Ca2+对生物膜形态结构及其组分的影响

通过向序批式生物膜反应器(SBBR)中投加Ca2+,考察Ca2+对生物膜形态结构及其组分的影响,探究Ca2+在生物膜形成中的作用影响规律及其对生物膜反应器运行的影响,以期能为含钙废水处理及优化废水处理效果提供理论指导。研究结果表明,Ca2+浓度增加有助于生物膜形成,并提高生物膜结构致密性;连续少量增加Ca2+(1~2 mg/L)有助于挂膜初期(约10 d)有机物去除;然而Ca2+浓度过高则会抑制生物膜活性,影响其降解性:当Ca2+浓度超过120 mg/L时,氨氮去除率出现下降,当Ca2+浓度超过280 mg/L时,有机物和总氮去除率显著下降。对生物膜及其胞外多聚物(EPS)组分的分析表明,Ca2+不会刺激微生物分泌产生更多EPS,但会导致生物膜干重增加。     

流态对活性污泥硝化性能及菌群结构的影响

生化反应器流态会影响基质分布,从而影响反应器内微生物的性能与菌群结构。在相同氮负荷下运行SBR和CSTR以对比分析2种典型流态(推流式和完全混合式)对活性污泥中硝化菌性能及其菌群结构的影响。结果表明,SBR中,氨氧化速率(AUR)和亚硝酸盐氧化速率(NUR)分别为(16.55±2.05)mg N/(L·g VSS·h)和(15.33±2.02)mg N/(L·g VSS·h),CSTR中AUR和NUR分别为(10.13±0.73)mg N/(L·g VSS·h)和(9.34±2.56)mg N/(L·g VSS·h);SBR中,氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)含量分别为(3.4±0.3)%和(5.4±1.2)%,优势菌分别为Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis lineage和Nitrobacter,CSTR中,AOB和NOB含量分别(3.1±0.4)%和(6.8±1.1)%,优势菌分别为Nitrosospira和Nitrospira。虽然2个流态下的硝化菌含量接近,但推流式的硝化速率比完全混合式高64%,这是因为推流式更有利于反应速率较快的r-strategist(Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis lineage和Nitrobacter)生存,而完全混合式则更利于反应速率较慢K-strategist(Nitrosospira和Nitrospira)生存。     

元胞自动机模型模拟生物膜组分及结构的研究进展

元胞自动机(CA)模型规则简单,能够从微观角度模拟生物膜组分及结构特征,是一种预测生物膜微环境的实用方法。从生物膜基质分布,活性微生物量的空间分布,不同基质含量对应的活性微生物生长状况,惰性微生物的形成以及受基质、微生物和水力条件影响下的膜结构特征等方面列举了CA模型在生物膜中的研究进展,并指出了CA模型模拟生物膜存在的问题。     

农村小管径重力流灰水管道中生物膜细菌群落的特征

为探究农村小管径重力流灰水管道系统生物膜的细菌群落结构特征,建立了一套模拟真实农村环境条件下水量变化且具有3组坡度参数(5‰,10‰,15‰)的小管径灰水管道实验设备,利用Illumina HiSeq高通量测序技术,分析了连续运行60 d后的管道生物膜的细菌群落特征。结果表明：Proteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes为优势菌门,优势菌属为Paenarthrobacte、Ensifer和Spingopyxis,坡度变化会显著影响生物膜细菌群落组成;小管径重力流灰水管道生物膜中存在一定丰度的反硝化细菌和硝化细菌,具有生物脱氮功能。通过PICRUSt功能预测发现,高坡度(15‰)的灰水管道具有更高的硝化和反硝化基因丰度。进一步分析可知,小管径灰水管道采用高敷设坡度的设计方案可能具有更强的生物脱氮能力。     

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.     

水环境中生物膜对污染物环境化学行为的影响

本文综述了近年来关于水环境中生物膜对污染物环境化学行为影响的研究成果,包括水环境中生物膜对污染物的吸附作用,以及生物膜不同组分对污染物的吸附作用。     

污泥回流对流化床生物膜—A/O活性污泥耦合工艺的影响研究

设计一套流化床生物膜(MBBR)—A/O活性污泥耦合装置处理城镇污水,考察了污泥回流对耦合工艺处理效率的影响,研究了系统中生物膜相和悬浮相微生物在有机物降解和脱氮反应中的活性差异。实验结果表明,当系统进水COD在200~400mg/L,进水氨氮在8.0~32.0mg/L,污泥回流比为1/8时,水力停留时间为12.4h,系统COD去除率平均值达81.4%,TN去除率平均值达70.6%,系统对较难降解城镇污水的处理具有明显的技术优势。污泥回流降低了生物膜相微生物的活性,而提高了悬浮相微生物活性,但生物膜相微生物活性速率仍高于悬浮相微生物活性。与传统活性污泥工艺相比,MBBR—A/O活性污泥耦合工艺将高活性生物膜引入,使悬浮污泥浓度极大降低,有助于减少污泥回流能耗与处理成本,具有明显应用价值。     

溶解氧对OLAND生物膜反应器硝化性能的影响及其微生物种群动态研究

采用以多孔球悬浮填料为载体的限氧亚硝化生物膜处理高氨氮、低碳源的废水,通过对DO控制在0.5~1.0 mg/L,实现硝化阶段出水中的氨氮与亚硝态氮的比例达到最适值1∶(1.2±0.2),从而为后阶段的厌氧氨氧化系统提供理想的进水,进而提高氮的去除率;同时应用PCR-DGGE对硝化阶段不同时期的生物膜中微生物的种群动态变化进行了分析。研究表明,群落结构和优势种群的数量具有时序动态性,微生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的特征。测序结果表明,在生物膜中进行氨氧化作用的主要为亚硝化杆菌(Ni-trosomonassp.)、亚硝化螺菌(Nitrosospirasp.);进行亚硝酸氧化的主要为硝化球菌(Nitrococcussp.)。     

重金属镉对污水生物膜吸附菲的影响机制

为了探究重金属镉(Cd)对污水生物膜吸附菲(phenanthrene,PHE)的影响及机制,以新疆乌鲁木齐某含油污水库生物膜为研究对象,通过对比有Cd²⁺和无Cd²⁺条件下,污水生物膜对PHE的吸附性能,Cd²⁺的存在对污水生物膜吸附PHE有促进作用。有Cd²⁺和无Cd²⁺条件下,在pH=6、温度为35 ℃时污水生物膜对PHE的吸附效果最好;吸附动力学和吸附等温线方程均符合拟二级动力学和Langmuir模型,说明吸附以单分子层的化学吸附为主,并且有Cd²⁺时污水生物膜对PHE的最大吸附量比无Cd²⁺时高出21.8%。SEM、FTIR和XPS的表征分析结果表明,有Cd²⁺和无Cd²⁺条件下污水生物膜表面与PHE发生作用的基团基本相同,吸附过程中的主要官能团为有机质中的羟基、羧基和酰胺基团。     

膜曝气生物膜反应器处理生活污水N2O等温室气体的排放特性

针对生活污水处理减污降碳的需求,本研究采用膜曝气生物膜反应器(membrane aerated biofilm reactor, MABR)耦合厌氧氨氧化工艺处理低碳氮比生活污水,考察了水质污染物去除的同时,分析了甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)和一氧化氮(NO)的排放特性。结果表明,MABR实现了较好的碳氮污染物去除效果,当处理进水C/N为3.00±0.14的模拟污水时,COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别为85.24%、90.10%和64.35%;当处理进水C/N为1.67±0.07的实际污水时,COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别为75.39%、96.39%和81.88%。MABR具有较低的CH₄和N₂O排放因子,厌氧阶段分别为(0.010 3±0.010 5)%、(0.005 0±0.005 5)%,好氧阶段分别为(0.001 5±0.001 7)%、(0.002 1±0.001 5)%,厌氧阶段是CH₄和N₂O排放的主要阶段。气态NO和气态N₂O存在正相关关系,反硝化反应可能是N₂O产生的主要路径。NO是反硝化过程N₂O产生的前体物,对反硝化过程N₂O的释放具有指示作用。     

催化剂对低温等离子体降解吸附态甲苯的影响

采用线管式介质阻挡反应器对低温等离子体循环降解甲苯进行研究,考察了吸附存储量、循环背景气体及不同催化剂成分对吸附态甲苯降解效果及副产物的影响,并进行了催化剂XRD分析及降解产物FT-IR分析。结果表明,氧气为循环背景气体时甲苯降解效果比空气时好。FT-IR分析显示催化剂的加入可使甲苯充分降解,显著提高COx产率、CO2选择性,减少副产物O3、N2O排放量。相同条件下,单组分催化剂对应COx产率依次为：Ce > Mn > Ag > Co,CO2选择性依次为：Ag > Mn > Co > Ce。双组分催化剂Mn/Ag、Ce/Ag可同时保持较高的COx产率和CO2选择性,氧气背景时COx产率分别达到80%、82%,CO2选择性均达到99.7%以上。空气背景时,Co对N2O的抑制效果最好,3组分催化剂Mn/Ag/Co、Ce/Ag/Co在保持较高的COx产率和CO2选择性同时可有效抑制N2O。     

饮用水管网生物膜细菌群落特征及其对腐蚀的影响

通过454高通量测序对北方A和B两实际饮用水管网系统中生物膜细菌群落特征进行表征,并研究了其对管网腐蚀产物组成的影响。结果表明,A管网生物膜细菌群落丰度和多样性高于B管网生物膜。在门水平上,两管网生物膜细菌群落主要为变形菌门Proteobacteria,但B管网生物膜中的相对丰度（67.10%）高于A（46.50%）。在纲水平上,A管网生物膜主要为β-变形菌纲Betaproteobacteria,B管网生物膜中主要为β-变形菌纲Betaproteobacteria和δ-变形菌纲Deltaproteobacteria。在属水平上,A管网生物膜中腐蚀相关菌群主要为硝酸盐还原菌和铁还原菌,其腐蚀产物主要为α-FeOOH和Fe3O4,而B管网生物膜中硫酸盐还原菌特别是脱硫弧菌属Desulfovibrio含量较高,其可能与管垢中绿锈含量高有关。     

pH对同步硝化反硝化生物膜内溶解氧分布的影响

采用序批式生物膜反应器处理污水,为了证实同步硝化反硝化生物膜中微区环境的分区现象,研究了pH处于6.5~8.5时pH对该SBBR系统TN去除的影响和各pH条件下的生物膜内溶解氧分布情况,结果表明,随着pH的升高其总氮去除呈上升趋势,并在pH=8.0时达到最高70%;膜内溶解氧浓度均随深度的增加而下降,并在2 000 μm左右处降至0,呈明显分区现象;A~F的DO分布在pH=8.5时所受影响最明显,而同一深度不同pH下的平均DO随pH的增加呈略微下降趋势。     

微气泡曝气方式对生物膜反应器运行性能的影响

运行OHR（Original Hydrodynamic Reaction）混合器微气泡曝气生物膜反应器,比较不同曝气方式下,生物膜反应器对污染物的去除性能及能耗情况。结果表明,微气泡曝气生物膜反应器可以实现废水中碳氮同步去除,连续曝气时COD、NH3-N和TN平均去除率分别为88.5%、53.4%和43.4%,平均去除负荷分别为1.60、0.089和0.092 kg·（m3·d）-1。生物膜反应器采用微气泡间歇曝气,随着曝气时间的减少,溶解氧（DO）浓度下降,反应器COD和NH3-N去除性能随之降低;COD和NH3-N去除效果下降与生物膜好氧生物活性降低相一致。受硝化作用抑制影响,同步硝化反硝化过程对TN的去除性能也有所降低。采用微气泡间歇曝气能够降低曝气能耗。同时,随着曝气时间的减少,单位COD去除所需能耗降低,单位NH3-N去除所需能耗有所升高,单位TN去除所需能耗基本不变。     

亚硝酸盐对生物膜CANON工艺脱氮性能和N2O释放的影响

通过调控进水NO2--N浓度分别为0、25、50和100 mg·L-1,研究不同初始NO2--N浓度对CANON工艺脱氮效果和N2O释放的影响。结果表明：SBBR中,初始NO2--N浓度分别为0、25、50和100 mg·L-1时,TN去除率分别达到81.65%、89.09%,87.75%和88.39%;对应的N2O释放率分别为7.03%、7.93%、10.21%和11.94%;前1/2周期内N2O释放量分别占总释放量的46%、53%、68%和75%。通过分析可知,较高初始NO2--N浓度,可以增加TN去除率,但是会刺激CANON工艺中N2O释放量的增加。     

同步硝化反硝化工艺中DO浓度对N2O产生量的影响

采用序批式生物膜反应器（SBBR）,在连续曝气全程好氧的运行条件下,考察不同溶解氧浓度对同步硝化反硝化脱氮性能及N2O产量的影响。控制溶解氧浓度恒定在1、2、2.5和3 mg/L。结果表明,DO为2 mg/L和2.5 mg/L时,氨氮去除率分别为97.9%和98.5%,同步硝化反硝化率均为99%。DO为2 mg/L时,系统中N2O产生量最低,为0.423 mg/L,占氨氮去除量的1.4%;DO为3 mg/L时N2O的产生量最高,为2.01 mg/L,是DO为2 mg/L时的4.75倍。系统中亚硝酸盐的存在可能是高溶解氧条件下N2O产量增加的主要原因,同步过程中没有NOx-的积累即稳定的SND系统有利于降低生物脱氮过程中N2O的产生量。     

填料对厌氧移动床生物膜反应器运行效果的影响

通过对装有不同填料的2个厌氧移动床生物膜反应器(R1和R2)的有机负荷、COD去除率、沼气产量及其组成、出水挥发性有机酸(VFA)和出水pH值的对比,得出在填料充填率相同、进水COD和进水pH相似的情况下,填料比表面积是影响厌氧移动床生物膜反应器运行效果的主要因素.R1中填料的比表面积为528 m2/m3,R2中填料比表面积为211m2/m3.在整个运行阶段,填料比表面较大的R1反应器的运行结果较好.试验结束时,R1与R2的有机负荷比为1.61,而R1与R2填料上的污泥量之比为4.42.     

同步硝化反硝化工艺中DO浓度对N2O产生量的影响

采用序批式生物膜反应器(SBBR),在连续曝气全程好氧的运行条件下,考察不同溶解氧浓度对同步硝化反硝化脱氮性能及N2O产量的影响.控制溶解氧浓度恒定在1、2、2.5和3 mg/L.结果表明,DO为2 mg/L和2.5 mg/L时,氨氮去除率分别为97.9%和98.5%,同步硝化反硝化率均为99%.DO为2 mg/L时,...     

载体内微孔孔径对生物膜特性及废水处理效果的影响

为解决载体內部微孔孔径在废水生物膜法中缺乏选型依据的问题,采用5种孔径(0.6~4 mm)聚氨酯海绵生物载体构建了SBBR,考察了载体内微孔孔径对生物膜特性(MLSS、EPS、DHA)及废水处理效果的影响,分析了载体内部微孔孔径与生物膜特性的相关性。结果表明：载体内微孔孔径与MLVSS、MLSS呈显著负相关,而与PN、PS、EPS和f呈显著正相关;高生物量使小孔径载体(0.6 mm,1 mm)在反应器运行前中期拥有最佳的废水处理效果,同时过多的生物膜在微孔环境中会堵塞内部的通道和空穴,进而抑制传质,使生物膜活性(DHA、f )降低;而大孔径载体(4 mm)内部传质快、水力剪切作用强,加速生物膜解吸脱落速率,促进了生物膜活性的提高与EPS(主要是TB-EPS)的释放,但同样限制了生物膜量的增长。相较而言,中等孔径载体(2 mm,3 mm)适宜的微孔不仅能维持适量的微生物量,还能保持良好的生物膜结构和活性,为生物膜反应器提供良好的长期运行条件和处理效果。     

排水管道中CH4、H2S与N2O的产生机制及其控制策略

排水管道厌氧环境会产生甲烷 (CH₄) 与硫化氢 (H₂S) ,而好氧及缺氧环境又会诱发氧化亚氮 (N₂O) 。污水中所含有机物 (COD) 、氮 (N) 和硫酸盐 (SO₄²⁻) 是产生这些气体的主要根源。系统综述了3种有害气体的产生机理,厘清污水中污染物、管道中微生物及管道环境对有害气体产生的影响。基于此,有针对性地提出了这几类气态污染物的控制策略。其中,对CH₄与H₂S的抑制手段集中在向管道中投加药剂以限制其产生源头,然而投加NO₃⁻或NO₂⁻药剂与通入氧气这两种控制手段可能会导致N₂O这种温室气体的大量产生。因此,应充分了解排水管道中各复杂因素之间的相互作用,以实现对有害污染气体的控制,并实现碳减排的目标。