低DO微孔曝气变速氧化沟脱氮能力恢复效果分析

活性污泥法低温运行中的污泥膨胀主要是由丝状菌引起,微丝菌(M.Parvicella)则是污泥膨胀中的优势丝状菌.针对微孔曝气变速氧化沟中试系统中因低温引起的污泥严重膨胀及其污泥硝化能力降低的问题,采取增大曝气量快速培养污泥硝化菌含量,再逐渐增加A:O比为0,0.1,0.5,1.1,1.8提高反硝化能力,从而恢复污泥脱氮能力.在恢复期间,污泥絮体中的疏水性M.Parvicella附着于反硝化产生气体上,在选择池和氧化沟表面形成浮泥,对其进行去除,以减少絮体中丝状菌含量,提高硝化菌含量及其硝化能力.同时对不同微丝菌含量的污泥絮体(沟内混合液和表面浮泥)的硝化和反硝化速率进行测定,结果表明微丝菌含量高的活性污泥其硝化能力较弱,而快速反硝化能力较强,则对慢速和内源反硝化影响不大.进一步证明M.Parvicella也是除了DO浓度,水温和负荷之外影响活性污泥硝化能力和污泥沉降性能的重要因素之一.     

SNAD反应器中颗粒污泥和絮体污泥脱氮特性

通过血清瓶批试研究了温度为30℃时, SNAD(simultaneous partial nitrification, anaerobic ammonium oxidization and denitrification)反应器内的颗粒污泥R1(1~2.5mm)和絮体污泥R2(0~0.25mm)的脱氮特性. 结果表明,颗粒污泥的好氧氨氮和好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.166,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.158,0.105,0.094kgN/(kg VSS×d).絮体污泥的好氧氨氮氧化活性和好氧亚硝态氮氧化活性分别为 0.180,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.026,0.096,0.108kgN/(kg VSS×d).颗粒污泥和絮体污泥都具有良好的亚硝化性能和反硝化性能.颗粒污泥的厌氧氨氧化性能良好,絮体污泥的厌氧氨氧化性能较差.扫描电镜显示,在SNAD颗粒污泥的表面主要是一些短杆菌和球状菌.在SNAD颗粒污泥中心区域主要为火山口状细菌.在絮体污泥中,同时存在短杆菌,球状菌和火山口状细菌.     

基于DGAOs富集的内碳源短程硝化反硝化工艺特性

采用序批式生物反应器（SBR）,以厌氧-好氧-缺氧的运行方式,研究了低C/N比下内碳源驱动的短程硝化反硝化工艺运行性能.结果表明,反应器内可同时富集反硝化聚糖菌（DGAOs）和氨氧化细菌（AOB）.DGAOs可以利用聚-β-羟基脂肪酸酯（PHA）为内碳源进行反硝化,且利用的PHA中PHB （聚-β-羟基丁酸酯）占主要部分.稳定运行后,第39d厌氧末期污泥胞内存储物质在荧光显微镜下清晰可见,内碳源存储的PHA在缺氧阶段净消耗量为2.34mmol C/L,较文献报道值高29%.经过55d的驯化后,SBR系统达到了较为稳定的脱氮效果,平均氨氮去除率为（93.13%±4.91%）,内碳源反硝化效率为（49.62%±8.97%）.驯化后的污泥淘汰了反硝化聚磷菌（DPAOs）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）,富集了DGAOs和AOB,其丰度从接种时的0.13%和0.20%分别上升到7.13%和1.11%,实现了低C/N下内碳源驱动短程硝化反硝化.     

基于流式细胞特性的LNA和HNA细菌相关性研究

采用流式细胞技术分析了7种不同陆地环境介质中LNA和HNA细菌的浓度变化及流式细胞特性特征.结果显示,在水体和土壤等环境中都存在LNA和HNA细菌的分类,其中,土壤环境中LNA细菌浓度(10⁷~10⁸cells/g数量级)高于水环境中浓度(10⁵~10⁶cells/mL数量级),但其相对比重(29.80%~33.94%)低于水环境(除地下水外,21.60%)中LNA细菌(42.25%~65.92%),主成分分析(PCA)显示水体和土壤环境介质中LNA和HNA流式细胞参数具有明显差异;相关分析表明,LNA与HNA细菌的流式细胞参数(绿色荧光信号FL1和侧向散色信号SSC)之间具有显著相关性(FL1:R²=0.711, P<0.01, SSC:R²=0.762, P<0.01),在不同生态系统中SSC变异大于FL1变异.结果表明,LNA和HNA细菌之间既不是各自对应的某一特殊生理阶段细菌,也不是两个完全相互独立的细菌群体,而是具有特殊共变关系的细菌.     

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.     

FNA处理絮体污泥恢复城市污水PN/A工艺短程硝化

为了探究游离亚硝酸（FNA）旁侧处理絮体污泥来恢复城市污水短程硝化/厌氧氨氧化一体化（PN/A）工艺的可行性,考察了不同浓度FNA对氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性的影响,探究了SBR反应器两次采用FNA处理絮体污泥的运行效果.结果表明：采用0.45mgHNO₂-N/L的FNA处理能够抑制NOB活性,亚硝积累率（NAR）达88.8%,但投加后第8d开始NOB活性逐渐恢复.采用1.35mgHNO₂-N/L的FNA处理能够显著抑制NOB活性,NAR达89.1%,与此同时AOB活性也受到抑制,氨氮转化率降低为6.8%.采用增大好/缺氧时间比即t_好/t_缺（由0.4~2.7）以及提高DO（由0.3~1.5mg/L）的方法能够恢复AOB活性,氨氮转化率达77.8%,在150d内NOB活性未恢复,NAR达98.1%.随着短程硝化的稳定实现,系统脱氮性能逐渐恢复,平均出水总无机氮（TIN）为8.2mg/L,平均TIN去除率为84.1%.因此,通过先用较高FNA处理絮体污泥同时抑制AOB与NOB,再采用增大t_好/t_缺并提高DO来恢复AOB活性的策略,能够实现PN/A工艺短程硝化的恢复.     

混凝剂投加量及污泥回流量对絮体破碎再絮凝的影响

以聚合硫酸铁为混凝剂,利用智能光散射分析仪(IPDA)对絮凝过程进行连续在线监测。考察不同混凝剂投加量、污泥回流量对絮体形成及破碎再絮凝的影响。结果表明:电性中和起主导作用时(聚合硫酸铁投加量为0.08 mg/L),形成絮体强度较大,破碎后恢复能力较强,而网捕卷扫占据主导作用(聚合硫酸铁投加量为>0.2 mg/L)形成的絮体比较松散,恢复因子低至49%,再次形成的絮体FI值较低;污泥回流时,絮凝过程絮体生长速度加快,稳定期絮体FI值大幅提高;回流污泥量越大,絮体的强度因子越大,恢复因子越低,浊度去除率与絮体破碎后恢复能力相关性较大。     

低温对亚硝化颗粒污泥系统的影响特性

考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥反应器的长期和短期影响特性,结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为（35.8±5.2）mg/L、水力停留时间为2.0 h以及运行温度为7~17℃的条件下,反应器保持着95%的亚硝化率和0.18~0.25 kg/（m3·L）的NH₄+-N去除负荷;反应器中较低的ρ（DO）∶ρ（NH₄+-N）（<0.25）是实现亚硝酸盐氧化细菌（NOB）有效抑制的关键因素;长期低温运行造成颗粒污泥比NH₄+-N氧化速率（SAOR）从（237±14）g/（g·d）下降至（93±11）g/（g·d）,但颗粒污泥中氨氧化细菌（AOB）的活化率（实际SAOR与最大SAOR之比）从48%升至约85%。批式实验结果表明,在7.1~28℃的短时温度变化内,亚硝化颗粒污泥NH₄+-N氧化反应的温度系数（θ）和活化能（E_a）分别为1.042~1.063,29.7~41.9 kJ/mol,均显著低于同等条件下絮体污泥的数值,表明颗粒污泥AOB比絮体污泥AOB具有更好的抗温度冲击能力。该研究结果可为基于颗粒污泥的高效城市污水亚硝化技术提供参考。     

低基质颗粒污泥反应器中亚硝化的实现过程及其污泥变化特征

在CSTR反应器中接种硝化颗粒污泥处理低氨氮浓度废水,研究其亚硝化的实现过程,并基于对颗粒污泥理化性质、功能菌群的空间分布规律及活性的分析,系统阐述了影响亚硝化稳定的关键因素.结果表明,通过协同调控进水氨氮负荷（NLR）和溶解氧（DO）水平等参数,亚硝化成功实现并可维持稳定,亚硝积累率达80%以上.所得亚硝化颗粒污泥为棕黄色,呈现出光滑、饱满的椭球形或球形,颗粒表面微生物以球菌为主;颗粒平均粒径1.3 mm,平均沉降速率为71.3 m·h^-1.批次试验显示,颗粒污泥（粒径>0.8 mm）中存在明显的成层分布结构,氨氧化细菌（AOB）主要占据颗粒表层空间,而亚硝酸盐氧化细菌（NOB）主要分布在颗粒内部;絮体或小粒径污泥（粒径<0.8 mm）与颗粒污泥（粒径>0.8 mm）呈现出不同的微生物空间分布特征.在颗粒污泥反应器中,良好的硝化菌群分层结构、较高的出水氨氮浓度（15~33 mg·L^-1）或较低的DO/NH₄⁺-N （0.08~0.15）是亚硝化实现过程中的关键影响因素.     

短程硝化反硝化中影响HNO2积累的因素分析

介绍了短程硝化反硝化的生物脱氮机理,综述了短程硝化反硝化过程中影响HNO2积累的主要因素游离性氨（FA）、pH、温度、溶解氧（DO）和污泥泥龄等,探讨了实现短程硝化反硝化的途径     

Picoplankton and virioplankton abundance and community structure in Pearl River Estuary and Daya Bay, South China

By using flow cytometry techniques, we investigated the abundance and composition of the heterotrophic prokaryotes, virioplankton and picophytoplankton community in the Pearl River Estuary and Daya Bay in the summer of 2012. We identified two subgroups of prokaryotes, high nucleic acid(HNA) and low nucleic acid(LNA), characterized by different nucleic acid contents. HNA abundance was significantly correlated with larger phytoplankton and Synechococcus(Syn) abundance, which suggested the important role of organic substrates released from primary producers on bacterial growth. Although LNA did not show any association with environmental variables, it was a vital component of the microbial community. In contrast to previous studies, the total virioplankton concentration had a poor relationship with nutrient availability. The positive relationship between large-sized phytoplankton abundance and the V–I population confirmed that V–I was a phytoplankton-infecting viral subgroup. Although the V–II group(bacteriophages)was dominant in the virioplankton community, it was not related with prokaryotic abundance, which indicated factors other than hosts controlling V–II abundance or the uncertainty of virus-host coupling. With respect to the picophytoplankton community,our results implied that river input exerted a strong limitation to Syn distribution in the estuary, while picoeukaryotes(Euk) were numerically less abundant and showed a quite different distribution pattern from that of Syn, and hence presented ecological properties distinct from Syn in our two studied areas.     

Picoplankton and virioplankton abundance and community structure in Pearl River Estuary and Daya Bay,South China

By using flow cytometry techniques, we investigated the abundance and composition of the heterotrophic prokaryotes, virioplankton and picophytoplankton community in the Pearl River Estuary and Daya Bay in the summer of 2012. We identified two subgroups of prokaryotes, high nucleic acid (HNA) and low nucleic acid (LNA), characterized by different nucleic acid contents. HNA abundance was significantly correlated with larger phytoplankton and Synechococcus (Syn) abundance, which suggested the important role of organic substrates released from primary producers on bacterial growth. Although LNA did not show any association with environmental variables, it was a vital component of the microbial community. In contrast to previous studies, the total virioplankton concentration had a poor relationship with nutrient availability. The positive relationship between large-sized phytoplankton abundance and the V–I population confirmed that V–I was a phytoplankton-infecting viral subgroup. Although the V–II group (bacteriophages) was dominant in the virioplankton community, it was not related with prokaryotic abundance, which indicated factors other than hosts controlling V–II abundance or the uncertainty of virus-host coupling. With respect to the picophytoplankton community, our results implied that river input exerted a strong limitation to Syn distribution in the estuary, while picoeukaryotes (Euk) were numerically less abundant and showed a quite different distribution pattern from that of Syn, and hence presented ecological properties distinct from Syn in our two studied areas.     

地下水生物反硝化碳源材料研究

以淀粉和聚乙烯醇为原材料,采用高分子制造技术,通过共混/包覆制备出一类地下水原位生物反硝化用控释高分子碳源材料。制备碳源材料在水体中有机质释放试验表明,不同含量的碳源材料在水体中均有一定的COD释放能力,制备的碳源材料满足生物反硝化的需要。硝酸盐生物降解试验表明,对于本类碳源材料,反硝化菌存在6d左右的驯化期,不同淀粉含量碳源材料对生物反硝化的进行影响不大。经过6d左右,水中NO3-浓度从40mg/L降低到10mg/L以下。同时发现碳源材料具有缓释性能,随着反硝化过程中有机质的消耗,可以不断向水体释放有机质。     

有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响

接种稳定运行300余天的厌氧氨氧化污泥,通过批次试验,研究了不同浓度乙酸钠和不同种类有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响.结果表明:在初始NO2--N浓度为35mg/L左右,乙酸钠浓度为0~200mg/L时,乙酸钠的冲击不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,且一定程度上促进厌氧氨氧化反应的进行,最大比氨氧化速率与乙酸钠浓度呈正相关性;不同有机物对厌氧氨氧化系统的促进作用不同,氨氧化速率从高到低依次为乙酸钠、蛋白胨、葡萄糖和淀粉;反硝化作用伴随整个反应过程,但硝态氮还原速率[0.0155~0.0442mgN/(L?min)]小于氨氧化速率[0.1090~0.1498mgN/(L?min)],因此厌氧氨氧化菌在系统中一直占主导地位.在有机物的冲击下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的总氮,提高系统总氮的去除率,从而改善出水水质.     

洛美沙星对水中反硝化过程的影响模拟试验

水环境中硝酸盐的去除依赖于微生物在厌氧条件下进行的反硝化作用,已有研究发现,抗生素的存在会对反硝化细菌和反硝化酶活性产生一定影响,进而影响反硝化作用,但目前在水体中对于这三者之间关系的研究较少,作用的机理尚未完全明确.据此,本文以洛美沙星（Lomefloxacin,LOM）为典型抗生素,乙酸钠为碳源开展模拟实验,对反硝化过程、反硝化细菌和反硝化酶活性的影响进行探讨.实验结果表明,含有0,1,10,100 μg/L LOM的反应体系反硝化速率分别为10.42,8.83,8.50,6.62mg/（L·d）,脱氮率分别为79.5%,71.1%,70.0%,66.8%,LOM初始浓度为100μg/L时对反硝化细菌生长的抑制率高达30.5%.推测含有一定浓度LOM会对反硝化细菌的生长发育以及反硝化酶活性产生影响,导致反硝化过程中NO₃^--N的转化受到抑制,进而引起反硝化速率和总氮去除率降低,且LOM初始浓度越大,抑制作用越显著（P<0.05）.进一步分析结果表明,LOM影响反硝化作用主要表现在NO₃^--N还原至NO₂^--N这一过程,LOM初始浓度越高会使细菌生长速率和最大增长量减少,微生物的细胞膜完整性遭破坏程度增大.NO₃^--N和NO₂^--N的转化与反硝化酶活性有关,其中LOM浓度对硝酸盐还原酶活性的影响明显,浓度越大受到抑制程度也越大,但对亚硝酸盐还原酶活性几乎不产生影响.以上模拟试验条件虽距实际条件有所差异,但在一定程度上表明环境水体中低浓度抗生素影响反硝化作用的机理表现为抑制微生物生长和活性以及反硝化酶活性,降低脱氮率,导致硝酸盐污染的积累.     

淀粉/凹凸棒粘土复合吸附絮凝材料的研究

采用接枝聚合法在硅烷化凹凸棒粘土(OATP)表面接枝淀粉,制备淀粉/凹凸棒粘土(ATP)复合吸附絮凝材料.采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对淀粉/ATP进行了表征,并对其制备条件进行了优化.结果表明,当淀粉质量分数(相对OATP质量)为100%,聚合反应时间为3 h,引发剂质量分数为0.003%,反应温度为60℃时,制备的淀粉/ATP对镉离子的最大吸附容量可达到36.78 mg/g.与ATP、OATP相比,淀粉/ATP对镉离子的吸附容量增大了2倍以上.复合材料具有比OATP更强的捕获能力,所形成的絮凝体大而密实,比淀粉絮凝剂具有更好的沉降性能.     

电流对MEC-3DBER-S脱氮除磷效果的影响及机理分析

针对低C/N污水处理厂二级处理出水中氮、磷去除问题,基于三维电极生物膜工艺（3DBER）反硝化脱氮碳源消耗量少的特点,构建了微电凝聚-三维电极生物膜耦合硫自养强化脱氮除磷工艺（MEC-3DBER-S）.对比研究了3DBER与MEC-3DBER-S在不同电流强度条件下的运行特性,并结合基于nirS基因的克隆文库技术分析了MEC-3DBER-S中反硝化微生物的构成.运行结果表明,MEC-3DBER-S有效强化了氮、磷的去除效果,特别是提高了低电流条件下的脱氮效率;同时电流作用能够促进海绵铁腐蚀,提高除磷效果.当C/N=1.5、HRT=8h、I=300mA条件下,其TN和TP去除率分别达到75%和78%,分别比3DBER高10%和28%左右.基于nirS基因的克隆文库结果表明,MEC-3DBER-S中同时存在与具有异养、氢自养、硫自养和铁自养反硝化功能的菌属相似的细菌.该体系中有机碳源、H2、单质硫和Fe²⁺等电子供体可相互补充,强化了脱氮;同时,体系中还存在物化联合生物除磷的作用,强化了除磷.因而,MEC-3DBER-S复合反硝化体系保证了较高的脱氮除磷效果.     

Micro-analysis of nitrogen transport and conversion inside activated sludge flocs using microelectrodes

To investigate the nitrogen transport and conversion inside activated sludge flocs, micro-profiles of O₂, NH₄⁺, NO₂⁻, NO₃⁻, and pH were measured under different operating conditions. The flocs were obtained from a laboratory-scale sequencing batch reactor. Nitrification, as observed from interfacial ammonium and nitrate fluxes, was higher at pH 8.5, than at pH 6.5 and 7.5. At pH 8.5, heterotrophic bacteria used less oxygen than nitrifying bacteria, whereas at lower pH heterotrophic activity dominated. When the ratio of C to N was decreased from 20 to 10, the ammonium uptake increased. When dissolved oxygen (DO) concentration in the bulk liquid was decreased from 4 to 2 mg·L⁻¹, nitrification decreased, and only 25% of the DO influx into the flocs was used for nitrification. This study indicated that nitrifying bacteria became more competitive at a higher DO concentration, a higher pH value (approximately 8.5) and a lower C/N.