反应器运行中厌氧生物膜性状的变化

研究了厌氧附着膜膨胀床反应器在起动和稳态运行过程中生物膜性状变化。结果表明，载体上生物膜的形成经历吸附，局部挂膜和完全挂膜三个阶段，微生物组成由以球菌占优势。逐步演变为丝状菌占优势。反应器运行中生物膜厚度增加，活性提高，运行效能相应提高。     

厌氧附着膜膨胀床工艺活性污泥特性的研究

对厌氧附着膜膨胀床反应器中活性污泥的特性进行了研究。结果表明,载体上生物膜的形成和发展经历吸附、局部挂膜和完全挂膜３个阶段,在此过程中,微生物群演变由以球菌占优势,逐步过渡到丝状菌占优势,厌氧污泥的活性随之提高。酸化状态下的活性污泥表面有许多链球菌和大量的胞外聚物,污泥活性较低。     

生物强化方式对生物转盘处理养殖废水效果及生物多样性的影响

畜禽养殖废水污染物浓度高、生物毒性大,导致传统生物处理工艺难以满足达标排放要求.为探究高效的畜禽养殖废水处理工艺,采用生物转盘作为主体工艺,利用异养硝化-好氧反硝化菌（简称"HN-AD菌"）为生物强化菌剂,对比了强化污泥挂膜和菌剂挂膜两种不同生物强化方式下该工艺在启动时间、碳耗、能耗、真实废水处理效果及微生物多样性方面的差异,以确定最佳生物强化方式.结果表明:①模拟废水试验中,菌剂挂膜反应器启动时间（19 d）明显短于强化污泥挂膜（33 d）,参数优化后发现,在相同处理效果下,前者碳耗、能耗较后者分别低48.22%、33.33%.②真实废水处理试验中,菌剂挂膜反应器的COD_Cr、NH₄+-N、TN平均去除率较后者分别高7.11%、26.97%、29.14%.③在微生物多样性方面,菌剂挂膜体系中Comamonas（丛毛单胞菌属）相对丰度是强化污泥挂膜体系的10倍左右,推测Comamonas可能是在异养硝化好氧反硝化过程中发挥关键作用的菌属.④SEM观察发现菌剂挂膜生物转盘盘片上的生物膜更薄,但HN-AD优势菌富集程度更高.研究显示,菌剂挂膜反应器对模拟废水、真实废水的处理效果均优于强化污泥挂膜反应器,且效果更稳定.      

HN-AD菌生物强化接触氧化工艺处理猪场沼液

针对养猪废水采用传统工艺经厌氧发酵处理后,形成高氨氮低碳氮比沼液,导致脱氮效果差、工艺流程复杂、启动周期较长等问题.本研究以异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)菌为生物强化剂,以PAN活性炭纤维作为填料的生物接触氧化池(BCO)为生物膜反应器,形成生物强化BCO工艺处理猪场沼液.前期污泥驯化阶段发现,NH_4~+-N浓度高于500 mg·L~(-1)时,污染物去除率明显降低,经HN-AD菌剂生物强化后,耐受NH_4~+-N浓度可高于600 mg·L~(-1)且能保持污染物的高效去除.采用HN-AD生物强化的BCO工艺处理真实猪场沼液,对NH4+-N、TN和COD的平均去除率分别为86. 9%、70. 5%和74. 4%,分别高于传统处理工艺的57. 6%、50. 3%和50. 0%,出水浓度均低于相关污染物排放标准.采用高通量测序技术研究了功能菌富集过程中微生物群落结构的变化规律,结果表明,生物膜内属于HN-AD菌的优势菌由Alcaligenes这一种菌属增加为生物强化后的Diaphorobacter、Acinetobacter和Thauera等多种菌属,且Acinetobacter菌属的相对丰度明显高于接种菌剂.扫描电子显微镜结果也进一步证实了生物强化的存在,紧密附着在填料上的生物膜层表面富集了以杆状和球状为主的HN-AD功能菌.     

环境功能材料界面性质对生物膜形成过程与代谢功能的调控机制

材料表面生物膜形成对环境与人类生产的影响纷繁复杂,关于环境功能材料与微生物之间的界面作用关系尚无系统阐述。介绍了材料表面生物膜的形成过程,重点解析了材料表面疏水性、形态特征、表面电荷、磁性、物质释放与电子传递等物理化学性质对生物膜形成的调控机制;综述了材料对生物膜微生物群落结构与代谢功能的影响,并且论证了不同环境功能材料与生物膜在水处理系统、废气生物处理和土壤生态修复领域协同降解污染物的潜在机制和应用情况;最后展望了材料与微生物相互作用的未来研究方向。拟为环境功能材料表面生物膜的形成与控制调控,充分发挥两者协同作用以及定向指导材料合成提供理论和技术支撑。     

反硝化生物膜对PBS表面形态及化学组分的影响

PBS是一种新型的可生物降解聚合物(BDPs),可以用做反硝化碳源和生物膜载体,去除饮用水源水中的硝酸盐.利用红外光谱和扫描电子显微镜对反硝化生物膜生长前后PBS颗粒表面形态、化学组成的变化进行了分析.结果表明,PBS仅在微生物作用下降解并为反硝化菌提供碳源.PBS颗粒可以在12 h内使进水中53 mg·L^-1的硝态氮降低到10 mg·L^-1以下(我国饮用水水质标准为:NO₃^--N<15 mg·L^-1).红外光谱表明,反硝化微生物附着生长后其PBS在2 925 cm^-1和2 850 cm^-1附近的吸收带以及3 200 cm^-1～3 410 cm^-1处峰值减弱,说明PBS材料中甲基、羟基官能团比例下降,而其它官能团没有发生明显的变化,PBS的主要单体组分淀粉和乙烯都可以被反硝化微生物用作碳源.扫描电子显微镜观察结果表明,反硝化生物膜附着生长后,PBS颗粒表面会出现空洞,扩大了生物膜生物附着生长的表面积,有利于形成致密的反硝化生物膜,对反硝化菌形成保护作用.     

载体好氧预挂膜处理对厌氧生物颗粒性能的影响

研究了生物膜载体经好氧预挂膜处理对厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)反应器中生物颗粒性能的影响.载体经10 d好氧预挂膜处理后,形成了7～8 μm厚的生物膜,在起动运行过程中,处理反应器中载体的挂膜进程比对照要快.在整个运试期间,处理反应器中的生物膜厚度和污泥浓度值均高于对照.前者厌氧生物颗粒致密、结实,生物膜结构良好,滞留于反应器中的性能较佳,比后者较不宜随水流失.处理反应器厌氧生物颗粒的一些性能指标值,如最大比产酸活性、最大比产甲烷活性、脱氢酶活性、辅酶F₄₂₀含量等均高于对照.另外,厌氧生物颗粒内微生物相也有明显的差异.      

给水管网多相界面中微生物表面疏水性研究

采用疾病控制中心（CDC）生物膜反应器模拟给水管网系统,选取聚氯乙烯（PVC）和聚碳酸酯（PC）2种材质的挂片,通过微生物粘附碳氢化合物（MATH）实验和Illumina高通量测序相结合的方法,对反应器水相、生物膜相和颗粒物相中微生物的疏水性进行了研究.结果显示,PVC材质挂片反应器中优势菌为厚壁菌门,相对丰度为68.31%~81.00%,PC材质挂片反应器中优势菌为变形菌门,相对丰度为24.39%~64.40%.PVC材质挂片反应器中优势菌包含3类致病菌,PC材质挂片反应器中包含8类致病菌.PC材质挂片生物膜相较于PVC材质疏水性更高,利于微生物吸附形成生物膜,而PVC材质不易形成生物膜,对控制输送过程中的二次污染具有积极作用,但在管网实际应用中还应考虑其他工程因素的影响.     

长江原水臭氧-生物活性炭挂膜中试研究

为了探究面向长江水源的臭氧-生物活性炭深度处理工艺的挂膜技术,进行了长江原水常州段的臭氧-生物活性炭挂膜中试研究.结果表明,在挂膜前期,由于炭柱的物理吸附作用逐渐饱和,炭柱对DOC(溶解性有机碳)、UV_(254)和COD_(Mn)(高锰酸盐指数)的去除率逐渐降低,对氨氮几乎没有去除,在挂膜中后期,由于活性炭上生物膜逐渐成熟,生物降解起主导作用,有机物和氨氮去除率升高并趋于稳定.90 d后,炭柱对DOC、UV_(254)和COD_(Mn)这3个有机物指标的去除率分别稳定在30.64%、57.50%和30.00%以上,氨氮去除率稳定在88.93%左右,认为挂膜成功.扫描电镜图显示活性炭表面出现丰富的菌胶团,同时高通量测序也验证了活性炭中丰富多样的微生物群落结构.     

多壁碳纳米管修饰丝网印刷电极同时检测水中苯二酚异构体的研究

采用丝网印刷技术和滴涂法制备了一种可抛型的多壁碳纳米管修饰丝网印刷电极,并将其用于水中的对苯二酚、 邻苯二酚和间苯二酚等苯二酚异构体的同时检测.苯二酚在此修饰电极上的循环伏安行为考察显示,该电极可较好地区分3种异构体的氧化峰,对其氧化还原反应有明显的电催化作用;以差示脉冲伏安法检测对苯二酚、 邻苯二酚和间苯二酚的混合水样,其峰电流与浓度分别在8.20×10^-6～1.00×10^-3、 8.20×10^-6～1.00×10^-3和1.64×10^-5～1.16×10^-3 mol·L^-1范围内呈良好的线性关系,检出限分别达4.34×10^-6、 3.42×10^-6和6.70×10^-6 mol·L^-1;对污染水样进行测定,加标回收率为96.2%～104.9%.研究结果表明,多壁碳纳米管修饰的丝网印刷电极可用于苯二酚异构体污染水样的现场快速检测.     

多孔填料特性对生物膜形成影响

多孔填料是曝气生物滤池(BAF)的重要构成部分,是影响BAF污水处理效果的关键.目前填料种类繁多,但其表面理化特性对生物膜形成的影响规律并不清楚,如何比选最佳生物填料一直是BAF工程应用的难题.通过研究BAF常用的几种多孔生物填料本身的物化特性,考察其物化特性与填料上生物膜的生物附着量及酶活性之间的相关性.结果表明,海绵填料虽然易吸附污泥,但是易堵塞,整体生物膜活性不高;立体空心填料虽然表面吸附的生物量较低,但是比表面积大,表面附着生长的生物膜活性较强;陶粒因具有良好的亲水性和较高的表面粗糙度,且Zeta电位最正,易于微生物附着生长,污泥附着性能最强,且生物膜活性最好.通过冗余分析(RDA)分析可知,影响填料表面生物量的主要因素是Zeta电位;影响填料表面污泥活性的主要因素是空隙率.通过6组反应器对NH~+_4-N的去除负荷可知,陶粒对NH~+_4-N的去除负荷最大,为68 g·(m~3·d)~(-1),火山岩次之,为67 g·(m~3·d)~(-1).综合上述因素比选出,陶粒最适合作为BAF的填料.     

小分子物质双(3-氨基丙基)胺对废水混合菌落生物膜形成抑制效应

研究了小分子物质双(3-氨基丙基)胺对混合菌落生物膜形成抑制及解体效应机制,并探讨了利用双(3-氨基丙基)胺减缓膜表面生物污染的可行性.结果表明,双(3-氨基丙基)胺能有效抑制混合菌群微生物附着和生物膜形成,抑制作用随浓度的升高而增强.经过双(3-氨基丙基)胺处理(131 mg·L~(-1))24 h,生物膜形成抑制率达到74.61%.这种抑制效果不是通过杀菌方式产生而是通过抑制微生物中胞外多糖和e DNA含量产生.经双(3-氨基丙基)胺处理后,胞外多糖和eDNA分别下降了39.37%±2.68%和70.05%±2.93%.双(3-氨基丙基)胺对已经形成的生物膜也有一定解离作用.对于预培养12 h的生物膜,双(3-氨基丙基)胺(131 mg·L~(-1))处理10 h,解体率为23.59%.另外双(3-氨基丙基)胺可减缓膜过滤过程中膜孔堵塞速度,降低膜压,缓解由微生物引起的膜污染问题,在环境膜污染控制方面具有潜在应用价值.     

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.      

环氧树脂封面层对球墨铸铁管生物膜的影响

以实际全比例非循环管道中试平台中水泥砂浆内衬球墨铸铁管为研究对象,通过分析生物膜的理化指标及微生物的群落结构来研究环氧树脂封面层对管道生物膜的影响.研究发现,相比于普通水泥砂浆内衬的球墨铸铁管,增加环氧树脂封面层后的管道不易吸附、沉积各种物质,对生物膜细菌丰度及群落结构均有影响,其管壁生物膜细菌总数为4.01×10⁴copies/cm²,可培养菌数量为1.40×10CFU/cm²,另外其物种丰度较高而多样性较低.因此增加环氧树脂封面层的水泥内衬球墨铸铁管是一种更为优良的管材.     

有机碳驱动的人工基质表面菌群结构组成及其动态变化

本实验采用平板计数和末端限制性片段长度多态性技术(T-RFLP),分析了有机碳源添加对凡纳滨对虾养殖系统中人工基质(筛绢网)表面生物膜菌群结构组成及其动态变化的影响。研究表明,当人工基质表面菌膜成熟时,实验组人工基质表面异养菌数量高于对照组,但没有显著性差异;弧菌数及弧菌占总异养菌的比例分别极显著低于对照组91.85%和96.98%(p0.01)。T-RFLP图谱分析表明,两处理组中126、432、434、436、485、487和488 bp等T-RF相对丰度变化显著;其中,29 d时实验组菌群种类丰富度指数和Shannon-Weiner指数分别高于对照组100%和33.9%。移动窗口分析表明,对照组菌群结构变化率△t为23.2%26.38%,高于实验组的12.4%0.3%。综上可得,有机碳驱动不仅能够促进异养菌的生长,竞争性抑制弧菌的增殖,而且可以提高养殖池塘中人工基质表面菌群结构的稳定性。     

废水生物处理中生物膜的形成及动力学模型研究进展

综述了生物膜法处理废水中生物膜的形成及其动力学模型。概述了反应器中微生物的固定化即生物膜的形成过程;影响生物膜形成的因素,生物膜的结构及其对生物膜中生化反应和传质过程的影响;并叙述了几种典型的生物膜模型;提出生物膜法废水处理以后的研究重点。      

硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能影响研究

为了研究硝酸盐对厌氧生物膜系统同时产甲烷反硝化反应的影响及其机制,拓展生物膜工艺在高氮有机废水中的应用,采用生物膜-污泥厌氧复合反应器和上流式厌氧污泥床培养具备同时产甲烷反硝化反应的功能微生物系统,并以间歇实验方法,对比研究硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响.结果表明,硝酸盐对生物膜和颗粒污泥系统去除COD和反硝化反应均有影响,但硝酸盐浓度变化对颗粒污泥系统的影响比生物膜系统更大,生物膜表现出更强的降解能力和更高的耐性阈值.随着硝酸盐浓度从75 mg·L-1增加到600 mg·L-1,颗粒污泥对COD的降解速率从273.26mg·（h·g）-1降到0.1 mg·（h·g）-1,而生物膜从95 mg·（h·g）-1降至1.7 mg·（h·g）-1;同时,生物膜和颗粒污泥对硝酸盐的降解速率分别从21.43、22.31 mg·（h·g）-1增加到83.72、61.06 mg·（h·g）-1,随着硝酸盐的降解,生物膜表现出更强的恢复能力,最大值为712.44 mg·（h·g）-1.研究还发现亚硝酸盐积累是影响生物膜和颗粒污泥同时脱氮除碳功能的主要原因,在相同的硝酸盐浓度下,生物膜中亚硝酸盐的最大积累量仅为的颗粒污泥的1/10.因此,生物膜-污泥厌氧复合反应器可以作为高浓度含氮有机废水实现同时产甲烷反硝化工艺反应器一种重要选择.     

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 DNAyielded 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.     

IFAS污水处理工艺的研究进展

总结了固定生物膜-活性污泥(IFAS)工艺的相关研究进展,主要包括IFAS工艺对污染物的去除性能、与其他技术耦合后的工艺性能、关键运行参数的影响,以及动力学模拟对IFAS工艺运行过程的优化.和传统活性污泥法(CAS)比较,IFAS工艺结合悬浮污泥与附着生物膜二者的优势,对有机物和氮素等污染物表现出更好的去除效果.IFA...     

水处理用纤维素载体的降解及生物膜附着性能

研究了纤维素载体性能和生态因子(温度、底物浓度、pH)对载体降解和生物膜附着情况的影响.结果表明.未改性、交联、交联且阳离子化处理后载体最终平均降解率分别为55.2%、23.9%、20.5%;单位质量阳离子化载体的生物膜附着量最大,达0.247 g·g-1.纤维索载体可为细菌补充碳源,进而促进载体初期降解,可使废水中sO24-降解率最多提高51%.pH为5.0-6.5条件下,随着pH值的升高载体最终降解率下降,生物膜附着量增大.