气水比对后置固相反硝化滤池工艺脱氮及微生物群落影响

为解决现有低碳源污水处理工艺能耗高、工艺复杂和脱氮效果不佳等问题,首次提出一种新型的混凝沉淀/后置固相反硝化滤池工艺(CS-BAF-SPDB).重点研究了气水比对该工艺脱氮效率的影响,同时采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术从微观微生物群落的角度揭示了宏观运行条件对脱氮效率影响的机理.研究结果表明,为同时获得理想的硝化和反硝化效果,后置固相反硝化滤池工艺中硝化滤池的气水比应该设定为4∶1.同时,宏观运行参数对BAF和SPDB处理效果的影响和微观微生物群落的动态变化直接相关.在BAF中氨氧化菌(Candidatus Nitrospira defluvii)和亚硝酸盐氧化菌(Nitrosomonas sp.Nm47)的组成、数量与活性随气水比的变化直接决定了BAF中硝化效果的好坏,而SPDB中固体碳源降解反硝化微生物Pseudomonas sp.、Myxobacterium AT3-03和异养反硝化菌Dechloromonas agitate、Comamonas granuli和Rubrivivax gelatinosus的群落结构随气水比的变化直接决定了SPDB中有机碳源的释放和反硝化效能的优劣.     

PHBV生物滤池深度脱氮过程中抗生素环丙沙星的同步去除规律及影响因素

固相碳源是反硝化生物滤池深度脱氮过程中抗生素被同步去除的关键影响因素之一。选取典型抗生素环丙沙星（CIP）为研究对象,搭建固相碳源-聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）反硝化生物滤池,重点考察不同浓度CIP条件下系统的出水水质和微生物群落结构特征变化。结果表明：秋季适宜温度（3~27 ℃）条件下,当进水CIP浓度低于300 μg/L 时,NO₃ ⁻-N和CIP去除率均超过了95%;冬季低温（−8~12 ℃）条件下,当进水CIP浓度为1 000 μg/L时,NO₃ ⁻-N和CIP去除率分别为60%和49%。微生物群落结构特征分析显示,变形菌门（Proteobacteria）和丙型变形菌纲（Gammaproteobacteria）分别为最优势门和纲,其中Gammaproteobacteria良好分泌胞外聚合物的特征使其对抗生素具有耐药性。尽管系统长期暴露于CIP中,系统中反硝化菌属物种依然保持较高的相对丰度,其中最优势反硝化菌属脱氯单胞菌（Dechloromonas）在系统纵向沿程中的相对丰度均超过5%,最高达10%。研究证实PHBV反硝化生物滤池是实现深度脱氮并同步去除抗生素的有效技术,同时也为反硝化生物滤池在实际工程中低温运行提供一定的数据支撑。

     

固相反硝化去除循环水养殖系统中的硝酸盐

循环水养殖与传统养殖方式相比,具有节水、节地、高密度集约化和排放可控的特点,符合可持续发展要求,是水产养殖业发展的必然趋势。水处理技术是决定循环水养殖系统能否稳定运行的关键技术。利用常规水处理技术(生物过滤)可以有效去除循环水产养殖系统中的氨氮、有机物和亚硝酸盐,使水质得到一定程度的净化,但常常造成硝酸盐的积累。文章综述了生物反硝化技术去除循环水养殖系统中硝酸盐的研究进展,重点讨论了一种新型的脱硝技术—固相反硝化的原理、影响因素及应用现状,并对其未来的核心研究方向进行了展望。     

前置反硝化-硝化生物滤池工艺物料平衡分析

针对前置反硝化(DN)-硝化(CN)生物滤池工艺进行碳(COD)、氮、磷平衡分析,建立了该工艺的物料衡算方法。分析结果表明:DN池中反硝化的碳源主要是甲醇,占DN池反硝化碳源量的70.8%。入流总氮中有13.7%通过CN池的同步硝化反硝化过程去除;入流COD中有46.4%通过CN池中异养菌的好氧氧化去除;入流磷总量约有75.9%被微生物利用。CN池中硝化过程耗氧量为29.0%,占供氧量的比例最大。     

黄铁矿生物滤池氮磷同步深度处理特性及微生物群落结构

以黄铁矿为生物滤池的主要填料,对含低浓度NO₃--N和PO₄3--P废水进行同步脱氮除磷处理,探讨其启动过程中污染物转化特性及其功能微生物变化。结果表明:经过30 d的运行可实现生物滤池同步脱氮除磷,TN最大去除速率可达到70 g/(m3·d)。HRT控制在6 h以内,可避免NO₂--N的大量产生。出水ρ(TP)可降至0.2~0.4 mg/L,HRT对滤池中磷的去除几乎未产生影响。SEM-EDX和磷形态分析表明,废水中磷主要是以铁磷化合物的形式去除。功能微生物群落分析表明,硫自反硝化过程的主要功能微生物为Thiobacillus(27.6%)、Sulfurimonas(11.8%)、Thiohalobacter(10.9%)。在有机碳源缺少条件下,该系统是同时从废水去除NO₃--N和PO₄3--P的有效途径。     

低浓度环丙沙星对曝气生物滤池生物膜硝化过程及硝化微生物的作用影响

以曝气生物滤池(BAF)作为研究对象,考察了低浓度环丙沙星(CIP)对其生物膜微生物硝化过程及其功能微生物的作用影响,采用荧光定量PCR方法定量检测分析了4种环丙沙星抗性基因(CIP-ARGs)在硝化作用过程中的丰度变化,并探讨了其与硝化微生物之间的相关关系.结果表明,CIP对生物膜氨氧化阶段影响较小,但对亚硝酸盐氧化阶段具有一定抑制作用.通过对氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB,包括Nitrobacter和Nitrospira)的定量检测结果分析可知,CIP对生物膜亚硝酸盐氧化转化过程的抑制主要是通过对Nitrobacter和Nitrospira的抑制实现的.此外,CIP的加入对生物膜中aac和qepA抗性基因的变化影响较小,但对parC和oqxB的影响较大.通过相关性分析可知,Nitrobacter与parC之间具有显著相关性,Nitrospira与oqxB之间同样具有显著相关性,推测生物膜中不同硝化微生物的遗传因子中可能携带有CIP-ARGs.     

4种不同工况生物滤池净化效能与微生物特性分析

为了从微生物层面探讨曝气、挂膜周期、池形(或流态)改变对生物滤池净化效率的影响,试验设计了4种不同工况的生物滤池,即MAVF、NAVF、NVF、BHF,其中前三者为垂直流滤池,最后一种为折流式水平流滤池. 4组滤池框架和滤料相同,MAVF与BHF串联,且于试验前期运行1 a,NAVF及NVF为新启用滤池. 4组滤池采取同步序批式运行,其中MAVF、NAVF进行间歇曝气,其余两组未曝气.于新启用滤池挂膜阶段,对4组滤池同步处理生活污水的净化效率进行持续监测,并于挂膜结束后采集基质样品分析滤池微生物群落结构特征.结果表明,3组垂直流滤池的净化效率显著高于水平流滤池;曝气显著提高了滤池的净化效能,但与滤池微生物成熟度相比,前者的影响更弱. 4组滤池内均无明显的硝氮、亚硝氮积累,反硝化进行得很彻底. 16S r DNA高通量测序分析表明,4组滤池的多样性指数高低是BHF MAVF NAVF NVF,表明滤池愈成熟,多样性指数愈高. 4组滤池内微生物以兼性异养菌为主,且以异养反硝化脱氮菌最为丰富. NVF及BHF滤池内发生了异养硝化过程,曝气促进了滤池内好氧硝化菌的富集. 4组滤池内均未检测到好氧聚磷菌,磷的去除以反硝化聚磷为主.试验工况下,滤池对总氮的去除率不高主要归结于滤池内尚未富集到自养硝化菌或其丰度不高,后者导致滤池的氨氧化能力有限,进而影响总氮去除.以上研究结果表明,不同工况的调整会影响到生物滤池的氧化还原状态和功能菌富集,进而最终影响净化效率.     

两段曝气生物滤池的同步硝化反硝化特性

采用两段曝气生物滤池进行了实际生活污水的试验研究,控制 A 段水力负荷在 22.01m³/(m²d),气水比为 6:1,研究了 B 段气水比分别为 3:1、2:1 和 1:1 时,反应器的运行情况.结果表明,两段曝气生物滤池处理生活污水的出水稳定,当 B 段反应器的气水比为 2:1 时,去除效果最佳.B段具有明显的同步硝化反硝化特征,当气水比较低时主要进行短程的同步硝化反硝化.对B段反应器0.9m高度处的生物膜进行了静态试验,结果表明,生物膜的比硝化速率为 1.458mg NH₃-N/(gMLSS·h);当 DO 和 pH 值等影响因子适宜的情况下,有机碳源的存在不影响硝化作用的进行;反硝化过程中,对亚硝酸进行反硝化的速率比对硝酸盐进行反硝化的速率高 1.15 倍,缩短了反硝化所需时间.     

固相反硝化反应器对含盐水体脱氮效率的预测模型

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)颗粒作为反硝化固体碳源和生物膜载体的填料床反应器处理含盐水体的脱氮效果表明,在温度在(29±1)℃的条件下,反应器对含盐水体中NO3--N具有良好的反硝化性能.以NO3--N去除率为响应值,利用响应曲面法考察进水硝酸盐浓度和水力停留时间对脱氮效率的影响.因素分析表明,进水NO3--N和HRT...     

曝气生物滤池的短程硝化特性

通过控制进水pH值实现曝气生物滤池的短程硝化。工艺运行结果表明,对于进水pH值为8.22~8.57,NH4+-N平均容积负荷为0.5 kg/(m3.d),水温为17.5~20.2℃,曝气生物滤池溶解氧质量浓度平均为4.5 mg/L的条件下能够同步实现95%的NH4+-N去除率和80%的NO2--N积累率。通过分析FA和FNA沿滤池高度的变化特征,发现滤池底部(0~5 cm)区域短程硝化反应主要由FA控制,中部(5~15 cm)区域是由FA和FNA共同掌控;而上部区域(15~50 cm)则是由FNA控制,FNA沿滤池高度的快速增加是确保工艺实现稳定亚硝酸盐积累的重要原因。     

外加固体缓释碳源的两段反硝化工艺脱氮性能

传统生物脱氮工艺处理废水过程中,出水硝态氮(NO3--N)浓度过高是导致总氮(TN)超标的主要原因.通过采用外加碳源提高碳氮比(C/N),强化反硝化过程可有效解决这一难题.利用基于两段反硝化工艺原理研发设计的一体化脱氮反应器,通过在第二段反硝化池投加聚丁二酸丁二醇酯(PBS),采用扫描电子显微镜,对反硝化过程前后PBS...     

HABR系统实现固相异养与单质硫自养集成反硝化试验

采用连续流运行方式,将含NO₃--N的原水依次通过HABR(复合式厌氧折流板反应器)内添加木屑(第1系统)和硫磺颗粒(第2系统)的2个系统,在温度为(25±1)℃的条件下,将NO₃--N容积负荷由72g/(m3·d)逐渐提高至80和96g/(m3·d),在不需投加传统型外加碳源的条件下实现了固相异养与单质硫自养的集成反硝化. 结果表明:进水NO₃--N容积负荷为96g/(m3·d)时,系统NO₃--N总去除率达到99.0％,第1系统和第2系统对NO₃--N的去除率贡献各为50.0％;系统出水ρ(COD_Mn)为5.74～10.05mg/L,ρ(SO₄2-)为405～870mg/L,并且没有NH₄+-N和NO₂--N的积累. 第1系统产生的碱度能部分中和第2系统内产生的酸,进水、第1系统、第2系统出水pH分别为7.5、7.5～7.6、6.5～7.2,使硫自养反硝化系统呈现出较强的pH平衡能力,不需外加石灰石调节碱度即可为反硝化细菌提供较适宜的中性生存环境. 系统在pH平衡能力和NO₃--N去除效果2个方面均表现出良好的协同作用,并且通过集成反硝化作用弥补了2个系统单独运行时反硝化过程效率低的缺点,较传统异养型生物反硝化降低了运行成本.      

含硝氮废水的好氧反硝化处理及其系统微生物群落动态分析

利用好氧反硝化细菌强化生物陶粒反应器处理含硝氮废水,探讨了生物陶粒反应器中好氧反硝化生物脱氮的实现过程,并运用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)对微生物菌群结构稳定性进行了分析.结果表明,在水力负荷0.75 m/h,气水比5∶1～10∶1,水温15～23℃,进水COD负荷1.92～5.98　kg/(m³·d),硝氮负荷0.60～1.34 kg/(m³·d)的条件下,生物陶粒反应器在稳定运行阶段可以基本实现对硝酸氮的完全去除,对总氮的去除率最高可达95.73％,出水中亚硝酸盐一直保持在较低水平.PCR-DGGE指纹图谱显示,微生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的特征.在整个运行阶段,好氧反硝化菌群X31在反应器中稳定存在,并始终是优势菌群.     

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）为反硝化固体碳源的脱氮特性研究

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为固体碳源和生物膜载体,研究其脱氮性能以及添加惰性载体砾石对反应性能的影响.结果表明,PBS可作为反硝化固体碳源去除低C/N水体中的硝酸盐氮,但是所需的启动时间较长,为33 d左右.反硝化过程不会造成亚硝酸盐氮积累,但是会产生低于0.8 mg·L-1的氨氮.在PBS为碳源的反硝化体系中添加惰性载体来增加生物膜量,可以提高反硝化速率,PBS、PBS+30 g砾石、PBS+60 g砾石、PBS+90 g砾石4个体系的反硝化速率分别为5.33、7.04、10.05和6.93mg·(L·h)-1,反应均为零级反应.反硝化反应过程中(0~9 h),溶解性有机碳(DOC)先升高后降低,反应结束时(24 h),添加惰性载体砾石60 g和90 g体系的DOC分别为16.34 mg·L-1和19.22 mg·L-1,高于未添加砾石体系的13.48 mg·L-1.4个反硝化体系的pH值均低于初始值,是固体碳源降解过程中产生的酸性物质与反硝化产生的碱度综合作用的结果.     

反硝化抑制硫酸盐还原的工艺特性

本实验通过建立一套两级串联UASB反应器研究油田集输系统及高含盐量废水中反硝化抑制硫酸盐还原的工艺处理特性,并在工艺稳定运行后对形成的颗粒污泥性状及微生物特性进行研究.结果表明,添加Na NO2可促使反应体系中反硝化细菌(denitrifying bacteria,DNB)数量由7.0×103CFU·(100 m L)~(-1)增加至7.3×105CFU·(100 m L)~(-1)并保持稳定,DNB对硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)的竞争抑制作用导致SRB数量由8.0×105CFU·(100 m L)~(-1)减少,稳定至7.6×104CFU·(100 m L)~(-1),同时,硫酸盐还原过程被抑制,硫离子的抑制率不断增加,最终稳定至82%.生物量与亚硝酸盐的质量比为1 200时,反应体系对S2-的抑制率最高,达到92%,可实现较好的硫酸盐还原过程抑制效果;该工艺对其抑制率可保持在92%左右,具有较好的稳定性.形成的反硝化颗粒污泥为棕褐色,基本为椭球形和球形,表面光滑且密实.反硝化抑制前,颗粒污泥的粒径多分布于1.0~1.4 mm,平均粒径为1.17 mm,经反硝化抑制后,粒径多分布在1.2~1.6 mm,平均粒径为1.21 mm,反硝化抑制过程促进污泥粒径的小幅增加;形成的反硝化颗粒污泥平均沉速为47.6 m·h~(-1),沉降性能较好.PCR-DGGE分析结果表明,反硝化抑制作用使微生物菌种由18种减少至14种,优势菌种由4种减至3种,多样性降低,反硝化抑制前后微生物种群相似性为62.6%,种群结构发生较大改变,优势菌群由SRB演变为DNB,SRB优势菌种由4种减至2种,同种菌的丰度明显降低;反硝化抑制过程的主要功能菌为Uncultured Sulfurimonas sp.,是一种自养型反硝化细菌,与SRB抢夺电子并占优势,抑制硫酸盐还原过程及SRB生长繁殖,从而抑制硫化物的产生.     

地下水生物反硝化的纤维素碳源选择研究

硝酸盐污染已迅速发展为重要的环境问题,硝酸盐污染的现有传统治理和去除技术目前主要有物理法、化学法和生物法,本文利用纤维素作为固态有机碳能满足反硝化细菌所需的碳源,综述利用固态纤维素作为反硝化碳源的研究现状,从而选取5种合适的天然纤维素作为反硝化细菌碳源来研究在缺氧状态下对20mg／LNO3--N的地下水的降解效果。结果表明,利用固态香樟叶纤维素作为碳源去除NO3--N的效果较明显,其次为稻草;并且纤维素作为生物反硝化碳源具有成本低廉、易获取、不需经常补充的优点。     

厌氧氨氧化耦合反硝化工艺的启动及微生物群落变化特征

为了解厌氧氨氧化耦合反硝化启动过程中脱氮除碳性能与微生物群落的关系,通过逐步提高进水COD浓度研究了SAD启动过程中脱氮除碳性能和微生物群落变化.结果表明,随着进水COD浓度增加,出水NH_4~+-N和NO_2--N的浓度保持稳定,平均去除率均在98%以上; TN去除率逐渐升高,第3阶段TN平均去除率为95. 6%,比厌氧氨氧化理论TN去除率高6. 8%;ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N明显下降,从0. 15～0. 17逐步降至0. 03～0. 07;厌氧氨氧化脱氮贡献率逐渐下降,反硝化脱氮贡献率逐渐上升,COD去除率逐步增加.污泥活性分析表明SAD启动后污泥反硝化活性明显增加,厌氧氨氧化活性略微降低.高通量测序结果表明,反应器内微生物的优势菌门为绿弯菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、装甲菌门和变形菌门,微生物群落特征与SAD脱氮除碳性能密切相关,与脱氮除碳有关的功能微生物主要有厌氧氨氧化菌、厌氧消化菌和反硝化菌,SAD启动后反应器内厌氧氨氧化菌丰度减少,厌氧消化菌和反硝化菌丰度明显增加.     

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。     

利用固相反硝化同时去除水中硝酸盐和4-氯酚

研究了固相反硝化技术同时去除水中硝酸盐和4-氯酚的可行性.结果表明,以可降解餐盒为碳源和微生物附着载体进行异养反硝化,能有效去除水中的硝酸盐.在批式实验条件下,当NO^-₃-N初始浓度为50 mg/L时,平均反硝化速率为24.0 mg/(L·h).当4-氯酚浓度低于30 mg/L时,对反硝化脱氮有促进作用;大于40 mg/L时,对反硝化有抑制作用.在反硝化条件下,当4-氯酚的初始浓度分别为5 mg/L和30 mg/L时,8　h后其去除率分别为90%和71%,4-氯酚的去除是由于可降解餐盒的吸附作用及附着微生物的降解作用.