纳米铁系材料与反硝化细菌复合去除地下水硝酸盐氮研究

采用不同液相还原法制备了纳米Fe、纳米Fe/Ni和油酸钠包覆型纳米Fe粒子,并将其与反硝化细菌复合应用于地下水中硝酸盐氮的去除研究中.分别考察了不同纳米铁系材料与反硝化细菌复合体系去除硝酸盐氮的反应速率及对脱氮产物生成的影响.同时,从核糖核酸(RNA)水平考察了不同纳米铁系材料对反硝化细菌的影响.结果表明,纳米Fe/Ni复合体系脱氮速率最快,6d内对硝酸盐氮的去除率可达到100%,最终产物主要为氨氮,占体系总氮的69%;而纳米Fe和油酸钠包覆型纳米Fe复合体系9d可将硝酸盐氮100%去除,氨氮的转化率分别为52%和16%.另外,从反应前后反硝化细菌总RNA浓度的变化情况看,纳米Fe/Ni复合体系、纳米Fe复合体系和油酸钠包覆型纳米Fe复合体系的反硝化细菌总RNA浓度分别降低了93%、40%和34%,可见3种纳米铁系材料对反硝化细菌毒性大小顺序为:纳米Fe/Ni纳米Fe油酸钠包覆型纳米Fe.     

生物因子控制反冲洗对BEAC滤池优势菌稳定性影响研究

针对用于生物增强活性炭工艺(BEAC)中的6株优势菌,利用生物因子研究反冲洗对优势菌群在活性炭表面稳定性的影响,确定适合的反冲洗方式及强度.中试试验表明,气冲强度对BEAC生物膜的影响作用要比水冲洗大,通过比较反冲洗前后优势菌群生物量,确定BEAC滤池启动期采用单独水反冲洗,稳定期采用气水联合反冲洗,优势菌群在活性炭表面的平均生物损失量为15.47%;利用生物量和生物活性的乘积(生物需氧量,BRP)确定最佳反冲洗气强度为8～10 L/(m~2·s),反冲洗前后的生物量和生物活性变化最小;扫描电镜和PCR-DGGE图片结果表明,启动期采用气水联合反冲洗导致优势菌数量减少,稳定期采用气水联合反冲洗可保持优势菌的稳定性,反冲洗前后优势菌在活性炭表面数量变化较小.     

厌氧氨氧化微生物在有机碳源条件下的代谢特性

通过多系列血清瓶实验并结合吉布斯自由能量分析探讨了厌氧氨氧化微生物在有机碳源条件下的代谢特性.实验结果表明：在葡萄糖作为有机碳源的条件下,低浓度的葡萄糖 (0.5 mmol·L-1) 能够促进厌氧氨氧化反应的速率,高浓度的葡萄糖 (≥1 mmol·L-1) 抑制了厌氧氨氧化活性;厌氧氨氧化微生物不仅具有厌氧氨氧化的代谢特性,还具有反硝化和硫酸盐还原的代谢能力.吉布斯自由能量分析表明： 在低浓度葡萄糖条件下,尽管最初厌氧氨氧化途径具有优势,但随后与反硝化途径展开竞争并处于劣势;在高浓度葡萄糖条件下,与厌氧氨氧化途径相比,反硝化途径完全占据优势;硫酸盐还原途径与厌氧氨氧化和反硝化途径相比不具有能量优势,只能发生在这两个途径之后.     

废水生物脱氮新工艺

介绍了短程硝化-反硝化、厌氧氨氧化和分段进水生物脱氮3种污水生物脱氮新工艺的原理和特点,并对每一种工艺的影响因子进行了分析,为废水生物脱氮工艺的研究提供了新的方向.     

以FA与FNA为控制因子的短程硝化启动与维持

为了实现污泥消化液旁侧脱氮,降低主处理区进水氮负荷,试验采用A/O工艺研究消化污泥脱水液短程硝化启动与维持,在常温、长SRT、较高DO条件下,逐步提高进水ALR(以N计)从0.23 kg/(m³·d)到0.78　kg/(m³·d),强化FA对NOB的抑制作用,成功启动了短程硝化.针对废水碱度不足的水质特征,利用FA与FNA的联合抑制使短程硝化得到稳定维持,在稳定运行的30　d内NO^-₂-N积累率一直保持在90%以上.在此期间反应器平均DO浓度一直保持在2 mg/L以上,即使平均DO浓度提高到4.8 mg/L左右,也未出现NO^-₂-N积累率降低,说明利用上述手段维持的短程硝化具有抵抗高DO冲击能力.通过降低进水ALR,导致反应器后段FNA浓度增加,强化了FNA的抑制作用,虽然FA的抑制作用降低,短程硝化仍然连续运行达2个月,当反应器后段FNA的抑制作用撤除后,短程硝化在3　d后被彻底破坏,充分证明了FNA对NOB抑制作用及其对维持本系统短程硝化所起的重要作用.     

低碳氮比猪场废水短程硝化反硝化-厌氧氨氧化脱氮

针对低碳氮比猪场废水传统脱氮法碳源不足的问题,采用SBBR反应器进行短程硝化反硝化-厌氧氨氧化联合脱氮.实验表明,短程硝化反硝化预处理可为厌氧氨氧化创造良好的进水条件;经预处理的猪场废水厌氧氨氧化脱氮效果显著,氨氮、亚硝态氮和总氮的平均去除率分别为91.8%、 99.3%、 84.1%,废水中残留有机物未对厌氧氨氧化效果产生明显影响,氨氮、亚硝态氮、硝态氮平均变化量之比为 1∶1.21∶0.24.色质联用分析结果显示,猪场废水中有机物成分在厌氧氨氧化反应前后未发生明显变化,主要化合物为酯类和烷烃类物质;特殊功能菌种检测结果表明,实验条件下的微生物系统是一个厌氧氨氧化菌与硝化菌、亚硝化菌和反硝化菌共存的系统,厌氧氨氧化菌是该系统主要脱氮功能菌.     

SBR法短程深度脱氮过程分析与控制模式的确立

为了实现稳定的SBR法短程深度脱氮技术,考察了实际生活污水处理过程中pH值的变化规律及其影响因素.通过对生物脱氮过程机制和碳酸平衡过程的分析可知,pH值在氨氧化结束和反硝化结束时都会出现明显的变化点,对于采用SBR工艺处理有机物浓度较低、碱度适中的生活污水或城市污水的过程来说,采用pH值作为控制参数一方面可以保证出水水质达到TN＜1 mg/L的深度脱氮效果;另一方面防止了过度曝气引起短程硝化率降低,对于短程深度脱氮的稳定起到了重要作用.在理论分析和试验研究的基础上建立了SBR法短程深度脱氮过程的实时控制策略,在控制策略中设置了18个可调节的变量,以适应不同的水质并保持控制策略的准确性.该控制策略的建立为开发短程深度脱氮的控制软件和控制系统奠定了基础.     

两级SBR工艺去除磷、氮及有机物效能分析

以模拟生活污水为处理对象,在常温条件下,采用对比试验与机制分析方法,研究了两级SBR工艺分级除磷、去除有机物及脱氮的特性,分析了工艺的效能优势.结果表明,通过控制泥龄(除磷级5~7 d,脱氮级约50 d),可以将异养的PAOs与硝化菌分别控制在2个反应器中优势生长,在出水水质更优的情况下,系统的处理效率可比单级SBR提高1倍以上;两级SBR系统可以有效地缓解有机负荷对硝化过程的冲击影响,在进水COD浓度较高的情况下,能够保持其脱氮级(SBS2)具有稳定的硝化速率,且系统的最终出水可以容易并稳定地达到TP≤0.5 mg.L-1的国家标准;另外,两级SBR的脱氮级(SBS2)除具有优势的硝化菌种外,还能培养出适合降解难降解有机物的异养菌,使其好氧硝化结束时COD浓度较单级SBR系统更低.     

膜生物反应器亚硝化性能的影响因素研究

利用膜生物反应器成功启动了亚硝化工艺处理人工合成废水.为了确定影响亚硝化工艺效果的因素,先后对温度和溶解氧浓度进行了研究,结果表明,在温度35℃并且NH4+-N负荷平均0.45 kg.(m3.d)-1和溶解氧0.5 mg/L的条件下,可使出水中NO3--N的浓度低于20 mg.L-1,而ρ(NO2--N)∶ρ(NH4+-N)接近1.0.同时发现反应器运行期间,在低溶解氧的情况下,膜组件的污染并不严重.荧光原位杂交分析发现,在膜生物反应器中氨氧化菌成为优势菌种,亚硝酸盐氧化菌的活性受到了抑制.微生物群落分析则进一步提供了实现亚硝化工艺所必需的生物信息.     

聚磷菌在不同碳源下的反硝化研究

利用SBR系统对聚磷菌进行了培养,并通过荧光原位杂交手段检测了系统中聚磷菌Candidatus Accumulibacter phosphatis的富集程度.聚磷菌也是一种普通异养菌,为了研究它的反硝化能力,排除了聚磷菌的正常释磷和吸磷过程,仅考察在不同碳源下反硝化性能.结果表明,乙酸和PHB都能成为聚磷菌反硝化的电子供体.当以乙酸为外在单一碳源时,其反硝化速率和PHB生成速率与起始硝酸盐浓度无关,但是当起始状态硝酸盐浓度越高时,消耗单位乙酸生成的PHB和硝酸盐还原量越小.以PHB为内在碳源和能源时,聚磷菌的反硝化速率呈现对于基质(硝酸盐)的零级动力学反应,比反硝化速率为0.973 3mg/(g.h),此外PHB平均比消耗速率为(以PHB计)2.462 6 mg/(g.h).