微生物合成纳米钯强化反硝化选择性脱氮

为强化生物反硝化选择性脱氮,利用普通的反硝化污泥合成生物钯纳米粒子(Bio-PdNPs),探究了不同Bio-Pd NPs负载量(0、5、10 mg·L^-1,分别记为Bio-Pd NPs-0、Bio-Pd NPs-5和Bio-Pd NPs-10)对生物反硝化的影响.结果表明,适量钯的负载(Bio-Pd NPs-5)可使硝酸盐去除率由67.85%提高到94.00%(C/N=7,5 h),对氮气的选择性由77.30%提高到97.46%.而负载过量的钯(Bio-Pd NPs-10)会抑制生物反硝化,但其对N₂的选择性仍然高达90.01%,这对减少温室气体N₂O的排放具有重要意义.机理分析表明,Bio-Pd NPs介导的反硝化体系以丁酸型发酵和混合性发酵为主,产生的氢气通过在钯表面迅速分解形成Pd[H]催化反硝化,提高对N₂的选择性,Bio-Pd NPs促进了反硝化过程电子传递及电子传递介质(细胞色素c)的分泌,电子传递体系活性(ETSA)由570.37μg·mg^-1·h^-1<...     

异养硝化-好氧反硝化菌YL的脱氮特性

针对传统自养硝化-厌氧反硝化工艺流程长、脱氮效率低的问题,从驯化成熟且具有高效同步硝化反硝化作用的SBR反应器中筛得1株异养硝化菌YL,经鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),并通过单因子试验和正交试验对其异养硝化和好氧反硝化特性进行了研究.结果表明,菌株YL进行氨氧化作用的最适条件为:碳源为琥珀酸钠、C/N为10、p H为7.0、温度为30℃、转速为160~200 r·min-1,此时氨氧化速率为5.05 mg·(g·h)-1,TOC转化速率为45.95 mg·(g·h)-1,氨氮和TOC去除率分别为100%和90.8%;菌株YL还能够利用亚硝酸盐、硝酸盐和羟胺进行生长代谢,去除率分别为92.7%、93.6%和94.8%;影响菌株YL好氧反硝化性能最主要的因素为C/N,在最优条件(C/N=10,T=30℃,r=200 r·min-1,p H=7)下,硝氮去除率为94.6%,总氮去除率76.3%.表明菌株YL能够独立快速高效地完成异养硝化和好氧反硝化脱氮过程.     

进水C/N对富集聚磷菌的SNDPR系统脱氮除磷的影响

为了解富集聚磷菌(PAOs)的同步硝化反硝化除磷(SNDPR)系统的脱氮除磷特性,采用延时厌氧(180min)/低氧(溶解氧0.5~1.0mg/L)运行的SBR反应器,以实际生活污水为处理对象, 通过投加固态乙酸钠调节进水C/N值(约为11,8,4,3),考察其对系统脱氮除磷特性及同步硝化反硝化(SND)脱氮率的影响.结果表明:C/N对系统的除磷性能没有影响,出水PO43--P浓度均稳定在0.3mg/L左右,这是由于系统内聚磷菌(PAOs)含量高,且在低氧段可同时发生好氧吸磷与反硝化吸磷.随着C/N的增大,出水NH4+-N浓度升高,C/N下降时,出水NO3--N浓度升高.此外,随着C/N的减小,厌氧段反硝化所消耗的COD占进水COD的比例增大,SND可利用的内碳源-PHAs储存量减少,但PHV的利用率增加;当C/N为4~8时,SND现象最明显,SND脱氮率达50.8%,而其它C/N条件下,SND脱氮率都有相应程度的减弱.C/N为8时,系统出水综合指标最好,TN去除率高达80.8%.     

以甲醇为碳源生物反硝化过程释放一氧化二氮的试验研究

污水生物反硝化脱氮过程是一氧化二氮(N2O)的重要释放源之一.试验采用序批式反应器以甲醇为碳源(电子供体),硝酸盐(NO3--N)为电子受体驯化反硝化菌,并采用批处理试验研究不同电子受体、不同碳氮(C/N)比和不同初始亚硝酸盐(NO2--N)质量浓度条件下N2O释放情况.在典型周期试验和批处理试验中均能检测到N2O的释放.以NO2--N为电子受体时会释放较多的N2O,而以NO3--N为电子受体时释放的N2O相对较少.不同C/N比通过影响反硝化菌的活性进而影响N2O的释放,反硝化菌的活性和N2O的释放量均随着C/N比的降低而降低.N2O的释放量随着初始NO2--N质量浓度的增加而增加,一定浓度范围内的NO2--N会增强反硝化菌的活性.初始NO2--N质量浓度与N2O的释放量具有较好的指数相关性.     

CEM-UF组合膜-硝化/反硝化系统处理低C/N废水及种群结构分析

本研究采用具有氨氮富集分离特性的阳离子交换膜-超滤(CEM-UF)组合膜与硝化/反硝化结合处理低C/N废水,考察该系统不同流量比下低C/N废水的硝化、反硝化脱氮特性,并通过对硝化、反硝化活性污泥进行16Sr DNA高通量测序,分析功能微生物群落结构特征.结果表明,系统进水TN为60 mg·L-1,COD/TN为2.65下,各流量比下硝化均有较好效果,平均氨氮去除率为98.7%,流量比值由1∶2上升到1∶6过程中,反硝化m(COD)/m(NO-3-N)随之升高,1∶6时平均硝氮去除率达到最高,为86.28%,系统总氮去除率由22.56%上升到46.8%.Illumina高通量测序结果表明,硝化污泥中可以固氮的Proteobacteria菌门占30.9%,重要的亚硝酸盐氧化菌Nitrospirae菌门占3.06%,属水平上检测到氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas和Nitrosospira,亚硝酸盐氧化菌(NOB)Nitrospira和Nitrobacter,AOB与NOB菌比例较高,与硝化反应器中较好的硝化效果相一致.反硝化污泥中Proteobacteria菌门占主导地位(53.13%),其次是Bacteroidetes菌门(10.93%),在属的水平上检测到Dechloromonas、Thauera、Castellaniella、Alicycliphilus、Azospira、Comamonas、Caldilinea和Saccharibacteria多种具有反硝化脱氮作用的相关菌属,反硝化菌所占比例为25.91%,反硝化污泥中具有反硝化功能的微生物丰富,反硝化效果良好.     

反硝化菌YYD4强化生物滤池处理低碳氮比污水效果研究

文章利用实验室筛选到的高效反硝化菌YYD4对反硝化生物滤池进行强化脱氮,探究了该菌在不同C/N比下脱氮性能,考察强化反硝化生物滤池处理低C/N比污水时的启动时间、脱氮能力与脱氮稳定性。结果表明,反硝化菌YYD4处理低C/N比水时其12 h硝氮去除率为99%,总氮去除率达81.38%,无亚硝氮积累。强化反硝化生物滤池对硝氮去除率为95.18%±4.10%,总氮去除率为94.11%±6.33%,较未强化滤池分别提升了9.76%与19.89%,停止投加菌液后强化滤池的硝氮去除率为96.81%±3.00%,总氮去除率为97.84%±1.40%,强化终止后反硝化生物滤池仍具备良好且稳定的脱氮能力。     

新型后置反硝化工艺处理低C/N废水的研究

针对低C/N废水的特性,开发了新型后置反硝化反应器并探究了新型后置反硝化反应器脱氮性能,典型周期营养盐变化及关键生物脱氮酶活性。结果表明当C/N为4和12时,新型后置反硝化反应器的总氮去除效率分别为78%和82%。在处置低C/N废水时,新型后置反硝化反应器展现出较强的脱氮效率。机理研究分析表明新型后置反硝化过程产物NO_2~--N的最大含量为3.1 mg/L,显著小于传统反应器中5.6 mg/L,此外,生物脱氮关键酶氨单加氧酶(AMO)和硝酸盐还原酶(NAR)的活性显著高于传统反应器。     

SCSC-S/Fe复合系统脱氮除磷途径及微生物群落特性

为提升再生水品质,以玉米芯耦合硫铁填料构造出固相纤维素碳源+硫铁填料复合脱氮除磷系统(简称SCSC-S/Fe复合系统),基于填料生物膜Miseq高通量测序构建了16S rRNA基因克隆文库,结合系统沉积物的X射线衍射(XRD)分析,探讨了该系统对模拟城市污水处理厂低C/N比尾水深度脱氮同步除磷特性及作用途径.结果表明,随温度升高,TN去除率逐渐增大,TP去除率增加不明显,在温度为30℃和水力停留时间HRT=9h时,NO_3~--N、TN、TP平均去除率分别为99.86%、92.70%和89.15%.固相纤维素碳源反硝化脱氮单元内具有降解纤维素类和反硝化作用类细菌分别占细菌总数的41.37%和54.02%,硫铁复合填料脱氮除磷单元内异养反硝化、硫自养反硝化和氬自养反硝化的细菌占细菌总数的91.53%;XRD结果表明,水中的PO_4~(3-)主要以FeP0_4、Fe_3(P0_4)_2·χH_20和Fe_3(P0_4)_3(0H)_2等物质形式去除.因此,复合系统脱氮以异养反硝化作用为主,协同硫自养反硝化和氢自养反硝化作用;复合系统具有"化学+生物"双重除磷作用,以化学除磷作用为主.SCSC-S/Fe复合系统实现了低C/N比城市污水处理厂尾水深度脱氮同步除磷的目的.     

3DBER-S反硝化脱氮性能及其菌群特征

针对污水处理厂尾水TN去除问题,采用16S rDNA克隆文库法,探究了3DBER-S(三维电极生物膜耦合硫自养脱氮工艺)的强化脱氮机制及其菌群特征. 结果表明,I(电流)和HRT(水力停留时间)对3DEBR-S中氢自养和硫自养反硝化作用所占比例的影响较大,但对脱氮效率影响不显著. 当进水C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕为1、ρ(NO₃--N)为35 mg/L、I为300 mA、HRT为4 h时,NO₃--N和TN去除率可分别稳定在80%和74%以上. 16S rDNA克隆文库结果显示,反应器中β变形菌纲为优势菌群,占47.89%〔以OUT(操作单元)计〕. 在β变形菌纲中,与具有反硝化功能的陶厄氏菌属(Thauera)相似的细菌所占比例最大,为52.94%;与可分别利用硫和氢为电子供体进行反硝化脱氮的硫杆菌属(Thiobacillus)和食酸菌属(Acidovorax)相似的细菌分别占17.65%和14.71%. 3DBER-S中存在异养联合氢自养和硫自养反硝化协同去除硝酸盐氮的作用,可为反硝化脱氮提供充足的电子供体,节约了有机碳源消耗,并保证了稳定高效的脱氮效果.      

曝气生物滤池好氧反硝化脱氮的研究

采用某钢铁厂含氮废水,利用生物滤池工艺,研究了曝气生物滤池的挂膜、溶解氧、碳氮比对好氧反硝化脱氮的影响.结果表明,利用富含好氧反硝化菌的富集菌液进行挂膜,16 d基本完成挂膜,脱氮率90%.当溶解氧较低时(DO为1.5～4.2mg/L),随着溶解氧的增大,反硝化效率提高,其中以DO为3.5 mg/L时的效果最好,脱氮率为95.4%.随着曝气量继续增加,脱氮率有所下降,当DO为8.0 mg/L时,脱氮率仍有44.8%.可推断系统中有好氧反硝化菌,存在以O2作为电子受体的好氧反硝化现象.随着碳氮比(COD/N)增大,反硝化效果提高.当COD/N为6～7时,基本能够满足反硝化所需碳源.此时脱氮率大于96%,亚硝态氮在整个反应过程中几乎没有积累,COD去除率在85%左右.     

3BER-S耦合脱氮系统运行特性研究

为了强化三维电极生物膜脱氮工艺(3BER)的脱氮效果,将3BER与硫自养反硝化技术耦合成3BER-S工艺,用于低碳氮比城市污水厂尾水的深度脱氮处理.与3BER对比研究结果表明,3BER-S工艺在TN去除率、系统pH平衡能力和NO2--N积累方面均优于3BER工艺;当进水C(NO3--N)= 35±2mg/L,TOC:N:P=10.7:10:1,pH=7.0~7.5时,3BER-S耦合工艺对TN和NO3--N的去除效率分别为85%和94%,分别比3BER高15%和10%;出水中NO2--N的浓度为3.04mg/L,比3BER低2mg/L.3BER-S中硫自养反硝化作用定量分析表明,硫自养脱氮作用在整个脱氮过程中所占比例为14.07%,单质硫的有效利用率达到79.5%,硫自养反硝化过程对稳定3BER-S系统出水pH值起重要作用.根据3BER-S中微生物基于反硝化细菌特异性基因nirS的克隆文库结果,系统中反硝化细菌都与β变形菌纲中的细菌有较高的同源性,其中61.41%的反硝化细菌属于陶厄氏菌属(Thauera);脱氮硫杆菌和嗜酸菌属(Acidovorax)分别占3.50%和19.30%.表明当碳源比较充足时,3BER-S工艺的脱氮作用主要以异养反硝化过程为主,以单质硫和氢为电子供体的自养反硝化脱氮作用也占有一定比例.     

包埋活性污泥反硝化性能的快速提高及群落分析

为了快速提高以污水厂反硝化池污泥为菌源的反硝化包埋填料的活性,实现包埋固定化的工程化应用,探究包埋填料的微生物群落特性,采用批次实验研究不同碳氮比、温度、pH对包埋填料活性的影响,并采用高通量测序研究包埋填料的生物群落特性.结果表明,C/N为10、温度为30℃、pH为7.5±0.3时,经过7 d即可恢复5.37 mg·(g·h)~(-1)的初始活性.在C/N为10,温度为25℃,pH为8.0的最优培养条件下,15 d后比反硝化速率即增大15倍至80.17 mg·(g·h)~(-1)并实现稳定运行.SEM结果显示包埋填料内部存在大量利于传质的通道,内部的细菌呈团簇状生长良好.高通量测序表明,包埋填料中具有反硝化功能的Thauera和Thermomonas为优势菌属,所占比例分别为24.27%和8.23%,保证了反硝化填料脱氮的高效性.Thauera优势菌属和Thermomonas菌属在最优培养条件下快速增殖是填料活性快速提高的主要原因.     

不同碳源和碳氮比对一株好氧反硝化细菌脱氮性能的影响

利用间歇培养装置研究了好氧条件下丁二酸盐、乙酸盐和苹果酸盐3种不同碳源对好氧反硝化细菌X31脱氮性能的影响,并就不同碳氮比(C/N)条件下菌株X31的反硝化能力展开了研究.结果显示,不同碳源种类对菌株硝酸还原酶活性有明显影响.以丁二酸盐和乙酸盐作为碳源时,其脱氮效果均要明显好于苹果酸盐作为碳源.以乙酸盐作为碳源时菌株的反硝化速率要稍高于丁二酸盐作为碳源,其反硝化速率可以达到11.86 mg·g-1·h-1.不同碳氮比(C/N)条件下,X31菌株的好氧反硝化能力亦不相同.当C/N大于5时,脱氮率能达到90%以上.最适宜的碳氮比是5～6,在此区间能进行完全的反硝化.当C/N在1～14之间变化时,硝酸盐还原基本都发生在菌株生长的第4～10 h,整个反硝化过程中亚硝酸盐浓度一直保持在极低的水平.     

反硝化菌株DA-1的脱氮研究

菌株DA-1被发现能在好氧和厌氧环境中将硝酸盐转化为气态氮。在以NO3-为唯一氮源的条件下研究了碳源、C/N和pH值对菌株DA-1好氧和厌氧反硝化脱氮的影响。结果表明:同等条件下,48 h内菌株DA-1的厌氧脱氮效率高于好氧脱氮率;菌株DA-1能在好氧和厌氧条件下利用乙酸、柠檬酸以及葡萄糖进行细胞增殖和反硝化。在厌氧条件下,三者作为碳源时的反硝化效率分别为(34.04±0.15)%、(22.72±0.32)%和(11.32±0.06)%,均低于好氧条件下的(25.38±0.14)%、(17.52±0.11)%和(8.06±0.01)%。2种条件下均是乙酸为碳源时反硝化效率最高。而丁二酸仅能在厌氧环境中作为电子供体参与反硝化反应。C/N越高越有利于菌株DA-1的厌氧反硝化,当C/N为10时,反硝化效率最高为(35.06±0.19)%。而在好氧条件下,菌株反硝化效率随着C/N的升高,先升高再降低,当C/N为8时,反硝化效率最高;好氧和厌氧脱氮的最适pH值为7.0。体系偏酸或者偏碱都会造成菌株DA-1脱氮效率的降低并出现亚硝酸盐累积。厌氧环境中pH=5.0时累积的亚硝酸盐浓度高达(8.95±2.05)mg/mL。     

低C/N(<3)条件下SNEDPR系统启动及其脱氮除磷特性研究

为了解同步硝化内源反硝化除磷（SNEDPR）系统处理低C/N（<3）污水的脱氮除磷特性,采用厌氧/低氧（溶解氧0.5~1.0mg/L）运行的SBR反应器,以低碳城市污水为处理对象,考察了C/N对SNEDPR启动、脱氮除磷性能优化与菌群结构变化的影响.结果表明：进水C/N由4.3提高至5.15时,系统脱氮除磷性能均逐渐增强,系统总氮（TN）和PO₄^3--P去除率最高达89.3%和90.6%;降低进水C/N <3后,系统脱氮、除磷性能均呈现先降低后逐渐升高的趋势,但低C/N对PAOs（聚磷菌）除磷性能的影响高于其对反硝化聚糖菌（DGAOs）内源反硝化脱氮性能的影响,表现为TN和PO₄^3--P去除率分别先降低至21.4%和3.4%后逐渐升高至92.9%和94.1%.系统稳定运行阶段,单位COD平均释磷量和SNED率达437.1mgP/gCOD和89.1%,出水NH₄⁺-N、NO_x^--N和PO₄^3--P浓度平均为0,4.4,0.2mg/L.经136d的运行,系统内PAOs,GAOs,AOB（氨氧化菌）和NOB（亚硝酸盐氧化菌）分别占全菌的（16±3）%,（8±3）%,（7±3）%和（3±1）%,其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能.此外,系统好氧段存在同步短程硝化内源反硝化,是实现低C/N（<3）污水高效脱氮除磷的原因.     

低温反硝化菌——施氏假单胞菌N3的筛选及脱氮性能

通过微生物连续富集分离,筛选得到1株低温下具有反硝化能力的细菌N3,鉴定为施氏假单胞菌,并对其脱氮性能进行研究.结果表明,N3在C/N=8,硝酸盐负荷为70 mg·L~(-1)时,能实现硝酸盐的完全去除.此外,N3对低温具有良好的适应性.在C/N=8,4℃条件下,36 h内即可将15 mg·L~(-1)硝酸盐完全去除;反硝化基因nar G和nir S的表达与30℃下的表达量处于同一个数量级,能够高效表达.利用聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)和海藻酸钠(sodium alginate,SA)对N3进行固定化,在10℃下考察固定化N3长期运行的稳定性.结果表明,固定化N3能够在3 d内将15 mg·L~(-1)的硝酸盐完全去除,且连续运行54 d后仍保持良好的稳定性和去除效果.菌株N3具有的高效反硝化脱氮及低温适应性表明其在冬季硝酸盐水体脱氮方面具有良好的应用潜力.     

微气泡曝气生物膜反应器处理低C/N比废水脱氮过程

微气泡曝气生物膜反应器是微气泡曝气技术与好氧生物处理相结合的新型处理工艺.本研究采用微气泡曝气生物膜反应器在低气水比下处理低C/N比废水,考察了生物脱氮过程和性能,并分析了脱氮功能菌群变化.结果表明,通过低气水比(小于1∶2)控制DO浓度并降低进水C/N比,可以实现生物脱氮过程从同步硝化-反硝化向同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)过程转变,并可获得较高的低C/N比废水生物脱氮性能. DO浓度低于1. 0 mg·L-1、进水C/N比为1∶2. 8时,SNAD过程成为生物脱氮的主要途径,TN平均去除率可达到76. 3%,TN平均去除负荷为1. 42 kg·(m3·d)-1,厌氧氨氧化过程对TN去除的贡献率为86. 0%.随着进水C/N比降低,生物膜中亚硝化菌群和厌氧氨氧化菌群的相对丰度逐渐增加,而硝化菌群和反硝化菌群的相对丰度逐渐降低.生物脱氮功能菌群变化与脱氮过程转变为SNAD过程相一致.     

1株耐冷兼性嗜碱好氧反硝化菌的分离鉴定及反硝化特性

以传统微生物富集分离方法,从垃圾渗滤液活性污泥中筛选到1株高效好氧反硝化菌,通过形态观察、生理生化特征及16S rDNA序列分析,对菌株进行了鉴定,同时对其好氧反硝化特性和异养硝化功能进行了研究.结果表明,筛选到的好氧反硝化菌株为假单胞菌属(Pseudomonas sp.),命名为GL19,GenBank登录号为(KC710974).碳源、C/N、pH及温度对菌株反硝化活性影响较大.在柠檬酸钠为碳源、C/N不低于15、pH 6~10、溶解氧(DO)4.8~7.7 mg·L-1及温度为15~34℃,硝酸盐氮负荷为140 mg·L-1的条件下,硝酸盐去除率均达100%,总氮(TN)平均去除率为96.5%,最终无亚硝酸盐积累;菌株能以亚硝酸盐氮、氨氮为底物进行高效脱氮,20 h内可将140 mg·L-1的亚硝酸盐氮完全去除,28 h内可将280 mg·L-1的氨氮降至3.11 mg·L-1,氨氮去除率达98.9%.显示该菌具有耐冷、高效脱氮特性,可实现同步硝化反硝化,这对南方地区冬季废水处理具有潜在应用价值.     

供碳源载体及其在低碳氮比污水处理中的应用研究

为解决低C/N污水的脱氮问题,本实验自行研制开发了一种新型碳聚合物载体.对该载体进行低C/N污水的生物膜脱氮研究,考察了HRT、pH、DO、温度等因素对系统同步硝化反硝化脱氮效果的影响.结果表明:在C/N比为4、pH=8、DO=1 mg/L、HRT=6 h,T=24℃的条件下,氨氮及总氮的去除率分别可以达到90%和70...     

IEM-UF同步分离反硝化系统脱氮特性及种群结构分析

针对传统脱氮工艺处理低C/N污水存在的问题,本研究提出IEM-UF同步分离反硝化系统.考察了三阶段各反应器对系统COD去除与脱氮性能影响,同时应用宏全基因组技术分析了各反应器功能微生物种群结构特征.结果表明,系统在电流强度0. 2A时分离器氨氮富集率平均达到116. 1%,最高可达170%;系统进水C/N为2. 80稳定运行时,系统COD及TN平均去除率分别可以达到90%和50%以上. TN去除率最高达到65. 4%.宏全基因组测序表明,在硝化反应器中硝化螺旋菌属(Nitrospira)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)所占比例分别为12. 23%和2. 31%;在反硝化反应器中脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、陶厄氏菌属(Thauera)和Azospira所占比例分别为4. 57%、1. 76%和1. 03%,远大于其他菌属所占比例,保证了系统中COD、NH_4~+-N、NO_x~--N较高的去除率;同时铁自养反硝化菌的存在提高了系统的反硝化效率.