石墨烯气凝胶强化氯霉素废水厌氧生物处理效能及机制研究

针对高浓度氯霉素（CAP）废水在实际厌氧生物处理过程中难降解、毒性大及对活性污泥产生的抑制问题,本文采用三维石墨烯气凝胶（GA）作为外源强化介质,通过批次试验探究了不同初始石墨烯气凝胶浓度、电子供体（蔗糖）浓度以及氯霉素浓度对氯霉素废水厌氧降解过程中氯霉素去除速率、有机物去除率以及甲烷产量等影响.结果表明：当初始石墨烯气凝胶浓度为0.5 g·L^-1、初始电子供体浓度为8.8 mmol·L^-1、初始氯霉素浓度为50 mg·L^-1时,强化效果最为显著,当反应进行到18 h时,强化系统中氯霉素的去除率达到94%以上,COD的去除率稳定在26.6%~35.6%之间,强化系统比只加入污泥的生物系统氯霉素去除速率增加了48%~51.6%,COD去除率增加了10%左右.石墨烯气凝胶作为电子转移中间介体和微生物富集的载体,促进微生物种间进行直接电子转移,加速氯霉素的脱氯过程和甲烷的产生,为高浓度抗生素废水的厌氧生物处理提供了新的处理思路和参考.     

夏秋季节北京市居家室内微生物多样性的变化特征

室内空气中过高浓度的生物粒子有害人体健康.空气中的微生物通常与灰尘结合在一起,然而目前对家庭室内灰尘微生物多样性及其随季节变化特征的报道较少.本研究在北京市选择1户家庭,在夏季和秋季定期采集灰尘样品,通过高通量测序研究细菌和真菌群落组成及多样性,并分析细菌-真菌的网络互作特征.结果显示,室内灰尘细菌和真菌群落Shannon指数及Chao1指数夏季均显著高于秋季（p<0.05）.此外,室内灰尘细菌群落结构夏季与秋季无显著差异（p>0.05）,主要类群为假单胞菌属（Pseudomonas）、考克氏菌属（Kocuria）和芽孢杆菌属（Bacillus）;真菌群落结构夏季与秋季则明显不同（p<0.05）,夏季优势类群为曲霉属（Aspergillus）、链格孢属（Alternaria）和裂褶菌属（Schizophyllum）,而秋季曲霉属占绝对主导地位.室内灰尘微生物网络互作具有明显的季节特征,夏季微生物互作主要为细菌-细菌,以及细菌-真菌的正相互作用;而秋季微生物互作比夏季更紧密,以细菌-细菌的正相互作用为主.这些结果可为构建健康的居家环境提供参考依据.     

曝气-电解生态浮床的净化效果与机理分析

为强化生态浮床对重污染河道水体的净化能力,采用曝气-电解生态浮床联合技术增强生态浮床的净化功能.试验考察了电流密度、曝气量和处理时间对模拟的高氮磷重污染水体的净化潜力,分析了电解反应对填料细菌群落结构组成和浮床水生植物黄菖蒲（Iris pseudacorus）生长的影响.结果表明：在进水NH₃-N浓度为10 mg·L^-1,PO₄^3--P浓度为0.8 mg·L^-1,电流密度为0.74 mA·cm^-2,水力停留时间为3 d的条件下,相比于电解生态浮床和传统的生态浮床,曝气-电解生态浮床有利于水体中NH₃-N的去除（p<0.001）,其NH₃-N浓度下降至（0.92±0.24）mg·L^-1,而电解生态浮床处理的水体NH₃-N浓度为（6.85±0.17）mg·L^-1,传统生态浮床处理水体中NH₃-N浓度高达（8.09±0.40）mg·L^-1,曝气促进了水体中NH₃-N向NO₂^--N和NO₃^--N的转化.电解有利于水体中PO₄^3--P的去除,电解生态浮床处理水体中的PO₄^3--P浓度下降至（0.43±0.02）mg·L^-1,曝气-电解生态浮床处理的水体中PO₄^3--P下降至（0.46±0.02）mg·L^-1,可见,电解促进了PO₄^3--P的去除.从对I.pseudacorus生理生化指标变化分析可知,曝气有利于减弱电解反应对I.pseudacorus的损伤;对基质生物膜的16S rDNA分析可知,电解反应增加了浮床基质中自养反硝化微生物数量.因此,曝气-电解生态浮床是一种有效的净化重污染水体的方法.     

聚乙烯和页岩陶粒对污泥厌氧发酵产酸的影响

研究了两种廉价的常用填料聚乙烯（PE）和页岩陶粒（SC）对污泥厌氧发酵产酸的影响.结果表明,PE和SC的加入促进了污泥颗粒的分解和溶胞,总短链脂肪酸（TSCFAs）的浓度分别是对照组的1.2和1.1倍.PE和SC组挥发性固体（VS）的降解率（29.7%和29.1%）高于对照组（24.9%）,这是造成两组高SCFAs浓度维持较长时间的主要原因.高通量测序结果表明,PE和SC的加入使合成SCFAs的变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度增加,而利用SCFAs的厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）的相对丰度则减少,说明合适的填料促进SCFAs产生的方式可能与产酸微生物种类的富集有关.     

温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N2O释放的影响

污水生物脱氮工艺中通常会释放温室气体N₂O,厌氧氨氧化工艺作为新型生物脱氮工艺,其N₂O的释放规律及机制值得深入研究.本文利用厌氧氨氧化序批试验,研究了不同温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N₂O释放的影响,并探讨了N₂O释放的微生物机制.结果表明,厌氧氨氧化工艺中进水基质浓度的增加会促进N₂O释放,在35℃条件下,当进水亚硝氮从40 mg ·L^-1增加至60 mg ·L^-1和120 mg ·L^-1时,N₂O最高积累浓度从0.5 mg ·L^-1增加至1.5 mg ·L^-1和2.4 mg ·L^-1,分别占总氮去除量的0.85%、1.43%和1.11%.温度降低对厌氧氨氧化活性抑制作用明显,15℃下的比厌氧氨氧化活性仅为30℃时的6%.温度降低导致厌氧氨氧化工艺中N₂O的释放减少,温度降低时反硝化速率的降低是导致N₂O产生速率降低、N₂O积累减少的主要原因.厌氧氨氧化工艺微生物群落中存在丰富的异养反硝化菌,工艺中N₂O积累主要是反硝化菌产生和消耗N₂O的结果.     

盐度对中试厌氧氨氧化脱氮特性的影响及其恢复动力学

采用中试ASBR反应器(530 L),以逐步提高Cl~-浓度的方式考察了厌氧氨氧化菌(An AOB)处理高盐废水的脱氮特性.结果表明,采用逐步盐度驯化的方式,An AOB可适应高盐度(Cl~-浓度10 000 mg·L~(-1))环境进行高效脱氮(TN去除率高达92. 3%).其中,在Cl~-浓度6 000 mg·L~(-1)和10 000 mg·L~(-1)两个梯度内,反应器脱氮性能受到了较大影响,但随着驯化过程的持续进行可逐步恢复.修正的Boltzmann模型能较为准确地拟合An AOB受到不同盐度抑制后的活性恢复过程,相关系数R~2均在0. 96以上.得到的Cl~-浓度6 000 mg·L~(-1)和10 000 mg·L~(-1)时的恢复中间值tc分别为28. 765 d和44. 495 d,NRRmax分别为0. 145 kg·(m~3·d)~(-1)和0. 212 kg·(m~3·d)~(-1),NRRmin分别为0. 021 kg·(m~3·d)~(-1)和0. 085 kg·(m~3·d)~(-1).高盐度驯化后,厌氧氨氧化菌仍主要为Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia(其丰度分别是14. 76%和2. 7%),且污泥颗粒化程度和污泥密度均有不同程度的提高,污泥呈红褐色.     

污泥性质对微波预处理-厌氧消化的影响及古菌群落结构分析

污泥性质对预处理强化厌氧消化工艺的效果有较大影响.本研究对比了某实际污水厂A~2O工艺和A~2O-MBR工艺产生的剩余污泥在微波预处理-厌氧消化过程中污泥性质的变化与产气效果,并考察了在预处理和厌氧消化过程中污泥的古菌群落结构变化.结果表明,A~2O工艺剩余污泥有机质含量比A~2O-MBR污泥高出16. 4%(分别为66. 4%和50. 0%),SCOD、溶解性蛋白质和多糖分别为后者1. 24、2. 02和4. 84倍,具有更好的可生物降解性.虽然预处理对生物降解性差的A~2O-MBR污泥有机物释放效果更好,但A~2O污泥在微波预处理-厌氧消化后产甲烷量比相应处理后的A~2O-MBR污泥多26. 1%.两种剩余污泥的古菌群落结构差异较大,A~2O-MBR污泥中甲烷丝菌属和甲烷八叠球菌属丰度分别比A~2O污泥多3. 68%和19. 73%.预处理对古菌群落的丰富度和均匀度影响相对较小,但厌氧消化后波动较大.污泥中有机组分不同是引起古菌群落结构变化的重要影响因素.     

长期不同施肥量对全程氨氧化细菌丰度的影响

全程氨氧化细菌(Comammox Nitrospira)的发现彻底改变了对传统硝化作用的认知,其在生物地球化学氮循环中可能具有很重要的作用,并为硝化作用研究提供了新的思路,故需要有更多的工作去评估Comammox Nitrospira在不同生态系统中的分布,本试验选取西南大学长期定位试验田的3种不同施肥量的水稻土,分别为对照组(blank control)、常规施肥量(NPK)、高量施肥(1.5NPKS)处理土壤,进行硝化势及硝化微生物尤其是全程氨氧化细菌的测定.结果表明:(1)3种施肥量处理土壤中均检测出较高数量级的Comammox,分支A(Clade A)丰度(以干土计,下同)分别为9.0×107、1.7×108、7.2×108copies·g~(-1),而分支B(Clade B)丰度分别为1.5×107、1.2×107、1.7×107copies·g~(-1).(2)3种施肥土壤中AOA丰度为1.5×107~1.2×108copies·g~(-1),AOB丰度分别为2.0×105~9.3×107copies·g~(-1),均低于Comammox丰度,而不施肥条件下Comammox丰度与AOA、AOB的比值最大,分别为7.2、524.4.(3)Comammox Clade A丰度与Comammox Clade B的比值随施肥量增加而增加,且比值依次为6.1、14.4、43.1.(4)NPK、1.5NPKS两种N肥施用量下全程氨氧化细菌分支A丰度分别为对照组的1.9、8.0倍,氨氧化古菌(AOA)分别是对照组的3.2、7.2倍,氨氧化细菌(AOB)均比对照组显著增加2个数量级;硝化势也随施肥量增加而增大;但不同施肥量对分支B丰度却无显著影响.本试验结果表明Comammox广泛分布于中性紫色水稻土中,在水稻土中丰度均比AOA、AOB高,因此Comammox很有可能在中性紫色水稻土的硝化作用中有一定贡献;水稻土中Comammox以Comammox Clade A为主.     

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.     

不同碳源中硫酸盐还原菌生长状况及对砷、锑去除效率研究

分别以乳酸、乙醇、糖蜜和米酒作为碳源,研究硫酸盐还原菌在不同碳源中的生长状况及对As和Sb的去除效率。硫酸盐还原菌接种到各碳源培养基后14 d的生长状况显示,硫酸盐还原菌在乳酸中生理活性最佳,在乙醇中也有明显的生理活性,但需要一个较长的启动期,而在糖蜜和米酒中没有明显的生理活性。当硫酸盐还原菌接种到各碳源培养12 h后加入酸性As(V)和Sb(V)储备液,由于12 h内尚未生成足够的碱度和硫化物来应对酸性储备液冲击,硫酸盐还原菌在所有碳源中均失去生理活性;虽然硫酸盐还原菌已失活且基质中只含有少量硫化物(≤3.62 mg/L),乳酸培养基中总锑和总砷的去除率仍可达到89.7%和65.6%,糖蜜和米酒培养基中总锑去除率达到81.2%和97.3%、总砷去除率为10.0%和17.1%,不过乙醇培养基中砷和锑均没有明显的去除。后以能显著促进硫酸盐还原菌生长的乳酸和乙醇作为碳源,调节培养基初始p H约为7,并接种培养48 h后加入酸性As(V)和Sb(V)储备液,储备液加入前乳酸和乙醇培养基的硫化物质量浓度分别达到70.73 mg/L和18.58 mg/L,储备液加入后细菌仍能继续生长,最终总锑去除率可达97.8%和98.4%,总砷去除率则为27.8%和24.6%。实验结果表明,糖蜜和米酒作为碳源需进一步优化,乙醇则体现出了可替代乳酸的潜在优势;砷和锑的去除效率除了与硫酸盐还原菌活性有关外,也与砷、锑自身的化学性质及反应基质有密切关系。