聚丁二酸丁二醇酯反硝化反应器的脱氮效果及微生物群落变化研究

利用一种新型可生物降解聚合物聚丁二酸丁二醇酯(PBS)作为反硝化的碳源和附着生长载体构建反硝化反应器,进行反硝化效果研究,并利用聚合酶链式反应—变性梯度凝胶电泳技术研究该反应器挂膜阶段生物膜微生物的组成、结构变化及其与净化效果的关系.结果表明,利用PBS作为反硝化的碳源和附着生长载体构建的反硝化反应器脱氮效果显著,并且...     

以聚丁酸丁二醇酯为碳源去除含盐水体硝酸盐的研究

以可生物降解聚合物为碳源和生物膜载体可以解决异养反硝化有机碳源的添加不足或过量的问题.在序批式反应条件下,以聚丁酸丁二醇酯(PBS)为碳源和生物膜载体,对含盐水体异养反硝化过程中的细菌群落特征进行了研究.结果表明,试验条件下硝酸盐可以得到很好的去除,虽然有亚硝酸盐的明显积累,但最终被降低.硝酸盐的存在会降低含PBS水体中溶解性有机物的含量.应用变性梯度凝胶电泳和16S rDNA的方法鉴别到的细菌包括:Pseudomonas stutzeri,Pseudomonas sp.,Alteromonas sp.,Marinobacter salsuginis,Thalassospira xianheensis,Itellibacter vladivostokensis,Euplotopsis encysticus,Alcanivorax venustensis,Halomonas sp.,Agrobacterium tume aciens,Pannonibacter phragmitetus,Vitellibacter vladivostokensis.试验结果表明,反硝化条件下PBS具有较好的可生物降解性和明显的NO3--N去除能力,是比较理想的低C/N含盐水体异养反硝化碳源.     

以聚己内酯作为生物反硝化固体碳源的研究

为解决水体因低碳氮比而导致脱氮效率差的问题,将颗粒聚己内酯(PCL)重新塑形为阶梯环状,研究其作为反硝化过程的生物膜载体与固相碳源的反硝化性能。结果表明,在静态实验中,平均反硝化速率为8.57 mg NO3-N/(L·h);反硝化过程为零级反应。连续填充床实验中,超过90%的硝酸盐可被去除,出水NO2-N质量浓度低于0.20 mg/L;出水NH3-N质量浓度略有上升;出水溶解性有机碳(DOC)先上升后降低至1 mg/L左右。电子扫描显微镜扫描显示,PCL阶梯环反应表面空隙率较高,表面生物膜以杆菌为主,反应后被明显腐蚀;液相色谱检测显示PCL阶梯环分子量反应前后略有下降,其结构未受到破坏;表明该材料适合作为反硝化反应的碳源的同时,又可以作为载体供微生物附着生长。     

基于化学与生物膜耦合深度脱除地下水中硝酸盐氮

我国华北地区超过80%的地下水受到污染,其中硝酸盐氮的污染日益严重,威胁着人类健康。基于单质铁去除地下水中硝酸盐氮,因伴随氨氮的产生而受限制;生物反硝化脱氮因地下水中碳源不足无法满足脱氮要求。采用自制的微电解化学催化固体颗粒与天然生物质构成耦合生物载体,通过自养与异养反硝化耦合深度脱除地下水中硝酸盐氮,并建立了地下水易位好氧、厌氧深度脱氮新工艺。结果表明:好氧反应器在HRT为12 h、DO为2.0～3.0 mg·L-1的条件下,硝酸盐氮平均去除率≥91.24%;厌氧反应器在HRT为14 h的条件下,硝酸盐氮平均去除率≥96.32%;反应器中微电解化学催化固体颗粒可为自养反硝化菌提供电子,生物质可为微生物提供必要的有限碳源,硝酸盐氮的脱除是自制微电解化学催化固体颗粒与生物膜耦合作用的结果。出水均无亚硝酸盐氮和氨氮积累。此技术可为受污染地下水的修复提供理论依据。     

以聚乙烯醇为骨架材料的固相碳源反硝化脱氮试验研究

针对反硝化过程中液态碳源投加量难以控制的问题,研发了一种缓释固相碳源。对比了不同骨架材料、乳化剂及组分配比对固相碳源脱氮性能的影响,优化固相碳源制备条件,并分析其释碳规律。结果表明,以聚乙烯醇(PVA)为骨架材料,失水山梨糖醇脂肪酸酯(SPAN80)为乳化剂,PVA∶淀粉质量比为1∶1时制得的固相碳源释碳效果和脱氮效果更优,对于硝态氮为25～30mg/L模拟污水,其硝态氮去除率可以达到95%以上,出水COD保持在80mg/L左右。在连续流试验中,系统可在3d内迅速实现稳定反硝化脱氮,高效脱氮时间可维持在40d左右,在实际工程应用中,可以通过调节水力停留时间、反应器流态等参数,提高固相碳源的使用寿命。     

曝气生物滤池多孔释碳填料的研制及其对氨氮废水的处理研究

以核桃壳、水泥、沸石为原料制备新型多孔释碳填料(WZ填料),并用其装填搭建曝气生物滤池(BAF)处理氨氮废水。结果表明:WZ填料中沸石∶核桃壳∶水泥的最佳配比(质量比)为1.00∶0.02∶0.30,制得的WZ填料比表面积大,适合微生物生长,可长时间稳定释碳,20d内的释碳量稳定保持在80mg/L左右,WZ填料有助于缩短BAF挂膜启动时间,延长水力停留时间(HRT)可提升BAF对污染物的去除效果,BAF对进水氨氮浓度适应范围较广,在进水氨氮为30～50mg/L时,BAF稳定运行期对氨氮的平均去除率达95%以上,COD平均去除率达76%左右。可见,WZ填料释碳量高且持久性强,有助于解决城市污水处理中反硝化碳源不足问题,提高脱氮效率。     

1株异养硝化好氧反硝化不动杆菌的分离及脱氮性能

通过异养硝化培养基富集,从活性污泥中筛选出一株高效的异养硝化菌,通过形态观察、生理生化特征及16S r DNA序列分析鉴定为不动杆菌(Acinetobacter.sp),命名为YN3。通过单因子实验和正交实验对其异养硝化和好氧反硝化特性进行研究,得出菌株YN3硝化作用的最适条件为:碳源为柠檬酸钠、C/N为15,pH为7.0、温度为30℃、转速为200 r·min~(-1),此时氨氮去除率为99.3%,其中37.8%的氮被转化成气体产物而去除,剩余部分氮转化为细胞生物量。菌株YN3能够利用亚硝酸盐和硝酸盐进行生长代谢,去除率分别为100%和80.61%。说明菌株YN3具有很强的异养硝化和好氧反硝化特性,能够独立快速高效地完成异养硝化和好氧反硝化脱氮过程,具有潜在的实际废水应用价值。     

不同流量分配比对多级A/O工艺去除有机物及脱氮的影响

采用三级A/O工艺分段进水工艺处理低碳源生活污水,考察了进水流量分配比对系统去除有机物、硝化反硝化能力以及去除TN的影响。通过对水质指标沿程监测结果表明,不同流量分配比(4∶3∶3,5∶3∶2,6∶3∶1)对系统去除有机物及硝化效率影响不大,出水COD、氨氮分别均在30 mg/L、1 mg/L以下。但反硝化效果受流量分配比的影响较大,在流量比为5∶3∶2时,有效利用原水中碳源进行反硝化,反硝化效果最好。在流量比为5∶3∶2的情况下,TN出水为5.7 mg/L去除率为82.9%,优于流量分配比为6∶3∶1和4∶3∶3时的脱氮效果。总体而言,分段进水工艺在对碳源的有效利用及能耗节省方面优于单点进水。     

碳源对反硝化生物滤池运行及微生物种群的影响

以某城市污水厂二级出水为原水,以甲醇、乙酸钠为碳源,研究了不同碳源对反硝化生物滤池运行的影响,并借助16S rDNA测序技术对滤池生物膜的微生物群落组成和结构进行了解析。结果表明,采用逐渐增加滤速的方式进行挂膜,乙酸钠滤池在启动7 d后出水水质稳定,NO_3~--N去除率在96%以上,NO_2~--N积累消失;甲醇滤池则需要9 d。稳定运行期,甲醇和乙酸钠滤池达到最大反硝化效率所需碳氮比均为4.5~5.5,出水TN1.0 mg·L~(-1)。乙酸钠滤池沿过滤方向硝酸盐氮降解较快。与甲醇相比,乙酸钠微生物产量高、运行周期短、反冲洗时间长,且药剂投加量高。从滤池脱氮效率、运行稳定性和成本等方面综合考虑,甲醇可作为最佳碳源。微生物在属水平进行聚类分析结果表明,以甲醇、乙酸钠为碳源的反硝化生物滤池中的微生物种群存在差异。甲醇滤池中与反硝化有关的属占36.68%,其中优势菌属Methylophilus,属于嗜甲基型菌属。乙酸钠滤池中与反硝化有关的菌属占58.38%。其优势菌属为Arobacter,可利用有机酸还原硝酸盐。     

光照强度对光能自养生物膜去除低污染水体中硝态氮的影响研究

低污染水体存在C/N较低的特征,往往导致水体自净过程中反硝化碳源的不足.提出采用光能自养生物膜去除低污染水体中的硝态氮,研究不同光照强度对光能自养生物膜脱氮能力的影响,并验证了生物膜自行产生的胞外聚合物(EPS)及溶解性微生物产物(SMP)中多糖能否成为反硝化的碳源.结果表明,采用光能自养生物膜去除低污染水体中硝态氮具有良好的效果,光照强度的提高可以有效促进硝态氮的去除,在光暗比为12:12、水力停留时间为72 h时,1 500、3 000、4 500 lx光照强度下系统的硝酸盐去除率分别为37.1％、56.7％、62.5％,且随着光照强度增加硝酸盐去除速率逐渐提高;光照强度的增加可促进光能自养生物膜系统的EPS、SMP中多糖的产生,且光暗交替时EPS、SMP中多糖浓度呈“锯齿形”变化,在有光照时浓度明显上升,而在无光照时浓度下降;光能自养生物膜系统的EPS、SMP中的多糖可作为碳源被反硝化菌利用,而且在无外加碳源条件下,SMP中多糖对碳源的贡献大于EPS中的多糖.     

硫/沸石固定床去除硝酸盐工艺研究

采用硫/沸石固定床反应器去除水中硝酸盐。实验结果表明,在硫/沸石固定床反应器内通过自养反硝化作用能使水体中硝酸盐得到有效的去除。在硫与沸石的体积比为1∶2,水力停留时间为2 h,进水COD为50 mg/L时,出水硝酸盐去除率可达到95%以上;不外加碳源,总氮的去除率仍可达80%以上;在不投加CaCO₃的情况下,出水pH可始终保持7.0;温度对该反应器硝酸盐的去除率影响不大,进水水温为12℃时总氮（TN）去除率仍可达91.1%。     

不同水力停留时间条件下PCL为碳源去除水产养殖水体硝酸盐的效率及微生物群落分析

以可生物降解聚合为碳源的固相反硝化可以避免水产养殖用水硝酸盐处理过程中碳源反复添加、碳源不足或过量等问题。水力停留时间(hydraulic retention time, HRT)是生物反应器运行管理的主要参数之一, 用固定膜反应器固相反硝化的方法研究了HRT对以聚己内酯(polycaprolactone,PCL)为碳源的反应器去除循环水养殖系统硝酸氮(浓度为170～197 mg·L-1)的效率的影响。 研究结果表明不同水力停留时间对硝酸盐去除效率差异显著。在HRT 为6 h和8 h时,硝酸盐速率分别为(0.55±0.32) g·(L·d)-1和(1.05±0.33) g·(L·d)-1,且出水亚硝氮浓度和氨氮浓度均明显低于进水浓度;在HRT为4 h和2 h时,进出水硝酸盐浓度差异不明显。电子扫描显微镜观察显示PCL表面生物膜主要为杆状菌,应用傅里叶红外扫描观察发现使用前后PCL的化学结构没有发生明显改变。应用高通量方法测定的微生物群落结构表明,62%的细菌为Proteobacteria(62%),在鉴定出的细菌中,食酸菌属(Acidovorax), 固氮螺菌属(Azospira),丛毛单胞菌属(Comamonas), 代尔夫特菌属(Diaphorobacter), 懒小杆属(Ignavibacterium), 弗拉特氏菌属(Frateuria)可以同时降解PCL和进行反硝化。     

固体碳源反硝化滤池脱氮效果及沿程生化特性

在污水处理工艺末端嵌入固体碳源反硝化滤池,可以不改变污水处理厂的原有工艺提高总氮去除效率,方便应对污水厂的提标压力和低碳源污水的脱氮问题。针对生化池尾水硝酸盐特性,以聚己内酯（PCL）作为填充床构建了固体碳源反硝化生物滤池,研究了该反应器的脱氮性能以及生物滤池的沿程生物量和微生物群落结构。结果表明,TN为32.0~37.7 mg·L-1、硝态氮为30.2~34.9 mg·L-1的生化池尾水进入该固体碳源反硝化池后,在HRT为1.5 h的情况下,出水TN在1.1~3.5 mg·L-1之间,硝态氮低于1 mg·L-1,平均去除率均大于94%。研究发现,固体碳源反硝化滤池对硝态氮的转化去除主要发生在40 cm填料以下;生物量的大小也随滤层高度的增加逐渐降低,且与滤层高度呈良好的线性负相关关系（y=-0.471x+38.77,R2=0.976）。采用PCR-DGGE技术研究了固体碳源反硝化滤池的沿程微生物群落结构特征,发现滤层底部（进水端）尽管生物量多,但微生物多样性低,滤池的中部是生物多样性最丰富的区域,香农威尔指数分别为1.95和2.40。DGGE图谱特征条带的16S rDNA序列分析表明生物膜中微生物变形菌门（Proteobacteria）占优势,主要微生物包括能降解PCL的细菌Comamonas,以及常见的反硝化细菌Dechloromonas、Rubrivivax和发酵产乙酸的硫酸盐还原菌Desulfobacter,从微生物群落关系结构角度支撑了固体碳源反硝化过程的顺利进行。     

矿物载体锯末碳源低温生物修复硝酸盐污染地下水

研究了低温条件下,沸石和火山岩为载体,锯末为碳源的生物反应器对地下水中硝酸盐氮的去除效果。结果表明,在（14±1）℃,水力停留时间18 h,进水硝酸盐氮浓度为27 mg/L的条件下,以锯末为碳源能有效去除地下水中的硝酸盐,沸石为载体时对硝酸盐氮的平均去除率为98%;火山岩为载体时对硝酸盐氮的平均去除率为95%。实验过程中出现铵盐和亚硝酸盐的积累,出水中氨氮浓度为1～2.55 mg/L,亚硝酸氮浓度为0～0.98 mg/L。出水pH均介于7～8,满足饮用水标准中pH的要求（6.5～8.5）。     

5种植物材料的水解释碳性能及反硝化效率

碳源在硝酸盐去除过程中起电子供体的作用,是生物反硝化反应的关键物质之一。为解决污水处理脱氮时碳源不足抑制反硝化反应造成脱氮效率低的问题,本研究选取风车草、甘蔗渣、芦竹、美人蕉和稻草秆5种植物材料作为反硝化碳源,探讨不同植物材料的水解释碳能力和释放规律;并进一步以其水解液作为外加碳源,探讨其对反硝化脱氮效率的影响。研究结果表明,植物材料水解释碳过程符合二级动力学反应规律,不同植物材料的释碳能力具有显著性差异,以甘蔗渣在固液比1∶80时COD释放当量最大,为45.45 mg/L;添加植物水解液可显著提高反硝化脱氮效率,以芦竹水解液脱氮效果最好,达到71.9%。此外,碳氮比是影响脱氮效率的重要因素之一,以碳氮比为9时反硝化脱氮效果最佳。     

以红薯浸泡液为碳源的生物反硝化

为选择低碳氮比污水生物脱氮中合适的碳源,以搅拌罐浸泡淀粉类物质释放碳源,在确定利用红薯浸泡液为碳源后,以浸没式生物滤池为反应器进行生物反硝化实验。实验结果表明:20 g红薯置于2 L自来水中,采用250 r/m in的搅拌速度,搅拌频率为每搅拌3 h停1 h,2 d后得到的浸泡液COD浓度平均为5 921 mg/L,最高可超过7 000 mg/L;将此红薯浸泡液和污水以1∶50的流量比例,采用分别投加的方式进入反应器,污水中总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮及氨氮的平均去除率分别为88.6%、91.6%、88.2%和54.8%,出水COD平均在30 mg/L以下;在红薯浸泡液COD浓度为5 700 mg/L左右时,进水中亚硝酸盐氮浓度与硝酸盐氮浓度比为3∶2时总氮去除率为95.3%,当该比例为2∶3时总氮去除率为88.2%。研究表明,红薯浸泡液是一种经济合适的碳源,采用红薯浸泡液作为低碳氮比污水生物处理中反硝化的碳源是可行的。     

铁屑耦合固相反硝化对低碳氮比废水中总氮的处理

为考察脱氮效率并解决碳源不足导致总氮 (TN) 去除率不高的问题,将竹刨花作为固体碳源与挂膜载体,引入铁屑,构成耦合体系,搭建2套反硝化实验装置 (分别为耦合体系1号与单纯固相反硝化体系2号) 并对脱氮率及微生物进行分析。结果表明：进水TN为41.62~59.95 mg·L⁻¹,COD/N<0.5,水力停留时间为18 h; 13~105 d,1号TN平均去除率为73.21%~92.79%,比2号平均去除率高近1倍;1号碳源相对2号更为充足,但2体系出水COD均值都低于一级A;1号总铁释放稳定,出水总铁均值低于0.3 mg·L⁻¹,未出现NH₃-N明显积累。SEM表征结果显示,1号竹填料表面黏性物质与微生物数量更多,生物膜更加紧密。16S rRNA表征结果显示：1号具有更高的微生物丰度与多样性;2体系反硝化脱氮相关门类占主体,优势门类均为变形菌门,但1号变形菌门占比高于2号;变形菌门中,1号反硝化菌群 (属水平,丰度>1%) 类别和总占比均高于2号。由此可知,铁屑强化了碳源的分解与利用,促进了脱氮功能菌生长,显著提升了耦合体系脱氮效能,出水TN可达到地表水IV类标准(GB 3838-2002)。竹刨花获取方便灵活,铁屑低廉,两者构成的耦合体系具有巨大的实际应用前景。     

电极生物膜耦合硫自养强化型人工快渗系统脱氮性能

由于人工快渗(CRI)系统对TN去除率较低,该技术在污水处理领域的应用受到限制。为提高TN去除率,将电极生物膜和硫自养反硝化技术耦合应用于CRI系统,考察了"异养+氢自养+硫自养"反硝化脱氮的可行性,并通过菌群结构解析了电极生物膜耦合硫自养强化脱氮的机理。结果表明,电极生物膜耦合硫自养强化型CRI系统在电流强度为15mA时,TN平均去除率可达73.0%,相比传统CRI系统提高了48.0百分点。从稳定运行的电极生物膜耦合硫自养强化型CRI系统反硝化区共检测出231个已知菌属,其中具有硫自养反硝化功能的产硫酸杆菌属(Thiobacillus)和具有氢自养反硝化功能的噬氢菌属(Hydrogenophaga)相对丰度较高,分别为35.9%、15.7%。硫自养反硝化、氢自养反硝化和异养反硝化的共同作用促进了CRI系统脱氮性能的提高。     

连续流间歇生化反应器反硝化过程释磷规律

为了考察高进水ρ(C)∶ρ(N)时连续流间歇生化反应器(CIBR)中反硝化过程释磷现象,以NaAc为碳源,采用进水ρ(C)∶ρ(N)为800∶30和1 200∶30进行缺氧实验,探究反硝化过程释磷规律、机制和pH的指示作用。结果表明,2种进水ρ(C)∶ρ(N)下反硝化和释磷作用均同时发生,且先慢速释磷后快速释磷;碳源质量平衡分析得出反硝化过程中实际释磷量远小于理论释磷量,表明聚磷菌活性被抑制,部分碳源能被其他异养菌利用。反硝化过程出现释磷现象是菌群竞争碳源能力差异和反硝化中间产物抑制聚磷菌活性2个方面作用的结果;异氧菌群竞争碳源的能力顺序为反硝化菌聚磷菌其他异养菌,且进水碳源浓度越高,对缺氧阶段碳源利用效率越不利;pH曲线的"凸点"可指示反硝化结束,但pH无法指示释磷发生过程。该研究可为反硝化过程除磷提供初步的碳源控制依据。     

不同分子量聚乳酸的异养反硝化脱氮性能及脱氮反应机制

聚乳酸(PLA)是一种发展潜力巨大的反硝化固体碳源。为探究不同分子量PLA反硝化脱氮路径及机制,以不同分子量PLA为固体碳源研究了PLA的静态释碳性能和反硝化脱氮效果,考察了反硝化出水溶解性有机质(DOM)组分和微生物群落结构。结果表明：PLA释碳稳定,在清水和脱氮反应器中出水COD均能稳定在20 mg·L⁻¹;PLA分子量越低,脱氮效果越好,5 000 g·mol⁻¹分子量PLA的NO₃⁻-N去除率和反硝化速率达到100%和1.29 mg·L⁻¹·h⁻¹。PLA脱氮路径有2条：一是反硝化功能菌群利用水解微生物分解PLA释放的小分子碳源作为电子供体进行异养反硝化作用;一是微生物利用溶解性微生物代谢产物等有机物进行反硝化脱氮。该研究结果可为PLA固体碳源在反硝化脱氮工艺中的高效应用提供参考。