次氯酸钠、臭氧及其组合再生水消毒技术研究

以某城市污水处理厂二级出水为原水,采用次氯酸钠、臭氧以及臭氧/次氯酸钠组合工艺,研究了不同消毒方式对总大肠菌群、粪大肠菌群和色度的去除规律,消毒副产物中三卤甲烷(THMs)生成量随有效氯投加量变化的规律。试验结果表明:在次氯酸钠消毒过程中,有效氯投加量为5 mg/L时,总大肠菌群和粪大肠菌群去除率分别为99.91%和99.99%,色度去除率为26.00%;臭氧消毒过程中,当臭氧剂量为2.6 mg/L时,总大肠菌群和粪大肠菌群去除率分别为99.70%和99.73%,色度去除率为71.65%;在组合工艺中,当臭氧剂量为2 mg/L、有效氯投加量为0.5 mg/L时,出水总大肠菌群和粪大肠菌群总数去除率分别为99.94%和99.87%,色度去除率为70.60%;在相同有效氯投加量条件下,组合工艺较单独次氯酸钠消毒出水的总大肠菌群和粪大肠菌群更低,三氯甲烷生成量降低36.67%,一氯二溴甲烷未检出。     

无锡市污水处理厂抗生素抗性菌分布与去除特性研究

近年来,污水处理厂已成为环境中抗生素抗性菌的重要来源.本研究利用传统的异养菌培养法对无锡市6座污水处理厂进出水中的5种抗生素(氨苄霉素、红霉素、四环素、卡那霉素、环丙沙星)抗性菌进行调查与分析,并对比了在不同工艺和不同季节条件下抗性菌的去除效果.结果表明,5种抗性菌在污水处理厂进出水中均可检出,进水中抗性菌浓度为103~10~5CFU·m L~(-1),出水中抗性菌浓度为10~2~10~4CFU·m L~(-1),其中,氨苄霉素抗性菌最多,占总异养菌的比例超过50%.污水处理工艺没有选择性去除抗性菌的效果,出水中抗性菌占总异养菌的比例相对于进水有增加趋势.相比其它传统工艺(氧化沟、SBR等),MBR工艺对去除氨苄霉素、红霉素抗性菌表现出一定优势;夏季目标污水处理厂对抗性菌的去除量略多于冬季,且只有环丙沙星抗性菌的去除量表现出显著的季节性差异(p0.05).     

污水处理厂削减耐药菌与抗性基因的研究进展

长期滥用抗生素导致细菌耐药性增强,并使抗性广泛传播.污水处理厂既是耐药菌(antibiotic resistance bacteria,ARB)与抗性基因(antibiotic resistance gene,ARG)的储存库,排放的污水与污泥是向自然环境中传播抗性的重要污染源,也是削减ARB和ARG及控制抗性传播的重要环节.本文总结了天然水体中的耐药菌和抗性基因污染现状,分析了近年来耐药菌与抗性基因在污水/污泥处理过程中的转归与去除方面的研究进展,同时对将来的重点研究方向提出展望,以期为今后耐药菌和抗性基因的污染控制提供参考.     

污水厂二级出水中抗生素抗性细菌的紫外灭活与复活特性

抗生素抗性细菌(ARB)作为新兴污染物受到了广泛关注,但紫外线(UV)消毒对ARB去除效果的研究尚不够充分。以某城市污水处理厂过滤后的二级出水为研究对象,通过分析UV消毒前后水中四环素、氨苄西林、氯霉素及链霉素抗性细菌丰度的变化,探究了UV消毒对ARB的去除作用及ARB的光复活与暗修复潜能。结果表明:UV对过滤后二级出水中的4种ARB具有一定灭活能力,4种ARB对UV消毒的耐受能力由高到低分别为:氨苄西林抗性细菌>四环素抗性细菌>链霉素抗性细菌≈氯霉素抗性细菌。当UV消毒剂量为20 mJ/cm2时,氯霉素与链霉素抗性细菌可被完全灭活,消毒后24 h内,这2种ARB未出现光复活或暗修复现象,这一剂量的UV不能完全灭活氨苄西林与四环素抗性细菌,且被灭活后的ARB可实现部分光复活及暗修复。当UV消毒剂量达到80 mJ/cm2时,这4种ARB均被全部灭活,消毒后6 h内,氨苄西林抗性细菌出现了复活现象。不论是在光照还是避光的条件下,UV消毒24 h后水中的总异养菌群中有超过70.32%的细菌对氨苄西林具有抗性,因此,单独UV消毒并不能有效地控制ARB从污水处理厂向环境中的传播。     

制革废水处理过程中磺胺类抗生素和抗性细菌的分布特征

针对两家制革厂废水处理过程中3种磺胺类抗生素和磺胺类抗性细菌的丰度和分布特性以及两个不同工艺污水处理厂对抗生素的去除规律做了相关研究.结果表明,3种抗生素在两家制革污水处理过程中均有检出,水样中3种抗生素的总质量浓度在59.1~706.7 ng·L~(-1)之间;两家制革厂废水处理剩余污泥中3种抗生素的总含量分别为4 388 ng·kg~(-1)和2 979.4ng·kg~(-1),与市政污水处理厂中的抗生素含量相差不大.不同的污水处理工段对3种抗生素去除效果不同,但去除效率均大于70%.生物处理单元对抗生素的去除率相对较高,而厌氧池是去除抗生素的主要阶段(去除率50%).两个制革厂的进出水和剩余污泥中共筛选出8株抗性细菌,这8个分离菌株可分为5个菌属.进出水中的抗性细菌含量介于9.37×10~3~5.08×10~5CFU·mL~(-1)之间,剩余污泥中的磺胺类抗性细菌含量较高分别为1.17×10`7CFU·g~(-1)和7.2×10~6CFU·g~(-1).两个制革污水处理厂对磺胺甲唑抗性细菌的去除率分别达到了1.34 log和2.15 log.     

蚯蚓生物滤池削减剩余污泥中ARGs和ARB的效果研究

蚯蚓生物滤池(vermifiltration, VF)是一种低碳、环境友好的生态技术。基于其良好的剩余污泥减量化效果,以不加蚯蚓的普通生物滤池(biofilter, BF)为对照,探究蚯蚓生物滤池对新型污染物——抗生素抗性菌(antibiotic resistance bacteria, ARB)和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的去除效果。结果表明:与BF相比,VF对ARB(四环素类抗性菌、磺胺类抗性菌和双抗性抗性菌)的去除率增加25百分点以上,对ARGs(tetO、tetM、tetQ、tetW、sul1、sul2)去除率增加20百分点以上,且具有选择性。VF对intI1去除率高达98.24%,大大降低了ARGs的水平转移和传播风险。夏、冬季,VF对ARGs和ARB去除率比BF高15百分点以上,说明蚯蚓的加入减弱了低、高温对生物滤池的抑制作用。蚯蚓生物滤池能有效提高污泥中ARGs和ARB去除率,为剩余污泥的无害化处理提供参考。     

紫外消毒对城市污水处理厂耐药菌去除的影响研究

通过选取假单胞杆菌、鲍曼不动杆菌以及芽孢杆菌3种耐药菌作为研究对象,研究紫外光变化对这3种耐药菌的去除效果,得出较好的紫外消毒条件,应用到实际的污水处理厂消毒过程中。结果表明,紫外消毒对3种耐药菌都有很好的灭活效果。     

再生水中有机物的臭氧氧化研究

以某城市污水处理厂深度处理的反硝化生物滤池出水为原水,研究了臭氧氧化对再生水中有机物的去除效果及臭氧氧化后醛类的生成规律.结果表明,臭氧能有效降解水中有机物,臭氧投加量为8 mg·L~(-1)时,DOC、UV254、色度的去除率分别为9.5%、45.6%和80.2%.三维荧光光谱荧光峰各区的荧光强度均随臭氧投加量的增加而降低,臭氧投加量为4 mg·L~(-1)时,再生水中的微生物代谢产物和腐殖质类物质的去除率分别为65.8%和63.2%.臭氧氧化产生的醛类副产物中甲醛和乙醛是主要的组成部分,当O3/DOC(质量浓度比)=1.1时,除丙烯醛外,其他几种醛类的浓度均达到最大值;臭氧氧化能够降低后续氯消毒过程中三卤甲烷类消毒副产物的生成浓度,对三卤甲烷生成潜能(THMFP)的去除率为17%.     

污水回用中主要病原菌解析及其紫外消毒效应

本研究以污水处理厂二级出水中的微生物为研究对象,通过454焦磷酸测序技术分析其群落结构组成,揭示了主要病源菌的种类和比例;通过培养法、q PCR、Q-RT-PCR这3种方法分析紫外剂量为60 m J·cm-2时对指示菌大肠杆菌和典型病原菌沙门氏菌及分枝杆菌的去除特性.结果表明,二级出水中共有11种病原菌,主要为梭菌属(2.96%)、弓形杆菌属(0.82%)和分枝杆菌(0.36%).60 m J·cm-2剂量的紫外消毒可以有效去除99.9%可培养的大肠杆菌和沙门氏菌,对可培养分枝杆菌的去除率不足90%.但是,该剂量紫外消毒对活性大肠杆菌、沙门氏菌和分枝杆菌的去除率较低,Q-RT-PCR检测方法可以较准确评价微生物的存活状态.60 m J·cm-2紫外剂量会导致大量病原菌进入具有活性但不可培养(VBNC)状态,需结合其他深度处理工艺进一步去除活性病原菌以保障污水回用的安全利用.     

污水中抗生素与重金属对红霉素抗药性基因的选择性效应

采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和固相萃取-高效液相色谱串联质谱(SPE-HPLC-MS/MS)分别检测分析了上海某污水处理厂中6种重金属和3种抗生素的含量水平和分布特征,采用实时荧光定量PCR检测分析了7种红霉素抗药性基因(ERY-ARGs)在污水处理厂中的分布变化.结果表明,抗生素磺胺甲恶唑(SMX)、红霉素(ERY)和四环素(TC)在污水处理厂中均被检出,两段A/O工艺对其去除效果较差,去除率为3%(ERY)~36%(TC).重金属Cr、Cu、Zn和Pb在污水中被检出,浓度范围分别为136.9~235.5、7.1~37.4、18.1~98.4和143.1~383.0μg/L,两段A/O工艺对Zn基本完全去除,但对Cu、Pb和Cr的去除率分别为48%、43%和18%.目标ERY-ARGs在污水处理厂中均被检出,其在原水中的浓度为9.28×103(ermA)~1.83×108(ereA)copies/L,两段A/O工艺对其具有较好的去除效果,降低幅度可达1.19~3.97个对数浓度.通过相关性分析可知, ERY-ARGs与ERY之间具有显著相关性(P<0.05),而酯酶基因ereA与Cu、Zn和Pb之间也呈现出较好的显著相关性(P<0.05),表明污水中ERY对ERY-ARGs的演变产生具有重要影响,而重金属对ERY-ARGs也可能存在潜在的选择性作用.     

Comparison of different disinfection processes in the effective removal of antibiotic-resistant bacteria and genes

This study compared three different disinfection processes(chlorination, E-beam, and ozone) and the efficacy of three oxidants(H2O2, S2O-8, and peroxymonosulfate(MPS)) in removing antibiotic resistant bacteria(ARB) and antibiotic resistance genes(ARGs) in a synthetic wastewater. More than30 mg/L of chlorine was needed to remove over 90% of ARB and ARG. For the E-beam method, only1 dose(kGy) was needed to remove ARB and ARG, and ozone could reduce ARB and ARG by more than 90% even at 3 mg/L ozone concentration. In the ozone process, CT values(concentration × time)were compared for ozone alone and combined with different catalysts based on the 2-log removal of ARB and ARG. Ozone treatment yielded a value of 31 and 33(mg·min)/L for ARB and ARGs respectively. On the other hand, ozone with persulfate yielded 15.9 and 18.5(mg·min)/L while ozone with monopersulfate yielded a value of 12 and 14.5(mg·min)/L. This implies that the addition of these catalysts significantly reduces the contact time to achieve a 2-log removal, thus enhancing the process in terms of its kinetics.     

海水淡化超滤-反渗透工艺沿程溴代消毒副产物变化规律

研究了海水淡化超滤-反渗透(UF-RO)工艺沿程有机物和溴代消毒副产物(Br-DBPs)变化特征.该海水中含有较高浓度的Br-(45.6~50.9 mg·L-1)和较多的芳香类化合物[比紫外吸收值SUVA为3.6~6.0 L·(mg·m)-1];色氨酸类芳香族蛋白质、富里酸类有机物和溶解性微生物代谢产物是海水中主要的荧光特征有机物.UF-RO工艺进水海水经Na Cl O消毒后,DBPs的种类和浓度显著增加,且增加的主要为Br-DBPs,其中三溴甲烷(CHBr3)占总三卤甲烷(THMs)的70.48%~91.50%,二溴乙酸(Br2CHCO2H)占总卤乙酸(HAAs)的81.14%~100%,二溴乙腈(C2HBr2N)占总卤乙腈(HANs)的83.77%~87.45%.UF膜对THMs、HAAs和HANs的去除率分别为36.63%~40.39%、73.83%~95.38%和100%.RO膜可以完全去除HAAs,但是对THMs不能完全去除.进水海水的抗雌激素活性为0.35~0.44 mg·L-1,氯消毒后增加了32%~69%.海水淡化UF-RO系统生成的DBPs和其他生物毒性物质最终被截留到了UF浓水和RO浓水中.     

PN/A双菌层系统的构建及其脱氮性能

分别采用SBR反应器和MBR反应器驯化培养亚硝化污泥和厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)污泥,并通过微生物包埋技术将两类污泥分别包埋,构建亚硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification-ANAMMOX,PN/A)双菌层系统.短期实验证明该系统中亚硝化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和ANAMMOX菌在不同阶段分别起主导作用,维持系统的酸碱平衡,并实现NH+4-N的高效去除(98.8%).长期实验表明,在溶解氧受限时,PN/A双菌层系统能够有效提高系统对溶解氧的利用效率,并增强系统的稳定性和脱氮效能.在溶解氧为1.0 mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度分别为200 mg·L~(-1)和400 mg·L~(-1)时,对照组脱氮效率仅为58.1%和61.4%,而PN/A双菌层系统脱氮效率均稳定在80%左右;溶解氧为3.0mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度为400 mg·L~(-1)时,PN/A双菌层系统总氮去除率达87.9%,总氮积累负荷(NLR)为0.4kg·(m3·d)-1,总氮去除负荷(NRR)为12.8 mg·(g·h)-1.     

制革废水的厌氧氨氧化ABR脱氮工艺研究

采用小试规模的厌氧折流板反应器(ABR)研究制革废水的厌氧氨氧化脱氮.结果表明,ABR可作为实现厌氧氨氧化的良好反应器,厌氧氨氧化ABR反应器能有效和稳定地处理制革废水.当进水NH+4-N为25.0~76.2 mg·L-1、COD为131~237 mg·L-1,NH+4-N容积负荷为0.05~0.15 kg·(m3·d)-1时,出水NH+4-N为0.20~7.12 mg·L-1、COD为35.1~69.2mg·L-1,去除率分别达到90.8%~99.6%和66.9%~74.7%.此外,厌氧氨氧化ABR反应器污泥在驯化和运行过程中形成了棕红色、棕黄色和红色的颗粒污泥.电镜扫描观察证实在厌氧氨氧化ABR反应器的4个隔室的颗粒污泥中均存在厌氧氨氧化菌.荧光原位杂交(FISH)检测结果显示厌氧氨氧化菌在驯化和运行过程中出现不同程度的增殖,厌氧氨氧化ABR反应器4个隔室的污泥中厌氧氨氧化菌所占比率分别由4%增加到9%、8%、12%和30%,呈现出前段隔室少、后段隔室多的分布规律.     

活性炭吸附对藻类有机物的去除及其消毒副产物的控制

本文研究了粉末活性炭(powder activated carbon,PAC)吸附对藻类有机质(algal organic matter,AOM)及其典型含氮和非含氮消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)的去除效能.结果表明,AOM主要含有一些小分子量、亲水性、低芳香度的有机质,三维荧光光谱证实,PAC吸附改变了AOM的组成,明显降低了类腐殖质物质含量,但对芳香蛋白类物质去除能力有限.PAC投加量为20 mg·L~(-1),吸附时间10~30 min时,对于3.30 mg·L~(-1)的胞内有机质(intracellular organic matter,IOM)和胞外有机质(extracellular organic matter,EOM)溶液,溶解性有机碳去除率分别为20.7%~31.9%和12.6%~19.0%.PAC对IOM和EOM中卤代甲烷总生成量的最高去除率分别为26.6%和35.8%;卤代乙腈总生成量的最高去除率分别为49.6%和53.6%,其中二溴乙腈前体物的去除效果显著.PAC对EOM氯化生成的DBPs的控制作用较好.     

SFBR中好氧颗粒污泥的培养及特性研究

接种自行培养的活性污泥,以模拟废水为基质,采用连续进水、间歇出水及厌氧/好氧交替的运行模式,尝试了在SFBR中进行好氧颗粒污泥的培养,并研究了好氧颗粒污泥的特性及反应器对污染物的去除效果.结果表明,通过逐步缩短沉降时间,28 d时成功培养出好氧颗粒污泥,所形成的好氧颗粒污泥呈黄色、形状不规则,且粒径较小(平均粒径0.56 mm),正常情况下的SVI保持在70 mL·g-1以下,EPS在59 d时达到最大值(以MLVSS计)373.24 mg·g-1,较培养初期增加了约2.5倍,运行后期由于颗粒出现解体,导致EPS急剧下降;反应器在运行过程中未能保持较高的污泥量,中后期MLSS始终在3 000mg·L-1以下;在63 d的运行时间里,除异常波动外,反应器对COD的去除率基本维持在90%左右,正常情况下出水COD小于100 mg·L-1,反应器对NH+4-N、TIN的去除效果波动较大,去除率分别为44.45%~94.72%及43.87%~93.13%,反应器对TP的去除率在44.50%~97.40%之间,正常情况下TP去除率可维持在60%以上;限于自动控制水平,夜间长时间的好氧饥饿期容易造成丝状菌过度生长,使得AGS在生长竞争中处于劣势,最终导致了AGS的解体.     

纳米氧化锌粒径对人工湿地性能及微生物群落的影响

纳米颗粒(nanoparticles,NPs)具有较小的粒径(1～100 nm),其生物毒性与粒径的大小紧密相关.在进水COD约200. 0 mg·L~(-1),NH_4~+-N约12. 5 mg·L~(-1)和溶解性总磷约4. 0 mg·L~(-1)的条件下连续运行28 d,研究了3种不同粒径的纳米氧化锌(ZnO NPs)对水平潜流人工湿地微生物群落结构和多样性的影响,同时结合湿地脱氮性能的变化,探讨了湿地中微生物群落结构和多样性与其处理性能的相互关系.结果表明,3种粒径(15、50和90 nm)的ZnO NPs(10 mg·L~(-1))对COD的去除无明显差异,而对脱氮则表现出明显的粒径效应.高通量测序发现,人工湿地系统中硝化菌属的丰度明显低于反硝化菌属,硝化过程是制约湿地脱氮性能的关键因素.暴露于不同粒径的ZnO NPs后,微生物群落结构发生不同程度的变化,与较大粒径(50 nm和90 nm)的ZnO NPs相比,15 nm的ZnO NPs对硝化菌属的抑制更为显著.     

环丙沙星对膜生物反应器运行效能的影响及其去除特性

采用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理含环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的模拟废水,考察了不同CIP投加浓度(0、5、10 mg·L~(-1))下的污染物去除效果和微生物群落的变化.结果表明,随着CIP投加浓度从0 mg·L~(-1)增加至5 mg·L~(-1)再增加至10 mg·L~(-1),反应器中污泥浓度呈现先减少后波动平衡的趋势;COD和TOC平均去除率分别从98.40%和97.80%下降至84.20%和94.10%,表明CIP对有机物去除有所影响但影响程度不大;氨氮去除效率受CIP投加浓度的影响较大,随着CIP投加浓度从0 mg·L~(-1)增加至5 mg·L~(-1)再增加至10 mg·L~(-1),氨氮去除效率从96.91%降低至84.14%再降低至77.80%,亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、产碱菌属(Alcaligenes)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)和硝化杆菌属(Nitrobacter)的活性明显下降;而CIP去除率总体呈现先增后减的趋势.物料衡算分析表明,MBR中CIP的去除主要是通过生物降解和污泥吸附,在CIP投加浓度为5 mg·L~(-1)时分别去除了30.13%和0.25%的CIP,在CIP投加浓度为10 mg·L~(-1)时分别去除了7.55%和1.81%的CIP.     

进水C/P对SNEDPR系统脱氮除磷性能的影响

为了解不同进水C/P条件下同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)的脱氮除磷特性.以实际城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180 min)/低氧(溶解氧0.5~1.0 mg·L~(-1))运行的序批式反应器(SBR),考察了进水C/P(分别为60、30、20、15、10)对系统C、N、P去除特性的影响.结果表明:适当降低进水C/P(由60降至30)有利于提高系统内PAOs竞争优势.当C/P为30时系统除磷性能最高,厌氧段释磷速率(PRR)和好氧段吸磷速率(PUR,以P/MLSS计,下同)分别高达3.5mg·(g·h)-1和4.2 mg·(g·h)-1,出水PO3-4-P浓度均低于0.3 mg·L~(-1),且PPAO,An高达88.1%;但进一步降低进水C/P至10时,PO3-4-P去除率和PPAO,An分别由38.1%和82.4%降低至3.1%和5.3%,PRR和PUR分别仅为0.2 mg·(g·h)-1和0.24mg·(g·h)-1,系统表现出较差的除磷性能.降低C/P对系统COD去除性能没有影响,COD去除率稳定在85%左右.此外,当C/P由60降低至20时,系统硝化性能变差,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度分别由0和6.9 mg·L~(-1)升高至5.1 mg·L~(-1)和16.2 mg·L~(-1);而当C/P进一步降低至10时,系统硝化性能得以恢复,但亚硝积累特性遭到破坏,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度逐渐降低为0,但出水NO-3-N浓度由0.08 mg·L~(-1)升高至14.1 mg·L~(-1).SNED率先由62.1%降低为36.4%后又逐渐提高至56.4%.C/P低于15时,有利于提高GAOs的竞争优势,且C/P由20降至10时系统脱氮性能得以恢复,原因在于GAOs内源反硝化作用的增强.     

有机物对厌氧氨氧化微生物燃料电池脱氮产电性能的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥到微生物燃料电池阳极,成功启动厌氧氨氧化微生物燃料电池(ANAMMOX-MFC),研究了葡萄糖和苯酚对ANAMMOX-MFC脱氮产电性能的影响.结果表明,当葡萄糖浓度较低时(100~200 mg·L~(-1))时,对ANAMMOX菌有促进作用,ANAMMOX-MFC脱氮产电性能增强,此时反应器进出水COD浓度变化不大;当葡萄糖浓度高于300 mg·L~(-1)时,产电性能逐渐下降,NH+4-N去除率和去除速率逐渐下降,而NO-2-N去除率和去除速率基本保持不变,此时出水COD浓度也出现降低,说明厌氧氨氧化菌活性受到抑制,反硝化菌活性开始增强.极化曲线拟合程度较低,COD浓度变化对电池内阻影响较小.当苯酚浓度较低时(50~100 mg·L~(-1)),对ANAMMOX-MFC脱氮产电性能影响较低;当苯酚浓度超过200 mg·L~(-1)时,ANAMMOX-MFC脱氮产电性能逐渐被抑制.整个过程进出水COD浓度变化不大,极化曲线拟合程度较低,表观内阻有缓慢升高.