阴极硝化耦合阳极反硝化实现微生物燃料电池技术脱氮

微生物燃料电池(MFC)是一种将废水中化学能转化为电能的技术,近年来被证实可以用来同步脱氮。目前,NH4+-N的硝化与反硝化多是在MFC阴极室进行,其存在曝气条件下反硝化菌难以富集的问题,造成反硝化速度慢。为解决上述问题,本研究旨在构建一种基于阴离子交换膜的(AEM)MFC,即AEM-MFC,使阴极好氧硝化过程产生的NO2-与NO3-能通过阴离子交换膜迁移至厌氧阳极室,并在厌氧阳极室发生还原,使得反硝化不需在好氧阴极室进行。结果表明,当阴极投加200 mg/L NH4+-N时,AEM-MFC能在66 h完全去除总氮,而同样条件下基于阳离子交换膜(CEM)的MFC,即CEM-MFC,则需要26 d达到相同的脱氮效果。在阴极室投加不同浓度NH4+-N(从50到500 mg/L)条件下,AEM-MFC连续运行7个月,其产电与脱氮效果稳定。相比于传统生物脱氮方法,AEM-MFC不需要在运行过程中在加入酸或碱调节pH,所需COD/N较少,并能够同时回收电能。     

餐厨垃圾发酵液强化潮汐流人工湿地对污水厂尾水脱氮效能

采用餐厨垃圾发酵液(food waste fermentation liquid, FWFL)作为潮汐流人工湿地(tidal flow constructed wetland, TFCW)外加碳源,考察其对污水处理厂尾水湿地脱氮效果的影响,并通过湿地氮转化速率、酶活性测定及微生物群落结构分析探究其机理。结果表明：投加FWFL后人工湿地中TN、NO₃^--N、TP的去除率分别提高了15.7%~36.2%、3.3%~42.3%、11.2%~45.8%,且FWFL的添加不会对出水NH₄⁺-N和COD产生显著影响;FWFL可改善TFCW低温时的脱氮效果;投加FWFL后TFCW的反硝化速率、反硝化酶活性以及电子传递系统活性均有所提高,TFCW微生物的丰富度和多样性明显提高,微生物群落结构也趋于稳定,反硝化菌群大量增加。变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)与念珠菌门(Candidatus Saccharribacteria)为优势菌门,水杆菌属(Aquabacterium)与产丁酸盐细菌属(Saccharibacteria genera incertae sedis)为优势菌属。     

四室微生物燃料电池同步脱氮除碳及产电性能

微生物燃料电池近年来被证实可以用来同步脱氮,然而微生物燃料电池中阴阳极室通常以不同成分的污水作为底物。为了实现废水脱氮,往往需要进行出水调配或停曝等复杂的操作。为解决上述问题,本研究构建了阴极硝化耦合阳极反硝化的四室微生物燃料电池(four chamber microbial fuel cell,FC-MFC),阳极室与阴极室之间用阳离子交换膜(cation exchange membrane,CEM)与阴离子交换膜(anion exchange membrane,AEM)进行交替分隔。在浓度差作用下离子进行定向迁移,最终实现阳极室有机物和氨氮的同步去除。探讨了阳极COD(即进水碳氮比)对FC-MFC产电及污染物去除效果的影响,并分析FC-MFC的氮去除途径。结果表明：随着阳极室COD的增加,各MFC模块的产电周期、峰值输出电压和最大功率密度随之增加,同时阳极室COD和TN的去除率也呈上升趋势,该系统对高碳氮比污水具有良好的抵抗负荷。当进水COD和NH₄⁺-N质量浓度分别为1 100 mg·L⁻¹和100 mg·L⁻¹时,4个MFC模块的峰值输出电压介于526~619 mV,最大功率密度为103.47~121.00 mW·m⁻²,阳极室COD去除率和TN去除率分别高达94%和96%以上。氮去除途径分析结果表明,阳极室微生物吸附代谢作用、阴极室内源反硝化、阴极室通过AEM迁移至后序位阳极室进行反硝化过程分别贡献了25.96%~25.97%、0.91%~5.18%、68.87%~73.20%。     

活性污泥对硒化镉量子点暴露的胁迫响应机制

为揭示硒化镉(CdSe)量子点(quantum dots, QDs)在复杂环境体系中的生物毒性效应,本研究以活性污泥为研究对象,探讨了CdSe QDs(0.1~10 mg·L⁻¹)长期暴露对序批式活性污泥反应器运行效能、污泥性能以及微生物代谢作用的影响。结果表明,在实验质量浓度范围内,出水COD值和硝酸盐波动较大,而硝化作用影响较小,且低剂量CdSe QDs的存在加速了NH₄⁺-N的降解,1 mg·L⁻¹ CdSe QDs将平均氨氧化速率由2.2 mg·(L∙h)⁻¹提高到3.3 mg·(L∙h)⁻¹。尽管CdSe QDs会引起出水浊度略微增加,但污泥沉降性能始终维持稳定。CdSe QDs主要与污泥表面的C—O—C、C—O、C—C和磷酸基团结合,诱导胞外聚合物的酪氨酸类蛋白荧光淬灭。同时,微生物会通过分泌色氨酸类蛋白以缓解胁迫影响。此外,活性污泥的物种丰富度和多样性均受CdSe QDs的抑制,但低质量浓度CdSe QDs有利于Nitrospirae相对丰度的增加。PICRUSt2预测显示,微生物的新陈代谢和遗传信息处理相关的代谢通路均受到CdSe QDs的显著抑制,膜传输和信号传导的代谢通路丰度最终分别下降至32 552和7 876,导致反应器出水COD值随暴露剂量的增加而逐渐增大。因此,CdSe QDs通过改变微生物群落结构和功能影响活性污泥有机物的去除效果,但对硝化反应及污泥絮凝和沉淀性能并未表现出明显负面效果。     

反硝化生物滤池用于再生水脱氮效能及动力学研究

采用反硝化生物滤池处理城市污水厂二级出水,研究了反硝化生物滤池脱氮效能及其影响因素,构建了反硝化生物滤池脱氮动力学模型。结果表明,反硝化生物滤池启动7d后出水水质稳定,对NO3--N的去除率达到90%以上,NO2--N积累现象消失;当外加乙酸钠作碳源并使C/N ≥ 4.7时,对NO3--N的去除率达到90%以上,出水NO3--N浓度在1.0 mg/L以下;反硝化生物滤池具有较高的处理负荷,当HRT ≥ 5 min时,对NO3--N的去除率能达到90%以上;在实验水质条件下,滤池反硝化反应遵循一级反应动力学,且反应速率常数与流速成正比。     

水性聚氨酯(WPU)包埋活性污泥的亚硝化反应

以水性聚氨酯(WPU)为载体利用活性污泥制作成包埋固定化颗粒,置于序批式反应器(SBR)中在22.5~25.5 ℃、DO=2.0 mg·L-1条件下,逐步提高进水氨氮浓度(100~200 mg·L-1)驯化13 d后包埋颗粒亚硝化率(NAR)成功实现至90.98%。运行30 d后 NAR保持在95%以上,小试分析表明NOB活性受抑制,亚硝化处于稳定状态。然后调节曝气量,研究不同DO对亚硝化稳定性的影响。提高DO至4.5 mg·L-1,NAR仍保持在83.99%,说明活性污泥经包埋固定后对DO有较好的耐受性。通过扫描电镜(SEM)对反应器内包埋颗粒进行了微观分析。结果表明,包埋颗粒内接种污泥中细菌形态多样,含长杆、短杆及球状菌,随着运行的延续,细菌形态呈现了向短杆状球状转变的态势。     

UASB-SBR工艺处理规模化畜禽养殖废水

针对规模化畜禽养殖废水常规厌氧-好氧组合处理工艺及SBR处理工艺脱氮效率低、运行费用高等问题,采用UASB-SBR工艺,研究3种不同的SBR模式对处理效果的影响。结果表明,UASB容积负荷(以COD计)8 kg·(m3·d)-1、pH 7.0、温度35 ℃、HRT 25 h时,COD去除率为80%~85%;SBR在进水15 min、反应480 min、沉淀60 min、出水15 min、闲置810 min条件下,对废水COD、NH+4-N、和TN去除率分别为91.8%、98.7%和71.6%,出水COD≤180 mg·L-1、NH+4-N2-N积累率超过50%,出现了NO-2-N积累,短程硝化反硝化是主要脱氮方式。     

高氨废水短程硝化特性

采用SBR装置,针对高氨废水的特点,在高氨条件下,以高氨低氧为转化手段,实现高氨废水短程硝化过程中亚硝化菌的驯化与积累。控制温度为28~31℃,曝气量为15~60 L/h,pH控制在7.8~8.2的条件下连续运行78 d。实验结果表明,运行11 d后实现了短程硝化,从11 d至78 d属于系统氨氮负荷提高期。在运行过程中,氨氮污泥负荷从开始的0.023 kg/（kg·d）逐步上升为0.3 kg/（kg·d）,最高时达到0.34 kg/（kg·d）,此时氨氮去除率仍维持90%以上。为观察驯化后短程硝化菌的形态,取驯化好的污泥进行电镜扫描,结果表明,污泥中的细菌形态主要以球状菌为主。     

一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理中低浓度模拟氨氮废水

采用序批式反应器(sequencing batch reactor, SBR)研究了一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理中低浓度氨氮废水的运行稳定性。结果表明,在温度为35 ℃、进水氨氮浓度为200 mg·L⁻¹、溶解氧为0.2~0.4 mg·L⁻¹条件下,一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器去除负荷(以TN计)可达到0.24 kg·(m³·d)⁻¹,平均去除率为75.84%,成功实现了一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化的稳定运行。污泥中氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria, AOB)和厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia oxidation, Anammox)活性(以${\rm{NH}}_4^ + $-N计)分别稳定在877.24 mg·(g·d)⁻¹和127.61 mg·(g·d)⁻¹,亚硝酸氧化菌(nitrite oxidizing bacteria, NOB)活性由60.84 mg·(g·d)⁻¹(以${\rm{NO}}_2^ - $-N计)下降至18.54 mg·(g·d)⁻¹,NOB被成功抑制,AOB与Anammox菌之间形成良好的协同作用,保证了稳定的脱氮效果。FISH结果表明,污泥中的优势菌为AOB和Anammox菌,从微生物角度佐证了一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器维持较好脱氮效果的长期运行稳定性。一段式部分亚硝化厌氧氨氧化工艺的稳定运行可为厌氧氨氧化技术处理中低浓度氨氮废水提供参考。     

同步脱氮除磷复配菌剂对河流水质净化效果研究

通过选择培养基、溴麝香草酚蓝（Bromothymol Blue,BTB）培养基筛选及脱氮除磷性能检测,从城市河道中成功筛选出6株异养硝化-好氧反硝化菌株,分别属于假单胞菌属（Pseudomonas）、产碱杆菌属（Alcaligenes）、无色杆菌属（Achromobacter）和陶厄氏菌属（Thauera）,其中3株菌株兼具硝化、反硝化和聚磷能力,菌株MC-5除磷能力最优.在此基础上,将筛选出的6株单菌株进行复配,考察了复配菌剂在不同COD/TN下的脱氮除磷性能.根据群落结构变化分析,发现复配菌剂中的产碱杆菌属在脱氮除磷中发挥了更为关键的作用.水中碳源耗尽时补加碳源能显著提升复配菌剂的脱氮除磷性能,氨氮和总磷去除率分别由55.87%和50.48%提高到100%和98.89%,而水中COD/TN高于20会对微生物产生抑制作用.探究复配菌剂处理受污染河水最佳投加量的试验结果表明,投加量为1.69 g·m-3时,总磷指标能够从地表水劣Ⅴ类提高至Ⅲ类水质标准,氮类指标能够提升至接近地表水Ⅴ类水质标准.适当提高菌剂投加量能提高氮、磷元素降解速率,缩短河道水质修复时间.这说明本研究中的同步脱氮除磷...