Biostyr曝气生物滤池的沿程微生物多样性

采用高通量测序Illumina MiSeq方法对Biostyr曝气生物滤池(BAF)沿程微生物多样性进行研究,分析了滤池内不同高度样品中菌群类别、群落组成及不同样品间物种差异及进化关系等;同时测定各高度样品的COD、NH_4~+-N和磷变化规律,与微生物特性进行了对应性分析。结果表明,Biostyr曝气生物滤池优势菌群主要为拟杆菌、疣微菌门、厚壁菌门和变形菌门,滤池沿程微生物的变化主要表现在数量上的变化,而群落结构的变化不明显,这是沿程理化条件变化引发微生物在空间上发生变化的结果。     

臭氧催化氧化-BAF组合工艺深度处理抗生素制药废水

针对抗生素制药废水组分复杂、毒性强、难生物降解的特点,以Ce负载天然沸石作为催化剂(Ce/NZ),采用臭氧催化氧化-曝气生物滤池(BAF)组合工艺对抗生素制药废水二级生化处理出水进行深度处理。结果表明,Ce/NZ催化剂可显著改善臭氧预处理单元的处理效率,在臭氧进气浓度为50 mg·L~(-1)、臭氧进气量为600 mL·min~(-1)、催化剂用量为1 g·L~(-1)、臭氧反应时间为120 min的条件下,臭氧催化氧化预处理对抗生素制药废水的COD去除率达到43%,平均COD由220 mg·L~(-1)降至125 mg·L~(-1),BOD_5/COD由0.12升至0.28,废水的可生化性得到显著提高。臭氧预处理单元出水采用BAF进行生化处理,在进水平均COD为125 mg·L~(-1)、平均NH_4~+-N为12 mg·L~(-1)、水力停留时间为4 h、气水比为4∶1的条件下,COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为62%和64%。组合工艺处理后出水平均COD和NH_4~+-N分别为46 mg·L~(-1)和4.1 mg·L~(-1),出水水质可以稳定达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》(GB 21903-2008)。相较于单独BAF工艺,组合工艺出水COD和NH_4~+-N平均去除率分别提高了66%和15%,出水水质明显优于单独BAF工艺出水。     

鱼类循环水养殖系统DO变动及污染物去除

为优化工厂化循环水石斑鱼养殖系统的运行管理,利用DO在线监测系统,跟踪监测了石斑鱼两次喂料期间(48 h内)养殖池DO的波动情况,考察了DO随养殖池内NH_4~+-N、NO_2~--N、溶解性COD的变化规律,并研究了该养殖条件下生物滤池对污染物的去除性能。结果表明:在该养殖条件下,NH_4~+-N、NO_2~--N和COD分别在28、36和44 h恢复至喂料前的水平,48 h内养殖池NH_4~+-N、NO_2~--N和COD维持在0.32、1.27和2.40 mg·L~(-1)以下;养殖池DO波动明显,随着污染物浓度的增加而降低,喂料2 h后DO低于安全浓度6 mg·L~(-1),养殖石斑鱼容易缺氧死亡;在该养殖系统中,弹性填料滤池对COD的去除能力较强,单个循环时间内最大去除率为61.84%;珊瑚砂滤池对NH_4~+-N、NO_2~--N去除能力较强,单个循环时间内最大去除率分别为38.17%、56.43%。可知,系统水处理效果良好,基本满足循环水养殖石斑鱼的相关水质要求;运用DO在线监控系统,跟踪监测DO变化情况,结合DO随污染物浓度变化的相关规律,可及时察觉养殖池水质变化,以便采取有效调控措施。     

多级流化床-曝气生物滤池中试处理高氨氮废水

采用多级流化床-曝气生物滤池组合工艺,以高氨氮工业废水为处理对象,研究了中试系统的启动方法、稳定运行阶段对污染物的去除效能及与传统活性污泥法相比的优势。结果表明:采用控制进水流量和逐步增加进水负荷的运行方法,历时近50 d,可实现中试系统的启动;启动阶段,系统对COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为68.74%和97.92%,出水COD和NH_4~+-N的质量浓度平均分别为176.35 mg·L~(-1)和13.52 mg·L~(-1);稳定运行阶段,系统在进水流量为2.0 m~3?d~(-1)的工况下,对COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为92.66%和99.32%,出水COD和NH_4~+-N的质量浓度平均分别为152.24 mg·L~(-1)和1.32 mg·L~(-1),其中,出水的NH_4~+-N可以稳定达到地表水IV类水标准。与传统活性污泥法工艺相比较,该中试系统可以实现对COD的去除率从85.37%增加到92.66%,对NH_4~+-N的去除率从72.53%增加到99.32%。     

蚯蚓生态滤池对农村生活污水的深度净化效果

本实验利用多级蚯蚓生态滤池对农村生活污水进行处理研究,分别考察了不同季节蚯蚓生态滤池对COD、TN、NH4+-N和TP的去除效果,同时利用PCR-DGGE技术对不同季节的微生物群落进行初步分析。结果表明,夏季COD、TN、NH4+-N和TP的平均去除率分别达到86.05%、89.02%、98.48%和99.1%;出水浓度17.86、4.96、0.605和0.047 mg/L。冬季COD、TN、NH4+-N和TP的平均去除率分别达到83.29%、93.26%、96.96%和92.7%;出水浓度22.68、2.63、1.02和0.37 mg/L。不同季节出水水质均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A类标准。蚯蚓生态滤池内的微生物多样性冬季的要比夏季的丰富,且冬季滤池内微生物种类从上至下逐渐增加,符合污染物去除效率的变化。     

MTF-CWs工艺对剩余污泥厌氧消化液的强化脱氮效果

采用多级潮汐流人工湿地(multi-stage tidalflow constructed wetlands,MTF-CWs)处理城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化液(excess sludge anaerobic digester liquids,ES-ADL),以垂直潮汐流的运行方式强化硝化,并根据进水NH_4~+-N和TN浓度分为2种不同工况。实验结果表明:在进水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(293.68±9.62)、(845.70±11.53)和(847.00±11.47)mg·~(L-1)的条件下(工况1),出水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(84.47±8.10)、(8.81±1.74)和(351.50±7.78)mg·L~(-1),COD、NH_4~+-N和TN的平均去除率分别为72.45%、98.93%和56.48%;在进水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(413.31±7.47)、(1 023.85±8.32)和(1 025.78±8.31)mg·L~(-1)的条件下(工况2),出水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(51.60±6.05)、(9.58±3.13)和(359.92±7.68)mg·L~(-1),COD、NH_4~+-N和TN的平均去除率分别为87.34%、99.05%和64.68%。在上述2种工况条件下,可将城市污水处理厂ES-ADL回流引起的氮循环累积量分别降低58.50%和62.19%。溶解氧消耗计算结果表明:MTF-CWs并没有提供NH_4~+-N的氧化(全程硝化或短程硝化过程)所需要的溶解氧;氮平衡计算结果表明:2种工况条件下通过非传统硝化-反硝化途径(如厌氧氨氧化)去除的总氮负荷分别占据总氮去除负荷的86.30%和82.53%。采用Miseq高通量测序技术进行菌群分析,结果表明:在反硝化脱氮贡献最大的人工湿地单元存在大量的厌氧氨氧化细菌Candidatus Kuenenia,且其占比随着取样深度(0.05～0.20m)增加而增加(其丰度由5.08%增加到13.18%),表明MTF-CWs处理ES-ADL时存在厌氧氨氧化途径。     

降温方式对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

考察一次性降温和阶梯式降温对厌氧氨氧化反应器(ASBR)脱氮性能的影响。一次性降温方式(30℃降至15℃),阶梯式降温方式(30℃降至25℃,再降至20℃,最后降至15℃)。温度30℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为97.3%和98.5%,总氮去除速率为5.12 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N为1.33,厌氧氨氧化活性(SAA)为0.139 g·(g·d)~(-1)。一次性降温至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别降至47.9%和55.1%,总氮去除速率降至2.74 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N升至1.51,SAA降至0.071 g·(g·d)~(-1)。阶梯式降温至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率降至51.6%和61.2%,总氮去除速率降至3.22 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N升至1.48,SAA降为0.083 g·(g·d)~(-1)。阶梯式降温方式脱氮性能更佳。     

Biostyr曝气生物滤池处理城市污水的沿程生化特性

青岛市麦岛污水处理厂采用曝气生物滤池(BAF)处理城市污水,以稳定运行的Biostyr为研究载体,考察滤池COD、NH3-N、SS和细菌数量等生化特性的沿程变化.结果表明,在气水比为4∶1～5∶1、进水COD负荷为2.5 ～3.7 kg/(m3·d)、进水NH3-N负荷为0.18～0.57 kg/(m3·d)时,滤池对COD的降解主要在150 cm填料以下处,COD的去除率可达58.9％;NH3-N去除率沿滤柱高度的变化与COD有所不同,在100 cm以下填料处,NH3-N的去除率仅为3.6％,在100 ～350 cm填料之间,NH3-N的去除率增加迅速,可达56.1％;对SS的去除主要发生在100 cm填料以下,去除率达51.7％.     

多级生物膜反应器对煤气化废水的处理

采用4级生物膜反应器串联处理煤气化废水,分析了反应器的启动过程、污染物去除能力及沿程水质特征,考察了水力停留时间(HRT)、进水污染物负荷对处理效果的影响。结果表明:系统在16 d的培养时间内可快速完成微生物的驯化及固定化;在连续进水、持续曝气的运行方式下,各反应器均具备对NH_4~+-N、COD、TN及SS的同步去除能力,在HRT=55.6 h、ρ(NH_4~+-N)=245~363 mg·L~(-1)、ρ(COD)=761~1 764 mg·L~(-1)、ρ(TN)=262~377 mg·L~(-1)、ρ(SS)=121~143 mg·L~(-1)的进水条件下,反应器出水NH_4~+-N、COD、TN及SS的质量浓度分别为0.23~1.37、16.3~26.1、91.6~139和12.3~18.5 mg·L~(-1),平均去除率分别为99.8%、98.1%、65.8%和88.2%,同步硝化反硝化效率为70.1%;在HRT≥39.2 h、进水NH_4~+-N负荷≤0.203 kg·(m~3·d)~(-1)、进水COD负荷≤1.357 kg·(m~3·d)~(-1)的条件下,出水NH_4~+-N、COD浓度均能满足GB 31571-2015排放标准要求。     

气升式外循环涡旋强化生物脱氮反应器运行特性

为考察气升式外循环涡旋强化生物脱氮反应器(反应器Ⅰ)的运行特性,以SBR工艺运行2个反应器,探究了反应器Ⅰ的去除效能、稳定性、参数轨迹变化、优势菌群和最适进水水质等参数,并与普通内循环生物脱氮反应器(反应器Ⅱ)作对比,结合统计学方法对反应器Ⅰ的运行特性进行评价。结果表明:反应器Ⅰ在启动期和稳定运行期运行性能均优于反应器Ⅱ。启动期,反应器Ⅰ的CV_((COD))、S_((COD))、CV_((NH_4~+-N))、S_((NH_4~+-N))、CV_((TN))、S_((TN))值分别是反应器Ⅱ的0.77、0.26、0.96、0.95、0.95和0.71倍。稳定运行期,反应器Ⅱ的CV_((COD))、S_((COD))、CV_((NH_4~+-N))、S_((NH_4~+-N))、CV_((TN))、S_((TN))值分别是反应器Ⅱ的0.92、0.87、0.35、0.22、0.96和0.82倍;稳定运行时采用高通量测序发现反应器Ⅰ中Proteobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi和Nitrospira等优势微生物类群丰度高于反应器Ⅱ,在微生物群落多样性上反应器Ⅰ高于反应器Ⅱ;反应器适宜进水NH_4~+-N浓度为200~300 mg·L~(-1),pH值为7.0~8.0。     

CEPT-曝气生物滤池低温下处理模拟灰水的应用研究

实验研究了在冬季低温条件（2～10℃）下,化学温凝预处理曝气生物滤池(CEPT/BAF)工艺处理模拟灰水的效果。考查了混凝预处理效果、BAF的出水水质与滤料高度的关系、水力负荷对出水COD的影响、直链烷烃苯磺酸钠(LAS)对出水NH₃-N等的影响。研究表明：经过预处理(PAC为40 mg/L)后的模拟灰水,BAF的有机负荷去除率达到40%～55%;COD、LAS的去除主要发生在滤料前端1.2 m处,去除率达到70%,去除率与滤料高度近似呈指数关系下降;在COD负荷、水力负荷不变的情况下,当进水LAS从23 mg/L降到9 mg/L时,BAF的NH₃-N的去除率则从41%上升到72%,说明较高浓度的LAS对亚硝化及硝化细菌有一定影响。模拟灰水经过化学混凝/曝气生物滤池处理之后,出水水质NH₃-N、COD和LAS分别在10、40和4 mg/L以下。     

蠡河底泥中氨氧化细菌复合菌群的富集和过程中群落结构的变化

从蠡河底泥中富集氨氧化细菌(AOB)复合菌群,研究富集AOB复合菌群不同培养阶段氨氮(NH+4-N)去除率及氨氧化速率,通过单因素法和响应面法(RSM)分析AOB复合菌群最大活性的富集条件,采用PCR-DGGE研究富集阶段Ⅱ和最大活性阶段AOB复合菌群的群落结构变化。实验结果表明,AOB复合菌群在富集阶段Ⅲ时,1.5 d内NH+4-N去除率达到95.9%,氨氧化速率达到4.16 mg/(L·h),AOB复合菌群的活性达到最大;富集培养最佳条件是,NH+4-N初始浓度(I-NH+4-N)为403.26 mg/L,p H为7.96,C/N为1.47∶1,温度为29.79℃,碳源为柠檬酸钠,AOB复合菌群氨氧化速率达最大,为10.63 mg/(L·h);2个实验阶段AOB复合菌群群落结构发生很大变化,共富集6株AOB菌株,属于Comamonas sp.,Acidovorax sp.,Rhizobium sp.和Diaphorobacter,编号LHA4是绝对优势菌株,属于Comamonas sp.,相似性为98%。     

pH对SBR处理效果及活性污泥微生物群落结构的影响

采用序批式生物反应器(SBR)对pH值为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0的原水进行处理发现COD和TN去除率在pH=8.0时达到最大,NH_4~+-N去除率随pH升高而增大,在pH=10.0时可达91.0%,碱性条件下污水处理效果更佳;利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析不同pH值下的活性污泥总细菌群落结构,其结果显示,碱性条件下的优势菌为β-proteobacterium,承担脱氮功能的细菌中可培养的是Rhodanobacter sp.,pH=8.0时总细菌多样性指数     

多级潮汐流人工湿地对污泥厌氧消化液中氨氮及有机物的去除特征

针对城市污水处理厂污泥厌氧消化液回流而引起城市污水处理厂处理系统内氨氮累积的问题,采用多级潮汐流人工湿地(MTF-CWs),研究MTF-CWs对污泥厌氧消化液中氨氮和有机物的去除特征及其主要去除途径。经过260 d的运行,结果表明,NH_4~+-N和COD平均进水浓度分别为859.55 mg·L~(-1)和446.52 mg·L~(-1),MTF-CWs对NH_4~+-N和COD均有较好的处理效果,平均去除率分别为66.50%和47.10%。在MTF-CWs中,转化为NO_2~--N和NO_3~--N占被去除NH_4~+-N的73.21%,硝化反应是NH_4~+-N去除的主要途径,MTF-CWs的平均硝化速率为0.3 kg·(m~3·d)~(-1)。TN的平均去除率为17.63%,去除效果较差,其原因在于原水中缺少反硝化所需要的碳源。     

水温对慢滤池深度处理污水的性能影响

将慢滤池用于污水二级出水的深度处理,利用一套小试装置研究了水温对慢滤池性能的影响。对比慢滤池在冬季和夏季的运行数据,结果发现:从夏季(23~25℃)转到冬季(10~14℃)时,慢滤池对浊度、COD、色度和细菌总数的去除率分别下降了12.5%、26.5%、22.9%和5.8%。水温下降后,虽然慢滤除污染物的整体效果下降,但却对各污染指标表现出不同的规律:水温对COD去除影响最大,而对浊度去除的影响相对较小。在慢滤进水浊度较低的情况下,水温对色度去除的影响程度会位于对COD去除和浊度去除的影响程度之间。无论温度如何变化,慢滤均能保持良好的细菌去除效果。     

新型生物强化A2/O系统在苯胺废水处理中的应用

针对常规A~2/O系统中污泥菌群泥龄不平衡、易受有毒物质毒害而难以有效处理苯胺类废水的问题,采用经驯化并固定的包埋菌对A~2/O系统进行强化。考察了常规A~2/O系统和生物强化A~2/O系统对氨氮(NH_4~+-N)、总氮(TN)、化学需氧量(COD)的去除效能,且研究了强化前后系统微生物的响应情况。结果表明:随着常规A~2/O系统随进水中苯胺组分的提高,脱氮能力明显下降,TN去除率由76.46%下降到34.28%,NH_4~+-N去除率由97.63%下降到31.82%;在包埋菌强化后,A~2/O系统TN和NH_4~+-N去除率分别恢复至73.09%和93.30%,同时能有效处理60 mg·L~(-1)苯胺。污泥微生物响应结果显示,生物强化A~2/O系统中活性污泥的比好氧呼吸速率(SOUR)和胞外聚合物(EPS)含量明显上升,说明污泥活性增强,抵御有毒物质能力提高。污泥微生物在属水平上,Zoogloea(动胶菌属)、Flavobacterium(黄杆菌属)和Brevundimonas(短波单胞菌属)等具有硝化和反硝化功能的菌属在强化后的相对丰度增加,这表明系统脱氮能力得到增强。生物强化A~2/O系统实现了苯胺类工业废水的有效处理,可为工程应用提供参考。     

水力负荷对改良型垂直流人工湿地降解模拟污水厂尾水效果的影响

为确定改良型垂直流人工湿地降解模拟污水厂尾水的最佳水力负荷,采用生物炭和活性炭改良、微生物强化以及同时添加生物炭、活性炭和微生物改良强化的3套垂直流人工湿地系统,研究了其在3种水力负荷条件下(0.25、0.5和1 m~3·(m~2·d)~(-1)),对模拟污水厂尾水中污染物的去除效果。结果表明,3套垂直流人工湿地系统均在低水力负荷(0.25 m~3·(m~2·d)~(-1))时对模拟污水厂尾水中NH_4~+-N、TN、TP和COD的去除率较高,但随着水力负荷的增大其去除率逐渐降低。3套垂直流人工湿地系统对NO_3~--N的去除率均在高水力负荷(1 m~3·(m~2·d)~(-1))时较高,且随着水力负荷的变大,其去除率逐渐升高,但去除率的增长幅度变缓;实验证明,生物炭和活性炭改良基质能够提高湿地系统对NH_4~+-N、TN、TP和COD的去除效果,并且在低水力负荷时对NH_4~+-N、TN和COD的去除拥有更好的改良效果,而对TP去除的改良则在高水力负荷时优于在低水力负荷时。厌氧-异养反硝化菌能够提高湿地系统对NH_4~+-N、NO_3~--N和TN的去除效果,并且在高水力负荷时对NO_3~--N的改良效果优于低水力负荷,而在低水力负荷时对NH_4~+-N和TN具有更好的改良效果。综合考虑多种污染物的去除效果,确定3套改良型垂直流人工湿地系统的最佳水力负荷为0.5 m~3·(m~2·d)~(-1)。     

阳极COD对榨菜生产废水MDC产电、脱盐的影响及氨氮去除的微生物群落分析

构建了3室榨菜生产废水微生物脱盐燃料电池系统(microbial desalination cell,MDC),探讨了其阳极COD对榨菜废水MDC产电、脱盐的影响;通过微生物群落分析,探查了脱盐室NH_4~+-N的去除途径。结果表明:在产电性能方面,MDC阳极COD为900 mg·L~(-1)时较400 mg·L~(-1)与1 400 mg·L~(-1)时更优,在1 000Ω的外电阻负载下,其输出电压、最大功率密度、库仑效率分别为550 mV、2.91 W·m~(-3)、(15.7±0.5)%;在脱盐方面,阳极COD为400 mg·L~(-1)时,较其他2种情况更优,MDC的脱盐时间、脱盐速率、电子利用效率分别为910.5 h、5.15 mg·h~(-1)、111%。阳极COD不同的MDC脱盐室,其NH_4~+-N的去除途径基本相同。脱盐室部分NH_4~+-N转化为NO_3~--N后,通过自身的反硝化或以NO_3形式迁移至阳极得以去除,剩余的大部分NH_4~+N以NH_4~+形式迁移至阴极,在碱性环境下转化为NH_3并排出。高通量测序分析结果表明,水解发酵菌属(总丰度为33.21%)为MDC阳极的核心微生物群落。阳极生物膜中的电化学活性菌(总丰度为11.78%)可实现电池的产电功能,反硝化菌属(总丰度为14.61%)的存在证明,脱盐室盐室NO_3~--N迁移至阳极室后进行了反硝化并得以去除。在脱盐室水体中检测到了氨氧化菌属(总丰度为6.93%)及反硝化菌属(总丰度为15.82%),这也是脱盐室中NO_3~--N快速产生和随后浓度陡降的原因。     

竹炭及其改性产品作为生物载体的应用研究

为了研究竹炭及其改性产品在污水处理中作为微生物载体的可行性,在曝气生物滤池工艺中研究了竹炭及其改性产品(硝酸改性、双氧水改性和超声改性竹炭)对污染物(COD及NH+4-N)的处理效果。结果表明,超声改性竹炭的处理效果最好,对COD及NH+4-N去除率分别达93.34%和50.94%,而其他改性竹炭的处理效果无显著提高。基于PLFA技术分析各载体上的微生物群落结构,结果表明,所有载体上的微生物均以真核和好氧原核生物为主,超声改性竹炭上的生物量高于其他填料且厌氧细菌数量最多。此外,基于碘吸附值和SEM技术分别对改性竹炭的吸附性能和形貌进行分析发现,超声改性竹炭上的微孔数量增加,孔壁更为粗糙。因此,超声改性竹炭这种生物质新材料有望成为优良的水处理微生物载体。     

生物膜水解-好氧循环系统处理活性艳蓝RB-19的微生物群落动态变化

为了研究生物膜水解-好氧循环系统处理蒽醌类染料活性艳蓝RB-19效果及其中微生物群落动态变化,利用基于16S rDNA的PCR-DGGE技术获得了微生物群落的DNA特征指纹图谱。结果表明,该系统能有效地降解活性艳蓝RB-19模拟废水,在RB-19浓度≤400 mg/L时,RB-19去除率维持在82%～96%之间,COD去除率维持在95%左右,但当RB-19浓度提高到500 mg/L时,RB-19去除率降低到58%,COD去除率降低到85%。DGGE分析表明,生物膜上的微生物群落结构随着RB-19浓度递增有显著变化,好氧、水解反应器内的细菌Shannon指数分别从1.32和1.20降低到1.11和1.19。UPGMA聚类分析和NMDS散点分析表明,水解、好氧反应器内的微生物并没有因为同处一个系统内而使得其菌群落结构产生明显的趋同倾向。系统内的多种优势菌群为兼性细菌,克隆测序的结果发现,在水解反应器存在一类具有很强还原能力的古细菌——Methanobacterium sp.MB4。