碳素纤维对富营养化水体的水质改善与对藻类群落结构的影响

以北京朝阳区清河水为原水,开展碳素纤维生物修复试验,考察生物膜从形成到成熟及处理过程中碳素纤维外观、生物相结构、氮磷浓度及藻类群落结构的变化. 结果表明,碳素纤维在3 d内挂膜成功且生物相丰富,说明其生物亲和性强,吸附性能好. 碳素纤维生物膜对氮、磷具有较好的去除效果,TN、TP、NH₄+-N去除率分别达40%、60%、98%,其中对氮、磷的去除以吸附水体中颗粒态污染物为主. 碳素纤维生物膜对富营养化水体藻类的增殖有明显的抑制作用,尤其对蓝藻的抑制作用显著,藻类总密度和蓝藻密度达到最大值的时间与对照组相比延迟6 d,且藻类总密度及蓝藻密度都低于对照组. 碳素纤维生物膜还影响水体中的藻类群落结构,试验期间水体中以硅藻为主,蓝藻所占比例平均为22.4%,而对照组中以蓝绿藻占优,蓝藻平均所占比例高达47.2%.      

基于微电极技术的反硝化滤池生物膜特性分析

为研究反硝化滤池中溶解氧对反硝化作用的影响,制备性能良好尖端直径在30μm以内的氧(O2)以及硝酸盐(NO3-)微电极,以此为测试工具,对反硝化滤池中生物膜内部O2、NO3-微环境分布进行测试,通过建立扩散-反应方程,获得生物膜微环境耗氧及反硝化活性特征.研究结果表明,溶解氧在生物膜内部呈明显的下降趋势,从主体溶液氧浓度约1mg/L下降至生物膜300μm深度处约为0.生物膜内部反硝化活性区域发生在300~600μm深度范围内.该条件下反硝化滤池生物膜的氧利用速率常数以及反硝化速率常数之间的比值为1.46,溶解氧对反硝化过程的影响是显著的.     

紫外辐射与生物膜同步耦合降解喹啉

紫外辐射光解与生物降解同步耦合的气升式内循环反应器用于喹啉的降解.实验过程中分别采用单独紫外光解、单独生物降解和紫外光解与生物降解同步耦合的方法对喹啉进行降解.结果表明,喹啉在紫外光解与生物降解同步耦合的作用下,其降解速率明显提高.喹啉降解动力学分析结果表明,喹啉的生物降解可以用有抑制性的Haldane模型描述.相比生物降解过程,单独紫外光解对喹啉的降解速率可以忽略,但将紫外辐射与生物降解耦合在一起后,可以提高喹啉的最大降解速率近1倍并减小抑制常数36%,同时还可以提高喹啉的矿化程度.     

电化学生物膜反硝化磁场促进效应

针对BER(电化学生物膜反应器)的传质问题,设计了MBER(磁场-电化学生物膜反应器).通过对不同电流强度下BER和MBER中NO3--N,NO2--N,NH4+-N和TN去除或产生情况的对比,以及不同电流强度下电流利用效率的分析发现,在HRT为10 h,温度为25℃,进水pH为7.8,进水ρ(NO3--N)为30 mg/L的运行条件下,MBER对NO3--N的去除率高出BER13%～38%,MBER对TN的去除率高出BER 10%～30%.且MBER在电流强度为70 mA时就达到最高去除率,而BER则需要电流强度为80 mA时才能达到最高去除率.试验证明磁场的存在促进了BER反硝化,提高了电流利用效率,使得MBER可以在较低电流强度下达到优于BER的脱氮效果.      

反渗透膜生物污堵监测及其控制的研究进展

综述了RO膜面微生物群落结构及EPS的最新研究进展,并对RO膜生物污堵的监测技术和控制方法进行总结。膜面微生物中变形菌门（α-,β-和γ-变形菌纲）、拟杆菌门和浮霉菌门相对丰度较高,产生EPS较多的鞘氨醇单胞菌属、假单胞菌属在膜污堵中起到重要作用。EPS中多糖更易附着于膜面,EPS中大分子组分的RO膜污堵潜势更高,透明胞外聚合物（TEP）能促进生物污堵的形成。对进水中有机物参数和微生物参数的测定能反映进水RO膜污堵潜势,但并不能用于确定膜面污堵的实际情况。而对RO膜组件的动态监测能够及时反映膜污堵状态。进水预处理和膜清洗已被用于延缓RO膜生物污堵,而膜改性和生物处理等方法的开发为RO膜生物污堵的控制提供了新途径。根据研究现状,认为今后反渗透膜抗生物污堵的研究需要完善进水生物污堵潜势评价指标,加大对膜面污堵中优势菌群和污堵潜势大的EPS的控制研究,并对新型抗污染改性膜的工程实用性进行关注。     

生物膜层DO浓度对MABR中异养硝化-好氧反硝化的影响

高浓度氨氮（NH₄+-N）废水的好氧生物处理是一个高氧需求过程.膜曝气生物膜反应器（membrane aerobic biofilm reactor,MABR）因其高氧利用率、低能耗优势在高氨氮废水处理中具有重要应用潜力.通过启动贯通式MABR接种异养硝化-好氧反硝化（heterotrophic nitrification and aerobic denitrification,HN-AD）脱氮混合菌液处理高氨氮模拟废水,调节进气量实现生物膜层不同溶解氧（DO）浓度,考察生物膜层DO浓度对MABR脱氮性能、HN-AD菌多样性及其脱氮功能基因的影响.结果表明:①MABR中仅生物膜内层DO浓度随进气量的增加而提升,生物膜外层DO浓度始终保持为0 mg/L;高DO浓度下反应器NH₄+-N、总氮（TN）去除率相比低DO浓度分别增加了28.15%和24.18%,提高生物膜内层DO浓度强化MABR脱氮性能.②高通量测序分析表明,HN-AD菌是MABR中的脱氮功能微生物,研究获得假黄褐藻属（Pseudofulvimonas）、脱氮副球菌属（Paracoccus）、鞘氨醇杆菌属（Sphingobacterium）和不动杆菌属（Acinetobacter）等共13种HN-AD菌属,其总相对丰度在低、中和高DO浓度下分别为12.97%、19.05%和22.01%,说明提高生物膜内层DO浓度促进了HN-AD菌属的富集.③PICRUSt1功能基因预测发现,MABR中HN-AD菌的好氧反硝化功能基因（napA、napB）总相对丰度在低、中和高DO浓度下分别为0.000 13‰、0.019‰和0.060‰,说明提高MABR生物膜内层DO浓度加快了HN-AD菌的好氧反硝化进程,促进了MABR中HN-AD过程的实现.研究显示,通过调节进气量实现生物膜内层不同DO浓度,可以强化MABR脱氮性能,提高HN-AD菌属富集程度,促进MABR中HN-AD过程的实现.      

生物膜系统中部分反硝化实现特性

以移动床生物膜反应器（moving-bed biofilm reactor,MBBR）为例,考察生物膜系统中部分反硝化NO₂^--N积累特性,并通过耦合厌氧氨氧化验证生物膜系统中部分反硝化耦合厌氧氨氧化（partial denitrification with anaerobic ammonium oxidation,PD+ANAMMOX）工艺的可行性.结果表明,在C/N为3.0,填充率为20%的条件下,经过40 d的富集培养,实现部分反硝化,NO₂^--N积累率达（69.38±3.53）%;接种生物膜NO₃^--N还原酶（nitrate reductase,NAR）活性为0.03 μmol·（min·mg）^-1,NO₂^--N还原酶（nitrite reductase,NIR）活性为0.18 μmol·（min·mg）^-1,富集培养后生物膜NAR活性增至0.45 μmol·（min·mg）^-1,NIR活性降至0.02 μmol·（min·mg）^-1,从酶学角度验证了部分反硝化实现;高通量测序结果显示,Thauera属从0.3%增加至37.27%,在微生物群落中占主导地位,该菌属被认为是部分反硝化过程的主要功能菌.随后与厌氧氨氧化耦合,出水总氮达（6.41±1.50） mg·L^-1,总氮去除率达（88.16±2.71）%,证明了生物膜系统中PD+ANAMMOX的可行性及稳定性.     

强化厌氧氨氧化生物膜形成的研究进展

厌氧氨氧化是污水处理领域最具应用前景的生物脱氮工艺,其中生物膜是富集厌氧氨氧化菌的有效手段。但厌氧氨氧化生物膜的形成和厌氧氨氧化菌的富集长达数月甚至更长周期,阻碍了厌氧氨氧化技术的推广应用。总结了近年来强化厌氧氨氧化生物膜形成并富集厌氧氨氧化菌的系列方法,重点探讨了载体类型的选择、载体表面预处理方法、生物质固定技术、反应器类型、厌氧氨氧化菌活性和竞争性强化等措施对厌氧氨氧化生物膜形成及菌种富集的影响。在厘清强化策略的基础上,阐述了各方法的优劣性和潜在的应用场景,同时展望了未来厌氧氨氧化生物膜技术的研究方向,可为厌氧氨氧化工艺的优化与应用提供重要参考。     

基于活性微生物特征的供水管壁生物膜生长特性

管网生物膜由各种活性微生物、微生物残体及有机无机杂质组成,管网生物膜的生长会导致机会致病菌寄居、管道腐蚀以及水质恶化等系列饮用水卫生问题.为研究供水管壁生物膜形成过程和附着生长活性微生物的分布特征,采用异养菌平板计数(HPC)、流式细胞术(FCM)和16S rRNA高通量测序对3种典型室内供水管材:聚氯乙烯(PVC)、无规共聚聚丙烯(PPR)、不锈钢(STS)内壁活性微生物的生长特性和群落多样性进行了分析.结果表明,PVC管壁生物量在第73 d最先达到峰值,3种管材内壁单位面积最大生物量、生物膜成熟时期生物量均呈现PVC PPR STS的规律. 3种管材表面活性细菌群落结构组成上,PVC管表面主要以硝化螺旋菌门为主,PPR和STS管以疣微菌门为主,其中STS管壁上生物膜物种丰富度最低、多样性最小,群落结构最简单. PVC和PPR管内壁表面相较STS管存在更多的蓝藻细菌和放线菌,在饮用水输配过程中更易引发饮用水嗅味问题.管材介质对管壁生物膜上微生物群落结构存在一定影响.