给水生物预处理反应器的细菌种群多样性和群落结构

提取一生产性规模的给水生物预处理反应器中生物膜样品的总DNA,构建细菌16S rDNA克隆文库,并通过16S rDNA序列的系统发育分析,对生物膜中的细菌种群多样性和群落结构进行了研究.实验结果表明,给水生物膜反应器中的细菌种群多样性十分丰富;生物膜中的细菌分别属于10个主要类群,其中α-Proteobacteria是克隆文库中的最大细菌类群,占克隆子总数的32.28%,其次是β-Proteobacteria;与Rhodobacter系统关系密切的细菌是克隆文库中所占比例最大的一个菌属,占克隆子总数的12.6%;反应器中与硝化作用有关的是Nitrosomonas和Nitrospira属的细菌.研究结果表明,给水生物预处理反应器中的细菌群落结构和废水生物处理反应器中的细菌群落结构是有所差异的.图1表1参13     

中试MBBR装置强化氨氮去除速率的影响条件研究

采用中试MBBR组合工艺处理深圳市布吉河道的城镇污水,进水平均氨氮浓度为(25.88±7.73)mg/L,出水平均为(1.11±1.93)mg/L.单因素小试研究表明,反应器中挂有生物膜的悬浮填料具有强化氨氮去除的效果,投加该填料时获得的比氨氧化速率比采用活性污泥进行反应提高了25.5%;试验条件下通过投加甲醇将COD从139mg/L提高至587mg/L,比氨氧化速率从2.55mg/(gMLVSS·h)下降至1.91mg/(gMLVSS·h);当MLVSS浓度从0.45g/L逐步提高到4.05g/L时,容积氨氧化速率从3.68mg/(L·h)线性增加至7.82mg/(L?h),拟合度R2为0.967,但比氨氧化速率随MLVSS浓度的提高反而逐渐下降,从8.24mg/(gMLVSS·h)降至1.93mg/(gMLVSS·h);当温度从5℃升高到35℃,比氨氧化速率从0.99mg/(gMLVSS·h)提高至2.89mg/(gMLVSS·h),采用Arrhenius经验方程描述时,拟合度R2为0.970;当DO浓度从0.5mg/L逐步增加至4.0mg/L时,比氨氧化速率从0.62mg/(gMLVSS·h)提高至2.28mg/(gMLVSS·h),Monod方程可以很好的描述DO浓度与比氨氧化速率之间的关系,拟合度R2为0.994,氨氧化半饱和常数值为3.0mg O2/L.     

两个CANON污水处理系统中氨氧化古菌的丰度和多样性研究

近期,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)在各类环境中的发现,打破了人们原来认为氨氧化主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)完成的观点.但是在全程自养脱氮(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)污水处理系统中关于AOA的研究却鲜有提及.利用PCR、克隆、实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,q PCR)等分子生物学技术,对1个小试(lab-scale,L)和1个中试(pilot-scale,P)CANON系统中的生物膜和活性污泥絮体两种形态的污泥进行AOA数量和种属特征的研究.结果表明:1系统L和P中,AOA的amo A基因数量平均值(以dry sludge计)分别为2.42×106copies·g-1和6.51×106copies·g-1;2 AOA的amo A基因丰度随污泥形态不同数量相差很大:L系统中,生物膜AOA amo A丰度约为活性污泥絮体的11.1~15.1倍;P系统中,污泥絮体AOA amo A数量是生物膜中的2.8倍;3多样性方面:P系统的AOA多样性较低,仅出现一个OTU,该OTU属于Nitrosopumilus subcluster 5.2类群;L系统AOA多样性较高,共有8个OTU出现,分别属于Nitrososphaera subcluster 9、subcluster 8.1、subcluster 4.1、subcluster 1.1和Nitrosopumilus subcluster 5.2这5个类群.总之,在同一个CANON系统中,污泥形态不同,AOA的丰度和群落结构相差较大;AOA可能发挥着氨氧化的作用.     

Biofilm structure and its influence on clogging in drip irrigation emitters distributing reclaimed wastewater

Using reclaimed wastewater for crop irrigation is a practical alternative to discharge wastewater treatment plant effluents into surface waters.However,biofouling has been identified as a major contributor to emitter clogging in drip irrigation systems distributing reclaimed wastewater.Little is known about the biofilm structure and its influence on clogging in the drip emitter flow path.This study was first to investigate the microbial characteristics of mature biofilms present in the emitters and the effect of flow path structures on the biofilm microbial communities.The analysis of biofilm matrix structure using a scanning electron microscopy (SEM) revealed that particles in the matrix of the biofilm coupled extracellular polysaccharides (EPS) and formed sediment in the emitter flow path.Analysis of biofilm mass including protein,polysaccharide and phospholipid fatty acids (PLFAs) showed that emitter flow path style influenced biofilm community structure and diversity.The correlations of biofilm biomass and discharge reduction after 360 h irrigation were computed and suggest that PFLAs provide the best correlation coefficient.Comparatively,the emitter with the unsymmetrical dentate structure and shorter flow path (Emitter C) had the best anti-clogging capability.By optimizing the dentate structure,the internal flow pattern within the flow path could be enhanced as an important method to control the biofilm within emitter flow path.This study established electron microscope techniques and biochemical microbial analysis methods that may provide a framework for future emitter biofilm studies.     

多段进水A/O生物膜工艺运行性能的研究

为提高多段进水A/O生物膜工艺的脱氮效率,按照进入各缺氧池的COD量与硝态氮量的比值相同,且等于一最优比值的原则进行流量分配,按照容积负荷相等的原则设计各反应单元,对多段进水A/O生物膜工艺的流量分配和反应单元容积分配同时进行优化,并采用三段进水A/O生物膜反应器试验了等流量分配模式下运行和优化模式下运行的出水水质的差异.试验结果表明,当多段进水A/O生物膜工艺在两种模式下采用相同参数运行时,优化模式下总氮(TN)去除率明显高于等流量模式,其分别为88.8%和80.3%.优化模式与等流量分配模式对COD和总凯氏氮的去除率差别不大(均可达到97%和98%以上).采用该优化设计方法可以显著提高该工艺的TN去除效率.     

聚噻吩改性阴极强化电极生物膜反应器去除硝酸盐机制研究

为进一步提高电极生物膜反应器的脱氮效能,采用导电聚合物聚噻吩(PTh)和电子穿梭体蒽醌-2,6-二磺酸二钠(AQDS)改性阴极材料石墨毡,系统研究了不同碳氮比(C/N)条件下,改性电极的应用对BER体系的脱氮效能、电极表面生物相和体系微生物群落结构等方面的影响.结果表明,应用PTh与AQDS协同处理石墨毡的BER体系的NO~-_3-N去除速率和效能均明显优于未处理电极体系,在HRT=4 h、C/N为2.0时NO~-_3-N的去除率达到90.0%以上.PTh/AQDS改性石墨毡电极的生物膜与电极的比重为0.26±0.04,其值为对照组的2.4倍,证明了PTh/AQDS改性后电极具有更优的生物相容性.应用PTh/AQDS改性电极的BER具有更好的微生物丰富度和多样性,AQDS促进了特定微生物Thauera_mechernichensis(24.6%)的富集和亚硝酸盐还原酶的活性,保障了BER体系的反硝化效能.     

聚磷生物膜的快速启动及微生物特性研究

在同步去除并富集磷的基础上,探究采用前期不排泥、后期排泥的挂膜方式对聚磷生物膜反应器的运行效能、微生物特征及群落结构的影响.结果表明,经过驯化运行,聚磷生物膜的蓄磷能力明显提升.在挂膜阶段,生物膜厚度及EPS含量出现一定程度的增长;PN/PS上升至3.12,PN/PS比值增加有利于微生物粘附在填料上.在好氧出水达标的情况下,富集液中磷酸盐浓度提升至89.5 mg·L~(-1),达到了鸟粪石回收标准.高通量测序结果表明,经过富集培养,微生物群落多样性呈下降趋势,群落组成变化明显.优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),其丰度从33.6%增长至75.3%;反应器中的聚磷菌属丰度明显增加,从11.8%上升至23.2%,红环菌属(Rhodocyclaceae)、UKL 13-1为反应器中的优势聚磷菌.     

生物流化床短程硝化的快速启动及影响因素研究

采用内循环生物流化床反应器处理模拟高浓度氨氮废水,以确定其对处理高浓度氨氮废水的可行性,同时对试验条件进行了优化。结果研究表明:控制温度为(31±1)℃,利用反应器自身流化所携带溶解的空气,反应器内DO值可维持在1.5~2.5 mg/L,调节pH为8.0~8.5。经过42 d的污泥驯化适应时期,进水氨氮(NH4+-N)浓度由50 mg/L提高到300 mg/L。由于流化床采用填料载体微生物膜与活性污泥双重作用,同时载体呈流化状态,接触均匀,有巨大的比表面积,可以使床内保持高浓度的生物量,从而达到高效快速的传质效果。在HRT由开始的16 h缩短到8 h的条件下,氨氮(NH4+-N)的去除率达到90%以上,亚硝氮(NO2--N)的积累率达到75%。且在以后30 d的稳定运行阶段,氨氮(NH4+-N)去除率和亚硝氮(NO2--N)积累率均保持稳定。同时反应器最后出水水质澄清,无需二沉池及污泥处理。     

散堆填料对海水脱硫吸收系统性能影响的实验研究

在海水烟气脱硫中试实验台上进行了填料形式、填料高度变化对脱硫效率和系统压降影响规律的实验研究;研究中将喷淋空塔和分别填装A型、B型、C型3种填料的吸收塔进行了综合性能对比,并进行了填料高度分别为0.6、1.2和1.8 m的对比实验。结果表明,填料塔的脱硫效率高于喷淋空塔;当空塔气速为3 m/s时,填装C型填料的吸收塔的综合性能最优;当空塔气速小于2.5 m/s时,填装A型填料的吸收塔的综合性能最优;在满足相同脱硫效率的指标下,虽然增加填料高度降低了海水喷淋量,并且系统压降出现一定比例下降,但是在工程设计中必须综合考虑塔高、填料支架载荷等因素选择合适的填料堆积高度。     

牡蛎壳生物滤池处理含盐污水中的硝化特性

采用牡蛎壳为曝气生物滤池填料,以含NaCl的生活污水为处理对象,在SBR操作条件下,系统考察进水NaCl浓度、曝气时间及进水pH值等对硝化性能的影响。结果表明,进水NaCl浓度为10~15 g/L时,平均氨氮去除率可稳定在97%以上;较高浓度NaCl对亚硝酸化菌活性影响较弱,对硝酸化菌活性影响较强,特别是在日曝气时间少于12 h时,其出水中亚硝氮的含率大于50%;当进水pH值在6~9变化时,反应器内pH值可稳定在6.5~7.5,硝化性能良好,表明牡蛎壳填料可为硝化反应提供碱度。