进水条件对侧流活性污泥水解工艺性能和微生物的影响

针对传统生物脱氮除磷工艺性能易受进水条件变化影响的缺点,构建了侧流活性污泥水解(SSH)工艺反应器,比较研究了该反应器与常规厌氧/缺氧/好氧(A2/O)工艺反应器在不同进水条件下的污染物处理性能和微生物群落的变化规律。试验结果表明:A2/O和SSH反应器化学需氧量(COD)去除性能的变化较小,整体COD去除率均维持在90%左右。进水负荷和流量的升高有利于提高脱氮除磷效果。A2/O和SSH反应器的总氮去除率分别从阶段Ⅰ的58%和72%升高到阶段Ⅲ的67%和83%,总磷去除率均从60%左右升高到85%以上。与A2/O反应器相比,进水条件变化对SSH反应器脱氮性能的影响较小。相同进水条件下SSH反应器脱氮性能更好,总氮平均去除率比A2/O反应器高出23%。高通量测序结果表明,SSH反应器中微生物群落的多样性更高,Dechloromonas、Accumulibacter等脱氮除磷功能菌的相对丰度更高,是反应器出水水质良好且稳定的重要原因。研究成果可为SSH工艺的设计与实际应用提供参考依据。     

厌氧氨氧化耦合反硝化工艺的启动及微生物群落变化特征

为了解厌氧氨氧化耦合反硝化启动过程中脱氮除碳性能与微生物群落的关系,通过逐步提高进水COD浓度研究了SAD启动过程中脱氮除碳性能和微生物群落变化.结果表明,随着进水COD浓度增加,出水NH_4~+-N和NO_2--N的浓度保持稳定,平均去除率均在98%以上; TN去除率逐渐升高,第3阶段TN平均去除率为95. 6%,比厌氧氨氧化理论TN去除率高6. 8%;ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N明显下降,从0. 15～0. 17逐步降至0. 03～0. 07;厌氧氨氧化脱氮贡献率逐渐下降,反硝化脱氮贡献率逐渐上升,COD去除率逐步增加.污泥活性分析表明SAD启动后污泥反硝化活性明显增加,厌氧氨氧化活性略微降低.高通量测序结果表明,反应器内微生物的优势菌门为绿弯菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、装甲菌门和变形菌门,微生物群落特征与SAD脱氮除碳性能密切相关,与脱氮除碳有关的功能微生物主要有厌氧氨氧化菌、厌氧消化菌和反硝化菌,SAD启动后反应器内厌氧氨氧化菌丰度减少,厌氧消化菌和反硝化菌丰度明显增加.     

具有铁氧化和好氧反硝化功能的Achromobacter denitrificans strain 2-5对序批式反应器生物脱氮性能及群落结构的影响

对1株具有铁氧化和好氧反硝化功能的反硝化无色杆菌2-5(Achromobacter denitrificans strain 2-5)强化SBR反应器脱氮性能与细菌群落结构的影响进行研究。结果表明:在SBR反应器中,添加Fe0和Achromobacter denitrificans strain 2-5能提高SBR反应器对NH₄+-N和TN的去除效果,与普通SBR反应器相比,NH₄+-N和TN的平均去除率分别提高了4.13%、15.73%。通过高通量测序分析,发现各反应器微生物群落结构组成存在差异。从门水平来看,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)为优势菌门。添加Fe0和Achromobacter denitrificans strain 2-5使反应器中具有好氧反硝化功能的细菌多样性增加,强化了SBR反应器的脱氮效果,研究结果为Fe0促进好氧反硝化菌生长,强化污水脱氮提供了依据,有利于好氧反硝化菌的实际应用。     

低浓度铬对SBR中微生物抑制影响研究

研究了低浓度铬(三价和六价)对SBR生物系统的抑制影响,考察了两种不同SBR工艺(传统工艺和分段进水工艺)在处理含低浓度铬废水过程中常规的出水水质和活性污泥性状的变化,以及微生物群落的变迁.研究结果表明,在进水总铬(Cr(III)∶Cr(VI)=4∶1)浓度为0.5mg·L-1的条件下,传统工艺和分段进水工艺的氨氮去除率由99%分别下降至70%和65%,同时,磷酸盐去除率也由99%分别下降至51%和43%.当进水中总铬浓度达到1 mg·L-1时,分段进水工艺SBR系统的氨氮和磷酸盐去除率最终分别下降至44%和37%.此外,多糖和蛋白质的分泌量变化分别呈下降和上升趋势.高通量测序结果表明,活性污泥细菌群落丰富度和多样性受到了铬离子的影响,并且Nitrospira、Acidobacteria、Planctomycetes、Cyanobacteria和Candidatus_Accumulibacter等脱氮除磷功能菌种的生长都受到了一定程度的抑制,也与被抑制的SBR系统脱氮除磷去除率下降的宏观现象相吻合.     

高氮渗滤液短程深度脱氮及反硝化动力学

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际高氮晚期渗滤液,重点研究了系统的有机物和氮去除特性,同时考察了SBR短程生物脱氮系统内微生物的反硝化动力学特性.试验结果表明,该生化系统能够高效、深度去除渗滤液内高浓度有机物和氮.UASB反应器的平均COD负荷为6.5 kg/(m3.d),去除速率为5.3 kg/(m3.d).在进水COD平均为6 537 mg.L-1,NH+4-N为2 021mg.L-1的条件下,出水分别为354 mg.L-1和2.8 mg.L-1以下,去除率分别为94.6%和99.8%,尤其是该系统获得了99.2%的TN去除率,出水TN20 mg.L-1,实现了深度脱氮的目的.SBR反应器实现并维持了稳定的短程硝化,通过90%以上的亚硝化率实现高效的氨氮去除,同时SBR系统内微生物的反硝化特性符合Monod动力学方程.     

不同SBR系统N2O排放及微生物群落比较

为了解污水脱氮中微生物群落对N₂O排放的影响,在相同的工艺条件下,研究了制药厂(A)和啤酒厂(B)2种不同来源污泥在SBR系统中的N₂O排放特性.结果发现:①A和B 2个系统总氮去除率在97.5%和98.6%的情况下,脱氮中N₂O态氮所占比例分别为6.35%和2.84%,相差2倍以上.②A系统的N₂O排放时期主要集中在好氧硝化段,而B系统则主要集中在缺氧反硝化段.③在1个脱氮周期内,A系统只有1个N₂O排放高峰,出现在好氧硝化段(第3小时);而B系统有2个N₂O排放高峰,分别出现在好氧硝化段(第3小时)和缺氧反硝化段(第6小时).采用PCR-DGGE技术分析微生物群落特征发现,A系统和B系统的微生物群落有明显差异,表明污水脱氮中微生物群落是影响N₂O排放的重要因素.通过优化微生物群落结构,可有效控制污水脱氮中N₂O排放.      

SBR系统外加磁场对微生物群落多样性和处理效果的影响

SBR反应器的应用越来越普遍,为进一步提高其处理效率,提出在SBR反应体系再外加一个磁场来提高其运行性能.研究了不同磁感应强度对反应系统污染物降解效率的影响,并采用Mi Seq高通量测序技术解析了磁场条件下活性污泥微生物群落多样性变化.结果表明,磁场的加入在一定程度上提高了SBR系统的运行性能,且当磁感应强度为7×10~(-2)T时效果最明显.其中,外加磁场对SBR反应系统中总氮去除效果的影响显著,在7×10~(-2)T时脱氮率从无磁场的65.69%提高到85.98%.外加磁场显著提高了污泥脱氢酶活性,因而也会对各种污染物的去除产生积极作用.通过对不同磁感应强度下活性污泥微生物群落多样性的比较发现,7×10~(-2)T磁场下活性污泥微生物丰度及多样性最高.实验SBR反应器中的细菌域共鉴定出14个门,主要以变形菌门Proteobacteria(25.3%~61.5%)、拟杆菌门Bacteroidetes(18.6%~46.2%)、放线菌门Actinobacteria(5.3%~47.2%)、酸杆菌门Acidobacteria(0.4%~4.0%)为主.重要的脱氮细菌:如α-Proteobacteria的Rhodoblastus、Paracoccus;β-Proteobacteria的Alicycliphilus、Comamonas、Xenophilus、Acidovorax、Dechloromonas、Thauera;δ-Proteobacteria的Desulfovibrio;Planctomycetes门等,在中等磁感应强度尤其是7×10~(-2)T时,丰度最高,与脱氮效率增加有内在的联系.典型的PAOs如Acinetobacter、Pseudomonas、Propionicimonas等,在中等磁场条件下含量较高,与除磷率变化趋势相同.活性污泥中细菌群落结构变化与污水处理效率存在一定相关性,外加磁场通过改变微生物群落结构影响污水处理效果.     

进水浓度对厌氧氨氧化脱氮与微生物特性的影响

为了研究厌氧氨氧化(Anammox)工艺处理不同浓度废水时的脱氮性能、微生物群落与污泥特性的变化,构建了升流式污泥床反应器(Upflow anaerobic sludge bed,UASB),研究不同进水浓度下氮素的转化与去除效率,并结合微生物分析手段探究各阶段微生物的群落演替与污泥特性变化.结果表明,当处理高浓度进水时,氨氮和总氮去除率分别为99.33%和92.96%;当切换为低浓度进水时,氨氮去除率为91.99%,总氮去除率降低至74.09%,硝酸盐产生比例升高.扫描电镜结果发现,活性污泥由以短杆菌为主逐步转变为以球菌为主的聚集体,随着水力负荷增大,污泥聚集、颗粒增大,溶解性EPS降低,污泥疏水性增强.微生物群落结构分析结果表明,Proteobacteria在反应器内大量存在,丰度达到了29.68%,反应器内存在Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia两种厌氧氨氧化菌.在高浓度进水阶段,Candidatus Jettenia的丰度较高(1.24%);当进水换为低浓度时,Candidatus Brocadia的丰度达到了1.23%,替代Candi...     

水解反硝化+A/O工艺处理低碳氮比城镇废水试验研究

采用水解反硝化强化脱氮工艺,将水解酸化过程与反硝化脱氮过程相结合,研究此工艺对城镇低碳氮比废水的处理效果。实验表明,系统对COD、NH_4~+-N、TN的去除效果较为稳定,去除率分别为87.95%、99.42%、51.84%,出水COD及NH_4~+-N均优于国家一级A排放标准。当硝化液回流比为100%时,为最优工况,在进水C/N比为1时,系统对TN去除率为55.07%,去除量达45.43 mg/L;进水C/N比为0.82时,系统对TN去除率为50.45%,去除量达37.27mg/L。在C/N<1的条件下,系统仍然表现出较高的脱氮性能。对比水解池与后段A/O缺氧池的脱氮效果,水解池在反硝化脱氮能力及碳源利用率方面均优于缺氧段。     

温度对好氧颗粒污泥处理纤维素乙醇废水脱氮效能的影响

采用SBR反应器,考察了温度对好氧颗粒污泥处理纤维素乙醇废水脱氮性能的影响.研究结果表明,当进水为纤维素乙醇废水原水时,稳定阶段不同温度(10、20、30℃)条件下体系对COD的去除率分别为10.2%、12.7%、13.7%;总无机氮的去除率分别为42.8%、53.6%、70.5%,温度的升高明显地提高了硝化菌的活性和生长速率,进而促进了脱氮效果.当进水为纤维素乙醇废水经IC工艺处理后的厌氧出水时,3个温度条件下系统对废水中有机物的去除效果无较大差异,去除率均低于15%,主要因为纤维素乙醇废水的厌氧处理出水中的有机物很难被微生物利用;而温度对脱氮效果影响较大,30℃下NH_4~+-N去除率达到60.9%,分别是10℃和20℃时的2.0和1.3倍,并且,随着温度的升高总无机氮的去除率增强,NO_3~--N的去除量增加.由于体系COD去除率低说明反硝化可利用的碳源不足,因此,系统内可能存在内碳源反硝化作用,而且内碳源反硝化作用也随着温度的升高而增强.通过氮平衡计算可知,3个温度条件下氮损失分别为37.6%、45.0%、53.6%,说明温度的升高不仅提高了硝化菌活性,还促进了内碳源反硝化,进而提高了对氮素的去除.     

Ca~(2+)、Mg~(2+)对好氧污泥快速颗粒化的影响研究

为研究金属离子的投加对好氧污泥颗粒化进程的影响,在3个构造一致的序批式活性污泥反应器(SBR)中分别接种普通活性污泥、投加50 mg·L-1Ca2+的活性污泥和投加50 mg·L-1Mg2+的活性污泥来培养好氧颗粒污泥.结果表明:金属离子的投加能缩短好氧污泥颗粒化时间,改善颗粒污泥的性质,Ca2+更多地影响颗粒污泥的物理性质,Mg2+主要影响生化性质.Ca2+、Mg2+的投加可促进细胞分泌胞外聚合物(EPS),以及蛋白质(PN)和多糖(PS)的含量增加,且Mg2+较Ca2+对EPS中组分及组分比例影响更大.此外,Ca2+、Mg2+投加下培养的好氧颗粒污泥具有更强的除污性能.     

Effects of La3+, Ce3+ on nitrogen removal in sequencing batch reactor

Batch experiments were conducted to study the short-term biological effects of rare earth ions (La³⁺, Ce³⁺) and their mixture on the nitrogen removal in a sequencing batch reactor (SBR). The data showed that higher NH₄ ⁺-N removal rate, total inorganic nitrogen removal efficiency, and denitrification efficiency were achieved at lower concentrations of rare earth elements (REEs) (<1 mg/L). In the first hour of the aeration stage of SBR, the presence of REEs increased the total inorganic nitrogen removal efficiency and NH₄ ⁺-N removal efficiency by 15.7% and 10%–15%, respectively. When the concentrations of REEs were higher than 1 mg/L, the total inorganic nitrogen removal efficiency decreased, and nitrate was found to accumulate in the effluent. When the concentrations of REEs was up to 50.0 mg/L, the total inorganic nitrogen removal efficiency was less than 30% of the control efficiency with a high level of nitrate. Lower concentrations of REEs were found to accelerate the nitrogen conversion and removal in SBR.     

复合菌株YH01+YH02强化SBR好氧反硝化脱氮及菌群结构分析

为探讨复合菌株强化好氧反硝化的脱氮特性以及揭示菌群结构动态演替与生物反应器运行效率之间的联系,以硝态氮为底物,研究了异养硝化-好氧反硝化复合菌株Delftia sp.YH01+Acidovorax sp.YH02强化好氧SBR的脱氮特性,并借助高通量测序技术对强化过程中的菌群结构进行了分析.结果表明,经复合菌株强化后,反应器对NO₃^--N、TN和COD去除率分别提高了12.1%、9.2%和9.4%;复合菌株YH01+YH02的加入对菌群结构产生了较大的影响,菌群结构在属水平上丰度呈上升趋势,多样性呈下降趋势;PCA主成分析和UPGMA聚类分析大致把反应器运行过程分成4个阶段;Delftia和Acidovorax菌的丰度随着反应器呈上升趋势,复合菌株YH01+YH02在SBR反应器内具有良好的适应能力,对好氧反硝化起着非常重要的作用.     

A2/O短程硝化耦合厌氧氨氧化系统构建与脱氮特性

针对现有城市污水处理厂普遍面临进水碳源不足影响脱氮效率的问题,通过调控A²/O系统曝气分区比例、溶解氧（DO）浓度和污泥龄（SRT）构建短程硝化耦合厌氧氨氧化系统,以研究不同工况下该系统的脱氮性能、脱氮途径和微生物种群结构的变化情况.研究结果表明在低C/N进水（C/N=5）情况下,该系统具有稳定优良的脱氮性能.在140 d试验过程中,反应器经历了氨氧化细菌（AOB）、亚硝酸盐氧化细菌（NOB）共培养阶段（阶段Ⅰ）、AOB筛分阶段（阶段Ⅱ~Ⅲ）与厌氧氨氧化细菌（AnAOB）富集阶段（阶段Ⅳ）,系统的脱氮途径也由初始的全程硝化反硝化逐步转化为短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮;系统的脱氮效率在阶段Ⅳ达到最佳状态,此时该系统出水NH₄⁺-N和TN的平均浓度分别为1.20 mg·L^-1和7.03mg·L^-1,其对应的去除率分别为97.69%和87.83%;Illumina MiSeq测序结果表明,短程硝化耦合厌氧氨氧化的系统中Nitrosomonas和Nitrosospira这两类AOB的富集和Nitrospira、Nitrococcus 和Nitrobacter这3类NOB的淘洗是系统发生短程硝化的主要原因,Candidatus Kuenenia和Candidatus Jettenia这两类AnAOB的富集是系统发生厌氧氨氧化的关键所在,对实现深度脱氮具有重要作用.     

吸附-降解组合生物系统处理含铜离子城市污水

采用Pseudomonas putida 5-x细胞为吸附剂的生物吸附过程组合SBR生物降解系统处理含铜离子城市废水.研究了生物吸附剂Pseudomonas putida 5-x细胞的最佳制备条件以及组合系统的运行过程.实验结果表明,在优化的条件下,Pseudomonas putida 5-x细胞对铜离子的吸附容量可达87.3mg·g^-1,经生物吸附处理后,污水中Cu²⁺的含量显著降低,尽管残留的Cu²⁺对活性污泥吸附COD的能力尚有一定影响,但已不影响SBR系统对废水中COD的去除效果.研究表明,在活性污泥法处理含铜离子废水前,采用生物吸附技术降低废水中Cu²⁺含量,有利于提高后续活性污泥过程对COD的去除能力.     

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.     

Photoproducts of tetracycline and oxytetracycline involving self-sensitized oxidation in aqueous solutions: Effects of Ca2+ and Mg2+

Tetracyclines constitute one of the most important antibiotic families and represent a classic example of phototoxicity. The photoproducts of tetracyclines and their parent compounds have potentially adverse effects on natural ecosystem. In this study, the self-sensitized oxidation products of tetracycline (TC) and oxytetracycline (OTC) were determined and the effects of Ca²⁺ and Mg²⁺on self-sensitized degradation were investigated. The Ca²⁺ and Mg²⁺ in the natural water sample accounted for enhancement (pH 7.3) and inhibition (pH 9.0) of photodegradation of TC and OTC due to the formation of metal-ions complexes. The formation of Mg²⁺ complexes was unfavorable for the photodegradation of the tetracyclines at both pH values. In contrast, the Ca²⁺ complexes facilitated the attack of singlet oxygen (¹O₂) arising from self-sensitization at pH 7.3 and enhanced TC photodegradation. For the first time, self-sensitized oxidation products of TC and OTC were verified by quenching experiments and detected by LC/ESI-DAD-MS. The products had a nominal mass 14 Da higher than the parent drugs (designated M+14), which resulted from the ¹O₂ attack of the dimethylamino group on the C-4 atom of the tetracyclines. The presence of Ca²⁺ and Mg²⁺ also affected the generation of M+14 due to the formation of metal-ions complexes with TC and OTC. The findings suggest that the metal-ion complexation has significant impact on the self-sensitized oxidation processes and the photoproducts of tetracyclines.     

亚铁对水平潜流人工湿地反硝化作用的影响

亚铁离子可以作为电子供体参与反硝化作用,某些微生物可以通过氧化亚铁离子还原硝酸盐,从而去除污水中的硝态氮.本研究通过在潜流人工湿地中添加Fe2+,分析不同初始Fe2+浓度对反硝化过程的强化效果及不同C/N对Fe2+参与反硝化作用的影响.结果表明,Fe2+的添加可以显著提高人工湿地反硝化能力,进水NO-3-N为30 mg·L-1、C/N为2、水力停留时间为1 d,添加45 mg·L-1Fe2+的人工湿地中硝氮去除率可以提高24%;硝氮去除率随初始Fe2+浓度的增加而增加.C/N与初始Fe2+浓度对反硝化作用都具有显著影响且两者具有交互作用,碳源的存在可以促进Fe2+参与的反硝化作用.     

Fe2+、Co2+、Ni2+对渗滤液厌氧过程的影响

通过单因素和正交试验,分别研究了Fe2+、Co2+、Ni2+及其组合对渗滤液厌氧过程中COD去除率和产甲烷量的影响.结果表明,分别投加Fe2+=25 mg·L-1、Co2+=1 mg·L-1、Ni2+=0.5 mg·L-1时对COD去除率和产甲烷量促进显著,3种微量元素均表现出了"低促高抑"的Hormesis效应.微量元素组合投加时,协同促进了甲烷的产生,其中Co2+是影响COD去除率的主要因素,Fe2+是影响产甲烷量的主要因素,但3种微量元素在其各自适宜的投加浓度范围时,对渗滤液厌氧过程的促进效果较为相近.各试验组的pH值维持在7.05~7.53之间,并与产甲烷量呈显著的相关关系.此外,渗滤液成分复杂,微量元素的生物有效性一定程度上受到限制,渗滤液厌氧体系对微量元素的需求较别的体系偏高.