硝化性能;反应器中污泥最大硝化速率为4.60 mg·(g·h)-1,最大反硝化速率为1.43 mg·(g·h)-1;通过N的物料平衡得到,同步硝化反硝化反应去除N约为232.5 mg·d-1,占N去除总量的54.3%;另外,颗粒污泥对P和N的去除率分别在95%和90%左右,反应器具有较好的同步脱氮除磷效果.     

地下水氮污染原位修复缓释碳源材料的研发与物化-生境协同特性

地下水流速及物质间反应均处于缓慢状态,因此向地下水环境中投加的修复材料应具有缓释性.本研究针对浅层地下水特性及氮赋存特征,以农业废弃物和零价铁(Fe0)为基料,耦合生物、化学反应,开展具有物化-生境协同作用的缓释碳源材料的研发和性能研究.所研发材料具有内核和外壳双层结构.内核为修复基质层,由农业废弃物与Fe0等原料组成.其中,农业废弃物提供微生物所需碳源,Fe0还原水体中硝酸盐氮及DO,快速脱氮并促进厌氧环境形成.外壳为溶质运移渗透层,由原生矿物等组成,可包覆内核材料,减缓内核碳源释放、吸附二次污染物.材料物理测试显示,其内核均匀交联,外壳呈明显均匀孔隙结构(SEM),颗粒强度高达每颗80~105 N,具有良好的机械抗压性;材料密度最低可达1.1 g·cm~(-3),无水中漂浮现象;缓释实验表明,该材料具有良好的碳源缓释性,其总有机碳(TOC)释放量[Max:21~25 mg·(g·L)~(-1)]和速率[Max:0.185 mg·(g·L·d)~(-1)]始终呈现平稳状态,而农业废弃物释碳量[Max:53~75 mg·(g·L)~(-1)]及速率[Max:0.455mg·(g·L·d)~(-1)]波动较大.进一步功能基因丰度分析,材料浸出液有利于反硝化细菌代谢活动.脱氮和捕氧实验初期,该材料体系以Fe0化学脱氮为主,并降低水体DO,有利于反硝化进行;随后,生物反硝化占主导地位,材料脱氮率与其Fe0含量相关性变小,体系形成物化-生境协同脱氮途径.     

甲烷厌氧氧化协同硝酸盐还原菌群驯化及其群落特征

伴随硝酸盐还原的甲烷厌氧氧化是协同减少环境中硝酸盐及甲烷的有效途径.利用实验室废水处理厌氧污泥、污水处理厂厌氧污泥和填埋场覆土驯化富集硝酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群.考察菌群的甲烷氧化效果,结果发现接种污水处理厂厌氧污泥体系甲烷转化量最大,为0.05 mg·d-1.微生物群落结构分析显示,该体系中甲烷微菌和甲烷八叠球菌是甲烷氧化菌,假单胞菌、梭状芽胞杆菌和热单胞菌参与了硝酸盐的还原反应.硝酸盐的量影响甲烷的转化率及菌群结构.当硝酸盐浓度为200 mg·L-1时,体系中的硝酸盐还原菌为假单胞菌和梭状芽胞杆菌;浓度增加至500 mg·L-1时,硝酸盐还原菌则是假单胞菌和热单胞菌.同时,甲烷转化率增加34.7%.研究结果为该菌群应用于含甲烷废气与含硝酸盐废水的协同处理提供科学依据.     

不同碳氮比下污水反硝化过程中亚硝氮积累的特性研究

以乙酸钠为碳源,在不同的碳氮比(COD/NO_3~--N)条件下,通过控制反应器中反硝化时间,将NO_3~--N仅还原至NO_2~--N,实现NO_2~--N的稳定积累.结果表明,反硝化时间从60 min缩短至20 min,NO_3~--N还原速率和NO_2~--N积累速率分别增大至0.417 g·g~(-1)·h~(-1)(以VSS计,下同)和0.402g·g~(-1)·h~(-1).经过108 d的培养,NO_2~--N的积累率为95%.反硝化活性随碳氮比的增大而增大,而较低碳氮比更有利于NO_2~--N的稳定积累.在反硝化亚硝氮积累过程中,当碳源充足时,由于电子受体NO_3~--N和NO_2~--N相互竞争碳源,NO_3~--N的存在会抑制NO_2~--N的还原,从而导致NO_2~--N积累;而当碳源不足时,基质限制使NO_3~--N优先还原,导致NO_2~--N的积累.微生物宏基因组测序结果表明,培养污泥中的优势菌群为Thauera(71.85%),该菌仅能将NO_3~--N还原为NO_2~--N,从而导致NO_2~--N的积累.     

剩余污泥碱性发酵产物对硝化过程及性能的影响

为探究剩余污泥碱性发酵产物作为碳源对硝化过程及性能的影响,建立了以污泥碱性发酵混合物作为碳源的生物脱氮(BNR)系统.投加初期,氨氧化菌(AOB)和亚硝态氮氧化菌(NOB)活性均受到抑制;16 d后AOB活性开始迅速恢复,NOB活性仍受到抑制,比硝态氮积累速率(SNaPR,以N/VSS计)由初始的0.179 1 g·(g·d)~(-1)下降至0.007 8 g·(g·d)~(-1),系统内亚硝积累率由8.12%上升至91.42%并维持稳定.将污泥发酵混合物分离为污泥发酵液和污泥发酵底泥,考察添加3种不同类型的发酵产物对硝化效果良好的全程硝化污泥硝化活性的影响.结果表明,投加污泥碱性发酵混合物和投加碱性发酵液的实验组,NOB活性皆有所下降,SNaPR由初始的0.179 3 g·(g·d)~(-1)分别下降至0.151 0 g·(g·d)~(-1)和0.161 7 g·(g·d)~(-1);投加发酵底泥的实验组,NOB的活性有所上升,SNaPR由0.179 3 g·(g·d)~(-1)上升至0.186 4 g·(g·d)~(-1).因此,当利用污泥发酵混合物和发酵液作为碳源时,在硝化过程中,能抑制系统内NOB的活性,实现短程硝化过程,有利于加速硝化速率及节省该类型碳源的投加.     

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）为反硝化固体碳源的脱氮特性研究

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为固体碳源和生物膜载体,研究其脱氮性能以及添加惰性载体砾石对反应性能的影响.结果表明,PBS可作为反硝化固体碳源去除低C/N水体中的硝酸盐氮,但是所需的启动时间较长,为33 d左右.反硝化过程不会造成亚硝酸盐氮积累,但是会产生低于0.8 mg·L-1的氨氮.在PBS为碳源的反硝化体系中添加惰性载体来增加生物膜量,可以提高反硝化速率,PBS、PBS+30 g砾石、PBS+60 g砾石、PBS+90 g砾石4个体系的反硝化速率分别为5.33、7.04、10.05和6.93mg·(L·h)-1,反应均为零级反应.反硝化反应过程中(0~9 h),溶解性有机碳(DOC)先升高后降低,反应结束时(24 h),添加惰性载体砾石60 g和90 g体系的DOC分别为16.34 mg·L-1和19.22 mg·L-1,高于未添加砾石体系的13.48 mg·L-1.4个反硝化体系的pH值均低于初始值,是固体碳源降解过程中产生的酸性物质与反硝化产生的碱度综合作用的结果.     

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.     

宛山荡农田土壤氮迁移过程反硝化与厌氧氨氧化

为探究中国南方农田土壤氮迁移过程的反硝化与厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)速率变化和脱氮贡献本研究采集宛山荡麦稻轮作区农田不同层深土壤及农田、沟道、河岸带和湖泊沉积物等不同土地利用类型土壤样品,分析其理化性质采用Illumina MiSeq测序和实时荧光定量PCR (quantitative real-time PCR,qPCR)技术探究土壤样品的微生物群落组成和功能基因丰度应用同位素培养实验测定各样品的潜在反硝化与厌氧氨氧化速率(以N_2计,下同).结果表明,土壤反硝化速率与TOC、NH_4~+-N和NO_3~--N含量均显著正相关(P0.05),与nirS、nirK及nosZ等功能基因丰度亦呈显著正相关(P 0.05).农田表层土壤反硝化速率为(11.51±1.04) nmol·(g·h)~(-1),显著高于农田其他土壤层以及其他土地利用类型(P 0.05),而农田土壤中厌氧氨氧化速率在20～30 cm层最高,达到(0.48±0.07) nmol·(g·h)~(-1).此外,反硝化作用是农田表层土壤氮损失的主要原因,占91.9%～99.7%,而厌氧氨氧化在深层土壤N_2的产生过程中占有重要地位.     

改性枸杞枝作为反硝化脱氮碳源的研究

为提高枸杞枝作为反硝化碳源的效能,采用甲醇（体积占比分别为0、20%、50%、100%）-水-NaOH （0.01 g·mL^-1）体系（分别简称为0组、20%组、50%组、100%组）对枸杞枝进行改性处理,研究原枸杞枝的静态释碳、改性前后枸杞枝的静态反硝化特性、表面形态和脱氮动力学.结果表明,原枸杞枝释碳过程同时符合二级动力学方程和Ritger-Peppas方程;第I阶段（1~3 d）为碳源快速释放期,第II阶段（4~21 d）为碳源稳定释放期;改性后枸杞枝纤维素和半纤维素含量占比增加了8.7%~35.2%;不同甲醇-水-NaOH体系改性枸杞枝平均反硝化速率依次为20%组>50%组>0组>100%组>对照组,20%甲醇-水-NaOH组反硝化速率最高（0.76 mg·g^-1·d^-1）,表明20%甲醇-水-NaOH （0.01 g·mL^-1）是枸杞枝改性的最佳条件;改性后的枸杞枝表面结构粗糙、不规则且有大量的孔洞产生,适合脱氮微生物附着生长,其反硝化脱氮过程符合Monod动力学方程（R²=0.96）.     

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.