碳素纤维对富营养化水体的水质改善与对藻类群落结构的影响

以北京朝阳区清河水为原水,开展碳素纤维生物修复试验,考察生物膜从形成到成熟及处理过程中碳素纤维外观、生物相结构、氮磷浓度及藻类群落结构的变化. 结果表明,碳素纤维在3 d内挂膜成功且生物相丰富,说明其生物亲和性强,吸附性能好. 碳素纤维生物膜对氮、磷具有较好的去除效果,TN、TP、NH₄+-N去除率分别达40%、60%、98%,其中对氮、磷的去除以吸附水体中颗粒态污染物为主. 碳素纤维生物膜对富营养化水体藻类的增殖有明显的抑制作用,尤其对蓝藻的抑制作用显著,藻类总密度和蓝藻密度达到最大值的时间与对照组相比延迟6 d,且藻类总密度及蓝藻密度都低于对照组. 碳素纤维生物膜还影响水体中的藻类群落结构,试验期间水体中以硅藻为主,蓝藻所占比例平均为22.4%,而对照组中以蓝绿藻占优,蓝藻平均所占比例高达47.2%.      

基于微电极技术的反硝化滤池生物膜特性分析

为研究反硝化滤池中溶解氧对反硝化作用的影响,制备性能良好尖端直径在30μm以内的氧(O2)以及硝酸盐(NO3-)微电极,以此为测试工具,对反硝化滤池中生物膜内部O2、NO3-微环境分布进行测试,通过建立扩散-反应方程,获得生物膜微环境耗氧及反硝化活性特征.研究结果表明,溶解氧在生物膜内部呈明显的下降趋势,从主体溶液氧浓度约1mg/L下降至生物膜300μm深度处约为0.生物膜内部反硝化活性区域发生在300~600μm深度范围内.该条件下反硝化滤池生物膜的氧利用速率常数以及反硝化速率常数之间的比值为1.46,溶解氧对反硝化过程的影响是显著的.     

紫外辐射与生物膜同步耦合降解喹啉

紫外辐射光解与生物降解同步耦合的气升式内循环反应器用于喹啉的降解.实验过程中分别采用单独紫外光解、单独生物降解和紫外光解与生物降解同步耦合的方法对喹啉进行降解.结果表明,喹啉在紫外光解与生物降解同步耦合的作用下,其降解速率明显提高.喹啉降解动力学分析结果表明,喹啉的生物降解可以用有抑制性的Haldane模型描述.相比生物降解过程,单独紫外光解对喹啉的降解速率可以忽略,但将紫外辐射与生物降解耦合在一起后,可以提高喹啉的最大降解速率近1倍并减小抑制常数36%,同时还可以提高喹啉的矿化程度.     

电化学生物膜反硝化磁场促进效应

针对BER(电化学生物膜反应器)的传质问题,设计了MBER(磁场-电化学生物膜反应器).通过对不同电流强度下BER和MBER中NO3--N,NO2--N,NH4+-N和TN去除或产生情况的对比,以及不同电流强度下电流利用效率的分析发现,在HRT为10 h,温度为25℃,进水pH为7.8,进水ρ(NO3--N)为30 mg/L的运行条件下,MBER对NO3--N的去除率高出BER13%～38%,MBER对TN的去除率高出BER 10%～30%.且MBER在电流强度为70 mA时就达到最高去除率,而BER则需要电流强度为80 mA时才能达到最高去除率.试验证明磁场的存在促进了BER反硝化,提高了电流利用效率,使得MBER可以在较低电流强度下达到优于BER的脱氮效果.      

生物膜系统中部分反硝化实现特性

以移动床生物膜反应器（moving-bed biofilm reactor,MBBR）为例,考察生物膜系统中部分反硝化NO₂^--N积累特性,并通过耦合厌氧氨氧化验证生物膜系统中部分反硝化耦合厌氧氨氧化（partial denitrification with anaerobic ammonium oxidation,PD+ANAMMOX）工艺的可行性.结果表明,在C/N为3.0,填充率为20%的条件下,经过40 d的富集培养,实现部分反硝化,NO₂^--N积累率达（69.38±3.53）%;接种生物膜NO₃^--N还原酶（nitrate reductase,NAR）活性为0.03 μmol·（min·mg）^-1,NO₂^--N还原酶（nitrite reductase,NIR）活性为0.18 μmol·（min·mg）^-1,富集培养后生物膜NAR活性增至0.45 μmol·（min·mg）^-1,NIR活性降至0.02 μmol·（min·mg）^-1,从酶学角度验证了部分反硝化实现;高通量测序结果显示,Thauera属从0.3%增加至37.27%,在微生物群落中占主导地位,该菌属被认为是部分反硝化过程的主要功能菌.随后与厌氧氨氧化耦合,出水总氮达（6.41±1.50） mg·L^-1,总氮去除率达（88.16±2.71）%,证明了生物膜系统中PD+ANAMMOX的可行性及稳定性.     

多段进水A/O生物膜工艺运行性能的研究

为提高多段进水A/O生物膜工艺的脱氮效率,按照进入各缺氧池的COD量与硝态氮量的比值相同,且等于一最优比值的原则进行流量分配,按照容积负荷相等的原则设计各反应单元,对多段进水A/O生物膜工艺的流量分配和反应单元容积分配同时进行优化,并采用三段进水A/O生物膜反应器试验了等流量分配模式下运行和优化模式下运行的出水水质的差异.试验结果表明,当多段进水A/O生物膜工艺在两种模式下采用相同参数运行时,优化模式下总氮(TN)去除率明显高于等流量模式,其分别为88.8%和80.3%.优化模式与等流量分配模式对COD和总凯氏氮的去除率差别不大(均可达到97%和98%以上).采用该优化设计方法可以显著提高该工艺的TN去除效率.     

Development of pretreatment protocol for DNA extraction from biofilm attached to biologic activated carbon (BAC) granules

The biologic activated carbon (BAC) process is widely used in drinking water treatments. A comprehensive molecular analysis of the microbial community structure provides very helpful data to improve the reactor performance. However, the bottleneck of deoxyribonucleic acid (DNA) extraction from BAC attached biofilm has to be solved since the conventional procedure was unsuccessful due to firm biomass attachment and adsorption capacity of the BAC granules. In this study, five pretreatments were compared, and adding skim milk followed by ultrasonic vibration was proven to be the optimal choice. This protocol was further tested using the vertical BAC samples from the full-scale biofilter of Pinghu Water Plant. The results showed the DNA yielded a range of 40 μg·g^-1 BAC (dry weight) to over 100 μg·g^-1 BAC (dry weight), which were consistent with the biomass distribution. All results suggested that the final protocol could produce qualified genomic DNA as a template from the BAC filter for downstream molecular biology researches.     

基于活性微生物特征的供水管壁生物膜生长特性

管网生物膜由各种活性微生物、微生物残体及有机无机杂质组成,管网生物膜的生长会导致机会致病菌寄居、管道腐蚀以及水质恶化等系列饮用水卫生问题.为研究供水管壁生物膜形成过程和附着生长活性微生物的分布特征,采用异养菌平板计数(HPC)、流式细胞术(FCM)和16S rRNA高通量测序对3种典型室内供水管材:聚氯乙烯(PVC)、无规共聚聚丙烯(PPR)、不锈钢(STS)内壁活性微生物的生长特性和群落多样性进行了分析.结果表明,PVC管壁生物量在第73 d最先达到峰值,3种管材内壁单位面积最大生物量、生物膜成熟时期生物量均呈现PVC PPR STS的规律. 3种管材表面活性细菌群落结构组成上,PVC管表面主要以硝化螺旋菌门为主,PPR和STS管以疣微菌门为主,其中STS管壁上生物膜物种丰富度最低、多样性最小,群落结构最简单. PVC和PPR管内壁表面相较STS管存在更多的蓝藻细菌和放线菌,在饮用水输配过程中更易引发饮用水嗅味问题.管材介质对管壁生物膜上微生物群落结构存在一定影响.     

改性硅藻土陶瓷生物膜载体的制备及性能研究

主要对硅藻土的烧结改性进行了进一步的研究,并对改性硅藻土用于污水处理系统生物膜的载体制作进行参数研究。通过设置适宜的污水水力学特性、良好的载体挂膜性能表征、实验运行稳定性等多方面进行对比实验,得出最佳生物膜挂膜性能的改性硅藻土陶瓷生物膜载体。     

低温条件下SBBR中污泥减量的对比研究

在冬季低温(10.6℃)连续好氧-缺氧以及全泥龄的运行条件下,挂膜成熟后序批式生物膜工艺(SBBR)、投加填料SBR工艺和传统活性污泥法(CAS)工艺的污泥产率分别为0.171kgMLSS/kgCODremoved、0.207kgMLSS/kgCODremoved和0.315kgMLSS/kgCODremoved。三个工艺中SBBR工艺污水处理效果最佳,其对COD、NH4+-N的去除效果分别达到63.94%和85.36%。在冬季运行条件下,试验第10天和第25天在两种SBBR工艺中先后有大量轮虫和线虫等后生动物的滋生,导致出水中总磷(TP)的明显释放,后生动物的滋生有助于污泥的沉降性能的改善,在SBBR中后生动物的滋生有助于提高系统的硝化作用。