生物电化学脱氮技术研究进展

生物电化学系统(BES)因兼有污染物去除与能量回收等优点,近年来已成为环境污染治理领域的关注热点.对生物电化学技术在脱氮方面的基本原理、含氮污染物的转化途径进行综述,主要的生物脱氮过程包括阴极反硝化、阳极氨氧化以及阴极同步硝化反硝化等,而非生物脱氮过程包括NH_3/NH_4~+的跨膜转移、氨气逃逸等.总结已报道的BES中主要脱氮微生物及其脱氮机制,BES中多数反硝化菌属于变形菌门(Proteobacteria);硝化细菌主要是亚硝化菌属(Nitrosomonas)和硝化杆菌属(Nitrobacter);在同步硝化反硝化过程中,电极上的硝化、反硝化菌有明显的分层现象.最后阐述了生物电化学脱氮技术在生活污水、渗滤液、地下水处理等领域的最新应用研究,通过改变反应器构型以及运行模式等条件构建不同BES处理各类污水,以达到去除污染物同时回收电能或资源的目的.基于目前BES的优势,认为减少脱氮中间产物(NO_2~--N、N_2O)的积累及扩大BES规模对电能输出和污染物去除效果的影响将是未来的研究方向.     

硝化渗滤液回灌对填埋垃圾反硝化、产甲烷及稳定化的影响

垃圾填埋场是重要的甲烷释放源,其有效管理是减缓温室效应的重要环节.通过硝化渗滤液回灌模拟垃圾填埋柱,研究硝化渗滤液在新鲜垃圾和老龄垃圾填埋柱中的脱氮及对垃圾稳定化和产甲烷的影响.结果表明,回灌的硝化渗滤液在不同填埋龄垃圾柱中,均可实现总氧化态氮(Total oxidation nitroge,TON)完全还原.当回灌TON负荷分别达到14.19 g t-1(TS)d-1和10.45 g t-1(TS)d-1时,新、老垃圾柱中甲烷产生开始受到抑制.实验后期,回灌TON负荷增至38.78 g t-1(TS)d-1和30.62 g t-1(TS)d-1时,新、老垃圾填埋柱产甲烷相对抑制率分别达54.10%和95.77%.同时,回灌反硝化对新、老垃圾柱中垃圾降解贡献率(Rd)分别达85%和93%,能有效促进垃圾稳定.     

连续流微生物电解池处理有机废水同步生产甲烷北大核心CSCD

为进一步提高有机废水的厌氧处理效率,同时实现能源物质的回收,采用微生物电解池并结合连续流工艺处理有机废水并同步回收甲烷,系统地研究不同水力停留时间、有机负荷、外加电压对微生物电解池内基质浓度的降解、甲烷生产速率等方面的影响.结果表明,在同一有机负荷下,随着外加电压(0.6 V,1.0 V,1.2 V)的升高,微生物电解池COD的去除效率和甲烷生产率也同时提高.在进水COD浓度为1 178 mg L-1、水力停留时间为8 h、外加电压为1.2V的条件下,其COD去除率、甲烷浓度、甲烷产生速率分别为97.7%、96%、1 071 m L L-1 d-1,较普通厌氧发酵(对照组)分别提高了31.5%、13.6%、123%;当进水COD浓度为4 812 mg L-1、水力停留时间为20 h、外加电压为1.2 V时,甲烷的产生速率达1 888 m L L-1 d-1,达理论产率的98.0%,而此条件下对照组甲烷产生速率仅为理论值的64.9%.说明连续流微生物电解池能够明显提高有机废水的处理效率,并实现处理过程中稳定回收甲烷的目的.高通量分析结果显示:微生物电解池阳极碳毡优势菌群为methanogens与Geobacter sp.,其丰度分别占总菌群的53.3%和7.5%,而对照组碳毡相应丰度仅为25.2%和0.7%.此外,研究发现有机负荷与电解池能量的消耗呈负相关,当外加电压为0.6 V时,有机负荷由3.5 kg m-3d-1提升至5.7 kg m-3d-1时,电解池能量消耗降低了79.3%.据此认为,通过优化水力停留时间和外加电压来处理有机废水并同步生产甲烷是可行的.     

三维电极微生物燃料电池处理生活污水同步产电性能

为促进微生物燃料电池(MFC)推广应用于实际,构建以填充碳毡构成的三维结构为电极的单室微生物燃料电池,用于处理生活污水同步产电.对比分析序批运行和连续运行方式对生活污水的处理效果以及MFC的产电性能.在序批实验中,5 d内化学需氧量(COD)、氨氮(NH_4~+-N)去除率分别达到91.1%和98.2%,处理结果符合城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准;当MFC外接51Ω电阻时最大功率密度为27.88 m W/m~3.在连续实验中,污水以稳定流速(0.2 m L/min)自反应器底部注入,形成上流式连续运行模式,其水力停留时间(HRT)为5 d,此时出水中COD保持稳定,去除率变化范围为83.2%-97.4%,NH_4~+-N浓度逐渐降低保持在9.45 mg/L以下,反应器对污水中NH_4~+-N的去除效果较好,自第11天后出水中有NO_3~--N积累,导致总氮去除率较低.连续运行方式下MFC最大功率密度为582.5 m W/m~3,约是序批方式的21倍;平稳期平均输出电压为0.087 7 V,是序批运行时的2.9倍.结果表明在连续运行方式下,由于有机物得到补充,微生物可不断利用有机物用于产电,所以连续运行方式时MFC的产电性能更好,可以改善序批方式下输出电压较低的现象.最后基于16S rRNA高通量测序分析电极上微生物群落,发现主导微生物属于Thauera sp.、Saprospiraceae-UN sp.、OPB56-UN sp.,Thauera sp.是一类能以电极为电子供体而还原NO3--N的脱氮微生物.因此可通过富集此类脱氮菌来降低连续运行方式下出水NO3--N浓度,这为改善污水处理效果提供了一种新方法.     

生物电化学脱氮技术研究进展北大核心CSCD

生物电化学系统（BES）因兼有污染物去除与能量回收等优点,近年来已成为环境污染治理领域的关注热点. 对生物电化学技术在脱氮方面的基本原理、含氮污染物的转化途径进行综述,主要的生物脱氮过程包括阴极反硝化、阳极氨氧化以及阴极同步硝化反硝化等,而非生物脱氮过程包括NH3/NH4^＋的跨膜转移、氨气逃逸等. 总结已报道的BES中主要脱氮微生物及其脱氮机制,BES中多数反硝化菌属于变形菌门（Proteobacteria）;硝化细菌主要是亚硝化菌属（Nitrosomonas）和硝化杆菌属（Nitrobacter）;在同步硝化反硝化过程中,电极上的硝化、反硝化菌有明显的分层现象. 最后阐述了生物电化学脱氮技术在生活污水、渗滤液、地下水处理等领域的最新应用研究,通过改变反应器构型以及运行模式等条件构建不同BES处理各类污水,以达到去除污染物同时回收电能或资源的目的. 基于目前BES的优势,认为减少脱氮中间产物（NO2^- -N、N2O）的积累及扩大BES规模对电能输出和污染物去除效果的影响将是未来的研究方向. （图3 表2 参66）     

变形虫Naegleria sp.TH8的分离鉴定及食藻特性

从太湖水样品中筛选分离到一株能吞噬水华鱼腥藻的原生动物TH8,经形态学及ITS rRNA序列分析鉴定为纳氏属变形虫(Naegleria sp.).显微观察显示变形虫TH8呈蛞蝓状,用透明半球形单伪足爆破前进,有运动滋养体、包囊和鞭毛体3个形态.变形虫TH8能在10~30℃生长并具有食藻活性,但在37℃或灭菌后的水华鱼腥藻中均不能生长.在新鲜水华鱼腥藻中25℃下指数期生长速率达到1.68 cell d-1.食藻特性研究表明,该变形虫在水华鱼腥藻生长的对数初期、对数后期和稳定期的吞食效果优于对数中期.水华鱼腥藻Chl a下降程度与变形虫初始浓度有关.