两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化与异养反硝化高效耦合脱氮

通过连续流实验研究了低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化颗粒污泥与异养反硝化菌的耦合脱氮性能,同时采用批试实验考察耦合系统中的氮素转化及去除途径。结果表明:采用低浓度乙酸盐对厌氧氨氧化颗粒污泥进行驯化,可以实现厌氧氨氧化与异养反硝化的高效耦合脱氮。系统在稳定时期,进水NH_4~+-N为30~40 mg·L~(-1)、NO_2~--N为45~55 mg·L~(-1)、CH_3COONa为60~80 mg·L~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N和TN的去除率分别为93.84%、94.62%和86.46%。耦合系统中的颗粒污泥同时存在厌氧氨氧化特性、硝化特性和反硝化特性。颗粒污泥表现出良好的厌氧氨氧化特性,总氮去除速率为12.46 mg·(g MLSS·h)~(-1)。系统中存在的硝化细菌可以消耗进水中的溶解氧从而缓解溶解氧对ANAMMOX菌的抑制,其中AOB活性高于NOB活性。系统中颗粒污泥对硝氮的反硝化作用强于对亚硝氮的反硝化作用,亚硝氮反硝化和硝氮反硝化的降解速率分别为1.89和3.59 mg·(g MLSS·h)~(-1)。当亚硝氮和硝氮同时存在时,反硝化菌优先将硝氮还原成亚硝氮。     

有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响

养殖沉积物中反硝化作用对于缓解氮污染有重要的作用,沉积物中的反硝化和厌氧氨氧化菌可将化合态氮转变为氮气,从而有效降低污染,有机碳在该过程中有着重要的作用。为了解有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响,采取理化分析和分子生物学分析等方法,以养殖池塘沉积物为基质、人工配水为营养液,添加不同浓度的淀粉,分析120 h内底物亚硝氮(NO_2~--N)、硝氮(NO_3~--N)、氨氮(NH_4~+-N)和TOC浓度,并对反硝化、厌氧氨氧化菌群丰度变化和反硝化菌多样性进行分析。结果表明:淀粉浓度在150 mg·L~(-1)时,NO_2~--N和NO_3~--N的去除率最高,分别达到98.90%和99.86%;NH_4~+-N去除率在淀粉浓度为50 mg·L~(-1)时最高,为35.98%。随着淀粉浓度的增加,反硝化菌的丰度明显增加,但有机碳对厌氧氨氧化菌群具有抑制作用。当淀粉浓度为150 mg·L~(-1)时,反硝化菌的丰度最大、多样性水平最高、物种数目最大,反硝化细菌优势菌属为未分类的变形菌属和β-变形菌属。     

厌氧氨氧化耦合部分反硝化处理低浓度氨氮废水

通过接种厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)与部分反硝化菌(Thauera)形成厌氧氨氧化与部分反硝化耦合处理模拟城镇污水中的氨氮(NH_4~+-N)与硝氮(NO3--N),考察不同NO3--N/NH_4~+-N比对耦合系统脱氮性能的影响及最佳NO3--N/NH_4~+-N比下耦合系统的稳定性和脱氮的途径。结果表明:在COD/NO3--N为2.5、NH_4~+-N浓度为20~40 mg·L~(-1)的条件下,NO3--N/NH_4~+-N比在0.8~1.6的范围内均可实现部分反硝化与厌氧氨氧化协同脱氮,且当NO3--N/NH_4~+-N比为1.2时,耦合效果最佳,对应的NH_4~+-N、NO3--N及总氮(TN)去除率分别为92.85%、99.68%和96.42%;厌氧氨氧化菌在耦合系统中的活性稳定在(4.62±0.44)mg·(g·h)-1(以VSS计),且与反硝化菌存在协同竞争关系,进水NO3--N的84.3%由厌氧氨氧化途径去除,15.7%由异养反硝化途径去除。     

NO对厌氧氨氧化反应的影响

通过在厌氧氨氧化塔式生物滤池内通入不同浓度的NO气体,探究NO对厌氧氨氧化反应的影响。当NO进气浓度升高至4 018 mg·m-3,NO-2-N进水浓度降低至20 mg·L~(-1)时,NO-N在电子受体中的比例升高至78.8%,NO去除速率最高达165.8 mg·d-1,证明厌氧氨氧化菌可以利用NO-N为电子受体进行厌氧氨氧化反应脱除NO。在这一过程中,TN去除负荷与不通入NO时相比下降了74.3%,NO-3-N生成∶NH+4-N消耗比从0.26下降至0.13。当NO进气浓度升高至8 036 mg·m-3时,NO对厌氧氨氧化菌产生了抑制,TN去除负荷和NO消耗速率分别下降了47.1%和69.6%,同时NO-2-N在电子受体中的比例升高至56.9%。实验证明,提高NO-2-N进水浓度能降低高浓度NO对厌氧氨氧化菌的抑制性。     

双重抑制下亚硝化系统的启动及运行特性

采用连续进水(feed-batch)方式的SBR在高氨氮负荷(1 kg·(m~3·d)~(-1))和双重抑制下实现了亚硝化系统的启动及稳定运行。采用荧光原位杂交技术(FISH)对活性污泥中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)种群及数量变化进行测定。结果表明在温度(35±1)℃,进水氨氮浓度为1000mg·L~(-1)的条件下对NOB的抑制由游离亚硝酸(FNA)和DO的双重抑制转变为游离氨(FA)和DO的双重抑制,污泥亚硝酸盐氧化速率由28.16mg·(g·h)(以MLVSS计)降到0.3 mg·(g·h)~(-1)(以MLVSS计)以下,成功实现了高氨氮废水的稳定亚硝化。反应器出水NO_2~--N平均浓度为466.45 mg·L~(-1),NO_2~--N/NH_4~+-N接近1,NO_3~--N浓度低于20 mg·L~(-1),満足厌氧氨氧化(ANAMM0X)的进水基质要求。FISH结果表明,富集培养阶段AOB、NOB的优势种属由亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)及硝化螺旋菌属(Nitrospira)转变为Nitrosomonas及硝化杆菌属(Nitrobacter),抑制过程中NOB逐渐被淘汰最终硝化菌以Nitrosomonas为主,从微生物学角度佐证了亚硝化的稳定运行。     

一株假单胞菌(Pseudomonas)SYBS01降解石油的特性

从石油污染土壤中筛选得到一株石油降解菌SYBS01,鉴定为假单胞菌(Pseudomonas sp.)。通过单因素实验和正交实验进行石油降解条件优化,结果为35℃、170 r·min~(-1),酵母浸粉15 g·L~(-1),KH_2PO_40.5 g·L~(-1),自然pH值。其中氮源为酵母浸粉时对菌SYBS01降解石油的影响最大。添加酵母浸粉后,4 d石油降解率达到85.6%,分别为(NH_4)_2SO_4、NH_4NO_3和尿素的6.7、7.8、2.6倍。进一步分析发现酵母浸粉作为氮源的同时也起到外加营养的作用。在最佳条件下,0.5~5 g·L~(-1)的石油的降解均符合一级动力学模型,且石油浓度为3 g·L~(-1)和4 g·L~(-1)的石油降解半衰期仅为26 h。     

一株嗜热偶氮染料脱色菌的分离鉴定及其脱色特性

从纺织厂的工业废水排污口取样,分离筛选出了一株嗜热的高效偶氮染料脱色菌PDR2。通过形态学、生理生化特征以及16S r DNA基因序列分析等方法对该菌株进行鉴定,发现该菌为厌氧芽孢杆菌,与Anoxybacillus sp(GQ471935)同源性最高。此外,分别考察了菌株PDR2在不同碳源、氮源、p H以及培养温度等条件下对偶氮染料直接黑38脱色性能的影响,在此基础上进一步研究了菌株PDR2对不同浓度直接黑38染料的耐受性。结果表明,菌株PDR2在55℃、p H 6.0且以葡萄糖为碳源,牛肉膏和蛋白胨为混合氮源时其脱色效果最佳,且菌株对偶氮染料直接黑38有着较强的耐受能力,在染料浓度低于0.4 g·L~(-1)时其脱色效果良好。在最佳条件下静置培养24 h时,菌株PDR2对0.1 g·L~(-1)直接黑38染料的脱色率高达92.34%,展出了良好的应用潜力。     

进料浓度对鸡粪连续中温厌氧消化的影响

针对高固体鸡粪厌氧消化运行困难问题,利用完全混合式厌氧反应器(CSTR),通过逐级提高进料总固体浓度(TS)的方法,研究不同进料TS((5.20±0.56)%、(7.24±0.36)%、(9.30±0.26)%和(6.22±0.26)%)的鸡粪连续中温厌氧消化效果。实验结果表明,进料TS由(5.20±0.56)%提高为(9.30±0.26)%,挥发性固体(VS)产气率由(0.64±0.05) L·g~(-1)下降为0.07 L·g~(-1),有机物去除率明显减少,挥发性脂肪酸(VFAs)由(0.53±0.02) g·L~(-1)累积至(1.62±0.02) g·L~(-1),总氨氮浓度(TAN)和游离氨浓度(FA)分别由(1.06±0.11) g·L~(-1)和(0.07±0.02) g·L~(-1)累积至3.40 g·L~(-1)和0.68 g·L~(-1),消化过程受到氨抑制。采用Boltzmann模型对不同氨氮浓度下VS产甲烷率和VS去除率进行模拟,拟合结果表明,TAN升高所引发的FA持续累积导致高固体鸡粪厌氧消化氨抑制逐步形成,与VS产甲烷率相比,VS去除率对氨氮的抑制响应具有滞后性。降低进料TS至(6.22±0.26)%,氨抑制得到有效缓解,但反应器处于"抑制稳定状态"。因此,为保证反应器长期高效平稳运行,建议鸡粪连续中温厌氧消化的进料浓度不超过7.24%。研究为高固体鸡粪厌氧消化的工程化应用提供参考。     

MBBR一体式耦合短程硝化-厌氧氨氧化处理污泥水

采用移动床生物膜反应器(MBBR)处理已回收磷后的实际污泥水,在进水平均氨氮浓度为167.51 mg·L~(-1)、HRT为22.24 h、DO为0.5 mg·L~(-1)和温度为24～26℃的条件下实现了一体式短程硝化-厌氧氨氧化过程的耦合,对氨氮和总无机氮的最大去除率可达96%和79.7%。但是,一体式反应器受DO浓度影响较大,维持稳定的DO浓度对于系统的氮去除非常重要。荧光原位杂交(FISH)及高通量测序结果表明,MBBR的生物膜及活性污泥中Nitrosomonas菌分别占总菌数的10.46%和21.46%,厌氧氨氧化菌的优势菌种Candidatus Kuenenia在生物膜和活性污泥中分别占总菌数的4.13%和0.71%。因此,MBBR中活性污泥主要完成亚硝化,生物膜主要完成厌氧氨氧化,常温条件下,两者在一个反应体系中共同完成了对污泥水中氮的高效自养脱除。以上结果表明了一体式反应器处理实际污泥水的可行性,可为该工艺在实际工程中的应用提供参考。     

厌氧氨氧化工艺的启动及微生物群落结构分析

构建了2个装载不同填料的厌氧污泥床(UASB)反应器(R1:载活性炭的K3填料;R2:普通K3填料),对比研究了2种厌氧氨氧化系统的启动特征、脱氮性能,分析了R1反应器的微生物群落结构变化规律,并对R1不同高程的基质去除特征和微生物群落组分进行了解析。结果发现,R1在第86天启动成功,短于R2的100 d,长期运行后R1和R2的最大氮容积负荷(NLR)分别为2.156和2.122 g·(L·d)~(-1),最大氮去除负荷(NRR)分别达到1.855和1.815 g·(L·d)~(-1)。在R1中,内部基质浓度随高度增加而降低,进水NH_4~+-N浓度较低时(50、100 mg·L~(-1))和较高时(350、450 mg·L~(-1)),基质的去除分别集中在反应器高度0~7 cm和17~37 cm处,而且厌氧氨氧化菌含量与氮去除率间呈正相关关系。另外,R1运行过程中厌氧氨氧化优势菌种由Candidatus brocadia(20 d)变为Candidatus Jettenia和Candidatus Kuenenia的混合菌种(134 d)。     

一株耐汞菌的分离鉴定及其去汞特性

从北京密云水库上游金矿区的富汞土壤中筛选出5株耐汞菌,并观察其在不同汞浓度中的生长情况,发现其中一株最大耐汞水平为25 mg·L~(-1),研究确定了该菌种的去汞最适宜条件为温度30℃,pH=7,并在最佳条件下测定此菌株在初始浓度为10 mg·L~(-1)的汞环境中的24 h汞去除率达到90%以上,且不同温度、pH和汞浓度对其去汞效率有不同程度的影响。经鉴定此菌种为变形假单胞菌(Pseudomonas plecoglossicida),该菌株在治理土壤环境的汞污染问题上具有良好的应用前景。     

三级串联式BCO反应器比耗氧速率及菌群结构分析

以厌氧/缺氧/好氧和生物接触氧化反应器(AAO-BCO)组成的双污泥系统为研究对象,研究了三级串联式生物接触氧化反应器(N1、N2、N3)中有机物浓度对比耗氧速率(SOUR)的影响,同时对比了各级处理单元的硝化特性。实验结果表明,N1、N2、N3分别在有机物浓度低于40、60和40 mg·L~(-1)时,比耗氧速率随有机物浓度的升高而升高。根据比耗氧速率粗略估计了氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌在各级中的百分比,其中氨氧化细菌的百分比分别为43.47%、54.94%和63.83%,而亚硝酸盐氧化菌的百分比分别为11.65%、21.87%和18.23%。由比耗氧速率计算得到氨氮比氧化速率和亚硝酸盐氮比氧化速率,其最高值分别为实际污水处理厂的1.9倍和1.2倍,生物接触氧化反应器中氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化菌菌群更密集,硝化性能更优,且存在明显的亚硝酸盐累积现象(亚硝酸盐浓度为1.52～3.65 mg·L~(-1),亚硝态氮积累率最高可达25%)。     

硫化物抑制亚硝酸氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术

利用硫化物对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用,快速建立短程硝化。通过改变供氧条件,硫化物作为电子供体推动自养反硝化,实现同一序批反应器一体化脱氮。采用序批反应器SBR处理模拟市政污水,在DO浓度(1.5±0.5)mg·L~(-1),硫化物浓度50 mg·L~(-1),温度25℃,水力停留时间12 h的条件下,共运行90 d,控制反应器厌氧低氧时间,达到90%以上的总氮去除率。同时研究了硫化物对短程硝化的抑制作用、最适宜运行p H条件、污泥颗粒大小变化、污泥产生量等。硫化物抑制亚硝酸盐氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术有着反应条件可控性高、短程硝化建立时间短、脱氮效果好等优点,适用于低碳氮比的市政污水处理。     

接种物对厌氧同步脱硫反硝化特性的影响实验研究

分别以厌氧污泥、脱氮硫杆菌菌悬液和厌氧污泥并添加脱氮硫杆菌菌悬液为接种物,以硫化物和硝酸盐为进水基质,考察不同接种物条件下,各反应器的硫化物氧化特性、反硝化特性、生化反应机理及微生物特性。结果表明,在无菌条件下,硫化物不能被硝酸盐化学氧化。接种脱氮硫杆菌菌悬液的2#反应器的硫氧化速率为1.98 g S/(m3.h),停留24 h硫化物的去除率高达97%,脱硫能力最强,该接种条件下以硝酸盐氧化硫化物为主反应,优势菌为杆菌,进水的NO3--N/S应控制在0.4以下,可以实现高效生物脱硫。接种厌氧污泥的1#和3#反应器的脱氮效果比2#反应器好,停留时间为24 h时,硝酸盐的平均去除率为96%。单独接种厌氧污泥的1#反应器的硫氧化速率为1.78 g S/(m3.h),其优势菌为球菌,该接种条件下以硝酸盐氧化硫化物和硝酸盐氧化单质硫为主反应,进水的NO3--N/S应控制在0.8左右。以厌氧污泥联合脱氮硫杆菌为接种物时,硫氧化速率为1.71 g S/(m3.h),反应器以硝酸盐氧化硫化物、硝酸盐氧化单质硫以及异养反硝化为主反应,驯化后优势菌为球形、卵圆形和短杆状,应控制进水NO3--N/S为1.2,可以实现同步脱硫反硝化,该工艺既可以用于含硫废水的处理,也可以用于C/N低的硝酸盐废水的处理。     

Pseudomonas sp. BS-1发酵产物对土壤中钍的淋洗作用

从焦化废水污泥中筛选出一株产生物表面活性剂的菌株,将其命名为BS-1,16SrDNA系统发育学分析确定其属于假单胞菌属(Pesudomonas sp.)。该菌株发酵产物初步鉴定为鼠李糖脂,在其临界胶束浓度为0.56g·L~(-1)时,可将水溶液的表面张力从76.8mN·m~(-1)降至38.5mN·m~(-1)。将菌株发酵产物溶液作为淋洗剂,采用浸提和土柱淋洗的方法研究了BS-1发酵产物对污染土壤中钍的去除效果,结果表明:当pH为10,浓度为3 g·L~(-1),振荡时间为72h时,钍的去除率可达70.14%;在柱状动态实验中,当淋洗量达到800mL时,发酵产物溶液对钍的累积去除量最大为65.03 mg·kg~(-1),发酵产物溶液对钍的累积去除量明显优于去离子水。对比淋洗后土壤中钍的形态占比可知,残渣态增加10.16%,氧化结合态减少了11.41%。对比淋洗前后土壤中钍的形态含量可知,酸可提取态、氧化结合态、有机结合态分别减少了83.25%、75.22%、60.70%。淋洗后钍的稳定性增强。     

复合菌对黑臭水体中S2-的氧化条件优化及动力学特性

以S~(2-)的氧化率为主要考察指标,对从北京黑臭水体东沙河筛选获得的3株高效S~(2-)氧化土著微生物sp1(Citrobacter sp.)、 sp2(Ochrobactrum sp.)和sp3(Stenotrophomonas sp.)进行复配,获得硫氧化复合菌(sulphur oxidizing composite microorganisms, SOCM),比较单株菌sp1、sp2和sp3和SOCM对S~(2-)的氧化效果。结果表明,SOCM对S~(2-)的氧化能力明显优于单菌株。SOCM在复配比例为1∶1∶1,温度为25℃,初始pH为7时对北京市东沙河黑臭水样中S~(2-)的氧化效果最好,氧化率最高达到76.7%;同时,色度、COD、NH3-N和TP的去除率可分别达到83.3%、69.2%、77.9%和68.2%。此外,建立了SOCM氧化S~(2-)的动力学方程。当SOCM初始菌浓度从0.01 g·L~(-1)逐渐提高到10 g·L~(-1)时,底物比氧化速率常数Km随之减小,S~(2-)平均氧化速率提高。但是,当SOCM初始菌浓度从10 g·L~(-1)逐渐提高到50 g·L~(-1)时,S~(2-)平均氧化速率不再随着初始菌浓度的升高而加快。最后,将SOCM接种于北京清河和景观沟渠黑臭水样中,其对S~(2-)氧化率分别达到67.0%和64.1%;同时,色度亦分别下降了83.3%和79.2%。研究为黑臭水体的微生物法治理提供了参考。     

运行方式对低基质厌氧氨氧化系统脱氮及菌群结构的影响

为了考察运行方式对厌氧氨氧化系统脱氮性能及菌群结构的影响,建立一套厌氧移动床生物膜反应器,在(25±1)℃恒温、低基质(TN≤60 mg·L~(-1))条件下,分别以连续式和间歇式方式运行,采用高通量测序,基于直系同源蛋白簇基因(COGs),对16S rRNA扩增子测序结果进行功能预测,来表征微生物菌群结构和微生物功能的变化。结果表明:系统总氮负荷为(227±13) mg·(L·d)~(-1)时,间歇式运行脱氮效率(90.6%)优于连续式运行效率(74.6%),生物膜厌氧氨氧化细菌的相对丰度高于悬浮污泥;反应器由连续式变为间歇式运行后,主要功能菌属Ca. Brocadia丰度降低,同时,具有部分反硝化作用的Pseudomonas菌丰度出现明显升高。进一步分析可知,在适量的有机物条件下,间歇式运行能够获得更好的厌氧氨氧化与反硝化协同处理效果。本研究结果可为污水处理厂的实际运行提供参考。     

4株优势菌联合挂膜对松醇油废水的治理

从铅锌矿的污泥中筛选出4株能高效降解松醇油的优势菌,经鉴定均为铜绿假单胞菌。研究了4株菌的生理生化特征、挂膜能力及对松醇油(俗称2#油)的降解能力。结果表明,上述4株菌单独挂膜能力最佳的菌株为JS19;混合菌挂膜能力优于单株菌,菌膜致密,菌体含量大。进水COD约250 mg·L~(-1),混合菌处理组的废水在4 d后出水COD降低到42 mg·L~(-1);对COD高达480 mg·L~(-1)的含松醇油废水,菌膜处理废水在7 d后逐步稳定,出水COD低于40 mg·L~(-1),这表明混合菌膜挂膜稳定,抗负荷冲击能力强,更适用于工业废水的处理。     

高PHAs合成性能菌株的筛选及其条件优化

通过尼罗蓝荧光筛选,从活性污泥体系中筛得Ace-6、But-1和But-17。经DNA分子鉴定,Ace-6缺陷短波单胞菌(Brevundimonas diminuta),But-1约氏不动杆菌(Acinetobacter Johnsonii),But-17蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。采用摇瓶平行发酵实验,确定了各自的最佳碳源和氮源,并通过多因素正交实验对其进行合成条件优化。结果表明,Ace-6菌株合成条件为温度30℃、乙酸钠30 g·L~(-1)、酵母粉0.35 g·L~(-1)、pH 7.0、接种量5%,PHAs的总量可达412.02 mg·L~(-1);But-1菌株的合成条件为温度35℃、乙酸钠20 g·L~(-1)、硫酸铵0.35 g·L~(-1)、pH 7.5、接种量8%,PHAs的合成量可达392.39 mg·L~(-1);But-17菌株合成条件为温度35℃、淀粉20 g·L~(-1)、氯化铵0.35 g·L~(-1)、pH 7.5、接种量5%,PHAs可达304.70 mg·L~(-1)。