固体纤维素类废物作为反硝化碳源滤料的比选

以棉花、稻草、稻壳、玉米芯这4种农业废弃物作为反硝化碳源和微生物载体,通过对静态释碳数量和质量、长期脱氮效果以及生物附着性能等方面的比较,旨在优选出适于再生水反硝化深度脱氮生物滤池的固体纤维素碳源滤料.结果表明,玉米芯初期可溶性有机物较多,易于微生物的附着和繁殖生长;且比其它3种碳源表现出更好的长期反硝化效果,2.5 g玉米芯在46 d累计去除了284.544 g的硝氮;棉花、稻草前期处理效果较好,但长期反硝化能力不如玉米芯;稻壳的处理效果最差,几乎不能被微生物有效利用.因此,玉米芯更适用于再生水反硝化深度脱氮滤池的碳源滤料.     

聚己内酯复合固体碳源的制备及其深度脱氮性能研究

以聚己内酯（PCL）为骨架结合不同低成本碳源制备得到PCL复合碳源,静态释放试验筛选出适用于污水深度脱氮的复合碳源,批式试验研究其脱氮性能.并通过比较碳源表面特征、反硝化功能基因丰度与微生物群落结构特征分析其脱氮机理.结果表明,PCL/玉米淀粉连续30 d释碳性能稳定,氮、磷释放量均低于1.0 mg·L^-1,对水质影响较小,可用于生活污水深度脱氮.批式脱氮试验结果显示,PCL/玉米淀粉反硝化系统脱氮效果好,反硝化功能基因nirS、nirK拷贝数高,能够有效富集反硝化菌.此外,PCL/玉米淀粉系统中群落丰富度与多样性更高,系统抗逆性更强.因此,PCL/玉米淀粉能够实现生活污水长效稳定深度脱氮.     

缓释碳源滤料滤池用于二级出水的深度脱氮

以聚己内酯(PCL)为反硝化电子供体和生物载体,开发出具有脱氮和过滤功能的缓释碳源滤料滤池,并以城市污水处理厂二级出水为原水进行深度脱氮试验,结果表明,在20.1～22.0℃的条件下,进水总氮(TN)质量浓度30.0 mg.L-1,HRT为0.5 h,反硝化负荷达54.0 mg.(L.h)-1时,TN的去除率最高可达98.9%;出水总有机碳(TOC)为6.5～8.4 mg.L-1,比进水增加了2.0～3.0 mg.L-1;出水SS低于4.0 mg.L-1;反硝化过程所需有机碳主要是在微生物作用下缓慢释放,其占到有机碳总释放量的84.2%;对碳源滤料进行扫描电镜观察,发现在其表面形成了致密的生物膜,其中微生物以杆菌和丝状菌为主.     

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.     

污水有机碳源特征及温度对反硝化聚磷的影响

为考察A2N连续流系统的主导生化反应过程及聚磷污泥的诸多特性,从而为反硝化除磷脱氮新工艺的应用推广提供可供参考的运行控制参数,首次采用A2N系统中的反硝化聚磷污泥(DPB污泥),以生活污水、乙酸以及细胞内碳源作为有机底物,利用批量静态试验展开对比研究结果表明,污水中的挥发性有机物含量越高,厌氧段初始的放磷速率越快,放磷越充分,后续反硝化脱氮和缺氧吸磷效果也将明显提高;而内源反硝化脱氮速率决定于细胞内PHB贮存量,当反硝化聚磷微生物细胞体内的PHB被耗尽,微生物处于极度饥饿状态,内源反硝化速率很低,同时也不发生吸磷反应.试验同时考察分析了2种温度条件--正常温度(25～26℃)和低温(8～10℃)下DPB的反硝化吸磷情况,发现反应系统在低温条件下将减小厌氧放磷和缺氧吸磷的生化反应速率,但并不对反硝化聚磷菌产生完全抑制作用,即低温对系统整体吸磷效果的负面影响不大.     

2种BDPs固相反硝化的脱氮效果对比

利用批量和连续流填充床试验对比了2种BDPs(可生物降解聚合物)——PBS(聚丁二酸丁二醇酯)和PCL(聚ε-己内酯)的反硝化效果. 批量试验结果表明,在脱氮稳定阶段,B1(PCL)和B2(PBS)对TN的平均去除率和反硝化速率分别为97.4%、67.0%和7.5、1.8 mg/(L·h),B2均明显优于B1. 连续流试验中,在进水ρ(NO₃--N)为16.8～18.8 mg/L、HRT(水力停留时间)为4.0 h的条件下,L1(PCL填充床)的反硝化速率大于L2(PBS填充床). 但是随着HRT的减小,L1呈现出比L2更快的反硝化速率. L2和L1分别在HRT为2.0和1.5 h时获得最大反硝化速率,分别为7.7和9.3 mg/(L·h). ESEM(环境扫描电子显微镜)观察结果表明,生物膜剥离后,PCL和PBS颗粒表面均出现大量的坑洞,并且PCL颗粒表面坑洞的密集程度远大于PBS. 三维荧光光谱(3D-EEM)分析结果表明,L2和L1出水中的溶解性有机物主要为类色氨酸这类简单的蛋白质和SMP(溶解性微生物代谢产物),并且L1水中SMP的荧光峰强度明显高于L2.      

生物膜脱氮滤池的微生物群落结构特性

为探究生物膜脱氮滤池脱氮效能差异的微生物因素,设置组1(包括接种污泥、稳定期滤料、反冲洗后滤料微生物变化)和组2(包括反冲洗前滤料、反冲洗后不同时间段滤料微生物变化)两组实验,通过高通量测序,研究不同阶段微生物群落结构、丰度和多样性的分布情况.结果表明:接种污泥与滤料表面微生物群落结构和多样性在门水平下差异不大,但在属水平下差异显著,而相对丰度在两种分类水平下始终差异显著.反冲洗后0～4 h滤料表面微生物的OTU数目、Shannon指数、Chao1指数变化,在滤池30 cm处先升后降,而在60 cm处曲折上升,也即二者的微生物丰度和多样性变化趋势.反冲洗前后Proteobacteria始终占主导地位,相对丰度为79%～90%,Proteobacteria中Betaproteobacteria占主导优势,反冲洗后Betaproteobacteria数量相对减少,后逐渐恢复.总反硝化优势菌属相对丰度在反冲洗1 h后30 cm处由78%左右下降到70%左右,60 cm处由68%左右下降到64%左右,此时出水总氮达到最高值7.7 mg·L~(-1),之后总反硝化优势菌属及出水TN浓度逐渐恢复至正常水平,这种消长变化表明滤池脱氮效果与总反硝化优势菌属相对丰度密切相关,滤池运行状态的改变使得反硝化优势菌属的群落结构差异显著.     

后置固相反硝化滤池工艺沿程微生物特性

为解决现有低碳源污水处理工艺能耗高、工艺复杂和脱氮效果不佳等问题,提出一种新型的混凝沉淀/后置固相反硝化滤池工艺.为了从微生物角度来解释该工艺的宏观脱氮效果,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术研究了工艺中生物滤池沿程微生物群落结构的变化规律及脱氮功能菌的类型.结果表明,硝化滤池内生物膜中微生物的多样性和丰度沿上向流方向呈逐渐上升的趋势,且硝化细菌在顶端富集,而固相反硝化滤池呈先上升后下降的趋势,反硝化菌在中部富集.硝化滤池中的优势菌株为硝化细菌Nitrosomonas sp. Nm47和Candidatus Nitrospira defluvii;固相反硝化滤池中的优势菌株为反硝化菌Rubrivivas gelatinosus和固体碳源降解反硝化菌Myxobacteria.     

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。     

基于短程反硝化厌氧氨氧化的低碳源城市污水深度脱氮特性

短程反硝化厌氧氨氧化是一种新型生物脱氮技术,应用于城市污水深度脱氮有望大幅降低外碳源投加量.本研究接种厌氧氨氧化污泥,考察了短程反硝化厌氧氨氧化的深度脱氮性能与污泥特性.结果表明,接种厌氧氨氧化污泥可迅速启动短程反硝化厌氧氨氧化系统,在进水COD/TN为2.19±0.08时,出水TN浓度为(4.82±1.84)mg·L~(-1),实现了低碳源污水深度脱氮.系统粒径大于0.20 mm的污泥占86.16%,污泥实现了颗粒化,有助于厌氧氨氧化菌在系统内的有效持留.将短程反硝化厌氧氨氧化深度脱氮应用于城市污水处理厂二沉池出水深度脱氮,可降低外碳源投加量,同时可降低污水处理厂硝化池耗氧量.     

微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化实验研究

为探清微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化是甲烷好氧氧化偶联反硝化(AME-D),还是甲烷厌氧氧化偶联反硝化(ANME-D),本研究以污水处理厂厌氧污泥为接种物,在微氧条件下以甲烷为碳源进行硝酸盐和亚硝酸盐反硝化的富集培养,考察硝酸盐和亚硝酸盐的反硝化速率,并对富集培养物的微生物群落和甲烷单加氧酶功能基因进行分析.结果表明:微氧条件下硝氮/亚硝氮的还原主要以AME-D过程为主,稳定阶段硝氮和亚硝氮的平均去除速率分别为3.69 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计)和18.04 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计),富集培养物中的优势微生物为甲基球菌科(Methylococcaceae)中的甲基单胞菌属(Methylomonas),相对含量为21.86%.     

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2mg/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7.214mg/(L·h),高于对照组〔7.152mg/(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74.50mg/L,高于对照组(40.75mg/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.      

不同碳源下硫还原地杆菌对反硝化过程的影响机制探讨

硝酸盐是废水中常见的污染物,其具有较高的氧化还原电位,在水中的去除主要依靠微生物的反硝化作用.目前的初步研究表明,电活性细菌能够和反硝化细菌通过互营生长加速反硝化过程.为探究在不同外加碳源下电活性细菌对反硝化过程的影响,选取不能够利用硝态氮作为电子受体的模式电活性细菌硫还原地杆菌(G.sulfurreducens PCA)与不同碳源(乙醇、丙酸或葡萄糖)驯化得到的反硝化细菌进行共培养.结果表明,改变碳源为乙酸盐后,不同体系中硝态氮的去除效率达到了94%.碳源的改变造成了不同程度的反硝化滞后现象,在当以乙醇为外加碳源时,G.sulfurreducens PCA的加入能够将迟滞时间缩短3 h,其反硝化速率可达到186 g·m~(-3)·d~(-1),同时产生的亚硝氮含量也相对最低.但以葡萄糖作为反硝化外加碳源时,迟滞时间最短,但加入G.sulfurreducens PCA后会延长反硝化所需的时间,这可能是与反硝化细菌同G.sulfurreducens PCA竞争体系中的乙酸盐碳源有关.分析微生物群落结构变化发现,G.sulfurreducens PCA的加入提高了反硝化细菌的相对丰度,使其能够适应因碳源改变而产生的对反硝化细菌的生长抑制现象.     

Upgrading of organic waste: production of the copolymer poly-3-hydroxybutyrate-co-valerate by Ralstonia eutrophus with organic waste as sole carbon source

Two types of fermented organic waste (trade and industry waste and fruit and vegetable waste) were successfully used as a sole carbon source to produce poly-3-hydroxybutyrate-co-valerate (PHBV) by Ralstonia eutrophus (formerly Alcaligenes eutrophus) via oxygen limitation.The production of PHBV could be optimized by optimizing the oxygen transfer through the fermentor. Thereby, a peak concentration of 1.1 g PHBV per liter cell suspension, 40 w% of cell dry weight, was obtained at an aeration rate of 0.24 mol O₂/h·kg biomass. The yield of PHBV on the fatty acid concentration in the organic waste was 0.16 g polymer/g volatile organic matter. The process obtained, compares well with the commercial production process of PHBV based on glucose.     

输水情景下白洋淀好氧反硝化菌群落对溶解性有机物的响应

溶解性有机物（DOM）是影响微生物群落演变的重要因素,而生态输水是白洋淀的一个重要特征,为了探究输水情境下DOM对好氧反硝化菌的影响,本文结合水体DOM的组分解析和好氧反硝化高通量测序技术,进行了水体好氧反硝化菌对DOM的响应研究.结果显示,白洋淀水体DOM的相对浓度存在显著差异,河口区要低于内部区;DOM呈现出较强自生源特征,河口区具有更高的分子量和更强的腐殖化;平行因子法解析出3种类蛋白组分和1种类腐殖质组分,类蛋白组分占比达到35.64%~96.38%,与荧光区域积分得到类蛋白占主体的结果相一致.与此同时,该时期水体好氧反硝化菌主要属于变形菌门（Protebacterice）,主要包括Cupriavidus、Aeromonas、Thauera、Shewanella和Pseudomonas,与随机森林筛选出的指示物种相一致;网络分析得到35个网络关键节点,主要隶属于Thauera、Cupriavidus以及Unclassified_bacteria;冗余分析（RDA）显示类腐殖质物质是影响水体整体好氧反硝化菌群落组成的因子,类蛋白物质是影响指示物种群落和关键节点群落结构分布的重要因素.综上可知,水体溶解性有机物中类蛋白组分可以作为筛选适于生态输水期水体特征的耐低温高效好氧反硝化菌的碳源选择.     

DNBF-O3-GAC组合工艺深度脱除氮磷及代谢产物

为提高污水厂尾水水质,本研究采用新型缓释碳源复配海绵铁、活性炭作为反硝化生物滤池的复合填料,分别以模拟二级处理出水和实际污水厂尾水为进水,考察了复合缓释碳源填料反硝化生物滤池-臭氧-活性炭(DNBF-O_3-GAC)组合工艺同步脱氮除磷及去除微生物代谢产物的性能,并借助Mi Seq高通量测序技术分析了反硝化生物滤池生物膜中的微生物群落结构特征.结果表明,组合工艺取得了较好的脱氮除磷及微生物代谢产物的效果:模拟配水阶段和实际尾水阶段NO_3~--N平均去除率分别达到88.87%、79.99%;TP平均去除率分别达到87.67%、65.51%;UV254平均去除率分别达到45.51%、49.23%.组合工艺各处理单元具有不同的功能:NO_3~--N、TN、TP、TFe的变化主要发生在反硝化生物滤池反应器中;UV254、三维荧光强度的变化主要发生在臭氧-活性炭反应器中.微生物在属水平进行聚类分析结果表明,反硝化脱氮系统存在硫自养反硝化菌和异养反硝化菌,当实际尾水阶段碳源相对不足时,硫自养反硝化作用有了显著加强,Thiobacillus(硫杆菌属)的占比由7.44%上升至29.62%,硫自养反硝化与异养反硝化形成的这种互补作用延长了新型缓释碳源的使用周期.     

外加固体缓释碳源的两段反硝化工艺脱氮性能

传统生物脱氮工艺处理废水过程中,出水硝态氮（NO₃^--N）浓度过高是导致总氮（TN）超标的主要原因.通过采用外加碳源提高碳氮比（C/N）,强化反硝化过程可有效解决这一难题.利用基于两段反硝化工艺原理研发设计的一体化脱氮反应器,通过在第二段反硝化池投加聚丁二酸丁二醇酯（PBS）,采用扫描电子显微镜,对反硝化过程前后PBS材料进行表征,采用扩增子测序,深入探究投加PBS前后,第二段反硝化池中微生物群落结构变化.连续120 d的运行数据表明,COD去除率从95.7%降到90.8%,总氮去除率从51.8%提高到80%,Proteobacteria菌门相对丰富度从36.1%上升到46.1%,Thermomonas菌属相对丰富度从6.47%上升到13.48%.结果表明,投加PBS后,PBS不仅可以为反硝化作用提供碳源,其表面还可作为微生物生长附着的载体,起到良好的挂膜作用,同时提高了反硝化菌丰富度,强化了反硝化过程,脱氮性能明显增强,有效提高系统总氮去除率.     

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.