管网多相界面下抗生素抗性菌的分布特征研究

以CDC生物膜反应器模拟给水管网输配系统,探究管网水相、生物膜相和颗粒物相三相界面下6种典型抗生素抗性细菌的分布特征.反应器稳定运行30d后,出水余氯从0.66mg/L下降到0.26mg/L,出水浊度和颗粒物浓度分别从进水的0.08NTU和377counts/mL增高至0.86NTU和4151counts/mL,出水水质变差.进水中仅有红霉素和氨苄西林的抗性细菌的数量较高,分别为36和99CFU/100mL,出水中,链霉素和氨苄西林的抗性细菌数量最高,分别为432和155CFU/100mL,远远高于进水中抗性细菌数量.生物膜相中异养菌总数和细胞总数达到了4089CFU/cm~2和1.5×10~6cells/cm~2,链霉素和红霉素的抗性细菌数量较高,为3432和2508CFU/cm~2,其抗性细菌比例分别达到了83.9%和61.4%.颗粒物相中,氯霉素和氨苄西林的抗性细菌比例较高,都在45%左右.生物膜和颗粒物都会给细菌提供一个安全稳定的生长场所,使细菌能够抵抗残留消毒剂和部分抗生素的抑制作用,更易产生耐药性,对人体健康的威胁也更大.     

预氯化对管道生物膜净水效能影响及性能恢复

以环状膜生物反应器BAR模拟实际输水管道,研究了预氯化对管壁生物膜净水效能的影响及其性能恢复过程.结果表明:冲击性加氯后生物膜中异养菌数量迅速降低,几乎检测不出氨氧化细菌,然而,短时的冲击利于生物膜更新,增加了细菌生长潜能,恢复运行240h及144h之后预氯化生物膜中异养菌和氨氧化细菌数量均高于对照组.氯冲击明显降低了生物膜对氨氮的去除效果,余氯为0.5,1.5,3.0mg/L的BAR对氨氮去除率由对照组的79.01%分别降到32.10%、14.46%和9.88%,并出现了显著的亚硝酸盐氮积累,恢复运行120h和216h,管道生物膜即可恢复对氨氮和亚硝酸盐氮的去除效果.余氯量达到1.5mg/L时造成出水总磷浓度升高,恢复运行264h之后4台BAR对总磷的去除率均达到20%以上.氯对生物膜的氧化作用使得出水高锰酸盐指数升高,运行192h之后生物膜净水效果恢复.     

氯胺消毒对铜和不锈钢管壁生物膜的控制作用

以松花江为水源的哈尔滨某水厂出厂水为研究对象,采用生物膜培养反应器(rotating annular bioreactor, RAB)模拟给水管网系统,考察了氯胺对铜和不锈钢2种管材上生物膜的控制情况.结果表明,在无氯胺情况下运行时,铜和不锈钢挂片上的生物膜在第18d和21 d达到最大值,其生物量分别为5.5×１０³ CFU/cm²和2.5×１０⁵ CFU/cm²,生物膜达到稳定时生物量分别为1.0×１０³ CFU/cm²和1.3×１０⁵ CFU/cm²,铜挂片上的生物量明显低于不锈钢.反应器在有氯胺状态下运行时,铜和不锈钢挂片上最大生物量为5.0×10² CFU/cm²和5.0×１０⁴ CFU/cm²,分别低于无氯胺情况下1个数量级,达到稳定状态时,其生物量分别为10 CFU/cm²以下和3.5×１０⁴ CFU/cm²,说明氯胺对处于稳定状态的生物膜具有一定的控制作用,对铜挂片上的生物膜具有更明显的控制效果.对消毒剂投量、管材和管壁生物膜HPC进行分析可知,生物膜HPC与余氯胺具有良好的指数相关关系,增加氯胺投量可以降低生物膜HPC数量,氯胺和铜挂片对管壁上的生物膜具有协同灭菌作用.     

炭膜曝气生物膜反应器硝化作用及其微生物群落结构分析

采用炭膜曝气生物膜反应器处理无机含氮废水,通过改变进水氨氮浓度和水力停留时间,研究了反应器硝化性能、氧利用情况以及氨氮去除负荷,并对生物膜表面特性和硝化菌优势菌种进行分析.结果表明, 在膜内气压0.017 MPa,进水NH⁺₄-N 50 mg/L,HRT为8 h条件下,NH⁺₄-N去除率达到96%,出水NO^-₂-N平均为17 mg/L,一定程度上实现了短程硝化,炭膜所供给氧气被生物膜全部消耗;系统比表面氨氮最大去除速率为9.7 g/(m²·d),炭膜表面有限的生物量制约了去除速率的进一步提高; 荧光原位杂交技术分析揭示生物膜内亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）和亚硝化螺菌（Nitrosospira）为亚硝化细菌优势菌种,分别占细菌总菌数的19%和21%,硝化螺菌（Nitrospira）为硝化细菌优势菌种,占总菌数的20%,未检测到硝化杆菌（Nitrobacter）的存在.     

三维电极生物膜反应器全程自养脱氮的启动研究

采用人工配制氨氮废水,对三维电极生物膜反应器进行全程自养脱氮的启动研究.反应器中阳极采用钌涂层钛棒,在阳极区电解水产氧供硝化菌进行硝化反应;阴极采用活性炭纤维毡,并在阴极区填充活性炭颗粒构建三维电极,在阴极区电解水产氢供反硝化菌完成反硝化过程.在进水NH₄⁺-N浓度30 mg·L^-1、温度30 ℃、HRT为24 h的试验条件下,通过调节DO和 pH实现对硝化和反硝化反应的控制.结果表明,经过挂膜、驯化、稳定这3个较为典型的阶段后,反应器对NH₄⁺-N去除率达到了97.8%,TN的去除率为92.4%,成功实现了三维电极生物膜反应器全程自养脱氮的启动.扫描电镜结果显示,阴极活性炭纤维毡表面的细菌主要为短杆状假单胞菌,活性碳颗粒表面的细菌为微球反硝化细菌,同属氢自养反硝化细菌,反应器中稳定的自养脱氮系统逐步建立.     

陶粒柱反应器生物膜特性的研究

为了对饮用水低温生物预处理技术的应用与开发提供实验依据,在利用陶粒柱连续流生物反应器,于低温（水温2～5℃）季节,对某水源水进行预处理的同时,研究与探讨了陶粒生物膜的特性。结果表明,反应器不同高度载体表面生物膜量不同;构成陶粒生物膜的微生物有细菌、丝状菌、球衣细菌、硅藻、单体钟虫以及属于后生动物的线虫等;反应器内生物陶粒的活性细菌数目（ABN）大约在10⁵～10⁸个/cm³范围内;在陶粒生物膜中分离到６种优势菌属,其中假单胞菌属（Pseudomonas）占绝对优势,它们可能是反应器在低温条件下有效去除微量有机物的主要细菌。     

生物过滤氧化反应器中的微生物特性研究

采用沿程取样分析的方法,对生物过滤氧化反应器不同位置中的微生物特性进行了研究,结果表明,沿水（气）流方向,陶粒上附着的生物膜与陶粒间的生物絮体的量都是逐渐减少,生物絮体的氧呼吸率也随之下降,但生物膜的氧吸收率没有明显的变化。沿水（气）流方向,生物膜生物活性是逐渐升高的,而生物絮体生物活性总体逐渐下降。对生物膜的活性细菌数目（ABN）分析表明,在反应器内不同位置,异养菌与自养菌数量是交替变化的。在进水端,异养菌占据绝对优势,其数量是自养菌的近1000倍,随着床层向出水端靠近,异养菌数目减少,自养菌数目增多,在出水端附近,自养菌是异养菌数目的10倍多。     

生物脱氮新技术在垃圾渗滤液工程化处理中的应用

针对渗滤液中高浓度氨氮的处理问题,采用厌氧折流板反应器（ABR）和复合生物膜（HBR）组合工艺对广州市大田山垃圾渗滤液生物处理系统进行改造.具体分析了工程改造后厌氧折流板反应器和复合生物膜反应器的氨氮处理效果及其微生物的状况.现场采用ABR-HBR组合生物脱氮工艺,通过合理控制HBR的溶解氧浓度,并将HBR出水以大比例回流到ABR,以促进部分硝化和厌氧氨氧化过程的发生.结果表明,在进水氨氮浓度高达336.24～685.09 mg/L的条件下,启动60　d后,ABR反应器成功地培养了厌氧颗粒污泥和厌氧氨氧化细菌,其平均氨氮去除率为34.9%.ABR反应器稳定运行30 d后,HBR反应器中氨氧化细菌的数量(MPN)高达6.4×10⁷ 个/mL,其平均氨氮去除率为95.1%.经组合工艺整体处理后,系统出水氨氮浓度稳定在25　mg/L以下,总氮的去除率也高达80%以上.     

SNAD工艺在不同间歇曝气工况下的脱氮性能

探讨了城市污水SNAD生物膜反应器在高溶解氧工况下的脱氮性能.SBR反应器以城市生活污水为进水,反应器内放置鲍尔环生物膜载体,控制温度为30℃,采用间歇曝气方式,曝气阶段曝气量为500L/h,溶解氧浓度达5mg/L.阶段1控制曝气和非曝气时间都为20min,生物膜的NOB活性较低,反应器具有良好的脱氮性能.反应器的总氮平均去除率和出水总氮浓度平均值分别为89%和llmg/L.阶段2、阶段3和阶段4研究了曝气时间对反应器脱氮性能的影响.曝气时间对生物膜的厌氧氨氧化活性影响较小,对生物膜的NOB活性影响较大.阶段3控制曝气时间为60min,生物膜的NOB活性较低,反应器的总氮平均去除率和出水总氮浓度平均值分别为83%和14mg/L.阶段4控制曝气时间为160min,生物膜的NOB活性较高,反应器的总氮平均去除率降低至50%,出水总氮浓度平均值为35mg/L.     

悬浮载体生物膜内硝化菌群空间分布规律

利用16S rRNA寡核苷酸探针荧光原位杂交和共聚焦激光扫描显微镜联用技术,对悬浮载体生物膜内硝化菌群的空间分布规律进行了分析.试验采用3组结构完全相同的悬浮载体生物膜反应器,每个反应器的曝气区为6L,沉淀区为2L,水力停留时间为1.0h,3个反应器的进水COD/NH₄⁺-N分别为15、10和5,从反应器中取出载体颗粒表面的生物膜进行分析,研究各反应器中生物膜的微生物群落结构的变化规律.结果表明,SCBR内载体表面生物膜的总体厚度在80～120μm左右,氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌主要分布在生物膜表面的20～30μm左右范围内.随着进水中COD/NH₄⁺-N的增加,氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌在整个生物膜中所占的比例逐步下降.     

氯/氯胺和紫外顺序消毒对管网抗性基因的去除

为探究供水系统中氯/氯胺与低压紫外顺序消毒对抗生素抗性基因(ARGs)分布特征的影响,采用生物膜反应器模拟供水管网,对管网出水和生物膜进行60mJ/cm²低压紫外线(254nm)消毒,并利用高通量定量PCR技术检测模拟管网进、出水及生物膜内的典型ARGs和遗传原件(MGEs).结果表明,管网反应器运行150d,氯和氯胺管网出水ARGs总相对丰度分别为0.13和0.137,生物膜ARGs分别为2.45和0.277,表明供水管网中低剂量的氯或氯胺可有效降低水相和生物膜相中ARGs的相对丰度达90%,且氯胺消毒对生物膜中的ARGs控制作用更显著.氯和氯胺消毒后管网出水再经低压紫外线照射后,ARGs相对丰度分别为0.0682和0.0537,管网生物膜中ARGs的相对丰度分别为2.01和0.194.ARGs与MGEs间的相关性发生显著变化,转座子与strB和mepA的相关性增强,与ermX和tetM相关性减弱,而整合子与acrF、cmlA1-01、oprJ及tolC-01的相关性增强.研究表明,将紫外线消毒工艺设置在用水终端可以显著降低氯和氯胺管网水中ARGs丰度,但对管网生物膜中的ARGs影响较小.     

超滤膜技术在冶金废水深度处理中的应用研究

以五矿营口中板厂废水处理工程的预处理出水作为研究对象,建立超滤处理单元的试验装置,对超滤膜工艺运行的参数、影响因素及膜污染因子和清洗方法进行了研究。结果表明：超滤膜技术对废水中的浊度、CODCr及余氯具有良好的去除效果,其出水完全能够满足反渗透工艺的进水要求。     

Effects of inorganic chlorine source on dioxin formation using fly ash from a fluidized bed incinerator

Chlorine source is indispensable for polychlorinated dibenzo-p-dioxin and furan (PCDD/F) formation during municipal solid waste (MSW) incineration. Inorganic chlorine compounds were employed in this study to investigate their effects on PCDD/F formation through heterogeneous synthesis on fly ash surfaces. A fly ash sample obtained from a fluidized bed incinerator was sieved to different size fractions which served as the PCDD/F formation sources. The capability of different metal chlorides which facilitate the formation of PCDDs/Fs was found to follow the trends: Na ＜ Mg ＜ K ＜ Al ＜ Ca, when two particle fractions of ＞177 μm and 104-125 μm were used in the experiments. However, the capability of NaCl, MgCl2 and KCl did not seem much different from each other, whereas CaCl2 and AlCl3 were much more active in PCDD/F formation. NaCl and MgCl2 were relatively effective to produce more PCDDs, while KCl, AlCl3 and CaCl2 generated more PCDFs during heterogeneous reactions occurring on fly ash. 2,3,7,8-TCDF was the most significant contributor to the toxicity of the PCDDs/Fs formed from inorganic chlorine sources. Decreasing the sizes of fly ash particles led to more active formation of PCDDs/Fs when NaCl was used as inorganic chlorine in the experiment. The highest PCDDs/Fs produced from particles with size ＜37 μm, while the lowest PCDDs/Fs produced from particles with size ＞177 μm. The toxicity generally increased with decreasing size of the fly ash particles. The formation of PCDDs was mainly facilitated by the two size fractions, 104-125 μm and ＜37 μm, while formation of PCDFs was favored by the two other size fractions, ＞177 μm and 53-104 μm.     

平板膜MBR处理生活污水试验研究

采用平板膜MBR工艺处理小区生活污水,研究了MBR工艺对COD、BOD、NH4+-N、SS及浊度等去除效果,在进水COD、BOD平均浓度为325mg/L、274mg/L的情况下,出水达到20mg/L和8mg/L,去除率在93%以上,SS及浊度去除率达到100%和98%,NH4+-N去除率79%,出水NH4+-N小于10mg/L。通过研究系统三氮转化可知,该系统没有发生反硝化反应,出水NO2--N和NO3--N浓度较高。通过投加葡萄糖人为改变容积负荷,在容积负荷变化3.2kgCOD/m·3d情况下,系统受负荷冲击影响较小,COD去除率仍能保持在88%以上。通过对膜通量的研究发现,膜通量在连续运行的前3天变化不大,第3天后,膜通量迅速降低,第10天后膜污染达到极限,因此清洗周期设定为3～4天。     

膜生物反应器对白斑综合症病毒的去除研究

研究了不同孔径的膜生物反应器对游离白斑综合症病毒(white spot syndrome virus,WSSV)的截留效果,对不同膜生物反应器的进水、上清液、出水进行荧光定量PCR检测.结果表明,0.45 μm孔径的膜组件对磷酸缓冲液中WSSV的去除量仅0.6 lg;0.22 μm孔径的膜对WSSV病毒的去除量为1.18 lg;0.1 μm孔径的膜对WSSV的去除量为5.5 lg.进一步研究表明,在养殖废水中添加游离的WSSV时,随着时间的延长,膜组件的生物样物质对WSSV去除起了重要的作用;孔径为0.45 μm的膜生物反应器,对WSSV的去除量也达到5.35 lg;3种不同孔径膜生物反应器中运行12h后,对WSSV的去除率并没有显著差异.     

浸没式厌氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液的连续运行性能

厌氧消化是垃圾渗滤液处理的重要技术,常规厌氧工艺在处理过程中存在微生物易流失和出水水质较差等问题。采用厌氧膜生物反应器在中温条件下处理垃圾渗滤液,考察了废水降解性能和膜过滤性能。连续100 d的反应器运行实验表明:在水力停留时间为10 d,COD容积负荷平均为5.63 kg/(m3·d)的条件下,系统运行稳定,平均COD去除率达到92%,膜出水总挥发性脂肪酸浓度低于200 mg/L,pH稳定在7.95左右。在膜通量为6 L/(m2·h)下,连续62 d内的膜压增长缓慢,未出现明显的膜污染。批次产甲烷试验结果表明:渗滤液产甲烷潜能达到305 mL/g TS,与连续运行实验296 mL/g TS的产气效果接近,沼气中甲烷浓度可高达70%~80%。产气达到90%和95%的潜能分别用时2.5,3.1 d,说明反应器有进一步缩短水力停留时间的可能性。反应器驯化的厌氧活性污泥对乙酸有较好的耐受性,在乙酸浓度为10000 mg/L时,产气迟滞期仅为1.4 d。综合来看,长期运行厌氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液具有较好的COD去除效果、运行稳定性和膜过滤性。     

Suspended particle effects on ClO2/ultraviolet light combined disinfection of effluent

The concentration of suspended solids of effluent often varies in a wide range, therefore the dose of ultraviolet light （UV） in disinfection process needs to be adjusted to meet the disinfection criterion at a high frequency, and the desired disinfection effect is difficult to be ensured. The particles size and particle-associated fecal coliform （F.C.） contribution, and their influence on UV disinfection were investigated when ClO2 and UV combined disinfection process was used. The results showed that suspended solids content had a major impact on UV disinfection efficiency, especially the large particle size fraction. Particles （D〉10μm） associated F. C. were difficult to be disinfected and were the main part of the railings of F.C. inactivation curve. Pre-ClO2 oxidation could reduce the number of particles in effluent, and make large particles decrease to small ones. Therefore, the influence of particles on UV disinfection could be reduced after pre-ClO2 oxidation, and the resistance ability to particle loadings of combined process was enhanced. Moreover, the combined process has a lot of advantages, such as low toxicity, low operational/maintenance costs; it is also convenient to be established in the existing wastewater plant or the new planned one.     

ClO2消毒工艺对污水处理厂出水超级耐药基因的影响

为了研究二氧化氯（chlorine dioxide,ClO₂）消毒工艺对污水处理厂出水中超级耐药基因（super antibiotic resistance genes,SARGs）的去除效果,对污水处理厂出水消毒前后的水样进行了全年采集,并采用微孔滤膜正压过滤法及核酸吸附柱-洗脱法分别富集水中细菌和胞外核酸后,利用荧光定量PCR技术对其中的9种SARGs进行定量检测.结果表明,无论是胞内还是胞外核酸,均有NDM-1、MCR-1 和MEC-A被检测出;同时,ClO₂消毒后上述3种SARGs的胞内相对总浓度明显上升（P<0.05）,且ClO₂消毒对胞内SARGs相对浓度的影响与季节有关,其中春季、夏季和秋季均发生上升,且春季升高最为明显,达2倍,而冬季出水在消毒前后均未测出胞内SARGs;胞外SARGs则在ClO₂消毒前后没有明显浓度变化.因此,ClO₂消毒不能有效去除污水处理厂出水中胞内和胞外SARGs污染.     

不同深度处理工艺再生水中余氯衰减规律及溶解性有机物变化特性比较

考察了余氯在不同深度处理工艺再生水中的衰减规律,并利用紫外-可见吸收差光谱和三维荧光光谱对余氯衰减过程的有机物变化进行了初步解析.结果表明,再生水中的余氯衰减迅速,加氯前0.5 h内的氯消耗占8 h内氯消耗的50%以上.混凝出水水样的余氯衰减速率大于超滤出水和臭氧出水.加氯后,混凝出水和超滤出水的紫外-可见吸收差光谱在230 nm和280 nm附近出现特征峰,表明余氯衰减过程中,水中具有不饱和键和生色团的物质被破坏.臭氧出水在波长230 nm附近出现特征峰.加氯使再生水的荧光强度减弱,混凝出水中腐殖质类物质荧光强度的降低程度大于超滤出水和臭氧出水,表明该类物质可能是影响余氯衰减速率的主要物质.     

起始pH值对生物产酸处理洗毛废水的影响

采用10 L搅拌釜式生物反应器(STR),研究了化学酸(4.5　mol·L^－1硫酸)预酸化和生物酸化废水预酸化对生物产酸法处理洗毛废水的影响.结果表明,预酸化处理可大大缩短生物产酸法处理洗毛废水的时间. 其中利用生物酸化废水回流代替无机酸调节洗毛废水pH效果更好,当调节起始pH为5.20时,仅需要1.5 d便可以完成处理周期,比不预酸化的对照(需要9 d)缩短7.5 d的处理时间,COD去除率高达91%. 研究进一步表明, 生物酸化废水预酸化能取得很好的处理效果主要是由于预酸化降低了体系pH,有利于硫杆菌的活性大幅度提高,同时大大消减了待处理废水的缓冲容量,更重要的是大量增加了硫杆菌数量所致. 因此采用生物酸化废水回流有利于难处理的洗毛废水生物酸化法处理的连续运行并具有良好的应用前景.