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.     

膜曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

炭膜作为膜曝气生物膜反应器膜组件处理人工合成废水,在单一反应器内实现了同时去碳脱氮.结果表明,当进水COD和NH^＋₄-N浓度分别为338 mg/L和75 mg/L,HRT为14 h,炭膜腔内压力为13.6 kPa时,COD、NH⁺₄-N和TN的去除效率分别为82.5%、 95.1%和84.2%.但是在反应器运行的后期TN去除效率明显下降,主要是因为高有机负荷导致无纺布上的微生物过度繁殖,严重影响了硝化过程的进行.通过荧光原位杂交和扫描电镜技术观察生物膜微生物结构,得出厌氧或兼氧菌主要分布在生物膜外层的缺氧区,而氨氧化菌主要分布在生物膜内层的好氧区.硝化细菌和反硝化细菌在生物膜内的共存实现了炭膜曝气生物膜反应器的同步硝化反硝化.     

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.     

不同形态厌氧氨氧化菌处理磁分离出水脱氮性能及微生物群落结构变化分析

采用两种不同形态（固定生物膜和颗粒态）的厌氧氨氧化菌（AnAOB）,考察了其对磁分离出水的脱氮性能、氮负荷的差异,同时从分子生物学的角度分析了微生物群落结构的变化.结果表明：采用自模拟污水,35℃恒温、不同水力停留时间（HRT）条件下,两个反应器对NH₄⁺-N和NO₂^--N的去除率均大于90%.此外,反应器内的微生物群落结构也发生改变,固定生物膜和颗粒反应器中Candidatus Kuenenia菌属消失,Candidatus_Brocadia、Candidatus_Jettenia成为体系厌氧氨氧化优势菌属,相对丰度分别上升至0.89%、0.63%（固定生物膜）和8.79%、2.92%（颗粒）.采用磁分离出水,随着HRT的降低,两种形态的厌氧氨氧化菌对NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率均在80%以上.反应器中厌氧氨氧化菌Candidatus_Brocadia、Candidatus_Jettenia的相对丰度明显下降,最终稳定维持在0.7%左右,并伴随异养菌的出现.     

SPG膜曝气-基因工程菌生物膜反应器处理阿特拉津废水研究

膜曝气-生物膜反应器(MABR)是一种新型的膜-生物废水处理工艺,在MABR中采用基因工程菌生物膜可以强化难降解污染物的生物去除.本研究在SPG膜表面形成基因工程菌生物膜,运行SPG膜曝气-生物膜反应器(SPG-MABR)处理阿特拉津废水,考察了气压、挂膜生物量和液体流速对SPG-MABR运行性能的影响,以及基因工程菌生物膜的变化.结果表明,提高气压可以增大透氧系数,从而提高阿特拉津和COD的去除速率以及复氧速率.提高挂膜生物量能够加快阿特拉津和COD的生物去除,但生物膜厚度增加使得氧传质阻力增大,复氧速率降低.层流状态下减小SPG-MABR中的液体流速,有利于污染物向生物膜扩散传质,从而提高污染物去除速率.气压为300 kPa、生物量为25 g·m-2、液体流速为0.05 m·s-1时,SPGMABR反应器对阿特拉津5 d的去除率可以达到98.6%.在SPG-MABR运行过程中,基因工程菌生物膜呈现微生物多态化趋势.生物膜表面逐渐被其他微生物细胞覆盖,基因工程菌分布减少,生物膜内部仍以基因工程菌细胞为主.     

一体式膜曝气生物膜反应器实现部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合生物除磷

针对我国城市生活污水碳氮比低、处理成本高及氮磷同步去除存在碳源竞争等问题,构建了一体式膜曝气生物膜反应器（Membrane aerated biofilm reactor, MABR）,分别采用纯生物膜系统和生物膜-絮体污泥复合系统,逐步实现了部分亚硝化-厌氧氨氧化与生物除磷工艺在单一反应器中的耦合及低碳氮比城市生活污水中氮、磷的高效去除.结果表明,第1阶段（纯生物膜系统）,在进水中仅含有氨氮的条件下, 部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺的NH₄⁺-N和TN去除率分别为65.39%和50.67%.第2阶段（生物膜-絮体污泥复合系统）,进水中增加了有机物,在COD/TN为3的条件下,TN和PO₄^3--P的去除率分别达到89.90%和70.42%,实现了氮和磷的同步高效去除.微生物群落分析结果表明,反应器内存在大量的变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidota）,其中,Proteobacteria在生物膜和絮体污泥均有分布,而Bacteroidota主要分布于絮体污泥;反应器内还检测到了Candidatus Kuenenia、Candidatus Jettenia和Candidatus Brocadia 3种厌氧氨氧化菌,且 Candidatus Brocadia为优势菌属,其在生物膜上的丰度达到了3.23%;此外,Candidatus Competibacter、Defluviicoccus等聚糖菌和聚磷菌Candidatus Accumulibacter、Dechloromonas在反应器内均有大量富集,共同构成了该生物膜-絮体污泥复合系统,实现了低碳氮比城市生活污水的同步脱氮除磷.     

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.     

内循环三相生物流化床启动特性实验研究

本文分别考察了空气流量、水力停留时间、接种污泥浓度及微量元素等因素对内循环三相生物流化床反应器启动挂膜的影响。实验结果表明 ,0 .384L/ min的空气流量对生物膜的培养有利 ;低于 4小时的水力停留时间有利于启动挂膜 ;较少的接种污泥浓度有利于启动挂膜 ,快速排泥的方法能保证反应器启动成功 ;锌及镍等微量元素对反应器启动挂膜影响不大     

启动炭管膜曝气生物膜反应器实现全程自养脱氮

启动包裹无纺布的多微孔炭管为膜组件的膜曝气生物膜反应器(MABR),实现基于短程硝化和厌氧氨氧化的完全自养脱氮.首先接种普通硝化污泥启动反应器,在温度35℃, pH为7.9条件下,通过对膜内腔压力的适当控制逐步降低反应器溶解氧浓度,实现亚硝酸盐的积累.然后再次接种厌氧氨氧化污泥,使无纺布上形成好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌稳定共存的膜曝气生物膜,从而实现全程自养脱氮结果表明,经过120 d连续运行,在膜内压力为0.015MPa,水力停留时间6 h,进水NH 4-N为200 mg/L±10 mg/L条件下, NH 4-N转化率达到88.7%,出水总氮平均为48.65mg/L,总氮去除率达到83.77%.荧光原位杂交(fluorescent in situ hybridization, FISH)分析表明,好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌作为主要功能菌群分别控制着靠近炭管膜/生物膜界面区域和靠近生物膜/液体界面区域.     

流化BAF处理生活污水的研究

曝气生物滤池是一种新型的水处理技术。选择海绵块作为曝气生物滤池的填料,研究了此种海棉块在曝气生物滤池内的挂膜效果．讨论了不同的水力停留时间对曝气生物滤池处理生活污水效果的影响。结果表明,水力停留时间对处理效能有较明显的影响．缩短水力停留时间使反应器对COD、氨氮和悬浮物的去除率下降。     

炭管曝气膜强化厌氧折流板反应器功能的研究

将微孔炭管曝气膜置于厌氧折流板反应器(ABR)隔室内,构建一种新型复合式生物反应器(HMABR),通过MABR与ABR的耦合作用强化ABR处理污水的功能,降解其中COD、NH 4-N和TN.结果表明,将驯化好生物膜的炭管曝气膜加入反应器第3隔室后,在膜内腔气压0.025MPa, HRT=24 h,进水COD为2 000 mg/L, NH 4-N为50 mg/L的条件下,系统发生同时硝化反硝化,出水COD、NH 4-N分别从加膜前的156 mg/L、36mg/L左右下降到45 mg/L、6mg/L左右, TN去除率达到87.66%,第3隔室挥发性脂肪酸(VFA)减少77.12%,总产气量减少30%.     

好氧-低氧生物滤池对低碳氮比污水脱氮研究

针对我国大多数城市污水低碳氮比的水质特点,提出以好氧-低氧淹没式生物滤池对其进行深度脱氮处理.试验过程中,保持好氧段DO为3.5～4.3 mg/L、低氧段DO为0.9～1.1 mg/L,通过调节2段进水分流比、水力停留时间（HRT）、进水碳氮比（C/N）实现深度脱氮效果.进行了3个阶段的试验研究：首先,以低C/N城市污...     

生物炭A/O工艺短程硝化反硝化研究

环境温度下,以生物活性碳A/O工艺实现短程硝化反硝化处理城市生活污水。研究了具有短程硝化反硝化功能的生物活性碳污泥培养,并对HRT、曝气量及A/O体积比、回流比进行了讨论。结果得到在环境温度20~26℃,进水NH4+-N浓度150 mg/L,HRT为8 h,曝气量0.3 L/min条件下,亚硝酸积累率高达75%,达到了短程硝化目的;在A/O体积比为1:2,回流比为2:1时,短程硝化反硝化的TN去除率高达86.9%,COD去除率达92.7%;生物活性碳污泥在试验阶段无污泥膨胀发生,SVI稳定在150左右;处理实际城市生活污水,系统运行稳定,COD、NH4+-N、TN去除率分别平均达91.3%,98.8%,90.2%。     

Simultaneous removal of COD and nitrogen using a novel carbon-membrane aerated biofilm reactor

A membrane aerated biofilm reactor is a promising technology for wastewater treatment. In this study, a carbon-membrane aerated biofilm reactor （CMABR） has been developed, to remove carbon organics and nitrogen simultaneously from one reactor. The results showed that CMABR has a high chemical oxygen demand （COD） and nitrogen removal efficiency, as it is operated with a hydraulic retention time （HRT） of 20 h, and it also showed a perfect performance, even if the HRT was shortened to 12 h. In this period, the removal efficiencies of COD, ammonia nitrogen （NH4^＋-N）, and total nitrogen （TN） reached 86%, 94%, and 84%, respectively. However, the removal efficiencies of NH4^＋-N and TN declined rapidly as the HRT was shortened to 8 h. This is because of the excessive growth of biomass on the nonwoven fiber and very high organic loading rate. The fluorescence in situ hybridization （FISH） analysis indicated that the ammonia oxidizing bacteria （AOB） were mainly distributed in the inner layer of the biofilm. The coexistence of AOB and eubacteria in one biofilm can enhance the simultaneous removal of COD and nitrogen.     

城市生活垃圾渗滤液的ASBR-SBR生物脱氮研究

将ASBR和SBR反应器组合起来,形成一种序批式操作的垃圾渗滤液处理工艺,两反应器的运行周期均为12h。将原水加入ASBR中进行厌氧消化,研究了废水在28.8h～72h四种不同水力停留时间(HRT)下的处理效果,结果表明,将ASBR的HRT控制在36h,在保持41.2%COD去除率的同时,出水BOD5/COD及BOD5/NH4+-N分别为0.41和4.6,对有机物和氮的后续好氧生物去除较为有利。以HRT为36h方式运行的ASBR出水为进水,研究了每周期进水量占反应器混合液比例R分别为0.67、0.50、0.33和0.17情况下,SBR去除有机物及脱氮的效果,结果表明,对于pH较低的垃圾渗滤液,R≤0.5时,反应器内反硝化反应产生的碱度和硝化反应消耗的碱度较为平衡,pH稳定在脱氮微生物适宜的范围内,脱氮及去除有机物的效果较好,对COD去除率在88%～90%,NH4+-N去除率在96%～98%,TN去除率在55%～84%,其中TN去除率与R存在较好的线性相关性,TN去除率随着R的减小而逐步提高.     

内循环移动床生物膜反应器的研究与应用

对传统移动床生物膜反应器进行改进,开发了内循环移动床生物膜反应器,通过处理模拟生活污水的研究,考察了反应器去除有机物和脱氮的能力。结果表明,在填料投加率为35%、进水COD为200～800mg/L、HRT为6h、有机负荷为0.8～3.2kg/(m.3d)的条件下,系统COD的去除率在89%以上;同时反应器具有良好的同步硝化反硝化脱氮能力,在DO为2.0mg/L、C/N为25、HRT为6h的条件下,NH4-N和TN的平均去除率分别可以达到98%和93%。另外,内循环移动床生物膜反应器与移动床生物膜反应器的对比实验结果表明,前者对COD和氮的去除效果都优于后者。     

折流生物膜反应器处理生活污水效能研究

折流生物膜反应器是一种以活性炭纤维组合的膜载体为折流挡板的新型污水处理工艺。考察了活性炭纤维表面生物膜的挂膜情况,并针对不同停留时间和碳氮比情况下,生物膜同时去除有机物和氮的效果。结果表明,折流状况下,活性炭纤维挂膜效果好,5d后生物膜厚度达到3~4mm;在水温为18~23℃,pH值为7.1~7.4,进水DO为4.5~5.4mg/L,停留时间为8h,碳氮比为10的条件下,对COD和NH+4-N的去除率分别达到80%和60%以上。     

FCR多级接触氧化系统处理乳品工业废水的研究

为提高乳品工业废水生物处理的去污脱氮能力,以新型螺旋状纤维填料作为载体,采用多级氧化槽内不同种类微生物形成的食物链系统（food chain reactor）,详细考察了不同水力停留时间COD、TN、NH^＋₄-N、TP等的去除率及其去除机理,并对污泥减量化效果进行了初步探讨.结果表明,当进水COD为842～1 843 　mg/L、TN为36.3～92.2 　mg/L、NH^＋₄-N为30.1～52.1 　mg/L,HRT=6　h时,系统COD的平均去除率达到93.3%;TN和NH⁺₄-N的去除效果显著,其平均去除率分别达到73.3%和80.7%,出水COD、TN、NH⁺₄-N平均值分别为79.4　mg/L、9.6 　mg/L、6.1　mg/L,均低于《污水综合排放标准》（GB 8978-2002）的一级标准.该系统不仅具有较高的去污脱氮效果,而且产生的剩余污泥量极少,其污泥产率的平均值为7.7%.该系统运行费用低,操作管理方便,长期运行稳定,可应用于城市污水、中高浓度有机废水（如餐厅污水、食品工业废水）等的处理.