温度对FBAR反应器的运行特性及古菌微生物群落影响

为探讨固定床厌氧反应器（FBAR）在不同温度下的运行特性及微生物群落变化,比较了高温（50℃）、中温（35℃）、低温（4℃）3个温度阶段反应器产甲烷特性及古菌群落变化.结果表明;绝对产气量由大至小依次为高（50℃）、中（35℃）、低温（4℃）,单位负荷产气量依次为中温（2.84L/OLR）,低温（2.5L/OLR）,高温（1.8L/OLR）;甲烷含量依次为低温（74.5%）、中温（63.5%）,高温（57.3%）,不同温度阶段对挥发性有机酸含量变化有一定的影响.克隆文库分析表明：不同温度条件下固定床厌氧反应器内部微生物群落的丰富性存在很大的差异.定量PCR分析表明：甲烷鬃毛菌是中温和高温反应器内的优势菌,低温4℃炭纤维载体和污泥中的优势菌都是甲烷微菌.从能耗、经济效益角度分析低温条件更适合沼气发酵,而主要是以嗜氢产甲烷菌代谢途径为主.     

流体流速对好氧颗粒污泥快速培养的影响

针对好氧颗粒污泥的快速培养,研究了流体流速对好氧颗粒污泥形成特性的影响机制.由于反应器构型的差异,造成水力剪切力与流体特性的不同,从而对好氧颗粒污泥的形成产生较大影响.研究表明,在圆筒式SBR反应器中接种厌氧活性污泥,在36d时培养得到了成熟的颗粒,与挡板式反应器相比提前了4d左右,且MLSS提高了16.2%,达到5023mg/L;颗粒也更加致密,SVI达到45mL/g,远好于挡板式SBR反应器（序批式反应器）的SVI 63mL/g.原因是与挡板式SBR反应器相比,圆筒式SBR反应器的平均液相流速更高,气泡分布更均匀,水力剪切力更强.因此圆筒式SBR反应器培养好氧颗粒污泥的时间较短,污泥颗粒化的速度提高,得到的颗粒污泥更加紧凑密实.     

不同停曝比对连续流亚硝化颗粒污泥运行的影响

在（25~28℃）下,接种成熟亚硝化颗粒污泥于连续流反应器,为避免通过蠕动泵的污泥回流所造成的颗粒污泥破碎,采用内置沉淀区进行内回流,调整停曝比为1：1、2：1和1：2,研究不同停曝比对连续流亚硝化颗粒污泥系统稳定性的影响.结果表明,控制停曝比为1：1和2：1,亚硝化性能良好,阶段末期亚硝酸盐积累率分别为85.2%和94.5%,控制停曝比为1：2,亚硝化性能逐渐恶化,阶段末期氨氧化率和亚硝酸盐积累率下降至64.1%和58.7%.批次试验表明,间歇曝气相对连续曝气可在一定程度上较好地抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的相对活性,停曝时间越长,对NOB的活性抑制越好,但由于停曝时间过长也将导致氨氧化率降低,故在亚硝化工艺中,可采用1：1停曝比并协同其他控制条件的方式来实现连续流亚硝化工艺的长期稳定运行.污泥性能分析表明,在停曝比为1：1~1：2范围内,停曝时间越长,颗粒污泥结构越稳定,停曝时间越短,反应器内选择压较小,致使污泥沉降性能变差,部分亚硝化颗粒污泥解体,此外,胞外聚合物（EPS）化学分析及三维荧光光谱分析显示,停曝比为2：1条件下,蛋白（PN）含量较高且蛋白/多糖（PN/PS）值也较高.     

SBR工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮特性研究

采用有效容积为1 200 m3的SBR反应器处理晚期垃圾渗滤液,进行生物脱氮特性研究.结果表明,通过投加粪水调节进水C/N,能显著提高SBR反应器对晚期垃圾渗滤液中氮素污染物的去除效果,其中第112~136 d的TN平均去除率高达82.62%,出水TN≤190 mg.L-1,COD≤400 mg.L-1;能在反应器内达到各种生物脱氮反应的平衡状态,BOD5与TN去除量的比值稳定在1.43左右.在稳定平衡阶段,通过对反应器内氮素污染物和SO24-的含量变化进行周期跟踪监测,发现在搅拌回流阶段存在NH4+-N和SO24-的同时等比例去除现象,去除率分别为27.06%和76.17%,反应器内存在同步硝化反硝化和同步脱氮除硫(SO24-)过程;量化分析了反应器内各种生物脱氮反应,得到异养反硝化、同步硝化反硝化、同化作用、同步脱氮除硫(SO24-)和内源呼吸反硝化对TN去除量的贡献率分别为62.6%、33.8%、7.0%、26.1%和2.7%.     

填充床快速启动厌氧氨氧化反应器及其脱氮性能研究

以城市污水厂二沉池污泥为种泥,以悬浮填料填充床生物膜反应器为厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器,采用高负荷培养法和好氧预挂膜低负荷培养法分别培养与富集厌氧氨氧化菌,并研究其脱氮性能.结果表明,好氧预挂膜低负荷培养法可以在较短时间内(90 d左右)快速启动厌氧氨氧化反应器,稳定期反应器出水氨氮和亚硝氮保持稳定,去除率均接近100%,总氮去除率在75%以上,高负荷培养法因高浓度氨氮和亚硝氮的抑制作用而启动失败(190d).启动过程中pH变化表明,厌氧氨氧化反应器出水pH略高于进水,pH值可用作厌氧氨氧化反应器启动进程的指示参数.上流式厌氧填充床ANAMMOX反应器具有高负荷和高效率的优点,当反应器进水氨氮和亚硝氮浓度低于800 mg/L时,其去除率几乎达100%,低于国家一级标准.     

螺旋型垂直筛板布气的喷射鼓泡脱硫除尘塔的研制和性能

研制了一种中试规模的螺旋型垂直筛板布气的喷射鼓泡脱硫除尘装置,具有螺旋型布气、环流布气、气动搅拌等特点.装置中特有的螺旋型气室是由两块按阿基米德螺线设计的垂直筛板围成,有结构简单紧凑、开孔面积大、不容易堵塞、气速稳定等优点.对中试规模装置进行了压降和湿法脱硫除尘实验.结果表明:空塔与喷射鼓泡运行时装置各部分压降随气量增加而增加,喷射鼓泡运行中控制"临界液位差"约170mm,当气量为1856m.3h-1时,塔总压降为3.37kPa;脱硫效率随鼓泡层高度和气动搅拌器旋转速度的增加而升高;当石灰石浆液浓度上升时,pH升高,有效脱硫时间延长;pH是控制装置脱硫效率的关键,pH=5.35时脱硫效率可达70%,pH为6～7时脱硫效率保持在80%以上;当烟气中含尘浓度大于304mg.m-3时(粉尘粒径小于50μm),除尘效率可达91%以上;该装置脱硫、除尘效率高,塔体高度较低,结构紧凑,具有很好的应用前景.     

河流湿地氮循环修复过程中的新型功能微生物

自然生态系统中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌的发现,改变了人们对传统氮循环过程的认识.通过氨氧化古菌和厌氧氨氧化菌在缺氧/厌氧的条件下完成硝化反应和封闭的氮循环,对于河流氮循环生态修复意义显著.通过PCR聚合酶链反应结合水体沉积物理化指标,研究典型河流湿地中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌及其在循环中的作用.结果表明,在海河支流北运河湿地中存在厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌,它们对于水体和底泥沉积物的氮转化有较重要作用.通过构建16S rRNA克隆文库生物多样性分析比较,发现湿地中厌氧氨氧化菌的生物多样性相对较低,96个克隆序列只分为3个OTUs;其与基因库(GenBank)中已探明的厌氧氨氧化菌Candidatus"Kuenenia stuttgartiensis"和Candidatus"Brocadia fulgida"的相似度分别为98%和95%.通过建立氨氧化古菌克隆文库发现,96个克隆子共得到5个OTUs,其与GenBank中关系最近序列(土壤/沉积物中)的相似度均大于95%;对本实验样本和水相、土壤/沉积物相中不同氨氧化古菌进行进化谱系分析,发现北运河河流湿地的古菌amoA基因属于土壤/沉积物进化分支.     

厌氧反应器系统动力学模型构建方法学研究

以系统动力学的基本概念、方法为基础提出了存在于变量之间的3种基本关系模式,并在此基础上提出针对复杂系统的分块建模理论.将以葡萄糖为进水基质的厌氧反应器划分为3个子系统.确定了该系统的系统结构图,在此基础上构建厌氧消化系统的SD模型.根据分块建模的优势及特点,对模型中的3个子系统采用不同的计算方式,通过对比模拟结果表明,SD模型静态模拟结果与实验数据、传统结构模型模拟结果之间的误差<10%,动态模拟结果与实际趋势一致,说明SD模型的模拟结果是可信的.根据其特性,对取消物化子系统的简化模犁的模拟结果进行分析,表明根据不同的研究目的,选择合适的模型结构是必要的,采用系统动力学的分块建模方法有利于模型的简化与升级、减少计算量、提高模型的计算速度.     

好氧硝化颗粒污泥搁置后活性恢复研究

利用气提式内循环间歇反应器(SBAR)考察好氧硝化颗粒污泥搁置2个月后重新投入运行, 其物理性状和微生物活性的恢复情况. 结果表明, 搁置后颗粒由棕黄色转为灰黑色, 粒径及沉降速率无明显变化. 颗粒重新投入反应器, 2周后颜色基本恢复; 污泥浓度、颗粒粒径以及沉降速率迅速增加; 颗粒中异养菌活性在1 d内即可恢复至原水平的86％, COD去除活性5 d后完全恢复, 去除率稳定在80%以上. 活性恢复阶段采用较高的曝气量和较长的循环时间有利于硝化菌的活性恢复, 第41 d曝气量由0.05 m³·h^-1提高到0.10 m³·h^-1后, 亚硝酸菌和硝酸菌活性分别由原水平的88%和82%提高到122%和92%, 氨氮去除率由之前的80% ～ 90%迅速提高到96%以上; 第65 d循环时间由4 h延长至6 h使硝酸菌的活性得到了完全恢复.     

亚热带土壤反硝化过程中NO-3-N对CH4排放的影响

研究了发育于不同成土母质和不同土地利用方式下的45个亚热带土壤样本,在反硝化严格厌氧培养条件下（密闭、淹水、充N₂）,加入KNO₃的处理（加入N量为200 mg·kg^-1）和不加KNO₃的空白对照对CH₄产生和排放的影响.结果表明,厌氧培养条件下无论加入KNO₃与否,CH₄的产生和排放首先取决于土壤有机碳总量水平及其有效性.对照土壤中花岗岩母质发育的土壤和KNO₃处理土壤中稻田利用方式下的土壤CH₄排放量最高.加入KNO₃显著抑制了CH₄的产生和排放,NO^-₃-N对CH₄产生的抑制效应可能较N₂O对CH₄产生的抑制效应更大.加入KNO₃处理中厌氧培养第1周内的NO^-₃-反硝化量和降低速率是决定CH₄排放量的关键因素.不加KNO₃的对照土壤中,73％的土样表现为 Fe²⁺的产生和CH₄的排放之间呈指数关系增长,表明Fe³⁺和CO₂的还原可同步进行.NO^-₃-N不仅显著抑制了CH₄的产生和排放,也抑制了Fe³⁺的还原.