硫铁填料和微电流强化再生水脱氮除磷的研究

为提高再生水质量,在不同C/N和HRT条件下,对比分析硫铁复合填料和微电流作用强化再生水深度脱氮除磷效果.结果表明,硫铁复合填料和微电流作用均能够强化氮、磷的深度去除效果,且二者结合能够使反硝化系统pH值稳定在7.2~8.5之间.系统中TN主要靠异养反硝化、氢自养反硝化和硫自养反硝化作用去除,94.04%的TP是以生成磷酸铁沉淀的形式去除.分别从填料上取生物膜,进行Miseq高通量测序,构建细菌16S rRNA基因克隆文库.结果发现,在仅有海绵铁作用系统中,同时具有异养反硝化和氢自养反硝化功能的细菌所占比例达到29.47%;硫铁复合填料和硫铁微电流作用系统中,具有硫自养反硝化功能的Thiobacillus(硫杆菌属)所占比例分别达到60.47%和40.62%.因此,硫铁复合填料和微电流作用用于强化再生水深度脱氮除磷具有明显的优势.     

腐殖酸铝盐絮凝体的动态特性

通过显微摄影分析研究了腐殖酸铝盐絮凝体成长的动态过程以及在混凝过程中絮凝体构造(分形维数)的变化规律.结果表明,在腐殖酸混凝过程中,随搅拌历时延长,絮凝体粒径不断成长变大,最终达到平衡状态.随着絮凝体的成长,其构造呈现由密实逐渐向疏松过渡的过程,空隙率变大,二维分形维数由初期的1.8左右下降到1.4左右.絮凝体分形维数D_f和粒径d_f之间具有D_f=Ad_f^-     

A2/O工艺中好氧污泥絮体的分形结构与理化特征分析

采用图像法和沉降柱法分别研究了A²/O工艺中好氧污泥絮体的形貌、粒度分布、低维分形维数和沉降速率、有效密度、空隙率以及质量分形维数,并尝试探讨了上述相关性质与这些污泥宏观操作性质(沉降、压缩、脱水和稳定性)相关的各种理化指标以及胞外高分子物质(EPS)的含量之间的变化关系.结果表明,污泥絮体呈现不规则的形貌,表面具有空隙.其有效密度一般随着其粒径的增加而降低,而空隙率和沉降速率却呈现与有效密度相反的变化趋势,这些均表明了污泥絮体的分形结构的存在.2次所采集的污泥絮体的中位直径分别为248.81、 332.86 μm,有效密度的平均值分别为0.004 0、 0.007 2 g·cm^-3,自由沉降速率的平均值分别为2.67、 4.79　mm·s^-1,空隙率的平均值分别为0.94、 0.89,一维分形维数分别为1.03、 1.19,二维分形维数分别为1.64、 1.84,采用基于Logan经验公式的有效密度-最大直径的双对数关系确定的质量分形维数分别为1.74、 2.29.尽管第2次所采集的污泥絮体较为密实,但其表面粗糙程度却比第1次的低.此外,研究中发现絮凝能力较高或负电荷较高的A²/O好氧污泥絮体具有高的SVI和ZSV值;分形维数较低的污泥具有高的剪切敏感性和低絮体强度,相应的污泥稳定性低;EPS总量高的污泥脱水性能差,EPS中蛋白质含量高的污泥其表面电荷也较高.     

电流对MEC-3DBER-S脱氮除磷效果的影响及机理分析

针对低C/N污水处理厂二级处理出水中氮、磷去除问题,基于三维电极生物膜工艺（3DBER）反硝化脱氮碳源消耗量少的特点,构建了微电凝聚-三维电极生物膜耦合硫自养强化脱氮除磷工艺（MEC-3DBER-S）.对比研究了3DBER与MEC-3DBER-S在不同电流强度条件下的运行特性,并结合基于nirS基因的克隆文库技术分析了MEC-3DBER-S中反硝化微生物的构成.运行结果表明,MEC-3DBER-S有效强化了氮、磷的去除效果,特别是提高了低电流条件下的脱氮效率;同时电流作用能够促进海绵铁腐蚀,提高除磷效果.当C/N=1.5、HRT=8h、I=300mA条件下,其TN和TP去除率分别达到75%和78%,分别比3DBER高10%和28%左右.基于nirS基因的克隆文库结果表明,MEC-3DBER-S中同时存在与具有异养、氢自养、硫自养和铁自养反硝化功能的菌属相似的细菌.该体系中有机碳源、H2、单质硫和Fe²⁺等电子供体可相互补充,强化了脱氮;同时,体系中还存在物化联合生物除磷的作用,强化了除磷.因而,MEC-3DBER-S复合反硝化体系保证了较高的脱氮除磷效果.     

DO和曝停比对单级自养脱氮工艺影响试验研究

为提高SBBR单级自养脱氮系统脱氮性能并考察DO和曝/停比对SBBR单级自养脱氮系统的影响,采用4组对比试验进行研究.结果表明,连续和间歇2种曝气方式均可实现单级自养脱氮,在进水氨氮浓度为160 mg/L左右,温度30℃±2℃,pH值7.8～8.2,HRT为2 d,DO为0.8～1.0 mg/L的条件下,连续曝气系统的氨氮转化率和总氮去除率分别达到80%和70%.DO为(曝气)2.0～2.5　mg·L^-1/(停曝)0.2～0.4 mg·L^-1,曝/停比为2 h∶2 h的系统则达到90%和80%以上.SBBR单级自养脱氮系统的DO应随其曝/停比进行调节,同时还可能与反应器内生物量及微生物在活性污泥和生物膜中的分布情况有关.本研究还探讨了SBBR单级自养脱氮的机理.     

全程自养脱氮新技术处理污泥脱水液的研究

以含有高浓度氨氮的消化污泥脱泥污水为基质,在悬浮填料床反应器中实现了稳定的全程自养脱氮过程.在填料表面培养形成了全程自养脱氮混菌生物膜.反应器的主控条件为T=28℃,pH=8.0左右,溶氧为0.8～1.0 mg/L.两级串联反应器的平均表面负荷为NH₄⁺-N 3～4 g/(m²·d),总的全程自养脱氮率达70%左右.对处理高氨氮含量和低C/N比的废水,全程自养脱氮较常规硝化-反硝化脱氮技术可大大降低氧耗并无需外加有机碳源,因此具有很好的应用前景.     

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.     

“异养-硫自养”组合工艺去除高浓度高氯酸盐特性

通过运行双室的异养-硫自养联合反应器(下部为异养区、上部为自养区),去除高浓度高氯酸盐(ClO_4~-)废水.考察不同进水碳氯比(C/Cl)和ClO_4~-浓度条件下,ClO_4~-的降解特性及出水硫酸盐(SO_4~(2-))浓度.结果表明,通过调节进水C/Cl比由2~1,反应器在36 d快速成功启动;进水ClO_4~-浓度由250 mg·L~(-1)提升至400 mg·L~(-1)时,微生物对高浓度ClO_4~-表现出良好的耐受性,ClO_4~-的去除率始终稳定在95%以上;通过调整C/Cl比至1.2,可减少自养区ClO_4~-负荷,使出水SO_4~(2-)浓度降至250 mg·L~(-1)以下.此外,本研究证实了细菌分泌的溶解性有机物中色氨酸和酪氨酸是造成自养区出水TOC升高的原因.由于采用异养-硫自养联合工艺,控制碳源的投加,从而减少了异养区污泥的产量;同时,异养区产生碱度可以平衡自养区产生的酸度,减少了自养过程中碱度的投加;异养区产生碳酸盐也可以作为自养区的碳源,实现了异养区和自养区功能上的"互补".     

海藻酸钠对改性黏土絮凝特征的影响

以海藻酸钠为藻源有机质的模式化合物,考察了赤潮水体中藻源有机化合物对改性黏土絮凝速率及絮凝体特征的影响;并利用图像分析法,测定了絮凝体的分形维数Df,借助分形维数对改性黏土的絮凝形态学特征进行了半定量化分析.结果表明:当海藻酸钠浓度在10~100mg/L范围内时,可以提高改性黏土絮凝的速率,絮凝体的分形维数Df、絮凝体强度呈现出先增大后减小的规律;其中,最佳浓度为50mg/L,其最大絮凝速率达到44.13、Df 为1.6823.低浓度(100mg/L)海藻酸钠能促进改性黏土的絮凝效率,但促进作用呈现减小的趋势,表现为最大絮凝效率减小,Df降低、絮凝体的空隙率增大.     

A~2/O工艺中好氧污泥絮体的分形结构与理化特征分析

采用图像法和沉降柱法分别研究了A2/O工艺中好氧污泥絮体的形貌、粒度分布、低维分形维数和沉降速率、有效密度、空隙率以及质量分形维数,并尝试探讨了上述相关性质与这些污泥宏观操作性质(沉降、压缩、脱水和稳定性)相关的各种理化指标以及胞外高分子物质(EPS)的含量之间的变化关系.结果表明,污泥絮体呈现不规则的形貌,表面具有空隙.其有效密度一般随着其粒径的增加而降低,而空隙率和沉降速率却呈现与有效密度相反的变化趋势,这些均表明了污泥絮体的分形结构的存在.2次所采集的污泥絮体的中位直径分别为248.81、332.86μm,有效密度的平均值分别为0.0040、0.0072g·cm-3,自由沉降速率的平均值分别为2.67、4.79mm·s-1,空隙率的平均值分别为0.94、0.89,一维分形维数分别为1.03、1.19,二维分形维数分别为1.64、1.84,采用基于Logan经验公式的有效密度-最大直径的双对数关系确定的质量分形维数分别为1.74、2.29.尽管第2次所采集的污泥絮体较为密实,但其表面粗糙程度却比第1次的低.此外,研究中发现絮凝能力较高或负电荷较高的A2/O好氧污泥絮体具有高的SVI和ZSV值;分形维数较低...     

异养协同硫自养ABR系统还原高浓度高氯酸盐

构建新型异养硫自养ABR反应器,以处理含高浓度高氯酸盐（ClO₄^-）废水,并探讨该工艺对不同浓度ClO₄^-的还原性能及硫酸盐（SO₄^2-）的产生规律,同时解析ABR系统内生物量及胞外聚合物（EPS）的变化特性.结果表明：在HRT=12h,进水ClO₄^-浓度为300mg/L时,去除率可达99.60%,出水SO₄^2-浓度稳定在150mg/L内.进水pH值为7.8~8.0,随着还原ClO₄^-浓度的升高,异养段出水pH值逐渐升高至8.0~8.3,自养段pH值则逐渐降低至6.6~6.9,异养协同硫自养ABR系统可实现酸碱的平衡.此外,提高进水ClO₄^-浓度可促进EPS的分泌,且异养段第一格室微生物分泌的EPS最多,其含量可达到102.46mg/（g·vss）.EPS的分泌可以形成保护层以抵制外界的压力,同时也起到储备碳源和能源的作用.     

露天堆场防风抑尘网临界孔隙率的数值模拟

应用Fluent6.3对防风抑尘网及料堆周围流场进行数值模拟,通过研究不同孔隙率抑尘网与料堆周围湍流特性及料堆表面剪切力分布规律,确定了临界孔隙率.结果显示:高孔隙率(0.3、0.4、0.6)流动状态与无网工况一致,来流风沿迎风面贴附向上,风速逐渐增大,堆顶达到最大;低孔隙率(0、0.2)流态与无网迥异,迎风面处于涡旋中,风速向下,孔隙率为0时涡旋中心高于堆顶3m,孔隙率为0.2时涡旋中心位于堆高2/3处.孔隙率30.3时,料堆各表面剪切力变化趋势一致,与无网工况来流风同向,最大剪切力出现在堆顶.孔隙率为0.2时,作为最大起尘量的迎风面,其表面剪切力随高度先增大后减小,最大剪切力处于堆高3/5处.孔隙率为0.25时,湍流结构和剪切力分布发生突变,迎风面为贴附和涡旋复合流动,表面剪切力最小.据此确定来流风速6m/s,运用该几何模型时,临界孔隙率为0.25.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

覆盖处理对猪粪秸秆堆肥中氮素转化和堆肥质量的影响

为了探讨覆盖措施对堆肥化中氮素转化与堆肥质量的影响,在自制的强制通风静态堆肥箱中,模拟研究了覆盖腐熟堆肥后,下层猪粪秸秆堆肥及覆盖层中氮素形态和其他腐熟度指标的变化.结果表明:覆盖处理降低了下层堆肥中的含水率、种子发芽指数(GI值)、升温期和高温期的pH值,增大了降温期后的堆肥电导率EC值,而对堆温影响不大.覆盖处理未改变堆制初期下层堆肥中氨气的释放总量,只延缓了氨气的释放时间,但明显增加了降温期后堆肥中硝态氮和有机氮的含量.在堆制期间,覆盖处理的下层堆肥中硝态氮、有机氮、总氮和总磷含量的增幅分别比对照高66.7％、33.8％、32.7％和138.6％;而有机碳降解率、铵态氮和腐殖质含量的降幅则分别比对照低1.1％、8.0％和3.7％.覆盖层中pH值、铵态氮和硝态氮含量的变化说明腐熟堆肥能够吸收下层堆肥释放的氨气并进行硝化作用;覆盖层的腐熟堆肥总体上进行了矿化作用,从而影响了下层堆肥的氮素转化过程及质量.     

广州城区近地面层大气污染物垂直分布特征

为更好地了解广州城区近地面层大气污染物的扩散与输送过程,利用广州塔4层大气污染物垂直梯度观测平台(高度分别为地面、118、168和488 m)于2014年1月—2015年12月对多种大气污染物进行连续观测,分析了广州城区近地面层大气污染物的垂直分布特征.结果表明:①ρ(PM₁₀)、ρ(PM_2.5)、ρ(PM₁)、ρ(NO₂)和ρ(NO)随高度的上升而降低,其中ρ(PM₁₀)、ρ(PM_2.5)和ρ(PM₁)在低层(地面点位)—高层(488 m点位)的递减率分别为35%、30%和26%,ρ(NO₂)和ρ(NO)分别为75%和84%;ρ(O₃)随高度上升而增加,其低层—高层的增长率为135%;ρ(SO₂)和ρ(CO)则随高度上升先增后减.②除ρ(O₃)外,其余污染物浓度均符合“冬强夏弱”的季节特征,ρ(O₃)则在夏秋季较高,春冬季较低.冬季ρ(PM₁₀)、ρ(PM_2.5)、ρ(NO₂)和ρ(NO)高、低层间差异为全年各季最大,分别为38.6、18.5、49.4和31.9 μg/m3.③各污染物小时浓度日变化特征均不同程度地受混合层发展过程的影响,各高度污染物浓度在一天中混合层高度最高的时段(12:00—17:00)最接近,而在其余时段分层较明显.除O₃外,其余污染物质量浓度在中、低层大致呈早晚双峰分布,而在高层大致呈单峰分布.ρ(O₃)则在各层均保持单峰分布,峰值一致出现在14:00.④对一次典型污染过程分析发现,不同高度的ρ(PM_2.5)和ρ(NO₂)最大差值分别可达183.0和148.0 μg/m3,ρ(PM_2.5)显著地受到本地近地面污染源的影响,污染物高浓度区域主要集中在488 m以下.      

基于CFD的防风抑尘网非均匀孔隙率的优化研究

孔隙率是影响抑尘网防护效果的最主要因素,不同孔隙率抑尘网对料堆表面的显著作用区域不同,高孔隙率(ε30.3)网后料堆中下部扬尘得到明显抑制,低孔隙率(ε < 0.3)网的抑尘作用则于料堆上部突显.基于均匀孔隙率的抑尘区域提出不同孔隙率组合的非均匀抑尘网,选取6种典型非均匀工况,应用Fluent6.3对网和料堆周围流场进行数值模拟,结果显示:网下部孔隙率(ε_L)相同,上部孔隙率(ε_H)由0增至0.1时,网后气流扰动减弱,基于湍流结构和料堆受力判定ε_H取0.1较好;网上部孔隙率(ε_H)相同,下部孔隙率(ε_L)由0.3增至0.6时,紧贴料堆表面风速随ε_L增大而增大,ε_L为0.3时最优.比较非均匀抑尘网最佳工况(ε_H=0.1/ε_L=0.3)与均匀网(ε=0.1和ε=0.3)的料堆表面受力显示:ε_H=0.1/ε_L=0.3非均匀网可使起尘量最大的迎风面的各个区域剪切力均显著减小,中下部比ε=0.1时减小85.2%,上部比ε=0.3时减小84.3%,料堆表面剪切力总和的减少量可达均匀网时的50%左右.     

磷对混养反硝化污泥活性和微生物群落结构的影响

生物反硝化脱氮是现在最广泛使用的去除水中NO-3-N的方法之一,混养反硝化因其综合了异养和自养反硝化的共同特性而引人关注.本实验探究添加一定量无机磷前后反硝化污泥活性及其微生物群落结构的变化.结果表明,混养反硝化污泥在无磷供给时也能进行反硝化反应,但磷的添加可显著提高其生物量和反硝化活性,反硝化污泥的异养反硝化活性明显高于自养部分,添加无机磷之后,自养和异养反硝化速率(以N/VSS计)分别可达0.056 mg·(L·min·g)-1和0.232mg·(L·min·g)-1,分别为加磷前的2.9和3.9倍.此外,微生物群落分析表明,投加磷之后混养污泥中反硝化菌占比显著增加,从13.47%增加到44.82%;优势菌属发生显著变化,添加无机磷使自养、异养以及兼性反硝化菌的生长均得到有效促进.     

短期氮磷添加对祁连山亚高山草地土壤呼吸组分的影响

为探究短期氮磷添加对祁连山亚高山草地土壤呼吸及其组分的影响,于2019年6~8月采用随机区组设计,设置氮添加［10 g ·（m² ·a）^-1,N］、磷添加［5 g ·（m² ·a）^-1,P］、氮磷混施［10 g ·（m² ·a）^-1N、5 g ·（m² ·a）^-1P,NP］、对照（CK）和完全对照（CK''）这5个处理,测定了土壤总呼吸速率及其组分.结果表明,氮添加对土壤总呼吸和异养呼吸的降低速率均低于磷添加［-16.71% vs.（相对照,下同）-19.20%;-4.41% vs.-13.05%］,但对自养呼吸的降低速率高于磷添加（-25.03% vs.-23.36%）,而氮磷混施则对土壤总呼吸速率无显著影响.土壤总呼吸速率及其组分与土壤温度均呈显著的指数相关,其中氮添加降低了呼吸速率的温度敏感性（Q₁₀：-5.64%~0.00%）,而磷添加增加了Q₁₀（3.38%~6.98%）,氮磷混施降低了自养呼吸速率但增加了异养呼吸速率的Q₁₀（16.86%）,从而降低了土壤总呼吸速率的Q₁₀（-2.63%~-2.02%）.土壤pH、土壤全氮和根系磷含量与自养呼吸速率均具有显著相关性（P<0.05）,而与异养呼吸速率无显著相关,且根系氮含量只与异养呼吸速率呈显著负相关（P<0.05）.总体上,自养呼吸速率对氮添加更加敏感,而异养呼吸速率对磷添加更加敏感,氮或磷添加均显著降低了土壤总呼吸速率,而氮磷混施并未显著影响土壤总呼吸速率,此结果可为准确评估亚高山草地土壤碳排放提供科学依据.     

有机碳驱动的人工基质表面菌群结构组成及其动态变化

本实验采用平板计数和末端限制性片段长度多态性技术(T-RFLP),分析了有机碳源添加对凡纳滨对虾养殖系统中人工基质(筛绢网)表面生物膜菌群结构组成及其动态变化的影响。研究表明,当人工基质表面菌膜成熟时,实验组人工基质表面异养菌数量高于对照组,但没有显著性差异;弧菌数及弧菌占总异养菌的比例分别极显著低于对照组91.85%和96.98%(p0.01)。T-RFLP图谱分析表明,两处理组中126、432、434、436、485、487和488 bp等T-RF相对丰度变化显著;其中,29 d时实验组菌群种类丰富度指数和Shannon-Weiner指数分别高于对照组100%和33.9%。移动窗口分析表明,对照组菌群结构变化率△t为23.2%26.38%,高于实验组的12.4%0.3%。综上可得,有机碳驱动不仅能够促进异养菌的生长,竞争性抑制弧菌的增殖,而且可以提高养殖池塘中人工基质表面菌群结构的稳定性。