重金属Ni(Ⅱ)对厌氧氨氧化脱氮性能的影响及其动力学特征变化

厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺因其经济环保等优点而广泛用于处理高氨氮污废水,但该工艺对环境条件十分敏感,尤其对重金属.利用批次实验和连续流实验分别研究了Ni(Ⅱ)对ANAMMOX的短期和长期影响.短期作用下,Ni(Ⅱ)对ANAMMOX存在"低促高抑"作用.与不投加Ni(Ⅱ)对比,投加1 mg·L~(-1) Ni(Ⅱ)时ANAMMOX的比厌氧氨氧化活性(SAA)提高了11.14%;投加100 mg·L~(-1) Ni(Ⅱ)时SAA降低了49.55%,Ni(Ⅱ)的半抑制浓度IC_(50)为83.86 mg·L~(-1).而Ni(Ⅱ)对ANAMMOX的长期抑制阈值为15 mg·L~(-1).不投加Ni(Ⅱ)时,用Monod方程模拟ANAMMOX动力学,得到q_(max0)(以TN/VSS计)和K_(S0)分别为12.25 mg·(g·h)~(-1)和405.36 mg·L~(-1);投加50 mg·L~(-1) Ni(Ⅱ)时,用修正后的Haldane模型模拟ANAMMOX动力学,得到q_(max)(以TN/VSS计)、K_S和K_i分别为6.78 mg·(g·h)~(-1)、 313.28 mg·L~(-1)和1.32.Ni(Ⅱ)对ANAMMOX动力学的抑制是反竞争性抑制.另外,Ni(Ⅱ)对ANAMMOX脱氮性能的抑制主要与摄入胞内的Ni(Ⅱ)有关,胞内Ni(Ⅱ)对ANAMMOX的IC_(50(胞内))(以VSS计)为0.072mg·g~(-1).     

死菌DNA对厌氧消化污泥中抗生素抗性基因及微生物群落分析的干扰

为评估死菌DNA对厌氧消化污泥抗生素抗性基因(ARGs)和微生物群落分析的潜在干扰,本研究对3种不同类型厌氧消化污泥进行叠氮溴化丙锭(PMA)处理,比较在PMA屏蔽死菌DNA PCR扩增情况下污泥ARGs和微生物群落分析结果与未经PMA处理情况下的差异.结果表明,经PMA处理后,剩余污泥自厌氧消化样品和高含固厌氧消化污泥样品中的ARGs丰度分别下降了41%～86%和74%～98%;污泥水解液厌氧消化15 d后的污泥样品中ARGs下降幅度相对较小,但降幅最高也达到34%.PMA处理对3个来源不同的厌氧消化污泥微生物群落组成分析结果呈现不同程度的影响,对高含固厌氧消化污泥的微生物群落结构分析影响最为显著.在经PMA处理与未经PMA处理两种情况下,厌氧消化污泥ARGs与微生物群落组成相关性分析的结果也截然不同.研究证明了死菌DNA对厌氧消化污泥ARGs和微生物群落分析的潜在干扰,采用PMA预处理能够更准确地反映厌氧消化污泥中的微生物群落及菌体携带ARGs的特征.     

长期侧流提取对EBPR系统除磷及其磷回收性能的影响

实验采用交替厌氧/好氧(An/O)运行模式的SBR反应器,考察310 d内分3个批次提取侧流比为0、1/4、1/3、1/2的厌氧放磷上清液后EBPR系统的脱氮除磷效果及相应的磷回收性能.结果表明,整个实验阶段系统对COD和氨氮的去除较为稳定,出水均能满足《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准,总氮去除因厌氧阶段反硝化不断增强有所提升,达标率由88.2%显著上升至98.6%.然而,随着厌氧上清液提取次数的增多,系统释磷能力整体下降,但前两个批次中系统除磷均稳定高效,去除率在90%以上,相应地出水磷达标率大于75%,仅第3批次实验中侧流比为1/2时系统除磷率出现大幅波动,最低降为54.2%,并贡献该批次出水磷不达标率的60%,说明长期提取1/2侧流比不利于主流工艺出水稳定维持.研究还发现,长期进行侧流磷回收实验有利于污泥减量,且对污泥沉降性能影响不大.因此,在EBPR系统内长期提取适当侧流比的厌氧上清液以进行磷回收与主流工艺同步高效脱氮除磷具有可行性.     

厌氧条件下可溶性有机质对汞的还原与氧化作用

在沉积物、湿地和淹水的水稻土中天然可溶性有机质(DOM),如胡敏酸(HA)和富里酸(FA)处于还原状态,其介导Hg(Ⅱ)的还原,影响汞的转化及地球化学循环.本文通过模拟黑暗厌氧环境,研究还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原.结果表明,还原态HA与FA的还原容量高于对照氧化态HA与FA.还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原最佳浓度分别是0. 2mg·L~(-1)和1. 5 mg·L~(-1).而高于最佳浓度时,由于发生巯基竞争性络合作用,抑制Hg(Ⅱ)的还原;特别是还原态HA大于5mg·L~(-1)时,不能还原Hg(Ⅱ)为Hg(0).还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原反应动力学表明:有机碳(DOC)与Hg(Ⅱ)摩尔比DOC∶Hg(Ⅱ)=400∶1时,还原反应速率IHSS-HA FRC-HA FRC-FA;高摩尔比[DOC∶Hg(Ⅱ)=10 000∶1]时,还原态HA对Hg(Ⅱ)的还原反应停止,甚至向相反方向进行.还原态HA与FA对Hg(0)氧化结果表明,当还原态HA与FA浓度分别增加至5 mg·L~(-1)和10 mg·L~(-1)时,样品中检测不到Hg(0),还原态HA与FA对Hg(0)发生诱导性氧化络合作用.在汞的氧化还原与络合作用中,还原态DOM扮演双重角色,影响活性汞的可利用性,进而影响微生物汞的甲基化.     

静压快速启动亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化反应

在序批式反应器(SBR)中接种污水厂厌氧池污泥和深层水稻土的1∶1混合污泥,在阶段性提升基质NO_2~--N浓度的条件下,考察静压条件对亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO)反应快速启动过程的影响,并对N-DAMO反应的主导微生物的丰度变化进行分析.结果表明运行120 d后,常压(R1)和0.3 MPa静压(R2)条件下,都观测到了明显的N-DAMO现象,并且R2的NO_2~--N去除速率达到了36.90 mg·(L·d)~(-1),较R1提高了24%;其4 h内平均脱氮速率(以NO_2~--N计)达到0.10 mmol·(L·h)~(-1),比R1提高了186%.R2中富集得到的污泥粒径约为R1的2倍,比表面积更大,优化了污泥中甲烷的传质情况,有助于N-DAMO反应的进行,且R2污泥的N-DAMO比活性(以N/VSS计)达到了0.29 mg·(g·h)~(-1),是R1的2倍.此外,静压有助于N-DAMO功能微生物Candidatus Methylomirabilish oxyfera(M.oxyfera)的生长,实验结束时R2中M.oxyfera细菌16S rRNA基因的丰度比接种初期提高了22倍,是同阶段R1中的10倍.可见,提高静压能够有效促进N-DAMO反应的启动.     

不同基质浓度对ANAMMOX菌短期储存的影响

在15℃±1℃条件下,将厌氧氨氧化菌混培物分别置于基质浓度为0、60、120 mg·L~(-1)添加比例为1∶1的NH+4-N和NO-2-N环境中短期(15 d)储存,探究不同基质浓度对厌氧氨氧化污泥短期保存及恢复的影响.经过短期储存后进行恢复实验,结果表明,1、2、3号反应器(分别对应0、60、120 mg·L~(-1)基质浓度中储存的厌氧氨氧化菌混培物)中的厌氧氨氧化活性分别下降41. 8%、17. 4%、33. 4.%,1、3号分别由于过度内源呼吸和高基质浓度抑制,导致活性下降较大,2号反应器由于基质浓度相对合适,避免了过度内源呼吸和高基质浓度抑制,使得菌种活性在该基质浓度下保留较好;储存期间,3个反应器内均发生内源呼吸消耗自身有机物的情况,导致EPS含量下降50. 9%、41. 7%、23. 7%和粒径下降31. 6%、16. 7%、8. 2%,表明在基质匮乏期菌体通过内源呼吸的方式维持自身的活性,较高的基质浓度可以在一定程度上延缓内源呼吸过程;在恢复期间,3个反应器分别经过15、10、7 d实现脱氮性能和厌氧氨氧化活性的恢复,表明同菌种增殖富集相比,原系统通过菌种活性增强的方式脱氮性能恢复更快.     

不同运行策略下厌氧氨氧化的脱氮性能

采用厌氧氨氧化反应器(ASBR)处理模拟生活污水,考察低基质比、降温方式及pH对系统脱氮性能的影响.结果表明,温度为30℃时,控制进水NO_2~--N浓度为(30±0.2)mg·L~(-1),基质比(NO_2~--N/NH_4~+-N)由0.9升至1.4,系统NH_4~+-N和NO_2~--N去除率均值分别从54.4%和65.3%升至95.8%和92.5%;当基质比继续升高至1.6时,NH_4~+-N去除率基本不变,而NO_2~--N去除率降至54.6%,即基质比接近理论值1.32时,其厌氧氨氧化脱氮性能较强.当反应温度一次性从30℃降低至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率由97.5%和98.5%分别降至35.2%和40.1%,当采用阶梯式降温方式(30℃→25℃→20℃→15℃)时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别由97.7%和98.6%逐渐降至52.7%和62.4%.控制NO_2~--N/NH_4~+-N为1.4,逐步升高pH由7.7至8.5时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率先增大后减小,当pH为8.3时系统脱氮性能最佳.     

植物配置与进水碳氮比对沉水植物塘水质净化效果的影响

将3种常见湖泊沉水植物苦草(Vallisneris spiralis)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)组合构建7种沉水植物稳定塘,分析植物组合对水体氮、磷、有机物去除效果;在此基础上,模拟不同碳氮比(C/N)条件下的沉水植物塘对污水的净化效果,进而探讨碳氮比对沉水植物去污效果的影响.结果表明:(1)7种沉水植物组合对氮、磷均具有一定的净化效果,其中苦草和轮叶黑藻组成的沉水植物塘净化效果最好.(2)3种C/N(1.89、5.93、12.09)条件下,苦草黑藻植物塘的去污效果有所差异,当C/N=5.93时,对污染物的综合去除效果最佳.因此对于沉水植物稳定塘而言,沉水植物组合能取得比单类植物更好的净水效果,并且通过添加适量碳源物质,调整污水的碳氮比,可以提升沉水植物塘的净水效果,研究结果对于实际工程构建稳定塘净化污水具有理论指导意义.     

基质比对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

采用厌氧氨氧化反应器(ASBR)处理模拟生活污水,在温度为30℃时,控制进水NO_2~--N浓度为(30.0±0.2)mg·L~(-1),pH为(7.2±0.2),考察了NO_2~--N/NH_4~+-N分别为0.9、1.1、1.3、1.4、1.5和1.6时,对厌氧氨氧化(ANAMMOX)脱氮效果的影响.结果表明,当NO_2~--N/NH_4~+-N为1.4时,出水NH_4~+-N、NO_2~--N及TN的浓度分别为0.8、1.5和7.7 mg·L~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N及TN的去除率分别高达96.2%、95.4%和85.3%,此时脱氮性能最好,与发生厌氧氨氧化时NO_2~--N/NH_4~+-N理论值1.32比较接近.     

pH对污泥厌氧消化过程中抗生素降解迁移的影响

抗生素作为一种新型污染物,可随着城市污水厂中污泥的处理处置单元最终进入环境中,对人类健康造成潜在威胁.以城市污水厂的剩余污泥为研究对象,考察在不同初始p H(p H=5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5)条件下,12种抗生素在污泥厌氧消化过程中降解迁移的规律.结果显示,p H为7.5时,总抗生素去除率最高,为55.7%;p H为5.5时,总抗生素去除率最低,仅为21.7%.厌氧消化后,抗生素明显由固相向液相迁移,且总抗生素去除率与其固相迁移至液相的抗生素含量显著相关.