多级多段纯膜MBBR工艺的脱氮稳定性与微生物菌落结构分析

采用宏观运行、原位小试及微观群落组成相结合的方式,探究了多级多段的纯膜MBBR工艺在工程应用中的脱氮效果及脱氮路径。结果表明,纯膜MBBR耦合改良磁加载沉淀工艺的HRT相比传统活性污泥工艺可缩短50%,且脱氮稳定性强。建议纯膜MBBR采用两级AO设计,并根据出水标准及进水波动情况,前缺氧和主好氧区分别设置2级以上以及2~4级工艺。在实际运行面临水质冲击时,通过生物膜传质梯度增加,可以显著提升污染物去除负荷,保证脱氮稳定性。在水质冲击幅度过大时,可以通过临时投加外投碳源的方式保证出水氮素稳定达标。纯膜MBBR优势硝化菌Nitrospira和Nitrosomonas,在主好氧区相对丰度分别达到3.50%~6.91%和0.65%~2.28%。Denitratisoma、Flavobacterium、Hyphomicrobium、Terrimonas和Rhodobacter等优势反硝化菌属的合计相对丰度10.85%~16.52%。缺氧区和好氧区污染物最大去除负荷与功能菌相对丰度均呈正相关。纯膜MBBR在前缺氧区提高了Candidatus Brocadia型厌氧氨氧化菌富集效率,相对丰度达到1.21%~1.56%,可为主流厌氧氨氧化的稳定实现提供参考。纯膜MBBR结合多级多段设计,具备节地效果好,抗冲击能力高等优势。     

云南松华坝流域3种本土野生植物镉富集特性比较与应用

在镉(Cd)污染区域筛选富集能力强的本土野生植物是Cd污染土壤植物修复的路径之一。在云南松华坝流域土壤Cd含量超风险筛选值地块生长的杂草中,初步筛查表明牛膝菊、艾蒿和灰藜具有Cd富集潜力。为进一步探明其修复能力,通过盆栽和田间实验比较了这3种野生植物的Cd富集特性和修复能力。结果表明,牛膝菊和艾蒿Cd富集系数与转运系数均大于1,灰藜小于1。施肥措施不仅能显著提高3种本土野生植物的株高和地上部生物量,而且能显著提高牛膝菊地上部和根系的Cd含量、Cd转运系数和Cd富集系数。牛膝菊地上部和根系的Cd含量以及艾蒿的根系Cd含量均随土壤Cd含量的增加而增加。与艾蒿相比,牛膝菊具有更强的Cd转运和富集能力。在100 mg·kg⁻¹外源Cd添加的土壤中,牛膝菊的地上部和根系Cd含量分别为165.5 mg·kg⁻¹和147.5 mg·kg⁻¹。田间实验表明,每茬牛膝菊和艾蒿的鲜重分别为26.0 t·hm⁻²和32.0 t·hm⁻²,可分别带走Cd 3.29 g·hm⁻²和3.35 g·hm⁻²,均可用作当地土壤修复的备选植物。该结果可为相似环境下的土壤镉污染植物修复材料的选择提供参考。     

基于藻细胞形态和光合特征的水源地藻类种群时空分布机制及预警防控

为明晰藻细胞最基本属性细胞形态在藻种时空分布与竞争演替中扮演的角色,选择来自蓝藻、绿藻等藻门的45个具有不同细胞形态特征的常见藻种,通过实验室分析藻细胞形态特征参数与光合特征间相关关系,并基于于桥水库藻类种群监测数据探究藻类形态时空分布的驱动因素。研究发现,反映藻细胞光合作用过程中捕光潜力的细胞投影面积 (CPA) 是影响藻种光合特性的关键形态学参数;通过构建CPA与光系统II中调节性能量耗散量子产量 (Y(NPQ))、光响应曲线初始斜率 (α) 、最大电子传递速率 (ETRmax) 等光合参数建的关系模型,发现CPA与Y(NPQ)呈现强正相关关系 (R² = 0.31±0.01,p < 0.001) ,Y(NPQ)是影响藻类种群时空分布的关键参数。于桥水库中藻类种群的综合Y(NPQ)具有显著季节性,由春季到夏季逐渐降低,夏季藻类综合Y(NPQ)最低 (0.057±0.075) ,秋冬季呈现增加趋势,冬季藻类综合Y(NPQ)最高 (0.072±0.062) 。此外,藻类种群综合Y(NPQ)随水深增加呈降低趋势,Y(NPQ)是影响藻类形态空间分布的重要因素。基于于桥水库数据制定了以水体Y(NPQ)为核心的有害藻类预警防控体系,以期为实现针对水源地不同形态有害藻类的预警提供参考。     

义乌市分质供水系统水质变化分析

为探究义乌市分质供水系统中水质及有机物的变化特征,分季度调研了3个水厂沿程水质的变化,并采用光谱技术与高分辨率质谱分析了处理工艺对溶解性有机质的去除效果。水质调研结果表明,传统工艺(混凝沉淀-砂滤)对总磷和氨氮的去除率分别达到80%与50%以上,但对水体中的总氮与总溶解性有机碳的去除效果差。双膜法(超滤-反渗透)全面优于传统工艺,可以将营养盐和有机物的浓度降至极低的水平(去除率>90%)。三维荧光结合平行因子分析结果表明,混凝沉淀仅对地表水中陆源腐殖质组分有明显的去除,对类蛋白质组分的去除效果较差。高分辨率质谱的检测结果表明,混凝对木质素、单宁及稠环芳烃等物质有较好的去除效果。在混凝前增设曝气生物滤池并在混凝过程中添加粉末活性炭,能强化工艺对类蛋白质组分和腐殖质组分的去除效果。本研究结果可为水处理工艺优化提供理论依据。     

低进水浓度CASS工艺沿程污染物去除特征及微生物群落变化

南方部分城镇污水浓度偏低,而循环式活性污泥法(CASS)能较好地处理低浓度污水,处理性能与微生物群落特征密切相关,但鲜有研究涉及其沿程微生物群落结构变化。本研究选取广东省某CASS城镇污水厂作为典型案例,分析其沿程污染物去除特征和微生物变化,从微生物学角度探讨污染物的去除机理。结果表明：低进水浓度CASS生化池沿程耗氧有机物(以COD计)、TN、NO₃⁻-N、TP主要在污泥选择区被吸附降解,进水1 h COD和TP值降至最低,NH₄⁺-N主要在主反应区被氧化降解,生化池可去除污水中56.42%的耗氧有机物(以COD计)、41.71%的TN、77.78%的NH₄⁺-N、99.59%的TP。生化池主要优势菌门有变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和浮霉菌门,变形菌门是影响微生物多样性变化的关键菌门。属水平上,进水1 h选择区Zoogloea、Aeromonas和Thauera丰度较高,主反应区Nitrospira丰度较高;进水结束选择区Nitrospira丰度较高,主反应区Terrimonas和Lactobacillus丰度较高;沉淀1 h选择区Thauera丰度提高,主反应区Nitrosomonas丰度较高,主要发生氨氧化;闲置结束选择区脱氮菌类型多丰度高,主反应区Sulfuritalea、Haliangium、Zoogloea丰度较高。沿程功能性微生物丰度变化与污染物浓度变化相对应。NO₃⁻-N对微生物群落结构的塑造影响最显著(解释度为38.92%)。氮代谢途径表明沿程主反应区均发生全程硝化反硝化,选择区均发生短程硝化和全程反硝化,除进水1 h外,其余阶段选择区的反硝化功能基因丰度均比主反应区高。     

“无废城市”建设下的“无废校园”固废产量预测模型——以内蒙古工业大学为例

开展“无废城市”建设是我国建设生态文明、实现美丽中国目标的重要工作内容,是推动实现绿色低碳高质量发展的有力抓手,而“无废校园”建设则是“无废城市”建设的必要补充,旨在全面实现校园固废资源化与无害化,打造低碳、环保、节能、友好的校园环境。本研究以内蒙古工业大学为例,通过文献调研、实地走访调查和预测模型构建相结合的方式,系统研究了内蒙古工业大学校园固废产生规律及固废产量预测模型。结果表明,校园固废具有产生数量大、产生空间集中、产生时间具有阶段性等特点,其中教学楼、操场、住宿楼日固废产生均值分别为(6.08±0.77)、(4.50±0.82)、(23.58±5.41) kg,且不同区域之间固废产量呈现季节性差异;校园固废种类较社会面单一,易于分类管理,其中88.10%的学生非上课时间集中活动在教学科研区与宿舍区,并产生了约92.53%的固废量;基于实际数据及GM(1,1)灰色预测模型构建发现系统对夏季和冬季校园固废拟合精度分别为好和合格,预测结果可靠。本研究结果可为“无废城市”建设下的“无废校园”建设提供参考。     

潮汐流-垂直潜流人工湿地对城市径流污染物净化效果

人工湿地(CW)在城市径流污染源头控制中发挥重要的作用。采用潮汐流(TFCW)-垂直潜流(VFCW)串联的复合人工湿地工艺(TF-VFCW),以砾石为填料构建人工湿地模型,探究TF-VFCW长期运行下COD_cr、NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、TN和Cu²⁺的去除效果以及微生物群落变化对污染物去除效果的影响。结果表明：在80 d的运行中,TF-VFCW对COD、NH₄⁺-N、TN的去除效率逐渐下降,平均去除率分别为62.92%、65.54%、80.83%;系统对NO₃⁻-N的去除率先保持稳定,随后在波动中略有下降,平均去除率为95.27%;对TP的去除效果相对较为稳定,平均去除率为87.64%;对Cu²⁺的去除率虽有较大波动但总体上呈现上升的趋势,平均去除率为40.22%。TFCW单元的去污能力明显优于VFCW单元。随着时间的推移,TFCW单元在门水平上的优势菌种由Proteobacteria(变形菌门)变为Firmicutes(厚壁菌门);在属水平上,TF-VFCW中主要除氮微生物为Thauera(索氏菌属)、Thiobacillus(硫杆菌属)、Hydrogenophaga(噬氢菌属)、Nitrosospira(亚硝化螺菌属),主要除磷微生物为Pseudomonas(假单胞菌属)、Dechloromonas(脱氯菌属)、Bacillus(芽孢杆菌)等。TFCW的除氮、除磷功能微生物的多样性要明显优于VFCW。温度对除氮、除磷功能微生物的多样性和群落结构影响较大,NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、 TN的去除效果明显受到温度的影响,而磷的去除受温度影响较小,其主要通过基质吸附和植物吸收。     

生物质利用方式对富营养水体中碳氮磷含量及其比例的影响

生物质常被添加至富营养水体中以调节碳氮比(C/N),促进脱氮,但不清楚生物质的粒径和投加方式对富营养水体中营养物质浓度和比例的影响。通过机械粉碎制得20~40、40~80、80~160目稻壳颗粒,并选取直接投加和无纺布包裹投加2种投加形式,以不添加稻壳或无纺布包裹砖块作为对照组。以超纯水为水样研究不同粒径和投加方式下稻壳的3 d碳氮磷释放特性;以成都市府河下游河段水样为研究对象,考察了不同粒径和投加方式下稻壳的21 d静态脱氮特性。结果表明,在超纯水中,稻壳释放出COD_Mn(5.5~16.5 mg·L⁻¹)、TP(0.18~0.45 mg·L⁻¹)、TN(0.39~0.95 mg·L⁻¹)、COD_Mn/TN(8.5~19.7)、COD_Mn/TP(27.9~37.5),前四者均呈现出80~160目>40~80目>20~40目的规律,仅COD_Mn和COD_Mn/TN呈现直接投加>无纺布包裹投加的规律。在静态脱氮实验中,21 d后,添加了稻壳的水样COD_Mn含量由28.1 mg上升至71.7~143.0 mg,TP含量由1.2 mg下降至0.2~0.5 mg,COD_Mn/TN由0.9上升至8.5~16.5,COD_Mn/TP由24.2上升至170以上,这4个参数的变化情况与稻壳的碳氮磷释放规律相同;TN含量由30.04 mg下降至7.64~8.68 mg,低于对照组(13.2~13.9 mg),但粒径和投加方式仅对实验初期水中氮的存在形态有影响。粒径决定稻壳的比表面积,投加方式决定稻壳的间隙,并影响微生物的附着效果,进而影响稻壳的碳氮磷释放效果。在实际应用时可根据情况,采用不同的生物质粒径和投加方式,以调节水中营养物质浓度和比例。     

改性HDPE填料的制备及对MBBR脱氮除磷效果的强化

为解决传统填料亲水性差、挂膜速度慢等问题,对高密度聚乙烯(HDPE)填料进行亲水改性并改善填料的挂膜性能及在移动床生物膜反应器(MBBR)中的应用效果,用浸涂的方式将纳米SiO₂、聚乙烯醇(PVA)、聚多巴胺(PDA)等材料涂覆在HDPE填料表面,对改性后填料进行接触角、SEM、FT-IR和XPS表征以及MBBR挂膜启动实验,研究化学需氧量(COD)、氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果以及对填料挂膜时间、生物膜量、蛋白质和多糖含量的影响。结果表明：改性后,填料接触角由94.82°降至 60.1°,填料亲水性明显增强;填料表面出现褶皱,粗糙度增加;上述材料成功负载在填料表面并引入了亲水基团且未改变填料基本结构;填料挂膜时间由25 d提前至16 d,挂膜时间提前了9 d,COD、NH₃-N、TN、TP去除率分别达到94.9%、95.4%、83.5%、71.6%,与改性前比分别提高了9.3%、6.7%、13.7%、11.5%;填料的生物膜量是改性前的1.57倍,从27.35 mg·g⁻¹提高到42.87 mg·g⁻¹,其中蛋白质和多糖的含量分别从改性前的6.48 mg·g⁻¹和3.38 mg·g⁻¹提高到8.83 mg·g⁻¹和5.82 mg·g⁻¹,分别为改性前的1.36倍和1.72倍。由此可以看出,表面涂覆可以提高HDPE填料的亲水性,改性后的HDPE填料可以缩短在MBBR中的挂膜时间及强化对COD、NH₃-N、TN、TP的去除效果。本研究结果可为HDPE填料亲水改性的深入研究及在MBBR中的实际应用提供参考。     

曝气策略对膜面剪切力的影响机制及其优化

曝气冲刷是浸没式MBR工艺不同于常规活性污泥法工艺的关键特征,然而现行规范的曝气系统设计与运行比较粗放,缺乏气泡尺寸模拟优化方法。以可直接观测的工程规模 (500 m³·d⁻¹) 膜生物反应器为研究对象,对穿孔管角度进行了优化研究,并用群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)模型模拟污泥混合液不同粘度下的内部气泡分布情况。结果表明：穿孔管角度垂直向下、60°、45°、30°、垂直向上在膜面产生的平均剪切力分别为1.74、1.46、1.19、1.38、1.67 Pa,这表明曝气角度最优为垂直向下。0.3%、0.5%和0.8%浓度的羧甲基纤维素钠(Carboxymethyl cellulose, CMC)下产生的平均剪切力分别是1.51、1.92、2.24 Pa,气泡直径逐渐增大。且气泡尺寸越大、流速越大,分布越均匀。基于0.3%、0.5% CMC的速度实验结果与 PBM模拟结果基本吻合。该研究结果可为MBR技术的工艺优化和系统控制方法提升提供参考。