我国北方四类土壤中氨氧化古菌和氨氧化细菌的活性及对氨氧化的贡献

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)与氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)是目前已知的两类好氧氨氧化微生物,广泛分布于各类生态系统中.采用双氰胺(dicyandiamide;DCD)和1-辛炔(1-octyne)抑制剂的方法对我国北方湿地、草原、农田、沙漠4类生态系统的土壤中AOA和AOB的氨氧化速率(ammonia oxidation rate,AR)分别进行定量测定,剖析AOA、AOB对不同土壤中氨氧化的贡献.结果表明:在氨氮含量较高的湿地土壤((32.58±1.38)mg·kg~(-1))中氨氧化速率由AOB主导(ARAOB占AR的86.19%),而在氨氮含量较低的草原土壤((10.40±0.69)mg·kg~(-1))、农田土壤((5.09±0.25)mg·kg~(-1))中氨氧化速率则由AOA主导(ARAOA分别占AR的65.50%、62.20%).氨氮含量是影响AOA、AOB相对活性的主要限制性因素.湿地土壤中氨氧化速率最高,为3.22 mg·kg~(-1)·d~(-1)(以N计),其次是草原土壤和农田土壤,其AR分别为1.11、1.00 mg·kg~(-1)·d~(-1),沙漠土壤中未检测到氨氧化速率.对氨氧化古菌、细菌的amoA基因进行定量分析的结果表明:在氨氮含量最高的湿地土壤和最低的沙漠土壤((1.27±0.05)mg·kg~(-1))中AOA丰度高于AOB丰度,在草原、农田土壤中AOB丰度高于AOA丰度.amoA基因生物多样性分析表明,377个古菌amoA序列以85%相似度可以划分为19个独立操作单元(operational taxonomic unit,OTU),具有较高的生物多样性,其Shannon指数为1.51~1.73.直接通过氨氧化微生物amoA基因丰度来推测AOA、AOB的活性具有一定的缺陷,而依靠AOA、AOB分别的氨氧化速率能够准确地衡量其在不同生态系统中对氨氮去除的相对贡献,对于理解不同生态系统中氨氮去除过程和效应有着重要的意义.     

好氧颗粒污泥和絮状污泥脱氮性能及细菌种群分析

比较了SBR反应器中好氧颗粒污泥和絮状污泥对不同浓度氨氮废水的去除情况,并采用定量PCR(RT-PCR)和末端限制性酶切片段长度多态性(T-RFLP)技术研究了2种污泥中氨氧化细菌数量和细菌组成的变化.结果表明,100～500mg/L的氨氮对2种污泥去除COD的影响不大,而氨氮的去除率随着其浓度的上升而下降,絮状污泥的氨氮去除率略高于颗粒污泥(10%～16%).絮状污泥和颗粒污泥中氨氧化细菌的数量分别为2.80×10⁴～3.44×10⁴,7.83×10⁴～1.18×10⁵个/g干污泥.絮状污泥中细菌种群数量高于颗粒污泥,且两者的变化趋势与氨氮去除率的变化基本一致.     

WS2强化Fe2+活化高碘酸盐降解酸性橙7的研究

构建无机还原剂硫化钨(WS₂)强化Fe²⁺活化高碘酸盐(PI)体系，以典型有机染料酸性橙7(AO7)为模拟污染物，探究了Fe²⁺浓度、PI浓度、WS₂浓度、p H值及水体常见共存阴离子对AO7去除过程的影响，并基于自由基淬灭与捕获实验(EPR)分析了体系中可能存在的活性氧化物种及其生成机制.结果表明：WS₂/Fe²⁺/PI体系氧化去除AO7的效率远高于同等条件下单一Fe²⁺/PI活化过程；在[Fe²⁺]₀=0.1 mmol·L^-1、[PI]₀=0.5mmol·L^-1、[WS₂]₀=0.3 g·L^-1、初始p H为2.6条件下，AO7去除率在12 min内达到93.0%.实验中Fe²⁺浓度、WS₂浓度与AO7去除率呈正相...     

碳纳米管导电膜降解水中氟苯尼考的研究

为实现水中酰胺醇类抗生素氟苯尼考(FF)的高效降解，本研究设计了一种以碳纳米管(CNT)膜为阳极的穿透式电化学降解系统.采用真空过滤法制备CNT导电膜(CNT-CM)，考察了流速、电压、电解质种类及浓度、初始pH值和FF初始浓度等因素对CNT-CM降解氟苯尼考的影响.结果表明，以CNT-CM为阳极的穿透式电化学系统对FF表现出良好的降解性能，流速、电压等对FF的去除具有显著影响.当停留时间为1.1 min(进水流速为2.5 mL·min^-1)，电压为3 V，对pH为3～10、初始浓度为0.05～10 mg·L^-1的FF废水的平均去除率均可达97%以上.自由基淬灭实验表明，在Na₂SO₄体系中，CNT-CM降解FF主要通过直接氧化和·OH介导的间接氧化实现，在NaCl体系中，主要通过直接氧化作用和电极生成的活性氯实现.     

天冬氨酸对低温条件下厌氧颗粒污泥处理污水的强化研究

通过序批实验的形式,选用天冬氨酸(Asp)添加作为强化措施,探究了低温15℃时厌氧颗粒污泥对废水COD的去除情况,并分析了Asp对污泥特性的影响.结果表明,21 d之后,Asp对厌氧颗粒污泥去除COD开始出现一定的促进作用,当Asp投加量为0.133 g·L^-1时,COD去除率最高,在实验末期达到80.73%.在挥发性脂肪酸(VFAs)方面,45 d时,A(0 g·L^-1 Asp)、B(0.067 g·L^-1 Asp)、C(0.133 g·L^-1 Asp)、D(0.200 g·L^-1 Asp)4组中甲酸含量分别为0.050、0.033、0.0308、0.0347 mg·mL^-1,乙酸含量分别为0.104、0.224、0.281、0.266 mg·mL^-1,丙酸含量分别为0.224、0.180、0.148、0.159 mg·mL^-1,甲酸、乙酸和丙酸被快速消耗,且0.133 g·L^-1 Asp...     

低温SNAD颗粒污泥工艺启动方式

为研究启动方式对同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)颗粒污泥工艺的影响,低温(12.7~18.3℃)条件下,R1和R2反应器分别通过先启动全程自养脱氮(CANON)工艺和先启动厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD)工艺的方式逐步启动SNAD颗粒污泥工艺.结果表明,R1反应器启动成功后,氨氮几乎完全去除,总氮去除率达到86.7%.低氨氮浓度运行时,出水总氮去除率下降至75.3%,出水总氮浓度在10 mg·L~(-1)左右,NOB存在过量增殖现象,出水总氮浓度超过北京市水污染物排放标准一级A规定.R2反应器启动成功后,出水几乎不含氨氮,总氮去除率在89.1%左右,略高于R1反应器.低氨氮浓度运行时,出水氨氮浓度小于1.0 mg·L~(-1),出水总氮浓度小于6 mg·L~(-1),出水氨氮和总氮浓度满足地标一级A标准.先启动SAD工艺可以在启动初期通过厌氧运行将NOB逐渐淘汰出系统内,维持了系统的稳定性,为后续曝气启动SNAD工艺提供了良好的基础,维持了反应器的稳定运行,实现出水总氮长期排放达标.     

基于侧流FNA处理的颗粒-絮体污泥CANON启动

为探究游离亚硝酸(FNA)侧流处理絮体污泥抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性启动全程自养脱氮(CANON)工艺的可行性,考察了FNA处理对氨氧化菌(AOB)和NOB活性的影响,探究在颗粒-絮体污泥SBR反应器中水力筛分的絮状污泥经侧流FNA处理的运行效果. 结果表明:0.6mg/L FNA处理后的R1经过30d运行,NH₄⁺-N去除率恢复到处理前的水平,并且短程硝化稳定,系统平均出水总氮为13.84mg/L,且△NO₃^--N/△NH₄⁺-N比值接近CANON反应方程式理论比值0.11,成功启动CANON工艺. 而0mg/L FNA处理的R2由于NOB大量增殖导致启动失败. 批次试验结果证实,经过0.6mg/L FNA处理后,6h内NOB活性仅为对照组(FNA=0mg/L)的16.39%,并且在随后的运行中并未发现NOB活性的恢复,NOB得到了有效的抑制. 但与此同时,AOB的活性也受到了影响,反应器中NH₄⁺-N去除率仅为处理前的69.69%,AOB活性6h仅恢复68.06%.     

过硫酸盐去除石灰土介质中汽油BTEX的效果及乙醇的影响

为了认识岩溶区石灰土含水介质中化学氧化联合生物降解去除燃油苯系物的效果,以汽油中的苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)作为污染物,通过批实验研究过硫酸盐(PS)联合硝酸盐去除汽油BTEX的效果,并认识不同浓度乙醇(EtOH)存在时带来的影响及化学氧化与反硝化联合修复的可能性.结果表明,在35 d内各组的BTEX去除率均达到91.00%以上,PS化学氧化能有效地去除BTEX.在不含EtOH及含EtOH初始浓度为500和5000 mg·L^-1的情况下,BTEX浓度在第65 d时分别为未检出、0.226 mg·L^-1、0.243 mg·L^-1,去除率分别为99.98%、99.00%、98.70%,其中,苯的去除率分别为99.98%、97.01%、93.32%.随着EtOH浓度的增加,苯的去除受到抑制,EtOH对BTEX的化学氧化具有阻碍作用.石灰土介质中高铁含量对PS具有活化能力,高含量有机质能促进PS分解,并导致pH值回升,出现反硝化作用和硫酸盐还原作用,有利于生物降解作用的恢复.     

有机碳源对启动及运行CANON颗粒污泥工艺的影响

采用两组平行的SBR反应器R1和R2,通过分别添加有机碳源和不添加有机碳源对比实验,研究有机碳源对全程自养脱氮(CANON)颗粒污泥工艺启动的影响,通过改变有机碳源浓度对比实验,研究有机碳源对CANON工艺运行的影响.结果表明,50 mg·L-1有机物的存在可以加快CANON颗粒污泥工艺的启动,R1和R2分别于23 d和32 d成功启动CANON颗粒污泥工艺.适量有机物(不超过150 mg·L-1)的存在会通过增强亚硝化菌(AOB)及厌氧氨氧化菌(An AOB)的活性和促进反硝化作用来提高氨氮及总氮去除率,R1和R2的最高氨氮和总氮去除率分别为92%、88%和89%、80%.进一步实验表明,过量的有机碳源(超过200 mg·L-1)会抑制AOB及An AOB的活性,从而降低氨氮及总氮去除率,但是会促进反硝化反应并提高其对系统脱氮的贡献率.     

腐殖酸-重金属对ANAMMOX菌脱氮性能的影响及其动力学分析

通过批次实验研究了两种典型重金属离子[Cu（Ⅱ）和Ni（Ⅱ）]与腐殖酸对厌氧氨氧化（ANAMMOX）脱氮效果（SAA）的影响并进行了动力学模型分析,同时探讨了腐殖酸-重金属对ANAMMOX脱氮的影响.结果表明,在投加ρ[Cu（Ⅱ）]和ρ[Ni（Ⅱ）]均为3mg·L^-1时,对ANAMMOX有促进作用,SAA分别提高了8.64%和7.78%;当ρ[Cu（Ⅱ）]和ρ[Ni（Ⅱ）]分别为20mg·L^-1和5mg·L^-1时则对ANAMMOX有抑制作用,抑制效果随重金属离子浓度增加而越发显著,指数拟合表明Cu（Ⅱ）和Ni（Ⅱ）对ANAMMOX的IC50分别为29.67mg·L^-1和28.75mg·L^-1.在投加ρ（腐殖酸）为1mg·L^-1时SAA提高了7.37%, 40mg·L^-1时抑制率即达到36.80%,线性拟合表明腐殖酸对ANAMMOX菌的IC50为58.36mg·L^-1.修正的Michaelis-Menten模型能较...     

含Br-废水高级氧化过程AOX生成特性研究

在焦化废水中投加Br^-模拟含Br^-难降解废水,研究UV/H₂O₂和UV/PDS两种高级氧化工艺在实现TOC优化去除条件下可吸附有机卤素（Adsorbable Organic Halogens,AOX）的生成特性.通过响应曲面法优化反应条件,实现废水中TOC高效去除,但Br^-浓度从50 mg·L^-1增至150mg·L^-1时,UV/H₂O₂和UV/PDS出水AOX浓度分别从0.56 mg·L^-1和0.65 mg·L^-1升高至1.44 mg·L^-1和1.63 mg·L^-1,远高于进水AOX浓度(0.08mg·L^-1);对活性卤代成分（RHS）稳态浓度的模拟结果表明UV/PDS中RHS浓度总体高于UV/H₂O₂,是造成二者出水AOX浓度区别的重要原...     

NaCl盐度对氨氧化细菌活性的影响及动力学特性

含盐废水的硝化过程常常出现亚硝酸盐积累,NaCl盐度对氨氧化菌(AOB)活性的影响与动力学特性并不清楚.采用高浓度氨氮污水富集培养AOB,并成功实现短程硝化.对富含AOB的污泥进行荧光原位杂交技术(FISH)分析表明AOB占细菌总数比例为(55±7)%.污泥的最大比氨氧化速率为(0.92±0.13)gN/(gVSS·d).用此污泥考察了NaCl盐度对AOB活性的影响,并测定了10g/L时AOB的动力学参数(KNH3、Ko).试验结果表明,与盐度为0g/L时的AOB活性相比,盐度为15g/L时的AOB活性降低了37%;盐度为30g/L时降低了85%.盐度为10g/L时,AOB的最大比氨氧化速率为(0.62 ± 0.03)gN/(gVSS·d),底物半饱和常数KNH3值为(7.62 ± 0.13)mg/L,氧的半饱和常数Ko值为(0.39 ± 0.04)mg/L,其中KNH3测定值高于ASM2模型推荐值.NaCl盐度对AOB的抑制降低了最大比氨氧化速率,对底物(NH4+-N)传递存在影响.     

小球藻-菌剂联合处理氨氮废水的实验研究

针对小球藻-菌剂体系,分析了光强、菌藻比和初始氨氮浓度对去除氨氮效果的影响,通过响应面分析优化了参数,探讨了氨氮去除途径和藻菌共生机理。结果表明：在光照强度为4 000 lux、菌藻比为3∶1、初始氨氮浓度为50 mg·L^-1的条件下,氨氮去除率达到最高值(94.92%);氨氮去除效果影响因素的主次关系为光照强度>初始氨氮浓度>菌藻比;在光强为4 700 lux、菌藻比为3∶1、初始氨氮浓度为56 mg·L^-1的最佳参数条件下,氨氮去除率实测值与与预测值分别为87.96%和87.31%;当氨氮浓度较低时,微藻和细菌在该体系中对氨氮去除的贡献率分别为75.86%和17.50%;细菌保持了体系pH的平衡,EPS作为藻菌互利共生的关键介质维持着体系的良性循环;与微藻互利共生的关键菌属可以在体系中保持相对稳定。     

盐度对中试厌氧氨氧化脱氮特性的影响及其恢复动力学

采用中试ASBR反应器(530 L),以逐步提高Cl~-浓度的方式考察了厌氧氨氧化菌(An AOB)处理高盐废水的脱氮特性.结果表明,采用逐步盐度驯化的方式,An AOB可适应高盐度(Cl~-浓度10 000 mg·L~(-1))环境进行高效脱氮(TN去除率高达92. 3%).其中,在Cl~-浓度6 000 mg·L~(-1)和10 000 mg·L~(-1)两个梯度内,反应器脱氮性能受到了较大影响,但随着驯化过程的持续进行可逐步恢复.修正的Boltzmann模型能较为准确地拟合An AOB受到不同盐度抑制后的活性恢复过程,相关系数R~2均在0. 96以上.得到的Cl~-浓度6 000 mg·L~(-1)和10 000 mg·L~(-1)时的恢复中间值tc分别为28. 765 d和44. 495 d,NRRmax分别为0. 145 kg·(m~3·d)~(-1)和0. 212 kg·(m~3·d)~(-1),NRRmin分别为0. 021 kg·(m~3·d)~(-1)和0. 085 kg·(m~3·d)~(-1).高盐度驯化后,厌氧氨氧化菌仍主要为Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia(其丰度分别是14. 76%和2. 7%),且污泥颗粒化程度和污泥密度均有不同程度的提高,污泥呈红褐色.     

不同形态厌氧氨氧化污泥低温保存的性能差异研究

厌氧氨氧化污泥的保存对其后续在反应器的脱氮过程有着重要的影响,因此,本研究针对不同形态的厌氧氨氧化污泥—生物膜和颗粒污泥的低温保存性能开展研究.结果表明,在64d 4℃的保存后,生物膜和颗粒污泥的厌氧氨氧化比活性分别降至(351.4±14.5),(32.3±2.7)mgN/(gVSS·d),分别为初始活性的62.1%和6.0%.EPS含量分别减少至(18.4±0.3)mg/gVSS和(13.3±1.5)mg/gVSS.生物膜和颗粒污泥中厌氧氨氧化功能菌属Candidatus Kuenenia丰度分别减少为6.1%和1.6%,厌氧氨氧化菌16S rRNA丰度分别降低为(1.48±0.29)×10⁸ gene copies/gVSS和(5.05±1.53)×10⁷ gene copies/gVSS.在后续的活性恢复过程中生物膜相较于颗粒污泥达到NRR为0.54kgN/m³/d花费周期缩短了15d.因此,厌氧氨氧化生物膜是比颗粒污泥更好的保存形态.     

自养菌污泥致密过程及其污水处理特性研究

采用无机碳作为基质在SBR反应器内培养好氧颗粒污泥,考察了氨氧化菌(AOB)、硝化菌(NOB)在颗粒密实化过程中的变化规律及其对颗粒化的影响.研究发现自养菌形成的颗粒污泥极为密实,其密度高达1.06 g/mL,扫描电镜结果表明棒状菌是其优势菌群.出水的氨氮、亚硝酸氮及硝酸氮浓度分别为4.5~15.2 mg/L、10.2~20.3 mg/L和17.9~30.1 mg/L,氨氮的去除率为78%~92%.通过分析反应器内不同形态氮的变化曲线及变化速度,发现在实验初期较短的沉淀时间是AOB富集的主要因素,且颗粒的形成与AOB的富集无明显的相关性.与此相反,硝化速率与颗粒的形成有明显的相关性,颗粒形成有利于固定NOB,其代谢产物可以促进颗粒稳定化,因此,颗粒化与NOB之间存在相互促进的作用.另外,本研究还发现自养反硝化作用随着颗粒的形成而逐步得以强化.     

一体式厌氧氨氧化工艺处理高氨氮污泥消化液的启动

利用新型固定生物膜一活性污泥反应器处理实际污泥消化液,通过接种短程硝化污泥和厌氧氨氧化生物膜填料,逐渐提高进水氨氮浓度并控制溶解氧浓度在0.11~0.42mg/L,系统在65d内实现了短程硝化-厌氧氨氧化反应的启动.反应器系统稳定运行阶段具有良好的污染物去除效果,进水COD和氨氮浓度为921和1120.8mg/L,COD、氨氮和总氮去除率分别为66.8%,99.0%和94.4%,总氮去除负荷为0.27kgN/(m3·d).试验表明采取逐步提高进水中消化液比例的策略,有利于一体式厌氧氨氧化工艺的快速启动.进一步分析发现系统同时存在厌氧氨氧化和反硝化的脱氮途径,对总氮去除的贡献率分别为67.4%~91.1%和8.9%~32.6%.     

缺氧MBBR耦合部分厌氧氨氧化强化城市生活污水深度脱氮

缺氧MBBR是强化传统城市污水处理系统脱氮的一种方法,本研究通过向城市污水后置反硝化SBR中投加填料构建了缺氧双污泥系统,实现了城市生活污水部分厌氧氨氧化深度脱氮.在250d的运行中脱氮性能逐渐提高并实现稳定,出水总氮在5 mg·L~(-1)左右. 211～250 d的平均硝氮、氨氮和总氮去除率分别为(97. 7±2. 9)%、(93. 3±2. 9)%和(94. 3±2. 7)%.长期运行中观测到氨氮和硝氮的同步去除.针对氨氮去除途径进行分析,系统同化、硝化作用微弱.缺氧MBBR中存在厌氧氨氧化活性且对脱氮有不可忽视的作用.实时定量PCR结果进一步说明缺氧MBBR中厌氧氨氧化菌富集,特别是缺氧填料生物膜中厌氧氨氧化菌丰度由初始的4. 37×10~7copies·g~(-1)增长到了2. 28×10~(10)copies·g~(-1).本研究表明缺氧填料生物膜在厌氧氨氧化的富集强化城市污水深度脱氮中或许具有可应用的潜能.     

一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺污泥膨胀发生和恢复过程中胞外聚合物变化特征

胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)对污泥沉降具有重要作用.以一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺为对象,针对出现的污泥膨胀问题,通过停止投加乙酸钠、调整SRT和曝停比等措施控制了污泥膨胀,并考察整个过程中胞外聚合物变化特征.结果表明,阶段Ⅰ～Ⅱ(0～77 d),SVI升至215.86 mL·g^-1,TN去除率仍稳定在60.88%;阶段Ⅲ(78～109 d),SVI维持在210.16 mL·g^-1,TN去除率下降至32.19%;阶段Ⅳ(110～140 d),SVI下降至107.53 mL·g^-1,TN去除率也恢复至54.55%,AOB、NOB和ANAMMOX活性分别恢复至0.42、0.06、0.20 g·g^-1·d^-1.污泥膨胀得到控制以后,溶解性EPS(Solubility EPS,S-EPS)、溶解性蛋白(Solubility PN,S-PN)从243.15、213.25 mg·g^-1分别下降至110....     

双金属硫化物CoMoS4活化过一硫酸盐降解双酚F

通过离子交换法合成了双金属硫化物CoMoS₄(CMS),通过活化过一硫酸盐(PMS)降解目标污染物双酚F(BPF)来考察其催化性能,并剖析了其中的反应机理.研究结果表明,CMS具有优异的催化性能,25℃时,50 mg·L^-1的CMS和0.5 mmol·L^-1的PMS体系在30 min内可以完全降解10 mg·L^-1的BPF;CMS抗干扰能力强,在降解过程中受水体中无机阴离子(Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-)和腐殖酸(HA)的影响小;CMS同时具有较好的稳定性,循环使用3次后BPF降解率仍可达60.2%.自由基淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)实验证明,硫酸根自由基SO₄^·-是CMS/PMS体系降解BPF的主要活性氧物种(ROS);并通过液相色谱-质谱仪鉴定BPF降解过程的中间产物,提出了两条主要的降解路径.