厌氧反硝化产甲烷体系中喹啉与吲哚共基质的降解特性

研究了厌氧反硝化产甲烷体系中,典型含氮杂环化合物喹啉、吲哚作为共基质碳源,厌氧生物对二者的降解特性,及群落分析.结果表明：在共基质条件下,喹啉的存在对吲哚的生物降解有抑制作用,且抑制随喹啉浓度的升高而升高;吲哚的存在对喹啉的生物降解有促进作用,但吲哚浓度过高（150mg/L）抑制了喹啉的降解;喹啉、吲哚共基质时,二者的降解都遵循零级反应动力学;通过GC-MS分析,喹啉的主要中间代谢产物分别为2（1H）喹诺酮与8-羟基-2（1H）喹诺酮;吲哚的主要代谢产物为2-吲哚酮与靛红;通过高通量测序对共基质体系的微生物群落进行分析,发现厌氧功能菌群得到富集,细菌菌门以变形菌门Proteobacteria为主,菌纲以Gammaproteobacteria和Betaproteobacteria为主,菌属以Acinetobacter,Candidimonas,Azospira,和Desulfomicrobium为主.     

硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能影响研究

为了研究硝酸盐对厌氧生物膜系统同时产甲烷反硝化反应的影响及其机制,拓展生物膜工艺在高氮有机废水中的应用,采用生物膜-污泥厌氧复合反应器和上流式厌氧污泥床培养具备同时产甲烷反硝化反应的功能微生物系统,并以间歇实验方法,对比研究硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响.结果表明,硝酸盐对生物膜和颗粒污泥系统去除COD和反硝化反应均有影响,但硝酸盐浓度变化对颗粒污泥系统的影响比生物膜系统更大,生物膜表现出更强的降解能力和更高的耐性阈值.随着硝酸盐浓度从75 mg·L-1增加到600 mg·L-1,颗粒污泥对COD的降解速率从273.26mg·（h·g）-1降到0.1 mg·（h·g）-1,而生物膜从95 mg·（h·g）-1降至1.7 mg·（h·g）-1;同时,生物膜和颗粒污泥对硝酸盐的降解速率分别从21.43、22.31 mg·（h·g）-1增加到83.72、61.06 mg·（h·g）-1,随着硝酸盐的降解,生物膜表现出更强的恢复能力,最大值为712.44 mg·（h·g）-1.研究还发现亚硝酸盐积累是影响生物膜和颗粒污泥同时脱氮除碳功能的主要原因,在相同的硝酸盐浓度下,生物膜中亚硝酸盐的最大积累量仅为的颗粒污泥的1/10.因此,生物膜-污泥厌氧复合反应器可以作为高浓度含氮有机废水实现同时产甲烷反硝化工艺反应器一种重要选择.     

厌氧膜生物反应器处理市政污水的产甲烷性能及微生物代谢特征

厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)作为一种新型厌氧处理技术,可高效去除污水中的有机物并以CH₄的形式回收再利用,降低污水处理能耗与碳排量,助力实现“双碳”目标. 为评估AnMBR处理市政污水时的能源回收潜力,进一步揭示处理系统工艺特性,考察了不同水力停留时间(hydraulic retention time, HRT)下AnMBR处理市政污水的污染物去除及产甲烷性能、微生物代谢产物及微生物群落组成特征. 结果表明:①在室温条件下,HRT从24 h缩短至3.2 h过程中反应器均可实现高效的化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)去除与产甲烷性能,COD去除效率稳定在95%以上,进水77%以上的COD转化为CH₄,出水COD浓度低至(21.2±7.8) mg/L. ②反应器中溶解性微生物代谢产物(soluble microbial products, SMP)浓度为70~200 mg/L(以COD计),蛋白质/多糖(含量比,下同)为4.3~5.5,远高于胞外聚合物中的蛋白质/多糖(2.0~4.0),膜污染潜力高. ③微生物群落分析发现,产甲烷古菌与细菌的丰度比与固体停留时间(solid retention time, SRT)呈显著负相关(P<0.05),且不同粒径颗粒中微生物群落组成差异显著,产甲烷古菌在粒径≥10 μm的颗粒中丰度较高,维持混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)在8.0~11.5 g/L之间、SRT在60~80 d之间可避免功能菌群失衡. 研究显示,AnMBR处理市政污水可实现良好的污染物去除效果与产甲烷性能,但过长的SRT会导致污泥浓度过高、SMP浓度增大以及产甲烷古菌丰度降低,影响反应器高效稳定运行.      

同时产甲烷反硝化颗粒污泥中微生物群落结构

在UASB成功运行同时产甲烷反硝化小试基础上,针对反应器内颗粒污泥,通过构建古菌和细菌的16SrDNA基因文库、RADAR遗传变异分型和测序比对等技术进行了微生物系统发育关系和群落结构分析.结果表明,在颗粒污泥的古菌中,产甲烷髦毛菌和产甲烷杆菌是主要菌群,随机选出的88个古菌克隆子,这两类古菌的16SrDNA序列分别占古菌总量71.59%和22.73%;而颗粒污泥中细菌的多样性要高于古菌,低GC革兰氏阳性菌和ε变型菌纲分支的细菌是细菌的主要菌群,在随机选出的133个细菌克隆子中,这2类细菌的16SrDNA序列分别占细菌总量的49.62%和12.03%.     

同时产甲烷反硝化与硝化串联工艺处理淀粉废水

采用UASB作为同时产甲烷反硝化反应器、AUSB作为好氧硝化反应器的串联工艺处理实际淀粉废水.结果表明:①将好氧反应器的出水硝化液按1:1～3:1的回流比回流到UASB反应器,可在其中实现同时产甲烷反硝化,进水有机(以COD计)负荷约为11kg·m-3·d-1时,COD去除率为95%;NO-3-N负荷可达0.48 kg·m-3·d-1,NO-3-N去除率高达100%.②UASB反应器的出水进入AUSB反应器,其有机负荷为0.5～2 5 kg·m-3·d-1,去除率为63%～91%;氨氮负荷为0.2～0.9 kg·m-3·d-1,去除率在98.8%以上.③串联工艺在回流比为1:1、2:1、3:1下,COD去除率分别为98.7%、98.3%、99.3%,总氮去除率分别为72.9%、76.3%、82.9%.④随着UASB反应器内进水硝酸盐负荷的增加,其颗粒污泥与接种污泥相比,粒径明显增加,平均密度先增加后减小,最大比产甲烷活性先降低,而后有较大提高.     

垃圾渗滤液在厌氧复合床反应器中反硝化-产甲烷的小试研究

本试验是在厌氧复合床反应器中进行垃圾渗滤液的反硝化-产甲烷的小试研究。试验结果显示,处理有机物浓度较高的垃圾渗滤液时,反硝化-产甲烷能够在厌氧复合床反应器中实现同步进行。厌氧复合床反应器对垃圾渗滤液的COD去除率可达85%,对人工模拟回流的NO3--N去除率可达到99%。在反硝化-产甲烷耦合的同一反应器中,反硝化对COD的消耗去除起主要作用.随着进水COD浓度的升高,产甲烷量增大。当进水ρ(COD)/ρ(NO3--N)>10时,下部的污泥床几乎承担了全部反硝化任务,NO3--N去除率接近反应器总去除率。     

同时产甲烷化反硝化系统中丙酸转化能力的研究

厌氧丙酸积累造成的酸败问题一直是制约厌氧反应器稳定运行的重要因素之一。通过建立同时产甲烷反硝化功能的厌氧反应系统,来研究该系统对丙酸转化的能力。试验结果表明:在同时产甲烷化反硝化功能的厌氧反应器中加入10 mmol/L丙酸,该系统能够继续保持稳定运行,COD去除率可达95.5%左右,丙酸去除率达96%以上;而加入丙酸的对照组中,出水COD去除率下降到10%以下,对于丙酸几乎没有任何降解。同时,在实际的UASB厌氧"酸败"反应器中,以ρ(COD)/ρ(NO3-N)=12.5∶1投加硝酸盐能较快降低水中VFA的浓度,使反应器得到快速恢复。     

碳氮比对聚氨酯生物膜反应器短程硝化反硝化的影响

研究了聚氨酯生物膜反应器在短程硝化反硝化工艺中的应用,考察碳氮比(15∶1、10∶1、5∶1和1.8∶1)对聚氨酯脱氮系统脱氮性能和微生物群落结构的影响,以及微生物群落结构与其处理效果的对应关系.结果表明,经过100 d的运行,当进水碳氮比从15依次下降到10、5和1.8,亚硝酸氮累积率由56.1%逐次上升到62.3%、72.3%和83.2%.在进水碳氮比为10时,系统取得最佳处理效果,氨氮和总氮去除率分别为99.1%和91.0%.进水碳氮比在15、10、5和1.8时,硝化反应和反硝化反应均同时发生在聚氨酯生物膜系统内,随着进水碳氮比的降低,同时硝化反硝化效率逐渐降低.生物膜的功能微生物分析表明,在碳氮比15时,生物膜的微生物多样性要显著高于其他工况.生物膜上的优势亚硝酸菌和硝酸菌分别以亚硝化单胞菌(Nitrosospira sp.)和硝化螺旋菌(Nitrospira sp.)为主,而反硝化细菌则以假单胞菌(Pseudomonas sp.)占据优势.     

同步短程硝化-厌氧氨氧化-短程反硝化颗粒污泥培育过程及其性能

本研究以低碳氮比废水为基质,厌氧氨氧化污泥优配普通活性污泥为接种物,在新型气升式内循环反应器中培育同步短程硝化-厌氧氨氧化-短程反硝化颗粒污泥.结果表明,经过225 d的连续运行可培育成熟稳定的颗粒污泥,其总氮去除率高达91.4%.相较于絮状污泥,颗粒污泥中厌氧氨氧化活性显著增加,并且厌氧氨氧化活性在4个脱氮过程中活性最大,其次是短程硝化,且短程反硝化比活性是亚硝酸盐还原比活性的2.1倍.高通量测序结果表明,颗粒污泥中短程硝化和厌氧氨氧化的优势菌分别为Nitrosomonas和Candidatus_Brocadia,并相较于絮状污泥,它们的丰度分别增加至0.70%和0.57%.Thauera可能是颗粒污泥中潜在的短程反硝化优势菌,其丰度达到0.26%.RT-qPCR分析结果表明,相比接种阶段,短程硝化的功能基因amoA和hao转录水平分别增加了3.5和1.5倍,厌氧氨氧化功能基因hzsA转录水平增加了2.1倍,短程反硝化过程中napA和narG转录水平增加的倍数之和是nirK和nirS的倍数之和的4.8倍.本研究结果将为处理低碳氮比废水提供新的思路.     

葡萄糖对硫自养反硝化性能及微生物群落的影响

文章在圆柱状填充床生物反应器中成功启动硫自养反硝化过程,系统运行稳定后,第60天,在反应器进水中加入适量的葡萄糖(C/N=5∶1)将自养条件改变为混养条件,NO_3~--N去除率由75%提升到95%以上,并消除NO_2~--N积累现象。通过分析高通量测序结果发现:葡萄糖的加入对系统的微生物群落有很大的影响,变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)丰度减少,酸杆菌门(Acidobacteria)和Latescibacteria几近消失,而拟杆菌门(Firmicutes)和硬壁菌门(Bacteroidetes)的丰度却有较大的提升。从属水平的分析结果对比发现:硫酸杆菌属(Thiobacillus)和硫磺菌属(Sulfurimonas)在硫自养反硝化系统中占比高达33.7%和16.9%,加入葡萄糖后丰富度分别降到11.7%和9.6%,而unclassified_f_Enterobacteriaceae,Gemmobacter,明串珠菌属(Trichococcus)以及假单胞菌属(Pseudomonas)等异养或者混养反硝化菌属丰度明显增加。     

腐殖酸和产甲烷抑制剂对厌氧污泥发酵产氢效能的影响

为提高厌氧污泥的发酵产氢能力,采用间歇培养方式考察了不同产甲烷抑制剂与腐殖酸联合作用对厌氧污泥发酵葡萄糖产氢效能的影响,并通过Illumina MiSeq测序揭示了微生物群落结构的变化规律.结果表明,在葡萄糖初始浓度为500 mg·L-1条件下,经过120 h的连续培养后,对照的累计产氢量为1.2 mL,存在明显的耗氢...     

石墨烯/聚苯胺修饰阴极对反硝化MFC性能影响

反硝化生物阴极微生物燃料电池（MFC）以电极为电子供体,在自养条件下完成硝酸盐去除过程.本研究以碳布（CC）为基底材料,分别制备获得还原氧化石墨烯修饰（rGO-CC）,聚苯胺修饰（PANI-CC）及二者复合修饰的CC电极（rGO/PANI-CC）,并考察其作为阴极材料对反硝化生物阴极MFC产电脱氮性能的影响.扫描电镜结果显示,rGO-CC和PANI-CC的碳纤维分别被片层状rGO和网状PANI覆盖,而rGO/PANI-CC表面呈现PANI在附着rGO的碳纤维上团聚的形貌,均增大了碳布的比表面积.循环伏安测试显示,rGO/PANI-CC具有最高的电化学活性.以rGO-CC,PANI-CC和rGO/PANI-CC为阴极构建MFC的产电能力分别提高了82%,24%和41%,其阴极对NO₃^--N的去除能力增强了23%,9%和13%.16S rDNA测序结果揭示修饰后电极表面微生物的多样性下降,Stappia和Pacacoccus属微生物的丰度增加.     

石墨烯/聚苯胺修饰阴极对反硝化MFC性能影响

反硝化生物阴极微生物燃料电池（MFC）以电极为电子供体,在自养条件下完成硝酸盐去除过程.本研究以碳布（CC）为基底材料,分别制备获得还原氧化石墨烯修饰（rGO-CC）,聚苯胺修饰（PANI-CC）及二者复合修饰的CC电极（rGO/PANI-CC）,并考察其作为阴极材料对反硝化生物阴极MFC产电脱氮性能的影响.扫描电镜结果显示,rGO-CC和PANI-CC的碳纤维分别被片层状rGO和网状PANI覆盖,而rGO/PANI-CC表面呈现PANI在附着rGO的碳纤维上团聚的形貌,均增大了碳布的比表面积.循环伏安测试显示,rGO/PANI-CC具有最高的电化学活性.以rGO-CC,PANI-CC和rGO/PANI-CC为阴极构建MFC的产电能力分别提高了82%,24%和41%,其阴极对NO₃^--N的去除能力增强了23%,9%和13%.16S rDNA测序结果揭示修饰后电极表面微生物的多样性下降,Stappia和Pacacoccus属微生物的丰度增加.     

不同碳源对生物反硝化的影响

在悬浮污泥系统中,当ｐＨ、温度适宜,碳源无限制并采用单一类碳源时,反硝化速率和耗碳速率动力学呈零级反应。混合挥发性脂肪酸碳源的反硝化速率比组成它的单一脂肪酸的反硝化速率高。挥发性脂肪酸中,乙酸的反硝化速率最高。挥发酸的反硝化速率比相应的醇类为高。本文还讨论了降低反硝化系统碳源消耗、减少处理成本的方法。     

饱和带有机污染物的厌氧反硝化微生物降解

以卤代烃和芳香烃为代表,通过室内实验模拟饱和带厌氧反硝化环境,对地下饱和带中有机污染物的厌氧反硝化可生物降解性,降解机理,降解动力学方程等进行了研究。实验结果表明,芳香烃较卤代烃易被微生物降解,在有低学葡萄糖存在时有 机物的最大生物降解速率Ｃ６Ｈ６：Ｌｍａｘ＝１７ｍｇ／（ｍ＾２．ｄ）,Ｃ７Ｈ８：Ｌｍａｘ＝４６ｍｇ／（ｍ＾２．ｄ）,ＣＣｌ４;Ｌｍａｘ＝７ｍｇ／（ｍ＾２．ｄ）,ＣＨＣｌ３：Ｌｍａｘ＝６     

复合式生物反应器硝化反硝化性能研究

复合式生物反应器填料内部存在多种多样的微环境类型,从而形成微观的好氧/缺氧/厌氧环境,造成同步硝化/反硝化反应的发生。在一定浓度范围内,硝化反应和反硝化反应的比基质消耗速率与基质浓度成零级动力学反应。好氧区悬浮污泥比NH3-N降解速率为0.236/d,反硝化速率为0.0627/d;缺氧区悬浮污泥比NH3-N降解速率为0.0973/d,反硝化速率为0.231/d。出水中可以检出大量的亚硝态氮和硝态氮,二者的浓度保持相同的变化趋势,其比值大约为1.78,出现了稳定的NO2--N的积累。     

运行模式对同步短程硝化反硝化脱氮及微生物群落特征的影响

采用复合序批式生物膜反应器（HSBBR）处理高盐废水,实现了同步短程硝化反硝化脱氮。考察了运行模式对同步短程硝化反硝化系统COD去除和脱氮性能的影响,利用高通量测序技术分析了微生物群落的变化。结果表明:当反应器以缺氧/好氧交替模式运行时（缺氧/好氧时间比为2.0 h/4.5 h）,NH₃-N、总无机氮（TIN）和COD去除率分别为95.00%、84.83%和86.72%,出水中含有NO₂--N和NO₃--N。以完全好氧模式运行时（缺氧/好氧时间比为0.0/6.5 h）,NH₃-N去除率达到100.00%,TIN和COD去除率分别为85.94%和89.46%,出水中只含有NO₂--N。高通量测序结果表明:在门水平上,2种模式下生物膜和悬浮污泥中的优势菌均为变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）;Nitrosomonas是本研究检测出的唯一氨氧化菌（AOB）属,当反应器由缺氧/好氧交替模式转换为完全好氧模式时,悬浮污泥和生物膜中Nitrosomonas的相对丰度均增加;悬浮污泥和生物膜中优势反硝化菌属相似,包括Candidatus_Competibacter、Paracoccus、Thauera和Denitratisoma,在完全好氧模式下,悬浮污泥和生物膜中Candidatus_Competibacter和Thauera的相对丰度较低,而Paracoccus和Denitratisoma的相对丰度较高。多种反硝化菌与氨氧化菌的共同作用,使反应器能够实现高效同步短程硝化反硝化脱氮。     

硝酸盐对土壤反硝化活性及蒽厌氧降解的影响

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)在土壤中的反硝化降解是其厌氧去除的重要途径之一,但严格厌氧条件下反硝化电子受体(硝酸盐)对土壤反硝化活性及PAHs降解影响的报道还不多见.通过添加硝酸盐和蒽的厌氧微宇宙培养实验,探讨厌氧条件下硝酸盐对土壤蒽的厌氧降解及反硝化活性的影响.设置了不添加(N0)和添加硝酸盐(N30:30mg·kg~(-1))的两组处理,每组处理分别含3个蒽浓度(A0:0 mg·kg~(-1)、A15:15 mg·kg~(-1)、A30:30 mg·kg~(-1)),共6个处理(N_0A_0、N_0A_(15)、N_0A_(30)、N_(30)A_0、N_(30)A_(15)、N_(30)A_(30)).厌氧条件下25℃黑暗培养45 d,并于第3、7、15及45 d测定土壤N2O和CO2的产生速率、反硝化相关功能基因(nar G、nir K、nir S)丰度及蒽含量.结果表明,在培养第3 d检测到较强的反硝化活性,且硝酸盐及蒽均能显著促进土壤的反硝化酶活性.随着培养时间的延续,各处理中土壤反硝化活性急剧下降,蒽对土壤反硝化活性却表现出明显的抑制作用.方差分析的结果也表明,硝酸盐、蒽及其交互作用均能显著影响土壤的反硝化活性.3种反硝化功能基因中,只有narG和nirS基因的丰度在培养期间呈现逐渐升高的趋势,且它们能够受到硝酸盐、蒽及其交互作用的显著影响.厌氧条件下土壤蒽的最终去除率在33.83%~55.01%之间,添加硝酸盐对土壤蒽的去除率和降解速率均无显著影响,但高蒽含量(N_0A_(30)、N_(30)A_(30))处理的降解速率显著高于低蒽含量(N_0A_(15)、N_(30)A_(15))处理(P0.05).综上,硝酸盐的添加能显著影响土壤的反硝化活性及与反硝化相关的narG和nirS基因的丰度,但对土壤蒽的厌氧降解无显著影响.     

有机物与温度对壬基酚聚氧乙烯醚厌氧降解影响的研究

研究了在3种不同还原条件(产甲烷、反硝化、反硫化)下,壬基酚聚氧乙烯醚(NPEOs)的降解特性及有机物和温度对NPEOs厌氧生物降解效果的影响.结果表明,NP9EO在3种不同还原条件下能够很好地降解.易降解有机物葡萄糖和乙酸钠会抑制NP9EO的厌氧生物降解,酵母粉则可促进NF9EO的厌氧生物降解.在15～35℃的温度范围内,与反应速率系数k相关的产甲烷、反硝化、反硫化反应的温度系数u值分别为19.93、23.13和27.00 kJ/mol.说明在15～35℃的温度范围内,NP9EO生物降解过程中,温度对NP9EO生物降解速率系数的影响为反硫化条件>反硝化条件>产甲烷条件.这可为NPEOs污染的生物修复提供理论依据.