饮用水快速砂滤池优势微生物群落的代谢功能解析

快速砂滤池广泛应用于饮用水处理中,其净水效能一直被认为是物理化学作用,而对滤池表面附着微生物的净水作用仍不明晰.为了解析滤池中微生物的群落构成和功能特征,研究对国内8个城市的11座饮用水快滤池的进出水和滤料进行采样分析.进出水水质分析结果表明经过滤池处理,溶解性有机碳(DOC)有少量去除,氨氮(NH_4~+-N)显著降低,硝酸盐氮(NO_3~--N)显著增加,总氮(TN)未发生明显变化.利用宏基因组技术获得了滤池中微生物群落的构成和功能信息,滤池优势菌属(相对丰度占前10%)共14种,包括两类氨氧化细菌Nitrospira和Nitrosomonas.对优势菌属的功能基因信息进行分析,发现优势微生物菌群具有更高的碳水化合物、氮、硫和异生物质代谢功能丰度. Aeromonas的碳水化合物代谢基因相对丰度最高,Bradyrhizobium的氮、硫及异生物质代谢基因的相对丰度最高,说明这两种菌是影响饮用水水质的重要菌属.通过评价各个优势菌属对异生物质的代谢潜能,发现Bradyrhizobium、Sphingomonas、Methyloglobulus、Sphingopyxis和Klebsiella是饮用水快速砂滤池中降解微量有机污染物的关键菌.     

关于自然形成生物锰砂滤池对氨氮去除效果的研究

文章通过对中国南方某给水厂传统水处理工艺中v型滤池去除氨氮的效果进行研究,分析了该厂在长期投加高锰酸钾进行预氧化的同时间接地对天然石英砂滤料改性从而形成生物锰砂滤池的原因.研究结果表明,当进水氨氮浓度大于1.5mg/L时有利于滤料表面挂膜;当氨氮为2.3mg/L时,生物膜表面活性最强;氨氮穿透负荷为17.3mg/L.     

畜禽养殖污水所含典型抗生素在人工湿地中的去除途径探讨

人工湿地处理畜禽养殖污水过程中,吸附作用为土霉素、环丙沙星和磺胺二甲基嘧啶在系统内的首要去除途径,其在3种抗生素去除过程中所占相对贡献比例分别为75%、85%和62%。水解作用为土霉素和环丙沙星在湿地中去除的次要途径,其对两者去除的贡献比例分别为21%和19%;磺胺二甲基嘧啶的次要去除途径为微生物降解作用(23%),而水解作用贡献比例仅为13%。通过对比无传统污染物添加组别分析结果,研究发现传统污染物存在不会对抗生素吸附作用产生显著影响,但土霉素和环丙沙星水解去除途径的贡献度会分别降低7%和5%,微生物降解对磺胺二甲基嘧啶的去除作用比例会提升21%。     

武汉市饮用水中阿特拉津及降解产物浓度特征

为了解武汉市政水厂水源水和出厂水中阿特拉津及降解产物的浓度水平和去除率,该文采用超高效液相色谱-串联质谱法,对10家市政水厂在丰水期和枯水期采集的水源水和出厂水中的阿特拉津及降解产物进行检测,检测物质分别为阿特拉津(ATZ)、异丙基阿特拉津（DIA）、二丁基阿特拉津(DEA)、二氨基氯代阿特拉津（DACT）和羟基阿特拉津(OH-ATZ)。研究结果显示,水源水中ATZ的浓度中位数是37.2 ng/L,降解产物浓度依次为DEA(5.88 ng/L)、OH-ATZ(5.07 ng/L)、DIA(3.12 ng/L)和DACT(1.26 ng/L),阿特拉津及降解产物在汉江水中的含量是长江水的3～5倍。水源水和出厂水中DIA和DEA在丰水期7月浓度较高,而DACT在枯水期5月浓度较高。经过常规水处理工艺流程后,ATZ几乎未被去除,DIA和DACT出现去除率负增长,建议在常规水处理工艺中增加颗粒活性炭和臭氧等工艺,以降低饮用水中阿特拉津及降解产物的浓度。     

毫米级根际微域磺胺嘧啶的降解动态研究

采用特制根际箱,研究了玉米根际效应作用下磺胺嘧啶在土壤中的降解动态.在空间上将根-土界面(0~5 mm)细化到1 mm,箱内磺胺嘧啶剂量分别设为1 mg·kg-1和5 mg·kg-1,分别在出苗后第20、40和60 d取样,并将磺胺嘧啶降解率与根-土界面4种有机酸含量进行回归分析,从而得出影响磺胺嘧啶在根际土壤降解的关键因素.结果表明,种植作物可有效促进磺胺嘧啶的降解,且磺胺嘧啶的最大消减水平发生在距离根室3 mm的近根区,降解顺序依次为:近根际根室远根际.通过对不同剂量磺胺嘧啶胁迫下有机酸响应的相关分析发现,苹果酸和乙酸是影响磺胺嘧啶在根际土壤中降解的关键因素之一.     

超声激发碘自由基降解水中磺胺嘧啶

以H2O2和KI作为分子碘(I2)的来源,研究超声/H2O2/KI体系对磺胺嘧啶(SD)的降解效果.考察超声/H2O2/KI体系中溶液初始pH值、H2O2和KI添加浓度等因素的影响.采用碘自由基抑制剂甲硫咪唑对体系中的活性物质进行分析.结果表明,超声/H2O2/KI体系显著提高了磺胺嘧啶的降解效果,磺胺嘧啶的去除率随溶液初始pH值(2.6~5.2)的升高而降低; H2O2和KI的添加浓度对磺胺嘧啶的去除率影响较大,磺胺嘧啶的去除率随其初始浓度的增大而降低.碘自由基(I·和I2-·)是超声/H2O2/KI体系降解磺胺嘧啶的主要活性物质.HPLC图谱表明,磺胺嘧啶降解的同时生成4种产物,磺胺为降解产物之一.     

UVA紫外辐射下H2O2/KI降解水中磺胺嘧啶

研究了UVA(λ=365 nm)紫外辐射下碘与过氧化氢共存对水中磺胺嘧啶的降解.同时,考察了溶液初始p H值、H_2O_2和KI添加浓度等对UVA/H_2O_2/KI体系降解磺胺嘧啶的影响,并对体系中的主要活性物质进行了分析.结果表明,UVA/H_2O_2/KI体系对磺胺嘧啶的降解作用显著.初始p H值的影响较大.作为体系中碘及其自由基产生的关键因子,一定范围内,H_2O_2、KI的添加浓度增加,磺胺嘧啶的去除率增加,且存在适宜添加浓度,分别为120 mmol·L~(-1)和2.4 mmol·L~(-1).甲醇和甲硫咪唑的抑制实验结果表明,碘自由基为UVA/H_2O_2/KI体系降解磺胺嘧啶的主要活性物质.HPLC谱图显示,磺胺嘧啶在降解过程中主要有3种产物生成,其中之一可能为磺胺.     

降解除草剂阿特拉津的藤黄微球菌AD3菌株的分离、鉴定和降解特性研究

用富集培养法从农药厂的工业废水和污泥的混合物中分离到能够降解除草剂阿特拉津的AD3菌株,通过16SrRNA基因序列分析和Biolog细菌自动鉴定仪微量平板测定,该菌株被鉴定为藤黄微球菌(Micrococcusluteus).在以阿特拉津为唯一氮源(500μg·mL-1)的基本培养基中,AD3菌株能在48h内使阿特拉津降解97%以上.对AD3菌株和Pseudomonassp.ADP菌株的阿特拉津氯水解酶基因中间区的核苷酸序列和对应氨基酸序列进行比对结果表明,它们的核苷酸序列和氨基酸序列分别有5个位点和4个位点不同,核苷酸序列和氨基酸序列的类似性分别为99.1%和97.7%.     

催化氧化除氨氮/锰技术在滤池改造中的应用研究

西安市某地下水源水厂石英砂滤池中滤料表面形成的氧化膜催化活性很低,基本不具备去除铁、锰、氨氮的能力,出水安全隐患较高,因此在中试滤柱系统中评价了石英砂滤料除铁（Fe²⁺）、锰（Mn²⁺）、氨氮（NH₄⁺-N）效能,并进行活性滤料的性能优化.在此基础上,在水厂原有石英砂滤池中进行活性滤料的原位制备.结果表明,水厂石英砂滤料基本不具备去除Fe²⁺、Mn²⁺、NH₄⁺-N能力.在中试滤柱系统中,经过3d挂膜,低浓度Fe²⁺、Mn²⁺、NH₄⁺-N的去除率均可达93%以上.在滤池中进行原位改造后,进水NH₄⁺-N浓度为（0.3±0.05） mg/L时,去除率由28%提高到90%,进水Mn²⁺浓度为（0.3±0.05） mg/L时,去除率由50%提高到80%.进一步分析滤料表征发现,改造后滤料形貌和结构均发生了改变.XRD分析结果表明,改造后滤料产生了新峰,证明了滤料具备了活性.改造后可满足案例水厂净水安全的需要,具有较高的实用价值.     

脉冲放电等离子体同时处理地下水中Cr(VI)和阿特拉津的研究

常规地下水修复技术如物理法、化学法和生物法难以同时降解地下水中重金属-有机物复合污染.本文提出多针-板脉冲放电等离子体同时降解地下水中重金属和有机物复合污染的方法 .以Cr(VI)和阿特拉津为目标污染物,研究复合污染中Cr(VI)和阿特拉津浓度、放电电压、溶液初始pH值和地下水中存在的主要离子对Cr(VI)和阿特拉津降解效果的影响,并探究放电过程生成的活性物质对复合污染中Cr(VI)和阿特拉津降解的作用效应.结果表明,相对单一污染物,复合污染物中Cr(VI)或阿特拉津的存在能够消耗放电过程产生的·H和·OH,阻碍其复合,Cr(VI)和阿特拉津在降解过程中产生协同效应.电压为13 kV时,单独处理10 mg·L^-1的Cr(VI)和阿特拉津的降解效率分别为34.0%和51.5%,而复合污染中Cr(VI)和阿特拉津的初始浓度均为10 mg·L^-1时,降解效率分别提高到45.0%和64.1%.放电电压增加,复合污染中Cr(VI)和阿特拉津的降解效率提高,但其能量效率呈下降趋势.增加溶液初始pH值,阿特拉津的降解效率减小,而Cr(VI)的降解效率呈现先...     

不同滤料滤池启动期内对铁锰离子的去除机制

采用两座小试生物滤池,考察了锰矿砂和石英砂滤料在启动期内对铁锰离子的去除特性,并结合材料表征手段解析了过滤去除机制.启动运行结果表明,在进水铁锰质量浓度为2～3 mg·L~(-1)和0. 3～0. 6 mg·L~(-1)时,石英砂滤池分别需要15 d和30 d完成铁锰的去除,而锰矿砂滤池在10 d内完成除铁过程,而出水锰质量浓度始终低于0. 1 mg·L~(-1),满足国标要求.锰矿砂表面天然铁锰氧化物的吸附催化作用是其去除效果优于石英砂的关键.一方面,当铁氧化物在石英砂滤池内形成后,其同样能继续吸附催化铁离子,两滤池对铁离子的最终转化产物为复合氧化物,2价与3价铁的比值在1∶1. 44～1∶1. 54之间.其次,在启动期内,锰矿砂滤池对锰离子的去除以吸附催化氧化完成,其产物为3价态锰,而后续在生物作用下趋于转化为4价;石英砂滤池对锰离子的去除以吸附主导,但吸附容量饱和后以生物作用为主.最终,锰离子转化产物为2价、3价和4价态的复合态氧化物.此外,锰氧化产物呈层状结构,铁氧化产物为颗粒形态,二者均能披覆在滤料表面,但后者更容易被反洗出滤层,而前者则倾向于披覆在锰矿砂表面或积累在石英砂滤层孔隙间.     

生物法去除地下水中铁锰的影响因素

分析了生物法除地下水中铁锰的影响因素,曝气后使地下水中DO为7.0～7.5mg/L及pH为6.8～7.0时,生物滤层中的锰氧化菌能够保持较好活性及除锰能力,且工艺能够达到铁锰同除的要求.本研究提出的“成熟滤料移植”生物过滤方法,适合于对Mn²⁺吸附能力较强的优质锰砂滤层的接种,而对吸附能力较弱的石英砂滤层,只能采用菌量较大的实验室选择性培养基培养、驯化锰氧化菌的接种方式;锰砂和石英砂生物滤层的反冲洗强度分别控制在6～9L/(s·m²)、7～11L/(s·m²)的较低范围时,滤层的微生物相受扰动较小,反冲后铁锰去除能力能在5h内恢复.同时滤层采用1.0～1.2mm的均质滤料,在反冲洗强度较低的情况下过滤周期依然可延长至35～38h.     

MnOx同步除锰氨氮滤池的快速启动及污染物去除机制

通过将MnO_x负载于石英砂表面形成MnO_x滤料,并以此构筑滤池,开展动态试验,考察了滤池的启动周期、污染物去除效率及影响因素;同时通过表征MnO_x结构变化和灭活滤料表面微生物等方法探究了MnO_x滤池的污染物去除机制.结果表明:运行第1d滤池出水锰即可达标,运行至第9d,滤池启动完成,可实现对水中锰和氨氮的同步有效去除.滤池可稳定同步去除锰和氨氮的最大平均浓度分别为1.4和1.6mg/L,滤速为6m/h,且通过提升水中溶解氧含量可进一步增强滤池对锰和氨氮的去除效果.SEM、EDS和XRD分析结果表明,滤池运行过程中, MnO_x由相对密实的颗粒堆积形态逐步发展为多孔的一体化海绵状结构,其组成由ramsdellite和birnessite型MnO₂,逐步发展为buserite和birnessite型MnO₂,但元素组成相对较为稳定.结合滤料表面的微生物灭活实验,认为滤池稳定运行阶段,MnO_x对锰的去除主要为非生物作用,...     

Comparisons of the film peeling from the composite oxides of quartz sand filters using ozone, hydrogen peroxide and chlorine dioxide

To solve the problem of shortened backwashing intervals in groundwater plants, several disinfectants including ozone (O₃), hydrogen peroxide (H₂O₂) and chlorine dioxide (ClO₂) were examined to peel off the film from the quartz sand surface in four pilot-scale columns. An optimized oxidant dosage and oxidation time were determined by batch tests. Subsequently, the optimized conditions were tested in the four pilot-scale columns. The results demonstrated that the backwashing intervals increased from 35.17 to 54.33 (H₂O₂) and to 53.67 hr (ClO₂) after the oxidation treatments, and the increase of backwashing interval after treatment by O₃ was much less than for the other two treatments. Interestingly, the treatment efficiency of filters was not affected by O₃ or H₂O₂ oxidation; but after oxidation by ClO₂, the treatment efficiency was deteriorated, especially the ammonia removal (from 96.96% to 24.95%). The filter sands before and after the oxidation were characterized by scanning electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. Compared with the oxidation by O₃ and H₂O₂, the structures on the surface of filter sands were seriously damaged after oxidation by ClO₂. The chemical states of manganese on the surfaces of those treated sands were only changed by ClO₂. The damage of the structures and the change of the chemical states of manganese might have a negative effect on the ammonia removal. In summary, H₂O₂ is a suitable agent for film peeling.     

氧化物涂层砂对天然水中有机物的去除

氧化物涂层砂,比表面积增加,吸附容量增大,使石英砂表面电荷的带电性质改变,有利于水中天然有机物的去除。对3种不同氧化物涂层砂和未涂层砂对天然有机物的去除性能进行了比较实验,证明涂铝砂和B型涂铁砂对水中天然有机物的去除效果优于A型涂铁砂;而3种涂层砂均优于未涂层砂。     

含铁、锰水源水深度处理工艺的运行实验研究

对铁、锰含量较高又存在有机微污染的原水进行深度处理的生产规模的净水厂（规模10m^3/h），进行了运行效能的试验研究。该水厂由射流曝气→砂滤罐→臭氧接触氧化罐→生物活性炭滤罐→木鱼石滤罐→紫外线照射清水箱等处理单元组成。通过曝气充氧－砂滤预处理，去除溶解性的二价铁60％以上,关剩余臭氧的量为0.4mg/L（相应的臭氧投量为：4mg/L)的条件下，经臭氧接触氧化和生物活性炭过滤，在HRT20min时，可去除铁锰高达100％，CODMn的去除率达90%左右。     

生物除锰除铁滤池对低氟的去除效果研究

氟元素与人体健康关系比较密切,其含量过高和过低对人体健康都有危害,因而对地下水中氟污染物的研究,意义重大。为此人工配制了含F-为1．00～3．00mg／L、不同Mn2＋、Fe2＋浓度的原水,并通过已经培养成熟的生物除锰除铁滤池进行过滤。结果表明,进水pH（5．5～7．5）为中性条件下,滤池对氟具有长期稳定的微弱去除效果。在低pH（2．5—3．5）条件下,出水F-浓度在短时间内达到生活饮用水标准。     

改性滤料在矿井水净化处理中的试验研究

采用高温加热法制备了涂铁石英砂和无烟煤联用的双层改性滤料,并通过过滤试验对比验证了其对矿井水中不同污染物的去除效果。过滤6 h出水浊度为0.3 NTU,ρ(COD)降为2.5 mg/L,均低于饮用水标准限值,Fe、Mn的去除率分别达88.7%和66.7%,并通过反冲洗试验,确定了该滤料的反冲洗强度q=16 L/(m2.s)和过滤周期T=370 min。滤后水质可满足淡化除盐进水要求,具有广阔的应用前景。     

石榴石滤料的过滤性能及反冲洗试验研究

石榴石作为一种新型矿物滤料在净水处理方面具有强大的竞争力和广阔的应用前景.通过对石榴石滤料进行过滤及反冲洗试验,研究其截污除浊性能、水头损失变化规律及对有机物的去除效果,并与传统的石英砂滤料做对比,同时探讨了石榴石滤料的适宜反冲洗强度范围及气水反冲洗运行参数.结果表明:在滤速为8 m/h的条件下,与石英砂滤柱的过滤效果相比,石榴石滤柱滤后水的平均浊度下降0.3 NTU,有机物平均质量分数下降5%,但其平均水头损失增长率为1 cm/h;在截污除浊及去除有机物方面,石榴石滤柱在60 cm滤层厚度处与石英砂滤柱在85 cm滤层厚度的去除效果十分接近,因此其能有效减少滤料体积,从而节省滤料及节约设备投资.在不同滤速下,水头损失是限制石榴石滤柱过滤周期的主要因素;石榴石滤料适宜的气反冲洗强度范围为14~16 L/（s·m2）,水反冲洗强度范围为5~7 L/（s·m2）,其气水反冲洗的最佳运行参数为气洗强度16 L/（s·m2）、水洗强度7 L/（s·m2）、气水联合反冲洗4 min、单独水漂洗7 min.其中,气反冲洗强度对石榴石滤料的反冲洗效果影响最大.研究显示,相较于传统石英砂滤料,石榴石滤料具有高过滤性能、低滤料体积的特点,在水处理滤料的应用方面显示出一定的优势.