不同碳源和碳氮比对一株好氧反硝化细菌脱氮性能的影响

利用间歇培养装置研究了好氧条件下丁二酸盐、乙酸盐和苹果酸盐3种不同碳源对好氧反硝化细菌X31脱氮性能的影响,并就不同碳氮比(C/N)条件下菌株X31的反硝化能力展开了研究.结果显示,不同碳源种类对菌株硝酸还原酶活性有明显影响.以丁二酸盐和乙酸盐作为碳源时,其脱氮效果均要明显好于苹果酸盐作为碳源.以乙酸盐作为碳源时菌株的反硝化速率要稍高于丁二酸盐作为碳源,其反硝化速率可以达到11.86 mg·g-1·h-1.不同碳氮比(C/N)条件下,X31菌株的好氧反硝化能力亦不相同.当C/N大于5时,脱氮率能达到90%以上.最适宜的碳氮比是5～6,在此区间能进行完全的反硝化.当C/N在1～14之间变化时,硝酸盐还原基本都发生在菌株生长的第4～10 h,整个反硝化过程中亚硝酸盐浓度一直保持在极低的水平.     

以10种农业废弃物为基料的地下水反硝化碳源属性的实验研究

为了选择理想的农业废弃物作为优质碳源,同时作为生物膜载体应用于可渗透反应墙(PRB),通过反硝化作用去除地下水中的硝酸盐.选择小麦秸秆、玉米秸秆、稻秆、大豆秸秆、玉米棒、稻壳、甘蔗渣、杨树枝、木屑、芦苇共10种农业废弃物进行元素分析实验、浸溶实验和长效浸出实验研究.元素分析实验结果显示,10种农业废弃物的C、N、H元素含量分别为38%~48%、5%~7%、0.5%~2.5%.短效浸出实验表明,甘蔗浸出液的总有机碳(TOC)浓度最高,均值可达38.66 mg·g~(-1),大豆秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、稻壳、杨树枝和小麦秸秆为8.04~15.30 mg·g~(-1),其他均值约为2.36~6.33 mg·g~(-1).但是,大部分农业废弃物均释放一定量的含氮物质.其中,硝酸盐及亚硝酸盐释放量均低于0.05 mg·g~(-1),氨氮释放量低于0.30 mg·g~(-1),凯氏氮除木屑、玉米棒、杨树枝释放量较低,其余均高于0.80 mg·g~(-1),最高可达1.65 mg·g~(-1).同时,秸秆类材料浸出液具有一定的色度,其中稻杆的色度最高,其值为1025.选择浸出液TOC浓度较高的甘蔗渣、玉米秸秆、稻壳、小麦秸秆及凯氏氮浓度较低的玉米棒和木屑作为理想碳源材料,进行长效浸出实验.结果表明,6种材料的TOC能迅速达到高位平衡状态,且溶出速率稳定,浸出液的高效液相色谱(HPLC)和气-质谱联用仪(GC/MS)分析表明,其主要成分为有机酸、糖类、含氮有机物和酯类等物质.其中,有机酸主要为甲酸、乙酸、草酸、富马酸等小分子有机酸、糖类主要为纤维二糖、葡萄糖、果糖和木糖.脱氮效能实验表明,6种农业废弃物硝酸盐去除率均达到80%以上,脱氮速率均达到1.00~2.00 mg·cm~(-3)·d~(-1)(以N计).综上,这6种材料均可作为地下水硝酸盐污染原位修复的理想碳源填充材料.     

控制BNR工艺好氧、反硝化除磷效果因素实验研究

以实验室动态生物营养物去除(BNR)工艺(BCFS)运行实验为基础,采用静态实验,研究了厌氧初始COD、碳源种类和反应时间对好氧吸磷和反硝化除磷效果的影响,同时将二者进行对比.实验结果表明,好氧吸磷效果随厌氧初始COD升高而增加.厌氧初始COD相同时,以葡萄糖为碳源的实验吸磷速率最快,4 h好氧反应后残余PO34-浓度最低;但以乙酸和丙酸为碳源的实验表现出更强的超量吸磷能力.缺氧条件下,常规反硝化细菌(OHO)引起的常规反硝化限制了本来就速率较低的反硝化除磷过程.当厌氧初始COD为400 mg·L-1时,以葡萄糖、乙酸和丙酸为碳源的实验中反硝化除磷占总除磷量的比例分别为46.12%、32.03%和21.96%.     

硝酸盐还原条件下不同碳源对萘生物降解特性的影响

以萘为模型化合物,研究硝酸盐还原条件下萘的反硝化降解特性,考察了乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐、戊酸盐、乳酸盐及葡萄糖作为补充碳源对萘反硝化降解效果的影响,以及不同补充碳源及初始ρ(萘)对反硝化过程硝酸盐还原活性的影响. 结果表明:当初始ρ(萘)为20 mg/L时,乙酸盐、丙酸盐、葡萄糖和丁酸盐的存在对萘的反硝化降解具有促进作用,而戊酸盐和乳酸盐的存在对其具有抑制作用. 补充碳源存在下,萘的反硝化降解速率顺序为乙酸盐>丙酸盐>葡萄糖>丁酸盐>无补充碳源>戊酸盐>乳酸盐,且降解过程符合一级反应动力学. 补充碳源与萘共基质系统中,随着初始ρ(萘)的升高,萘的去除率和硝酸盐的还原活性均有所降低.      

锯末+乙醇作为混合碳源去除地下水中硝酸盐的影响因素研究

本试验采用室内试验装置,研究了 pH、温度、硝酸盐浓度对锯末+乙醇作为混合碳源去除地下水中硝酸盐的影响结果表明,pH值在5～10内变化时对锯末+乙醇混合碳源体系的硝酸盐去除率影响较大,pH ＞7时的硝酸盐去除率明显高于pH ＜7时的去除率;并且随着pH值的增加,亚硝酸盐的积累量越多,锯末+乙醇混合碳源体系最佳的pH值范围是7～8.锯末+乙醇混合碳源体系受温度的影响较大,温度为8.5、15℃时的反硝化速率显著低于25℃时的速率,25℃时的反硝化速率分别是8.5、15℃时的3倍和1.5倍,锯末+乙醇混合碳源体系适宜的温度范围为25 ～35℃进水硝酸盐浓度也会影响锯末+乙醇混合碳源体系的反硝化效果,硝酸盐氮浓度在67.8 ～113 mg·L-1范围内变化时,反应体系的硝酸盐去除效果较好反应初期,硝酸盐浓度越大混合碳源体系的反硝化速率就越低,可能较大的硝酸盐负荷对反硝化细菌产生毒害作用而不利于硝酸盐的去除.     

聚磷菌在不同碳源下的反硝化研究

利用SBR系统对聚磷菌进行了培养,并通过荧光原位杂交手段检测了系统中聚磷菌Candidatus Accumulibacter phosphatis的富集程度.聚磷菌也是一种普通异养菌,为了研究它的反硝化能力,排除了聚磷菌的正常释磷和吸磷过程,仅考察在不同碳源下反硝化性能.结果表明,乙酸和PHB都能成为聚磷菌反硝化的电子供体.当以乙酸为外在单一碳源时,其反硝化速率和PHB生成速率与起始硝酸盐浓度无关,但是当起始状态硝酸盐浓度越高时,消耗单位乙酸生成的PHB和硝酸盐还原量越小.以PHB为内在碳源和能源时,聚磷菌的反硝化速率呈现对于基质(硝酸盐)的零级动力学反应,比反硝化速率为0.973 3mg/(g.h),此外PHB平均比消耗速率为(以PHB计)2.462 6 mg/(g.h).     

不同碳源下硫还原地杆菌对反硝化过程的影响机制探讨

硝酸盐是废水中常见的污染物,其具有较高的氧化还原电位,在水中的去除主要依靠微生物的反硝化作用.目前的初步研究表明,电活性细菌能够和反硝化细菌通过互营生长加速反硝化过程.为探究在不同外加碳源下电活性细菌对反硝化过程的影响,选取不能够利用硝态氮作为电子受体的模式电活性细菌硫还原地杆菌(G.sulfurreducens PCA)与不同碳源(乙醇、丙酸或葡萄糖)驯化得到的反硝化细菌进行共培养.结果表明,改变碳源为乙酸盐后,不同体系中硝态氮的去除效率达到了94%.碳源的改变造成了不同程度的反硝化滞后现象,在当以乙醇为外加碳源时,G.sulfurreducens PCA的加入能够将迟滞时间缩短3 h,其反硝化速率可达到186 g·m~(-3)·d~(-1),同时产生的亚硝氮含量也相对最低.但以葡萄糖作为反硝化外加碳源时,迟滞时间最短,但加入G.sulfurreducens PCA后会延长反硝化所需的时间,这可能是与反硝化细菌同G.sulfurreducens PCA竞争体系中的乙酸盐碳源有关.分析微生物群落结构变化发现,G.sulfurreducens PCA的加入提高了反硝化细菌的相对丰度,使其能够适应因碳源改变而产生的对反硝化细菌的生长抑制现象.     

碳源对O/A-F/F模式积累内源聚合物及反硝化的影响

好氧/缺氧-盛宴/饥饿(O/A-F/F)选择模式能够在好氧段实现活性污泥积累内源聚合物的同时在缺氧段原位利用内源聚合物驱动反硝化.为了深入探究不同的碳源类型对O/A-F/F模式下内源聚合物积累和内源反硝化的影响,实验以乙酸和葡萄糖为主要碳源探究内源聚合物积累和内源反硝化特性以及富集的活性污泥菌群的结构和功能.结果表明,在O/A-F/F选择模式下,当进水化学需氧量(COD)为500 mg·L~(-1)左右时,以乙酸为主要碳源系统(Ac-SBR)和以葡萄糖为主要碳源的系统(Gc-SBR)均能实现40 mg·L~(-1)的硝酸盐氮的内源去除,且各系统均实现了部分短程反硝化.但Ac-SBR实现了更高的亚硝酸盐的积累.乙酸有利于内源聚羟基脂肪酸酯(PHA)积累并驱动内源反硝化过程,PHA产率为0.52,平均反硝化速率(DNR)为9.65 mg·(L·h)-1.Gc-SBR系统能够实现PHA和糖原(Gly)的同时积累,但Gly产率高于PHA产率,分别为0.36和0.17,DNR为4.35 mg·(L·h)-1.Gly是实现内源反硝化过程的主要驱动力,反硝化脱氮贡献率占总量的77%.16S rRNA高通量测序表明Proteobacteria门中的β-Proteobacteria在Ac-SBR中为优势菌纲,菌群丰度为40.56%,而在Gc-SBR中菌群丰度为18.05%.α-Proteobacteria可能在Gc-SBR中贡献了微生物的糖原积累.β-Proteobacteria、Unclassified Bacteroidetes和Lgnavibacteria在Ac-SBR中贡献了内源PHA积累.     

乙醇对地下水中硝酸盐去除作用的研究

综述和比较了近年来利用不同碳源反硝化去除地下水中硝酸盐的研究成果,并着重于乙醇作为碳源的脱硝作用。从硝酸盐去除、亚硝酸盐积累、产生生物量等方面比较了不同碳源蔗糖、乙醇、甲醇、乙酸等的优缺点,最终认为乙醇是较为合适的碳源。阐述了该领域的研究进展,总结了影响反硝化进行的主要因素,指出目前乙醇反硝化去除硝酸盐存在的问题,同时对今后进一步的研究方向进行了展望。     

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）为反硝化固体碳源的脱氮特性研究

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为固体碳源和生物膜载体,研究其脱氮性能以及添加惰性载体砾石对反应性能的影响.结果表明,PBS可作为反硝化固体碳源去除低C/N水体中的硝酸盐氮,但是所需的启动时间较长,为33 d左右.反硝化过程不会造成亚硝酸盐氮积累,但是会产生低于0.8 mg·L-1的氨氮.在PBS为碳源的反硝化体系中添加惰性载体来增加生物膜量,可以提高反硝化速率,PBS、PBS+30 g砾石、PBS+60 g砾石、PBS+90 g砾石4个体系的反硝化速率分别为5.33、7.04、10.05和6.93mg·(L·h)-1,反应均为零级反应.反硝化反应过程中(0~9 h),溶解性有机碳(DOC)先升高后降低,反应结束时(24 h),添加惰性载体砾石60 g和90 g体系的DOC分别为16.34 mg·L-1和19.22 mg·L-1,高于未添加砾石体系的13.48 mg·L-1.4个反硝化体系的pH值均低于初始值,是固体碳源降解过程中产生的酸性物质与反硝化产生的碱度综合作用的结果.     

合成氨废水短程反硝化特性研究

取自强化A/O工艺处理合成氨废水中试装置的活性污泥,在pH、碳源和温度均不为限制性因素条件下,短程反硝化和全程反硝化均为零级反应.结果表明,相对于全程反硝化,短程反硝化可以节约14.1%的碳源和55.7%的反硝化时间;初始NO2--N为36.82 mg.L-1时反硝化最快,比反硝化速率（以NO2--N/VSS计）为0.509 g.（g.d）-1;pH为7.5时反硝化速率最快,实际运行中应避免缺氧区pH〉9;选择性增殖的反硝化菌对甲醇和乙醇形成了良好的适应性,却对葡萄糖和乙酸等其它低分子易降解有机物产生了不适应性.     

利用淀粉基共混物作为反硝化固体碳源的研究

合成了淀粉/聚己内酯(PCL)热塑性共混物(SPCL6),并对其性能进行了表征.研究了SPCL6作为反硝化碳源和生物膜载体用于固相反硝化工艺的可行性.结果表明,SPCL6可作为固体碳源用于去除低C/N水中的硝酸盐,在接种1 d后SPCL6就有明显的脱氮效果.进水硝氮质量浓度对反硝化速率没有明显影响,以SPCL6为固体碳源的反硝化过程符合零级反应.剪切力对反硝化速率具有显著影响,转速从70 r.min-1提高至140 r.min-1时,反硝化速率(以N计)从0.016 5 mg.(g.h)-1提升至0.0328 mg.(g.h)-1.红外光谱结果表明,微生物利用后的SPCL6中淀粉和PCL均发生了降解.     

紫外诱变法提高好氧反硝化菌降解性能的研究

采用紫外诱变方法对从污水处理厂活性污泥中筛得的1株好氧反硝化菌(YS)进行处理,得到1株突变菌株(TB),考察了诱变前后2菌株的理化性能及反硝化能力的变化.结果表明,菌株TB的反硝化能力得到改善.在相同实验条件下,菌株TB对硝酸根的去除能力可从菌株YS的87%提高至93%,培养基中的亚硝酸根浓度从212.48 mg.L-1减少到37.62 mg.L-1,去除率从15%快速提高至85%,表明菌株TB对亚硝酸根的去除能力大幅提高,且传代前后菌株TB对硝酸根和亚硝酸根的去除率变化不大,遗传稳定性较好.对两菌株的反硝化性能影响因素的研究比较发现菌株YS的最适条件为:接种量1.5%左右,pH为6,C/N比为10,碳源为葡萄糖;而菌株TB的最适条件为:接种量1.5%左右,pH为9,C/N比为10,碳源为琥珀酸钠.     

阴离子交换树脂生物再生去除硝酸盐氮

阴离子交换树脂可高效去除水体中的硝酸盐,但盐水再生所产生的脱附液处理难度大.生物再生可通过反硝化作用降解吸附于树脂上硝酸盐氮,减少盐的使用,降低处理成本.本文在考察不同碳源(葡萄糖、乙酸钠、乳酸钠、甲醇)对生物再生影响的基础上,利用反硝化细菌对吸附有硝酸盐氮的阴离子交换树脂进行了生物再生研究,考察了微生物浓度和共存Na Cl对生物再生的影响.结果表明,生物再生过程由离子交换脱附过程和反硝化过程构成,整体受反硝化过程限制.微生物浓度的升高可显著降低生物再生所需时间,当微生物接种量高于0.6 g·L-1时,树脂上的硝酸盐可以在10 h内完全降解.再生体系中Na Cl可促进硝酸根的离子交换脱附,造成初始阶段溶液中硝酸盐浓度的快速升高,但生物再生仍受反硝化过程控制.当Na Cl浓度高于20 g·L-1时,反硝化生物活性被抑制,生物再生时间显著增加.而吸附生物再生多批次实验表明,生物再生后的树脂吸附量稳定于30~35 mg·g~(-1).     

岩溶地下河反硝化作用的有限性——一个碳酸盐岩管道的实验研究

反硝化作用是公认的去除水体中硝酸盐的路径,但相比于多孔介质,岩溶地下河中反硝化效果具有不确定性.为更好地认识岩溶地下河中反硝化效果,本研究利用天然碳酸盐岩管道几何模型,以乙醇为可利用电子供体(碳源),示踪了控制流速条件下管道流中反硝化作用,并辅以多孔介质流实验进行对比.反应示踪、地球化学印迹和微生物检测结果表明:当碳源缺乏时,反硝化作用没有明显启动的迹象;一旦补充了碳源,溶解氧、硝酸盐浓度和质量都出现了明显衰减,并且有中间产物亚硝酸盐产生,水体碱度增加.然而,即使在碳源充足情况下,管道流中反硝化强度却明显比多孔介质流中强度低,两者硝酸盐生物去除率分别为39.4%和大于99%,生物降解速率分别为0.113和10.8 mg·L~(-1)·h~(-1).推测其原因,一是碳酸盐岩管道内固体表面积与水体积比值低,固体吸着条件不利于微生物生长与发育,降低了硝酸盐去除率;二是管道富含的溶解氧可能延迟了反硝化作用启动,溶解氧降至3.0 mg·L~(-1)左右时硝酸盐浓度才有明显衰减.相比之下,其它环境因素如p H值和温度没有出现明显变化.该研究意义在于:岩溶管道流反硝化去除硝酸盐的潜能是存在的,但即使可利用碳源充足仍具有明显的局限性,这可能意味着岩溶地下河一旦遭受硝酸盐污染,其作为饮用水源的安全风险更大.     

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.     

利用观赏植物白雪姬修复铅污染的潜力研究

以添加了不同浓度铅的1/4Hoagland营养液为介质,对观赏植物白雪姬（Tradescantia sillamontana）进行人工模拟铅胁迫实验,探讨了白雪姬的铅富集性和铅胁迫下其生长、生理的变化.结果显示,在0～1500mg.L-1铅浓度范围,白雪姬地上部铅含量持续增长（p〈0.05）,根部铅含量先在500mg....