MUCT工艺全程硝化和短程硝化模式下反硝化除磷研究

采用MUCT工艺处理低C/N比实际生活污水,研究在全程硝化及短程硝化模式下系统的反硝化除磷性能.MUCT反应器在常温下运行180 d,结果表明,采用低DO和短水力停留时间(HRT)实现了短程硝化,亚硝酸盐积累率达到70%以上.系统表现出较好的反硝化除磷性能,短程硝化期间磷的去除率和反硝化除磷率分别为90%和91%,全程硝化期间磷的去除率和反硝化除磷率分别为60%和88%.虽然短程硝化模式下磷的去除效果明显优于全程硝化模式,但荧光原位杂交(FISH)试验结果表明,2种模式下污泥中PAOs占总菌群的比例基本相同,平均为37%.COD去除效果稳定,试验期间出水COD均低于50 mg.L-1.不同硝化模式下污泥的批次试验表明:短程硝化期间,以NO2--N作为电子受体为主的反硝化除磷菌占总聚磷菌的比例和全程硝化期间以NO3--N作为电子受体为主的反硝化除磷菌的比例相比没有明显变化,平均为38%;与全程硝化时期相比,短程硝化阶段对有限碳源的利用率更高,磷的去除效果更好.短程硝化模式下的反硝化除磷更有利于低碳源污水的处理.     

短程深度脱氮中试工艺的低温启动和维持

试验采用有效体积为7.0 m3的SBR中试反应器处理生活污水,考察了低温条件下短程深度脱氮工艺的启动方法及稳定性.利用基于鼓风机频率(BF)和pH的实时控制策略对SBR系统进行实时控制.结果表明,SBR系统在低温条件(11～16℃)和50 d内快速启动短程深度脱氮工艺,亚硝酸盐积累率从19.8%上升到90%.在中低温条件(9～28℃)下短程深度脱氮性能维持长达550 d,亚硝酸盐积累率始终维持在95%左右,出水TN浓度维持在3 mg·L-1,TN去除率维持在95%以上.由此可见,低温下启动SBR短程深度脱氮工艺并长期维持完全可行.     

多层填料生物转鼓去除NO废气的效能比较研究

生物转鼓过滤器能有效去除一氧化氮(NO)废气,为进一步提高生物转鼓过滤器的去除效能,实验改变了生物转鼓的填料结构,并与单层填料的生物转鼓进行了比较研究.结果表明,多层填料生物转鼓比单层填料生物转鼓更能有效去除NO,运行也更加稳定.8个月的连续运行实验表明,多层填料生物转鼓对NO去除率稳定在53.9％ ～93.4％之间,平均去除效率79.8％,而单层填料生物转鼓的平均去除率仅有68.7％;在相同实验条件下,空床停留时间(EBRT)可从单层填料生物转鼓的86.4 s降至多层填料生物转鼓的57.6 s.多层填料生物转鼓的最优工艺条件为,营养液量为1.3～3L,转速为0.75 r·min-1,在以葡萄糖为碳源时,TOC＞ 1250 mg·L-1后,去除效率增长幅度趋于平缓.     

反硝化脱硫工艺中微生物群落结构及动态分析

为了研究反硝化脱硫工艺(denitrifying sulfide removal,DSR)中微生物群落与工艺运行的相关性,实验提取了反应器运行不同阶段污泥样品中微生物的全基因组DNA,利用高通量宏基因组学技术———基因芯片来解析各阶段功能微生物群落的结构特征及其演替过程.通过对功能基因的Simpson、Shannon多样性指数和聚类分析表明,微生物群落结构会随着反应器运行的阶段进行相应调整,且变化较大.在运行的前两个阶段,由于不适应环境,微生物群落的多样性指数比起始时明显减少,随着反应器的运行污泥逐渐成熟,多样性指数迅速增加,也标志着反应器进入稳定运行阶段.通过对反硝化脱硫过程中关键基因相对丰度的分析发现,功能基因的丰度不仅能反映功能菌群的活性,而且与工艺处理效果密切相关.     

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.     

温度对生物强化除磷工艺反硝化除磷效果的影响

以处理城市污水的中试规模生物强化除磷A2/O活性污泥工艺系统为研究对象,考察了温度对系统COD去除和脱氮除磷效果的影响,特别是温度对活性污泥反硝化除磷性能的影响.结果表明,当温度从(30.9±0.8)℃降低到(9.1±0.6)℃时,A2/O系统的脱氮除磷效果显著下降,系统对TN和TP的污泥去除负荷明显下降.通过污泥反硝化除磷活性实验发现,随着温度的降低,系统中活性污泥的最大厌氧释磷速率、最大好氧吸磷速率和最大缺氧吸磷速率都降低.活性污泥中反硝化除磷菌(DPB)占聚磷菌(PAOs)总量的比例随温度降低稍有下降,但平均值仍维持在47.5％左右.用阿伦尼乌斯公式对实验结果进行拟合,得到系统中活性污泥聚磷菌厌氧释磷反应活化能Ea1为148.0 kJ· mol-1,聚磷菌好氧吸磷反应活化能Ea2为228.8 kJ·mol-1,发生在缺氧条件下反硝化除磷菌的吸磷反应活化能Ea3为315.8 kJ·mol-1.对不同温度下污泥絮体粒径分析结果表明,随温度降低,粒径分布更加集中,系统中活性污泥絮体颗粒平均粒径减小,不利于污泥絮体内部反硝化除磷缺氧微环境的形成.     

Biodegradation of 2-methylquinoline by Enterobacter aerogenes TJ-D isolated from activated sludge

Bacterial strain Enterobacter aerogenes TJ-D capable of utilizing 2-methylquinoline as the sole carbon and energy source was isolated from acclimated activated sludge under denitrifying conditions. The ability to degrade 2-methylquinoline by E. aerogenes TJ-D was investigated under denitrifying conditions. Under optimal conditions of temperature (35℃) and initial pH 7, 2-methylquinoline of 100 mg/L was degraded within 176 hr. The degradation of 2-methylquinoline by E. aerogenes TJ-D could be well described by the Haldane model (R² > 0.91). During the degradation period of 2-methylquinoline (initial concentration 100 mg/L), nitrate was almost completely consumed (the removal efficiency was 98.5%), while nitrite remained at low concentration (< 0.62 mg/L) during the whole denitrification period. 1,2,3,4-Tetrahydro-2-methylquinoline, 4-ethyl-benzenamine, N-butyl-benzenamine, N-ethyl-benzenamine and 2,6-diethyl-benzenamine were metabolites produced during the degradation. The degradation pathway of 2-methylquinoline by E. aerogenes TJ-D was proposed. 2-Methylquinoline is initially hydroxylated at C-4 to form 2-methyl-4-hydroxy-quinoline, and then forms 2-methyl-4-quinolinol as a result of tautomerism. Hydrogenation of the heterocyclic ring at positions 2 and 3 produces 2,3-dihydro-2-methyl-4-quinolinol. The carbon-carbon bond at position 2 and 3 in the heterocyclic ring may cleave and form 2-ethyl-N-ethyl-benzenamine. Tautomerism may result in the formation of 2,6-diethyl-benzenamine and N-butyl-benzenamine. 4-Ethyl-benzenamine and N-ethyl-benzenamine were produced as a result of losing one ethyl group from the above molecules.     

反硝化菌株DA-1的脱氮研究

菌株DA-1被发现能在好氧和厌氧环境中将硝酸盐转化为气态氮。在以NO3-为唯一氮源的条件下研究了碳源、C/N和pH值对菌株DA-1好氧和厌氧反硝化脱氮的影响。结果表明:同等条件下,48 h内菌株DA-1的厌氧脱氮效率高于好氧脱氮率;菌株DA-1能在好氧和厌氧条件下利用乙酸、柠檬酸以及葡萄糖进行细胞增殖和反硝化。在厌氧条件下,三者作为碳源时的反硝化效率分别为(34.04±0.15)%、(22.72±0.32)%和(11.32±0.06)%,均低于好氧条件下的(25.38±0.14)%、(17.52±0.11)%和(8.06±0.01)%。2种条件下均是乙酸为碳源时反硝化效率最高。而丁二酸仅能在厌氧环境中作为电子供体参与反硝化反应。C/N越高越有利于菌株DA-1的厌氧反硝化,当C/N为10时,反硝化效率最高为(35.06±0.19)%。而在好氧条件下,菌株反硝化效率随着C/N的升高,先升高再降低,当C/N为8时,反硝化效率最高;好氧和厌氧脱氮的最适pH值为7.0。体系偏酸或者偏碱都会造成菌株DA-1脱氮效率的降低并出现亚硝酸盐累积。厌氧环境中pH=5.0时累积的亚硝酸盐浓度高达(8.95±2.05)mg/mL。     

2种生物反硝化法去除地下水中硝酸盐的研究

采用砂柱装置,在实验室研究了自养微生物和异养微生物2种生物反硝化方法对地下水中硝酸盐的去除效果。自养反硝化反应在以硫作为电子供体的硫/石灰石/细沙反应柱中进行,异养反硝化反应在石灰石/细沙反应柱中进行,进水增加乙醇作为外加碳源。实验结果用以比较2种反硝化方法在硝酸盐去除率、微生物反应动力学和反应产物三者的异同。结果表明,自养反硝化反应中NO3--N去除率达95.4%,异养反硝化反应去除率可达99.3%;分别与Monod微生物0级、1/2级和1级反应动力学方程进行拟合,2种反硝化反应均符合1/2级微生物反应动力学,适合用1/2级微生物反应方程描述;在反应结束阶段,自养反硝化主要反应产物SO42-出水浓度低于250mg/L,异养反硝化副产物CH3OO-易成为二次污染源,异养反硝化的反硝化速率明显高于自养反硝化反应。     

微囊藻与硝化细菌在不同种群密度条件下的相互作用

作为水环境中与氮循环密切相关的两类重要微生物,藻类和细菌之间存在复杂的相互关系。实验通过藻菌共培养,研究了微囊藻与硝化细菌不同种群密度下的相互作用。结果显示:在初始氨氮(NH4+-N)为30 mg/L的硝化细菌与微囊藻共培养体系中,藻初始种群密度较小时,藻菌在实验前期同步增长,但随着氨氧化细菌(AOB)代谢产物亚硝酸盐氮(NO2--N)的快速积累,藻生长受抑制并逐渐死亡;而藻初始种群密度较大时,NO2--N被藻菌及时利用,藻菌保持同步生长直到NH4+-N消耗至较低水平。实验表明,微囊藻与AOB对NH4+-N存在竞争性利用,微囊藻对AOB的生长有明显的抑制作用。由此推断,在富营养化湖泊中,硝化细菌和微囊藻的关系主要是对营养盐的竞争利用关系。当湖泊中藻类大量繁殖时,硝化细菌的作用可能会因此而减弱。