3种新型生态净化材料的脱氮效率及机理分析

通过野外现场实验,对比生物绳(B-R)、生物毡(B-B)和碳素纤维生态草(B-G) 3种新型生态净化材料在不同温度下的氮素净化能力,并通过高通量测序分析材料表面微生物群落结构,进而探讨其脱氮机理。结果表明:所选择的3种材料在不同温度下均能显著降低水体中氮素浓度,其净化能力由高到低依次为生物绳>生态草>生物毡。生物绳和生态草表面富集的生物量更多,且生态草(夏19. 07%,冬18. 64%)和生物绳(夏18. 87%,冬18. 16%)表面功能属的相对丰度要高于生物毡(夏12. 45%,冬15. 17%)。在材料表面起脱氮作用的功能属主要包括Nitrospira、Flavobacterium、Acidovorax、Pseudomonas,Hydrogenophaga等。     

A2/O耦合生物曝气滤池强化污水脱氮除磷

为了强化污水脱氮除磷性能,采用厌氧/缺氧/好氧(A~2/O)耦合生物曝气滤池(BAF)组合工艺,考察其对营养盐和有机物去除效果,并进一步探究温度的潜在影响。结果表明:A~2/O耦合BAF能实现有机物和氮、磷的同步深度去除,有机物、TN和TP去除率分别高达90%、85. 2%和93%。温度为15,25,35℃时COD去除率变化不大,基本维持在90%以上,45℃时略低于其他温度。NH_4~+-N去除率随温度的升高呈现上升趋势,NO_2~--N、NO_3~--N去除效果在35℃时最佳,厌氧释磷量和缺氧、好氧吸磷量也在35℃达到最大值。可见,A~2/O耦合BAF系统最佳脱氮除磷温度为35℃。     

温度和DO对MBBR系统硝化和反硝化的影响

在缺氧/好氧/好氧串联运行的移动床生物膜反应器（MBBR）系统中考察了温度和好氧反应器中溶解氧（DO）水平对生物膜硝化和反硝化过程氮素去除的影响,并通过高通量测序技术探究温度和DO的变化造成的MBBR系统中脱氮功能菌群结构的差异,从而在微观水平解释硝化和反硝化受温度和DO影响的生物学机理.结果表明,系统温度的升高可以同时强化生物膜硝化和反硝化过程,且好氧反应器中DO水平的提高对硝化过程有利,从而提高系统的脱氮效果.本研究中,在系统连续运行阶段,当系统温度和好氧O₁反应器的DO浓度为本研究范围内的最高水平时（即温度=20~22℃、DO=5~8mg O₂/L）,比硝化负荷可达1.60g NH₄⁺-N/（m²·d）以上,而相同温度范围内比反硝化负荷可高达2.84g NO₃^--N/（m²·d）,从而使MBBR系统在该工况条件下获得了最佳的NH₄⁺-N和TN去除率（分别达到了98.7%和85.7%）.温度和DO影响硝化和反硝化的根本原因是温度和DO变化引起了脱氮功能菌群数量和群落结构的改变：当好氧反应器的DO水平下降时,硝化功能细菌的OTUs比例显著降低,尤其是异养硝化细菌的生长受到了严重的抑制;而温度的变化对反硝化细菌的影响主要体现在群落结构的变化.     

ANAMMOX富集与优化停曝比对MBR-SNAD工艺的影响

采用膜生物反应器（MBR）研究了厌氧氨氧化细菌在富集过程中的活性变化,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中以恒定曝气量,通过优化停曝比实现氨氧化细菌（AerAOB）和厌氧氨氧化细菌（AnAOB）协同脱氮并且有效抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,然后添加有机物（乙酸钠）逐步启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化（SNAD）工艺.结果表明,在厌氧氨氧化细菌富集过程中,通过不断缩短水力停留时间（HRT）提高进水氮负荷的方式强化厌氧氨氧化细菌活性,其平均活性由0.603mgN/（h·gVSS）提高到了8.1mgN/（h·gVSS）;当恒定曝气量为50mL/min,停曝比为4：10（min：min）时,AerAOB和AnAOB对氨氮的去除量分别占总氨氮去除量的58.8%和41.2%,NOB氧化亚硝态氮的量占总硝态氮生成量的15.3%,成功抑制了NOB的活性;当C/N比为0.5,调整停曝比为4：15后,反硝化过程氮去除量占总氮去除率的20.9%,厌氧氨氧化过程氮去除量占总氮去除率的79.1%,实现了AerAOB、AnAOB和反硝化细菌（DNB）协同脱氮的目的.     

载铜氮化碳纳米片对单质汞的吸附脱除特性

用简易热剥离法合成了氮化碳纳米片（CNNS）,再通过等体积浸渍法将铜负载于CNNS表面合成了载铜CNNS吸附剂,用于低温下吸附脱除气态单质汞（Hg⁰）.利用氮气吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等手段对吸附剂进行表征.结果表明：CNNS对Hg⁰具有良好的吸附性能,吸附温度为120℃时,脱汞效率约为54.2%;载铜修饰可极大提高CNNS的脱汞活性,脱汞效率在40~240℃温度范围内均大于82.3%,这归因于铜与氮化碳间的紧密接触.煅烧温度对载铜CNNS的脱汞活性影响较大,最佳煅烧温度为200℃.通过载铜修饰可有效活化CNNS,提高其对Hg⁰的氧化能力,这可能归因于铜离子与氮化碳之间的莫特-肖特基电子转移效应.SO₂和水蒸气对载铜CNNS的脱汞性能有抑制作用.     

冬季大黑汀水库沉积物-水界面氮磷赋存特征及交换通量

本文研究了大黑汀水库表层沉积物碳氮磷污染负荷及分布特征,利用Peeper （pore water equilibriums）技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析大黑汀水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样用静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明：沉积物中TN、TP和TOC的含量分别在729~5894mg/kg、1312~2439mg/kg和0.5%~5.6%之间,沉积物中氨氮（NH₄⁺-N）、硝酸盐氮（NO₃^--N）、亚硝酸盐氮（NO₂^--N）和活性磷（PO₄^3--P）含量分别在0.6~202.9、34.4~168.3、0.1~0.3和16.1~75.2mg/kg之间,主要表现为下游含量高于上游,空间分布特征明显;沉积物C/N表明该水库有机质主要来源于水体内部,与人类网箱养殖活动有关.间隙水中NH₄⁺-N和PO₄^3--P浓度远高于上覆水,表明大黑汀水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中NH₄⁺-N浓度随深度的增加而变大,PO₄^3--P浓度具有在0~4cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.静态释放结果表明,沉积物-水界面NH₄⁺-N和PO₄^3--P的交换通量分别为3.5~110.5mg/（m²·d）和0.1~1.6mg/（m²·d）,NO₃^--N和NO₂^--N交换通量在-112.5~157.2mg/（m²·d）和0.04~0.94mg/（m²·d）之间.NH₄⁺-N、NO₃^--N和PO₄^3--P在下游表现出较高的释放速率.较高的沉积物内源负荷使得大黑汀水库沉积物具有较大的向上覆水释放营养盐的潜力,改善水库沉积物污染状况是治理大黑汀水库水体环境的必要之举.     

信号分子在好氧颗粒污泥形成过程中的作用

采用人工配水成功培养好氧颗粒污泥,针对絮状污泥颗粒化过程中污泥的理化性质、污染物去除效率、胞外聚合物和信号分子变化进行相关分析.结果发现,在好氧颗粒污泥的形成过程中,污泥对污染物去除能力明显提高.与接种污泥相比,成熟的好氧颗粒污泥对COD、NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除率分别提高20%、36%和57%.好氧颗粒污泥中胞外蛋白质和多糖含量分别增加了116和31mg/gMLVSS.采用激光共聚焦扫描显微镜对接种污泥和好氧颗粒污泥进行空间表征,发现后者蛋白质含量明显增加,说明蛋白质在污泥颗粒化过程中具有重要作用;磷酸二酯酶活性总体呈现上升趋势,第二信使环二鸟苷酸（cyclic diguanylic,c-di-GMP）含量先增加后降低,与胞外聚合物中蛋白质和多糖的变化规律相似.通过SPSS软件进一步分析得知,c-di-GMP与蛋白质相关系数R²=0.92871,呈极显著相关性;与紧密结合型胞外聚合物中蛋白质相关系数R²=0.89025,呈显著相关性,推测c-di-GMP可能是通过指导紧密结合型胞外聚合物中的蛋白质合成以促进好氧颗粒污泥的形成.     

不同填料人工快渗系统对富营养化水体的处理效果

以富营养化湖水为处理对象,分别考察了天然河砂填料型人工快渗系统(C1)、天然河砂+沸石砂混合填料型人工快渗系统(C2)、天然河砂+沸石砂+海绵铁混合填料型人工快渗系统(C3)对该水体的处理效果。结果表明:填料类型对人工快渗系统的处理性能具有重要影响,C3的挂膜启动周期为40 d,比C1、C2分别缩短了12,3 d。稳定运行期间,C3对COD、NH_4~+-N、TN、TP、叶绿素a的平均去除率依次为93. 9%、90. 3%、83. 3%、76. 9%、97. 8%,比C1分别提高了19. 6,40. 4,55. 3,53. 3,19. 2百分点,比C2分别提高了7. 2,8. 8,49. 2,32. 4,7. 1百分点。C3型人工快渗系统启动速度快、抗负荷冲击能力强、处理效果好,用于处理富营养化水体具有可行性。     

北运河底泥中异养硝化菌的筛选及其脱氮特性

通过富集培养、梯度稀释涂平板、平板划线分离等方法,从北运河底泥中筛选出6株具有异养硝化作用的细菌。其中,1株细菌HNM-4在初始ρ(NH_3-N)为140 mg/L,丁二酸钠为碳源,C/N为6的异养硝化培养基中培养48 h时,对NH3-N去除率为75. 67%。经16S rDNA测序鉴定,菌株HNM-4为假单胞菌(Pseudomonas sp.)。单因素实验表明:HNM-4发挥异养硝化作用的最适环境条件为初始ρ(NH_3-N)为140 mg/L,碳源为丁二酸钠,C/N为9～18,温度为30℃,初始pH值为7～8,盐度为0～0. 5%。在反硝化培养基中培养48 h时,HNM-4对NO_3~--N和TN去除率分别为100%和12. 05%。     

聚电解质多层膜/α-Fe2O3改性阳极对MFC性能影响

文章利用层层自组装技术将聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)、聚苯乙烯磺酸钠(PSS)及α-Fe_2O_3修饰到ITO导电玻璃上,并在其最外层修饰导电性良好的α-Fe_2O_3,将之作为微生物燃料电池(MFC)阳极与空白ITO进行比较。当外电阻为1 000Ω时,修饰了4层(PDADMAC/PSS)_4及1层α-Fe_2O_3的ITO阳极的MFC具有最高功率密度,为0.25 W/m~2。修饰了4层、8层(PDADMAC/PSS)_8及1层α-Fe_2O_3的ITO阳极的MFC最大电流均为0.45 mA,但修饰了4层的产电量更稳定。原子力显微镜数据表明(PDADMAC/PSS)_4/α-Fe_2O_3修饰的ITO导电玻璃的表面比较粗糙,这说明其具有较高的比表面积,更利于微生物的黏附。(PDADMAC/PSS)/α-Fe_2O_3修饰ITO后提高了MFC的产电量是由于ITO导电玻璃表面的物化性质改变促进了微生物产生的电子向阳极表面的传导所致。