碳源对O/A-F/F模式积累内源聚合物及反硝化的影响

好氧/缺氧-盛宴/饥饿(O/A-F/F)选择模式能够在好氧段实现活性污泥积累内源聚合物的同时在缺氧段原位利用内源聚合物驱动反硝化。为了深入探究不同的碳源类型对O/A-F/F模式下内源聚合物积累和内源反硝化的影响,实验以乙酸和葡萄糖为主要碳源探究内源聚合物积累和内源反硝化特性以及富集的活性污泥菌群的结构和功能。结果表明,在O/A-F/F选择模式下,当进水化学需氧量(COD)为500 mg·L-1左右时,以乙酸为主要碳源系统(Ac-SBR)和以葡萄糖为主要碳源的系统(Gc-SBR)均能实现了40 mg·L-1的硝酸盐氮的内源去除,且各系统均实现了部分短程反硝化。但Ac-SBR实现了更高的亚硝酸盐的积累。乙酸有利于内源聚羟基脂肪酸酯(PHA)积累并驱动内源反硝化过程,PHA产率为0.52,平均反硝化速率(DNR)为9.65 mg·(L·h)-1。Gc-SBR系统能够实现PHA和糖原(Gly)的同时积累,但Gly产率高于PHA产率,分别为0.36和0.17,DNR为4.35 mg·(L·h)-1。Gly是实现内源反硝化过程的主要驱动力,反硝化脱氮贡献率占总量的77%。16S rRNA高通量测序表明Proteobacteria门中的β-Proteobacteria在Ac-SBR中为优势菌纲,菌群丰度为40.56%,而在Gc-SBR中菌群丰度为18.05%。α-Proteobacteria可能在Gc-SBR中贡献了微生物的糖原积累。β-Proteobacteria、Unclassified Bacteroidetes和Lgnavibacteria在Ac-SBR中贡献了内源PHA积累。     

不同电子受体驯化聚糖菌反硝化过程及N2O释放特性

利用序批式（sequencing batch reactor,SBR）生物反应器,采用厌氧-好氧运行方式,以乙酸钠为碳源,在控制进水P/COD<2/100条件下,成功实现了聚糖菌（glycogen accumulating organisms,GAOs）富集。缺氧初始阶段ρ（NO_x--N）为30.0 mg/L,经厌氧-缺氧驯化后,反硝化聚糖菌（denitrifuing GAOs,DGAOs）可利用聚-β-羟基脂肪酸酯（poly-β-hydroxyalkanoate,PHA）为内碳源进行反硝化,且分解利用的PHA中80%以上为聚-β-羟基丁酸酯（poly-β-hydroxybutyrate,PHB）。高浓度NO₂-抑制DGAOs活性,厌氧PHA合成降低,且缺氧段PHA分解产生的能量较多地用于储存糖原（glycogen,Gly）。NO₃-和NO₂-还原过程中,PHA降解速率分别为19.28,10.02 mg/（g·h）,内源反硝化速率分别为3.32,2.29 mg/（g·h）,TN去除率达95%以上。随NO₂-/NO_x-增加,N₂O平均产率由29.1%增至59.0%。高浓度NO₂-对氧化亚氮还原酶（Nos）活性抑制作用以及Nos和亚硝态氮还原酶（Nir）之间的电子竞争过程,是导致NO₂-内源反硝化过程中N₂O大量释放的主要原因。     

不同反应时间内碳源转化对反硝化除磷的影响

以A~2/O-生物接触氧化(BCO)系统反硝化除磷活性污泥为研究对象,通过投加适宜的碳源(乙酸钠,折合COD为200mg/L)和NO_3--N(30mg/L),考察了反硝化聚磷菌(DPAOs)在不同厌/缺氧反应时间下的内碳源转化利用情况对脱氮除磷特性的影响.结果表明:厌氧反应时间为90min时,聚羟基脂肪酸酯(PHA)的合成量最大,释磷基本结束;厌氧时间过长(120,150min)导致PHA的无效损失,会直接影响缺氧反硝化除磷作用,且对于吸磷作用的抑制明显强于硝酸盐反硝化作用.厌氧释磷良好的条件下,缺氧反应120min时PHA消耗量较大,内碳源利用充分,氮磷去除完全;缺氧时间过短(60min)则反应不完全,时间过长(180,240,300min)会导致糖原(Gly)部分降解,间接影响反硝化除磷作用,不利于反应的长期进行.此外,在短期试验中,因厌氧时间过长造成的PHA无效损失,对反硝化除磷作用的影响明显大于缺氧时间设定过长时Gly的降解.     

A2/O-BCO系统中碳源类型对反硝化除磷及菌群结构的影响

采用厌氧/缺氧/好氧-生物接触氧化(A²/O - BCO)工艺处理低碳氮(C/N)比污水, 考察单因素碳源(阶段Ⅰ: 乙酸钠; 阶段Ⅱ: 乙酸钠+丙酸钠; 阶段Ⅲ: 丙酸钠)对有机物去除以及同步脱氮除磷的影响, 并重点探究乙酸钠、丙酸钠混合碳源条件下内碳源(PHA、Gly)的转化利用以及反硝化除磷(DPR)机理, 同时通过高通量测序对比了不同阶段微生物菌群结构的演变规律.结果表明: 混合碳源提高了有机物、氮、磷的同步去除效率, 厌氧段内碳源转化量为226mg/h, 释磷量高达30.58mg/L, DPR效率稳定在90%以上; 批次试验表明反硝化聚磷菌(DPAOs)占聚磷菌(PAOs)的比例为72.42%, 基本实现了DPAOs的富集; 高通量测序结果表明混合碳源更有利于形成独特的OTUs菌群, PAOs(包括Accumulibacter和Acinetobacter)和DPAOs (包括Dechloromonas和Pseudomonas)总量高达29.13%(> 16.18%(阶段Ⅲ) > 14.34%(阶段Ⅰ)), 有效促进了碳源的高效利用以及反硝化除磷效率; BCO反应器中氨氧化菌(AOB, 包括Nitrosomonas和Nitrosomonadaceae)和亚硝酸盐氧化菌(NOB, 以Nitrospira为主)总量从3.89%(N1)增加到23.09%(N2)、37.23%(N3), 为反硝化除磷提供充足的电子受体; 此外, 建立了基于碳源高效利用的运行调控策略, 以期为A²/O - BCO工艺的推广应用提供理论参考.     

DPR-SNED系统处理低C/N城市污水与硝酸盐废水的运行特性

为实现低C/N城市污水与含硝酸盐废水的同步处理,采用SBR接种活性污泥,通过合理控制厌氧/缺氧/低氧时间和溶解氧(DO)浓度,实现了反硝化除磷耦合同步硝化内源反硝化(DPR-SNED)系统的启动,并对启动过程中系统的脱氮除磷特性进行了研究.结果表明采用厌氧/低氧的运行方式,控制厌氧时间为3 h,好氧段DO浓度为0. 5～1. 0 mg·L-1,60 d可实现同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的启动,出水PO_4~(3-)-P浓度0. 5 mg·L-1,系统氮磷去除率维持在90%以上,COD的去除率维持在80%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在70%和95%左右;随后改变运行方式,采用厌氧/缺氧/低氧的方式运行,缺氧段前进含硝酸盐废水,45 d可实现DPR-SNED系统的启动,缺氧末PO_4~(3-)-P浓度1. 1 mg·L-1,出水PO_4~(3-)-P浓度0. 5 mg·L-1,系统磷、COD去除率均维持在90%以上,氮去除率维持在88%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在62%和90%左右. DPR-SNED系统的成功启动后,厌氧段聚糖菌和聚磷菌对城市污水有限碳源的充分利用和强化储存,可为后续缺氧段及好氧段的脱氮除磷提供充足的内碳源.此外,DPR-SNED系统缺氧段内源短程反硝化的进行保障了系统在低C/N(4)条件下的高效脱氮.     

智能化曝气控制A/O工艺活性污泥特性演化对内源反硝化脱氮的作用机制

将新型智能化曝气控制系统（automatic oxygen supply device,AOSD）应用于A/O工艺中,对比分析AOSD系统曝气模式控制下的A/O工艺（I-A/O）与常规曝气模式A/O工艺（C-A/O）对活性污泥驯化作用、微生物菌群的分布影响,深入探讨I-A/O活性污泥特性演化对内源反硝化脱氮的作用机制.结果表明I-A/O系统出水NH₄⁺-N、NO₂^--N出现一定积累效应,活性污泥在驯化过程中表现为更为显著的微膨胀,在外源碳素充盈状况下能更充分地将污泥混合液中的溶解性COD（SCOD）富集,将其转化为糖原（Gly）,并在外源碳素供应匮乏的状况下激发内源反硝化脱氮反应,内源反硝化速率（EDNR）平均可达0.83 mg·（L·h）^-1,超过C-A/O水平.通过Illumina HiSeq高通量测序技术对两系统污泥微生物群落结构解析：两系统污泥微生物群落多样性评估区别不明显,而I-A/O污泥中Candidate division TM7大量增殖是构成其丝状菌污泥微膨胀、Gly贮存能力提高的优势功能菌.AOSD的供氧模式使活性污泥特性与微生物群落在适应新环境上发生了特异性变化,好氧异养菌代谢活性下降,内源反硝化脱氮途径的强化使I-A/O实现了一种总体低氧需求的动态平衡状态.     

厌/缺氧时间对好氧颗粒污泥同步硝化内源反硝化和除磷的影响

选用4组同规格SBR反应器,在A/O/A模式下以水解酸化液为进水,调整厌/缺氧时间分别为50min/170min、90min/130min、130min/90min、180min/40min,探讨颗粒污泥在不同厌/缺氧时间下脱氮除磷特性.结果表明,厌氧时间从50min延长至90min时,污泥内碳源储存量和释磷量增加,同步硝化反硝化(SND)效率提高至62.65%,TN、TP去除率分别从81.1%、 82.2%上升92.9%、98.5%.当厌氧时间从90min升至180min时,释磷量反而下降,厌氧内源性条件刺激胞外聚合物(EPS)增加造成聚羟基烷酸(PHA)合成下降,TP去除率降至88.1%;同时缺氧时间从130min降至40min,系统残留的NO_X^-较多,造成TN去除率降低至84%.机理分析表明系统中TN在好氧段由反硝化聚磷菌(DPAOs)和反硝化聚糖菌(DGAOs)利用PHA以SND方式消耗,并在缺氧段由DGAOs内源反硝化进一步去除,TP由PAOs和DPAOs去除,由批次实验估算得DPAOs占比在R2中最高,达41%,4组反应器运行期间颗粒均未发生解体,以水解酸化液为基质培养的颗粒结构完整、稳定性强.结果表明,厌/缺氧时间的适当延长有利于加强内碳源的贮存与转化,强化厌氧释磷、SND和后置内源反硝化效果,实现同步硝化内源反硝化和除磷高效稳定运行.     

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.     

pH调控反硝化除磷过程PAOs-GAOs竞争及N2O释放特性

该文以厌氧/缺氧/好氧方式(An/A/O)运行序批式生物反应器(SBR),采用NO_3~-驯化缺氧反硝化聚磷菌,利用pH值调控An/A/O-SBR内各菌群间的竞争优势,通过考察脱氮除磷过程的化学计量学参数变化,确定了不同pH下SBR内聚磷菌-聚糖菌(PAOs-GAOs)间竞争关系及N_2O释放特性。结果表明,An/A/O-SBR内存在PAOs和GAOs对碳源的竞争,高pH有利于反硝化聚磷菌增殖、提升SBR内同步脱氮除磷效率并降低N_2O产率。pH由6.5增至8.0,PAOs转化外碳源比例由24.1%增至55.6%。pH=8.0,SBR内脱氮和除磷效率均达90%以上,平均N_2O产率为2.8%。不同pH值下,An/A/O-SBR内厌氧阶段ΔGly/ΔPHA、ΔGly/CODin、PRA/CODin以及缺氧阶段PUA/NaRA、ΔGly/ΔPHA均表现出PAOs-GAOs共存特性,微碱性条件促进SBR内微生物趋向富集反硝化聚磷菌的生化反应动力学。pH=6.5,N_2O产率达11.2%。低pH值耦合高NO_2~-形成高浓度游离亚硝酸,对反硝化聚磷菌的毒性及对亚硝态氮还原酶、氧化亚氮还原酶的活性抑制作用,是导致低pH值下SBR脱氮除磷性能降低和N_2O产率增加的重要因素,以N_2O作为终产物的GAOs反硝化比例增加,加剧了低pH条件下N_2O释放。     

电子竞争机制下内源反硝化过程N2O变化特性

利用1.4 L小试反应器,以实际生活污水为研究对象,考察了不同电子受体内源反硝化过程中内源物质的变化和N_2O的积累特性。结果表明:内源反硝化过程中,Glycogen和PHA均可以作为反硝化电子供体,其提供电子速率为(0.22±0.03) mmol/(g·h);单一电子受体加入时,反硝化速率大小依次为R_(氧化亚氮)_(R亚硝态氮)R_(硝态氮)。在反硝化过程中,硝态氮还原酶(Nar)的电子捕获能力最强,氧化亚氮还原酶(Nos)电子捕获能力最弱。反硝化中间产物的积累主要由反硝化电子在不同电子受体还原酶上的分配率所决定,底物浓度的改变会导致反硝化电子在不同还原酶之间重新分配。各还原酶作用过程中,获取电子途径的不同,可能是导致内源反硝化阶段电子在不同还原酶上分配的主要原因。     

人体呼出气中内源性挥发性有机物筛选研究

人体代谢产生的内源性挥发性有机物（VOCs）可用作健康状况的标志物.本研究选择17~26岁无呼吸系统疾病的高校学生（73人）作为观察对象,使用气相色谱-火焰离子化检测器/质谱联用仪（GC-FID/MS）分析收集到的呼出气样本,对呼出气中VOCs的种类、浓度进行研究,发现了其5种卤代物的浓度高于室内浓度,其次是室外浓度.其中,在人体呼出气中1,1-二氯乙烯的浓度为室内浓度的近20倍,是室外浓度的近300倍,人体呼出气是环境中1,1-二氯乙烯的一个重要源.定量分析健康人呼出气,对比其与环境空气样本的浓度差异,并进行统计学检验,共筛选出1,1二氯乙烯、丙酮、1-己烯、甲基环己烷、2-戊酮、反-2-戊烯、2,4-二甲基戊烷、3-戊酮、四氯乙烯、对二氯苯、间二氯苯11种特征性内源性VOCs.     

后置缺氧UCT分段进水工艺处理低C/N城市污水

为处理低碳源生活污水,以内碳源反硝化途径为出发点,开发了后置缺氧UCT分段进水工艺.该工艺仅在UCT分段进水最后一好氧段末端增加了后置缺氧环节,以强化微生物内碳源储存能力.在低C/N水平（平均进水C/N=3.1±1.5）的生活污水条件下,后置缺氧UCT分段进水工艺实现了平均75.3%的TN去除率,运行61d后同步硝化反硝化去除的氮量高达31.5%;运行40d后污泥内碳源储存水平比原工艺污泥提高12.2%,9小时比内源反硝化速率由零提高至5.56mgN/（gVSS×d）,系统可通过好氧段同步硝化内源反硝化（SNED）提高TN去除率.污泥沉降性能有明显改善：SVI值由350mL/g降至97mL/g,而原UCT分段进水工艺污泥仍然膨胀.该工艺仅在原工艺基础上增加了一后置缺氧段,无需外加碳源和额外硝化液回流设施,有利于水厂升级改造.     

农村水环境治理的内生机制研究

农村水环境内生治理机制是外源治理力量"嵌入"的前提和运行保障,加强农村内在要素的水环境治理参与对于农村生态社区建设具有重要意义.内生治理效用的高低不仅取决于农村社区成员的组织化程度还较多受到环境政策执行效果的影响,细致分析时下农村水环境治理的内部结构,农户参与不足、民间组织承接能力不高、社区公共性消减和政策执行偏差等问题在较大程度上制约着农村内生秩序与农村生态社区建设的和谐共进.进一步厘清农村水环境内生治理的强化进路,可从参与渠道拓展、民间组织培育、内生秩序转型以及治理规范制定四个方面加以调整,不断促进农村水环境治理的内外互动.     

UV/Fenton体系中Fe2+/Fe3+的相互转化规律

为了控制UV/Fentan方法中铁元素的用量,合理利用溶解态铁的催化反应过程并提高其降解效率,研究以难生物降解性染料罗丹明B为目标物,通过正交实验和单因素实验确定了UV/Fenton体系的最佳反应条件,并利用一元线性方程模拟了罗丹明B退色反应的的动力学方程.结果显示,当体系的最初pH为3.00,溶液中[Fe2+]=0.180 mmol·L-1、[H2O2]=124.022 mmol·L-1时,UV/Fenton氧化罗丹明B退色符合一级反应动力学方程.研究了总铁含量维持在0.180mmol·L-1、保持紫外光照射、4次向同一UV/Fenton体系中添加1.7mLH2O2,每次反应后Fe2+/Fe3+的循环转化规律和溶液的脱色效果.研究结果表明,每次反应结束阶段(30 min),Fe2+浓度均高于Fe3+浓度,残余液仍具有较强的催化能力,溶液的脱色率达到99.9%;退色反应速率常数始终维持在较高水平,最后一次循环反应结束后,反应速率常数达到0.2547,相对于初始反应速率常数只下降了17%左右.     

基于数学模型的多模式AAO系统运行优化研究

构建了综合考虑出水水质、污泥产量和系统能耗的运行成本指数CPI,并利用数学模型对多模式厌氧/缺氧/好氧(AAO)系统的AAO、倒置AAO(RAAO)和缺氧/好氧(AO) 3种模式进行对比优化研究.在处理成本相近的前提下,在污泥龄5~25d范围内AAO模式的污染物去除效率和聚磷菌浓度明显高于RAAO和AO模式.在运行模式筛选的基础上,通过回流比优化确定了排放标准约束下AAO工艺的达标运行区域和最佳运行工况.动态模拟结果表明,优化工况能够显著改善出水水质,出水高于一级A的时间由78.4%下降至37.7%,CPI降低3.9%.     

4-氯-3-甲基苯酚(PCMC)暴露对成年斑马鱼内源性物质的影响

建立了4-氯-3-甲基苯酚（PCMC）的水生生物斑马鱼暴露毒理学模型,研究了斑马鱼PCMC暴露后内源性代谢物的变化.同时,在斑马鱼PCMC半数致死浓度LC₅₀的基础上,以1/10 LC₅₀为暴露浓度进行代谢组学分析.最后,经超高效液相色谱串联三重四级杆飞行时间质谱（UHPLC-Triple-TOF-MS）检测,结合主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）进行代谢谱分析.结果发现,空白对照组和暴露组在代谢水平上有明显差异.进一步分析后筛选出9种上调物质和11种下调物质作为潜在生物标志物,主要包括氨基酸、嘌呤、糖类和脂质.根据差异代谢物生理功能分析发现,PCMC主要通过影响嘌呤代谢、甘油磷脂代谢、淀粉和蔗糖代谢、组氨酸代谢、丙酮酸代谢及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成,对斑马鱼的心血管系统、神经系统、蛋白代谢和能量代谢等方面产生毒性效应.本研究建立的代谢组学方法能全面评价氯酚类消毒剂对水生生物的毒性效应,为进一步阐明氯酚类消毒剂的毒性机制提供了理论基础.     

基于数学模型的AAO系统阶跃响应特性分析

以厌氧/缺氧/好氧(AAO)工艺数学模型为基础,利用灵敏度分析和响应速度从幅度和动力学两方面进行了AAO工艺操作变量的阶跃响应特性分析.结果表明,在AAO系统中,进水流量(Qf)、剩余污泥排放量(WAS)、污泥回流量(RAS)和混合液回流量(MLR)对出水水质的灵敏度较高.其中,WAS的响应速度较慢,适用于系统的长期调整.好氧区溶解氧(DO)适合于出水氨氮的短期调整,RAS和MLR对于出水总氮均是灵敏、快速的变量,RAS会显著影响出水总磷,而MLR对出水总磷影响很小.AAO系统功能性菌群受Qf影响很大.除Qf外,WAS和RAS是对异养菌和自养菌浓度影响较大的变量,聚磷菌浓度对操作变量的灵敏度大小顺序为WAS>MLR>RAS>DO.     

内蒙镶黄旗人群胃癌环境病因的研究──关于人体内合成亚硝胺的评估

测定了内蒙古自治区锡盟镶黄旗１５个不同地点水样中的ＮＯ＾－２含量。实验结果显示,１５个地点水样中ＮＯ＾－２的含量相差很大,大致分为Ａ、Ｂ、Ｃ３组,其平均值分别为０．１８６、０．６４０、３．８５０μｇ／ｍｌ。     

A/O和A2/O法除磷脱氮工艺影响因素及除磷动力学的研究

重点介绍A/O除磷工艺和A~2/O除磷脱氮工艺,以及影响除磷脱氮工艺因素和除磷动力学的研究。工艺研究采用了动态与静态实验方法,采用色质联机研究了有毒有机物的降解情况。试验结果表明,A/O、A~2/O工艺的BOD_5去除率近于二级污水处理厂,A~2/O法TP去除率近于三级污水处理厂,且去除难降解有毒有机物的效率高于传统的活性污泥法。动力学公式的修正使之更适于低碳源的情况。八种影响因素的研究为工艺的设计与运行提供了依据。