基于污染物超低排放与蛋白质源污泥增量的污水处理工艺对比研究

为了实现污水处理的深度脱氮除磷及蛋白质源污泥增量,分别采用生物吸附/A~2O和生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化工艺进行对比试验研究.结果表明,生物吸附工艺可以快速富集进水中的大部分有机物,剩余污泥采用厌氧发酵方式处理,用于生产优质碳源.两套污水处理工艺均获得了优质水质,出水氨氮、总氮和总磷分别达到5、7和0.4 mg·L~(-1)以下.优质碳源投加到A~2O和MBR工艺段,碳源环境的改善使得污泥增长率和氮的同化比例显著提高,第4阶段污泥产率分别达到0.59和0.49 g·g~(-1)(以每g COD产VSS量(g)计),氮的同化率分别达到66%和59%.此外,污泥中蛋白质及氨基酸含量也显著增长,A~2O工艺段增长率分别为34.7%和31.2%,MBR工艺段相应的增长率分别为19.7%和18.3%,实现了蛋白质源污泥的增量,为污泥资源化利用提供了优质原料.     

闽江河口短叶茳芏湿地及其围垦的养虾塘CH4排放通量的比较

以闽江河口鳝鱼滩的短叶茳芏湿地及由其围垦而成的养虾塘为研究对象,2016年5月—2017年3月,分别采用静态箱-气相色谱法和悬浮箱/静态箱-气相色谱法对短叶茳芏湿地和养虾塘白天CH_4排放通量进行观测,并同步测定短叶茳芏湿地和养虾塘水体/沉积物理化指标.观测期间短叶茳芏湿地和养虾塘均表现为大气中CH_4的排放源,释放量变化范围分别为1.09~38.38 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.01~65.38 mg·m~(-2)·h~(-1),均值分别为(11.67±1.99)mg·m~(-2)·h~(-1)和(18.69±4.84)mg·m~(-2)·h~(-1),重复测量方差分析统计结果表明:虽然在整个观测时间尺度上,养虾塘CH_4排放通量与短叶茳芏湿地无显著性差异(p0.05),但是在养殖期养虾塘CH_4排放通量显著高于同期短叶茳芏湿地(p0.05),增加了68.0%.短叶茳芏湿地CH_4排放通量与沉积物温度、间隙水总磷含量呈显著正相关关系(p0.01),养虾塘水-气界面CH_4排放通量与养殖水水深呈显著负相关关系(p0.01).亚热带河口感潮沼泽湿地围垦成为陆基养虾塘后增加了CH_4排放通量.     

污水生物脱氮反硝化过程N_2O的释放影响研究

针对污水反硝化处理过程中N_2O释放不明确的问题,在序批式反应器中探究了不同电子受体及初始碳源浓度对N_2O的释放影响并探究相应机理。结果表明以乙醇为电子供体时,NO_3~--N作为电子受体能够减少N_2O的释放,N_2O的最大释放量仅为0.061 mg/L,是NO_2~--N为电子受体的0.1倍。N_2O为电子受体能够抑制N_2O的还原酶活性。当乙醇的初始浓度由50 mg/L增加至150 mg/L时,反应过程中未出现NO_2~--N的积累,但反硝化过程得到强化,NO_3~--N的浓度由40 mg/L下降至15 mg/L,N_2O的释放量由0.61 mg/L下降至0.32 mg/L。机理研究表明乙醇浓度提高减少N_2O释放的主要原因在于强化反硝化过程。     

新型IEM-UF耦合短程硝化反硝化系统脱氮特性

针对低碳氮比生活污水的特点,提出新型离子交换膜-超滤组合膜（IEM-UF）氮富集短程硝化反硝化脱氮工艺.研究了新型IEM-UF亚硝化反硝化脱氮系统在三阶段运行工况下各反应器的性能及整个系统的脱氮及COD去除效果,同时应用高通量技术探究菌群结构变化对脱氮效果的影响.试验结果表明：C/N为3,亚硝化反应器中DO=0.5mg/L条件下,亚硝化反应器中NO₂^--N积累率仅用19d就达到了90%;在短程反硝化进水流量比为2：1的条件下,COD及NO_x^--N平均去除率分别达到80%和89%以上.TN去除率最高达到64.8%.高通量16S rDNA测序结果表明,三阶段菌群结构变化与系统脱氮效果的变化一致,亚硝化反应3个阶段亚硝化单胞菌Nitrosomonas所占比例分别为3.69%、5.48%和0.53%,反硝化反应3个阶段反硝化菌Dechloromonas、Thauera之和占活性污泥总菌群比例达到33.35%、25.62%、20.52%.     

排水速率对潮汐流人工湿地中CANON作用的强化

为强化潮汐流人工湿地（TFCW）中基于亚硝化的全程自养脱氮（CANON）作用,探究了不同排水速率（v_d）下系统中氮素的迁移转化机制与微生物特征.结果表明,v_d可显著影响TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当v_d由1.00降至0.50L/min时,填料层中逐渐形成较为严格的限氧环境,有利于短程硝化的稳定和厌氧氨氧化菌的富集,进而有助于CANON反应体系在TFCW中形成.而当v_d小于0.50L/min时,填料层中溶解氧相对不足,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量随之减少,CANON作用的强化效果有限,系统脱氮性能受到影响.当v_d为0.50L/min时,TFCW中的CANON作用可得到最大限度的强化,系统脱氮性能达到最佳,其TN和NH₄⁺-N的去除负荷分别为（116.79±13.16）和（102.75±4.35） mg/（L·d）.对v_d的合理设置可实现TFCW中CANON作用的强化,有利于CANON型人工湿地的构建.     

傀儡湖沉积物-水界面硝酸盐异养还原过程研究

反硝化（DNF）和硝酸盐异养还原为氨（DNRA）是水域生态系统中硝酸盐异养还原的2个主要过程.DNF和DNRA之间的竞争控制着硝酸盐在水域生态系统中的异养还原方式和最终归趋.选取太湖流域的傀儡湖为研究对象,采用室内培养实验和稳定氮同位素示踪技术,考察傀儡湖沉积物-水界面的DNF和DNRA速率及其对硝酸盐异养还原过程的贡献.结果显示,沉积物表现为NH₄⁺-N的源和NO₃^--N的汇,潜在DNF速率为18.89~54.00μmol/（kg·h）[均值（36.39±3.86）μmol/（kg·h）],DNRA反应速率为1.02~5.89μmol/（kg·h）[均值（3.21±1.15）μmol/（kg·h）].DNF与沉积物有机质含量和含水率存在显著的正相关关系,DNRA与沉积物需氧量（SOD）之间存在相关性.反硝化是傀儡湖中硝酸盐异养还原的主导过程,贡献率为84.23%~96.90%,而DNRA过程只占3.10%~15.77%.与海洋河口区域相比,淡水湖泊生态系统中DNRA速率和DNRA在硝酸盐异养还原中所占的比重均较小.     

游离亚硝酸抑制硝化杆菌属(Nitrobacter)活性动力学研究

为探究游离亚硝酸（FNA）对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属（Nitrobacter）活性抑制动力学影响,采用序批式活性污泥（SBR）反应器,在通过改变系统进水FNA浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象（宏基因组物种注释和丰度分析显示上Nitrobacter占细菌总数40.3%）,基于批次试验,考察不同FNA浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程比亚硝态氮氧化速率（SNiOR）变化规律,进而拟合FNA抑制Nitrobacter活性抑制动力学模型,并进行统计学分析.结果表明,当FNA≤0.1mg/L时,随着FNA浓度升高,SNiOR迅速升高.当FNA>0.1mg/L时,SNiOR随着FNA浓度升高而降低.尤其当FNA浓度高于0.7mg/L时,SNiOR始终维持在0gN/（gVSS·d）,表明Nitrobacter活性统被完全抑制.统计学分析结果显示相对于Haldane、Aiba、Edwards-1#、Edwards-2#、Luong抑制动力学模型,Han-Levenspiel模型最适合描述FNA对Nitrobacter活性的抑制影响.其统计学常数：残差平方和（RSS）为0.02、可决系数（R²）为0.90、拟合方程的方差检验统计量F值为78.1、可信度P值为3.29×10^-12,其动力学常数值分别为：最大比亚硝态氮氧化速率（r_max）为1.57gN/（gVSS·d）;半饱和常数（K_S）为0.01mg/L;临界抑制常数（S_m）为0.66mg/L.     

上流双层填料单级自养脱氮反应器启动与运行

通过接种亚硝化与厌氧氨氧化污泥,以无机高氨氮（110~130mg/L）废水为对象,研究上流式双层填料反应器的启动与运行.反应器上层与下层分别以沸石和聚氨酯海绵作为填料,启动两种填料高度比分别为2：3和3：2的1号和2号反应器,历时139d成功建立自养脱氮系统.结果表明,1号反应器最高总氮去除率达84.4%,2号最高总氮去除率达81.8%,总氮去除负荷分别达0.15,0.14kgN/（m³·d）.进水未添加有机碳源时,2号△NO₃^--N/△NH₄⁺-N一直稳定在特征值0.11附近,自养脱氮系统更为稳定.在添加有机碳源情况下,2个反应器总氮去除率都得到提升,△NO₃^--N/△NH₄⁺-N也更为稳定.说明一定浓度的有机物能强化系统稳定运行,提高系统脱氮性能.反冲洗稳定后,1号反应器出水NO₃^--N由未反冲洗前的17.61mg/L降低到10mg/L以下,说明适当的反冲洗可以有效恢复反应器运行,反冲洗与NOB抑制手段相结合能更好地维持反应器的长期稳定运行.     

海洋尖尾藻选择性摄食研究

异养甲藻是海洋浮游植物的主要摄食者,在海洋碳循环和营养再生过程中具有关键作用。本研究选择异养甲藻的代表物种—海洋尖尾藻为研究对象,通过喂食单种食物和混合食物,分析食物粒径和种类对异养甲藻摄食率、生长速率和细胞体积的影响。结果表明,海洋尖尾藻摄食的食物种类多样性高,隶属于穗鞭藻、定鞭藻、绿藻、硅藻和褐藻等门类的7种藻种均可被其摄食。海洋尖尾藻的摄食明显依赖于食物颗粒的体积,粒径显著影响了海洋尖尾藻的摄食率、生长率和细胞体积。能够被海洋尖尾藻摄食的浮游植物粒径范围在为2～128 μm,但是海洋尖尾藻对粒径为7.4～13 μm的土生杜氏藻、赤潮异弯藻和威氏海链藻的摄食率最高,并且摄食后生长速率和细胞体积最大。粒径为2～4.5 μm的抑食金球藻、赫氏颗石藻、球形棕囊藻单细胞和粒径为128 μm的布氏双尾藻显著降低了海洋尖尾藻的摄食率。当存在其他食物可供选择摄食时,海洋尖尾藻不再摄食布氏双尾藻。由于摄食行为的粒径选择性,异养甲藻可能对浮游植物的粒径结构和种群动态起到重要的调控作用。     

组合人工湿地系统对污水处理厂二级出水的深度处理效果

为了解组合人工湿地系统深度处理污水的效果,利用水质分析和微生物多样性分析相结合的方法,研究了VF-HF组合人工湿地系统〔由VFCW（垂直流人工湿地）与HFCW（水平流人工湿地）串联组成〕深度处理污水处理厂二级出水的效果.结果表明:①稳定运行期间,VF-HF组合人工湿地系统出水的ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（TP）的平均值分别为18.11、0.41、0.96和0.16 mg/L,对COD_Cr、NH₄+-N、TN和TP的平均去除率分别为67.21%、89.83%、90.08%和70.91%,且VFCW对COD_Cr的去除性能好于HFCW,HFCW对氮的去除性能好于VFCW.②VF-HF组合人工湿地系统中细菌的丰富度和多样性差异明显,VFCW和HFCW中上层填料中细菌的丰富度和多样性均大于下层,且系统中优势细菌富集明显,其中VFCW沸石层富集了优势反硝化细菌菌科（Comamonadaceae）和优势菌属（Desulfomicrobium）,HFCW的石英砂层富集了优势反硝化细菌菌科（Xanthomonadaceae）和优势菌属（Silanimonas）,HFCW的沸石层富集了优势反硝化细菌菌科（Rhodocyclaceae）.研究显示,VF-HF组合人工湿地系统深度处理二级出水的效果较好,出水水质达到GB 3938—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质要求,且系统中富集了优势反硝化细菌菌科（Comamonadaceae,Xanthomonadaceae,Rhodocyclacea）以及优势菌属（Desulfomicrobium,Silanimonas）.