反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的参数优化

为促进反硝化除磷与厌氧氨氧化工艺的耦合,实现污水氮、磷的同步高效去除,构建序批式反应器(Sequencing batch reactor,SBR),优化了反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的工艺参数.SBR在厌氧-缺氧-微好氧运行条件下,缺氧段投加模拟硝酸盐工业废水逐步实现了反硝化除磷过程的亚硝酸盐积累.结果表明,经过142d的培养驯化,在进水C/P比为55时,缺氧段引入NO₃^--N浓度为23mg/L时,亚硝酸盐积累率为51.01%,NO₃^--N→NO₂^--N转化率为40.22%,硝酸盐去除率为72.14%,PO₄^3--P去除率最高达88.17%.出水COD浓度低于25mg/L,COD去除率维持在90%以上.微生物群落结构分析表明,拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)为系统内优势菌门.通过参数优化实现了聚磷菌的驯化,Candidatus Accumulibacter为代表的反硝化聚磷菌丰度增加(累积丰度由1.49%增加到5.08%),以Candidatus Competibacter为代表的反硝化聚糖菌丰度增加更为明显(累积丰度由1.02%增加到15.49%),聚磷菌与聚糖菌的共同作用有利于实现除磷过程的亚硝酸盐累积.     

SBBR工艺反硝化过程中N_2O和NO的产生情况

利用序批式生物膜反应器(SBBR),以葡萄糖为碳源(COD为500 mg/L),考察了不同碳氮比(COD与TN之比)、不同电子受体(NO_2~-或NO_3~-)、不同投加方式(碳源与氮源同步投加或投加碳源60 min后再投加氮源的异步投加)对N_2O产生情况的影响,以及碳氮比为2时NO的产生情况。实验结果表明:不论同步投加还是异步投加,两种电子受体的N_2O-N生成率均随着碳氮比的增大而下降;不同碳氮比下,投加NO2-时的N_2O-N生成率均高于投加NO3-时,异步投加时的N_2O-N生成率均大于同步投加时。说明低碳氮比、高浓度NO2-和胞内贮存物作碳源是反硝化过程中N_2O产生和大量积累的关键因素。此外,NO2-为电子受体时的NO-N生成率高于NO3-为电子受体时。     

抗生素对耐药型反硝化菌反硝化过程及微生物群落结构的影响

城市污水中部分抗生素通过常规工艺处理的去除率较低,导致自然水环境中微生物耐药性增强.为降低抗生素对城镇受纳水体的生态危害,提出了利用耐药型反硝化菌的共代谢作用降解微量抗生素的风险控制技术.采用乙酸钠为电子供体,并保持氧氟沙星(OFLX)浓度为1μg·L~(-1),逐步提高抗生素降解菌的优势生长,分别培养获得仅有乙酸钠和氮元素存在条件下的反硝化菌群(DnB_1)、微量抗生素与乙酸钠、氮元素同时存在条件的反硝化菌群(DnB_2).考察了抗生素通过反硝化共代谢的降解效果,抗生素对耐药型反硝化菌脱氮过程的影响,以及微生物群落结构的变化情况.结果表明DnB_2相比于DnB_1,对OFLX具有明显降解作用, DnB_1和DnB_2对OFLX的降解量分别为0.31μg·g~(-1)和16.14μg·g~(-1).OFLX浓度的提高,会在短期内抑制DnB_1反硝化活性.DnB_2反硝化过程受OFLX影响较小.同时,使用Illumina MiSeq平台进行高通量测序,基于测序结果聚类形成的OTUs信息,对比分析各样品的多样性,结果表明,DnB_1的微生物群落相对丰度和微生物群落多样性均要高于DnB_2.     

间歇恒定/梯度曝气对SNAD工艺启动的影响

本实验在室温(20℃±3℃)下用2组反应器R1和R~2接种厌氧氨氧化污泥,分别采用间歇恒定曝气和间歇梯度曝气方式启动SNAD工艺,研究了两种不同间歇曝气方式对SNAD工艺启动的影响.结果表明,启动过程中,R~2在各阶段恢复稳定所需的时间更短,SNAD的实际启动速度更快;启动成功后R1和R~2的特征值Δρ(TN)/Δρ(NO_3--N)分别达到6. 46和10. 34,R~2的NOB抑制效果更好;通过周期监测,发现R~2的周期DO波动稳定,R1的周期DO整体逐渐提高、周期末达到0. 5 mg·L~(-1)以上,分析认为R~2中稳定的低DO环境促进了NOB抑制;启动成功后R1和R~2反应器内PN/PS值分别达到2. 745和2. 823,颗粒粒径分别达到365. 8μm和402. 1μm,R~2的颗粒稳定性和沉降性更强,粒径增长更快.     

巢湖滨岸水塘洼地沉积物反硝化速率及对外源碳氮的响应

2018年10月至2019年8月,在巢湖西半湖北侧滨岸筛选3个典型水塘洼地,采集表层沉积物及上覆水样,开展外源碳氮浓度梯度培养实验,解析底质反硝化速率对碳氮的限制性,并识别主要环境影响因素.结果表明：①洼地蒲草、水塘芦苇、水塘蒲草等3种植物丛沉积物对照样的反硝化速率[mg·（kg·h）^-1]分别为2.15~10.87（均值为6.47）、2.08~10.65（均值为6.97）、2.06~10.88（均值为6.76）,彼此间差异性不显著;②总体上,外源氮（硝态氮）的添加可以明显提高沉积物的反硝化速率,表明硝态氮为反硝化过程的限制性因素;③外源碳（葡萄糖）的添加导致植物丛沉积物反硝化速率明显下降,表明有机碳对沉积物反硝化产生了抑制作用;④外源碳氮同时添加明显提高了沉积物反硝化速率,除10月洼地蒲草丛和6月水塘蒲草丛低碳氮浓度沉积物反硝化速率相对较高以外,其它情形均表现为高碳氮浓度沉积物反硝化速率更高.     

NO2--N/NH4+-N及COD/NH4+-N对厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮除碳的影响

采用序批式反应器-厌氧序批式反应器（SBR-ASBR）组合工艺处理常温低C/N比实际生活污水,通过调控SBR缺氧：好氧时间分别为80min：60min、120min：60min和150min：60min时,实现半亚硝化,将其出水直接泵入ASBR反应器中,考察不同进水NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N对厌氧氨氧化耦合反硝化同步脱氮除碳的影响,并采用响应面法设计正交批次试验.结果表明：在NO₂^--N/NH₄⁺-N为1.55,COD/NH₄⁺-N为4.22时,出水NH₄⁺-N、NO₂^--N和COD的浓度分别为2.79,0.47,38.37mg/L,其去除率分别高达87.56%,98.45%和62.69%.ΔNO₂^--N/ΔNH₄⁺-N为2.23,生成的NO₃^--N的量比理论值小2.47mg/L,厌氧氨氧化和异养反硝化共同完成氮素去除,系统脱氮除碳性能最佳.当NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N分别由0.84增加到1.55和3.24增加到4.22时,厌氧氨氧化和异养反硝化对脱氮贡献率分别由80.40%降至53.33%和19.60%增加到46.67%.NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N对TN和COD去除的正交影响显著,均呈现正相关,R²分别为0.9243和0.9700.     

3DBER系统功能强化与协同作用机制研究

针对污水厂二级生物处理出水C/N低且可生化性差、深度脱氮需外加碳源等问题,结合污水资源化对二级处理出水深度去除TN、TP和微污染物的技术需求,通过改变传统三维电极生物膜工艺（3DBER）的填料组成,构建了强化反硝化脱氮、并具备同步除磷、除微污染物（以邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸（2-乙基已基）酯（DEHP）为例,用PAEs表示）功能的3DBER多功能复合反硝化系统,探讨了3DBER工艺强化脱氮同步实现除磷、除微污染物复合功能的技术途径,并从工艺性能、微生物种群分布等角度,深入解析了实现复合功能的技术方法与微观作用机制.结果表明,硫/铁复合功能填料是实现低C/N二级生物处理出水深度脱氮、除磷、除微污染物的关键因素,多功能复合反硝化系统脱氮效率比传统3DBER工艺平均提高20%左右,TP去除率可达80%,PAEs去除率在90%以上.化学计量学和分子生物学技术的分析表明,复合系统脱氮、除磷过程中在微生物生态、电子供体补偿和酸碱度平衡等方面存在协同促进作用.其中,脱氮功能来自异养与多种自养反硝化共同作用,除磷的关键是海绵铁的持续腐蚀,PAEs的去除过程则是吸附、电化学氧化与生物降解协同作用的结果.     

低C/N亚铁氧化硝酸盐还原菌群脱氮特性

为削减微污染水库中氮污染负荷,从西安市李家河和黑河水库沉积物中驯化筛分出在低C/N条件下能够高效脱氮的亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群,并将其命名为Z13.利用硝酸盐氮为唯一氮源、亚铁与乙酸作为共同电子供体的反硝化基础培养基,研究了亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13对氮素、亚铁和有机物等的代谢特征.考察了不同温度、初始pH值、C/N、Fe²⁺浓度对亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13脱氮性能及亚铁氧化的影响.结果表明,低C/N条件下亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13在78h时硝酸盐氮去除率为99.85%,总氮去除率为89.91%.Fe²⁺的总去除率为99.86%,其中生物氧化率为82.70%,无亚硝酸盐氮和氨氮的累积.单因素实验表明,在温度30℃,pH 6.5,C/N 1.821,Fe²⁺浓度30mg/L时,亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13对亚铁氧化和氮素的去除效果最好.亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13在微污染水体生物脱氮领域中具有很大的应用潜力.     

不同植物对沟渠沉积物反硝化速率及功能基因的影响研究

植物是影响沉积物反硝化作用的重要因素之一,国内外已有不少研究探讨了植物对河口或湖泊沉积物反硝化速率的影响,但关于植物类型对自然沟渠沉积物反硝化速率及其相应功能基因的影响研究不多.因此,本文以7种常见沟渠植物为研究对象,通过室内盆栽试验,利用改进的乙炔抑制法和实时荧光定量PCR技术研究了不同植物对自然沟渠沉积物反硝化速率和相应功能基因(nirS和nirK)拷贝数的影响.结果表明,培养至第180 d时,不同植物生长条件下沉积物反硝化速率在2.85～13.20μg·m~(-2)·h~(-1)之间,不同植物间反硝化速率差异显著,且大型挺水植物浮水植物小型挺水植物.不同植物之间沉积物中nirS基因拷贝数在2.70×10~8～5.02×10~8 copies·g~(-1)之间,nirK基因拷贝数在3.97×10~5～6.91×10~5 copies·g~(-1)之间,与培养初期相比,培养180 d后沉积物中nirK、nirS基因拷贝数明显增多.7种植物中,美人蕉沉积物中的反硝化功能基因拷贝数较高,狐尾藻较低,整体来看,基因拷贝数大小顺序为:挺水植物浮水植物.nirS基因拷贝数与NO~-_3-N含量、TN含量及反硝化速率之间均呈显著性的正相关关系(p0.05),但nirK基因拷贝数与沉积物碳氮含量及反硝化速率之间相关性不显著.     

河道底泥中异养硝化-好氧反硝化菌群富集培养及其脱氮性能

采用选择性富集培养基,从河道底泥中成功筛选出具有氮素去除效果的优势微生物菌群:异养硝化-好氧反硝化菌群(H)、异养硝化菌群(Y)和好氧反硝化菌群(F).高通量测序分析结果显示,各混合菌群中脱氮功能菌的相对丰度分别为54.72%、46.26%和91.57%.在此基础上,考察了微量元素对3组混合菌群脱氮性能的影响,结果表明,混合菌群H和F在添加微量元素浓缩液0.5 mL·L~(-1)时脱氮性能最佳,在72 h时混合菌群H对氨氮、硝酸盐氮的去除率分别为69.11%和99.06%,混合菌群F对硝酸盐氮的去除率达99.62%;而混合菌群Y在不添加微量元素时氨氮的去除率最高,为82.60%.采用优化培养的3组混合菌群及其复合菌群(H+Y、Y+F、H+F、H+Y+F)分别对模拟河水进行处理,模拟河水的COD和氮素指标可从地表水V类水质净化至Ⅳ类水质,其中,复合菌群H+Y+F的氮素去除效果最佳,在36 h时氨氮、硝酸盐氮和总氮的浓度分别为0.182、0.000和0.501 mg·L~(-1),说明本研究富集筛选出的混合脱氮菌群在实际河水净化中具有潜在应用价值.