COD降解菌剂的构建及在污水处理中的评估

采用微生物育种技术,从活性污泥中分离筛选得到活性菌株,结合微生物生态学原理,对高效去除污水中COD的复合菌剂构建原则进行探究。通过考察单菌的COD去除效果与絮凝效果,获得7株菌。分别在SBR和A/O模拟系统中进行验证,按COD-03比例复合时,SBR系统出水COD从300 mg·L-1降到约120 mg·L-1（进水COD 1 200 mg·L-1）,较其他组具有极显著性降低（α=0.01）;A/O系统出水COD从约500 mg·L-1降到将近100 mg·L-1（进水COD 1 200 mg·L-1）。结果表明,复合菌剂构建策略具有良好的应用性和可操作性,在COD微生物增效菌剂制备方面具有良好可行性。     

双室微生物燃料电池重金属毒性传感器的研制

构建了双室微生物燃料电池（double microbial fuel cells,DMFC）型毒性传感器分别对Cr（Ⅵ）、Cd2+、Cu2+、Zn2+进行在线检测研究。通过对反应器进行优化,确定DMFC在外电阻为1 000 Ω时达到最大功率密度;外循环速率为0.933 4 mL·min-1时反应器运行较稳定。在最优条件下,通过监测铜离子来确定检测时间为60 min,清洗时间为10 min。在以上条件下进行重金属检测,结果表明4种重金属的检测范围分别为0.3~10、0.4~10、40~160、15~80 mg·L-1。抑制率可以用来验证反应器的可行性,检测范围内抑制率与重金属浓度呈现一定的线性关系,其相关系数分别为0.959 7、0.979 5、0.944 1、0.936 6。并可得到相应的线性方程,这些方程可用于验证DMFC-传感器的稳定性。选取检测范围内的浓度进行验证,结果表明4种重金属的相对误差均小于11%,传感器相对稳定并可长期运行。     

SDS促进复配酶水解排水管网沉积物

采用SDS协同复配酶水解排水管网沉积物,分别考察了SDS投加量、反应时间、pH、温度4个影响因素对沉积物水解效果的影响,并通过 SEM、EPS、三维荧光光谱以及粒径等表征方法进行机理分析。结果表明,投加5%(w:w)SDS与8%(w:w)复配酶,在原泥pH(7.28±0.3)、25 ℃、反应时间为2 h时,沉积物水解效果最好。此时SCOD、多糖和氨氮分别由初始的5 686.9、1 913.75和87.32 mg·L⁻¹增加到8 192.9、3 561.29和153.37 mg·L⁻¹,有机质含量由56.32%下降到55.59%。在SDS+复配酶处理管网沉积物后,其内部紧实结构被破坏,TB-EPS向S-EPS转移,腐殖酸类物质荧光强度增强,表明溶解性EPS增多,且沉积物粒径向<300 μm转变。高通量测序分析结果表明,SDS+复配酶对管网沉积物微生物种类的丰富度和多样性影响不大,但在一定程度上会改变微生物的功能菌群,减少CH₄和H₂S的产生。以上研究结果可为延缓排水管网淤堵问题提供数据支持。     

不同生境氨氮浓度及悬浮污泥对厌氧氨氧化生物膜特性的协同影响

生物膜技术是厌氧氨氧化工艺应用的关键,但关于不同生境氨氮浓度和悬浮污泥协同作用下形成的生物膜特性鲜有报道。本研究在推流式固定生物膜-活性污泥反应器中,发现在高氨氮浓度下生长的生物膜具有较高的污泥量和厚度,但低氨氮浓度生长的生物膜具有更高的厌氧氨氧化菌丰度((4.91±0.65)×10⁹ 拷贝数·g⁻¹,P<0.05)和厌氧氨氧化比活性(6.53 mg·(g·h)⁻¹)。高通量分析结果表明,Candidatus Brocadia是生物膜和悬浮污泥中主要的厌氧氨氧化菌,在两类生物膜上的丰度未有显著差异;在低氨氮浓度生物膜中Candidatus Jettenia的相对丰度显著高于高氨氮浓度的生物膜,但Candidatus Kuenenia的丰度则相反。综合分析发现,厌氧氨氧化菌种的附着生长与悬浮污泥群落多样性的初始定殖有关,而低丰度菌种的分布则受不同生境的影响,该结果表明不同氨氮浓度和悬浮污泥类型的选择对生物膜的协同影响不可忽略。     

曝气对潜流人工湿地中木本植物的影响

为了增加人工湿地植物的多样性,本文将花叶冬青(Ilex aquifolium)、月季(Rosa chinensis)和八角金盘(Fatsia japonica)3种木本植物引入潜流人工湿地,比较曝气前后系统对污水处理效果,植物的生物量与对TN、TP负荷减少的贡献率,根系形态与内部结构、根际微生物与基质酶活性的比较研究。结果表明,木本植物潜流人工湿地系统曝气后可以提高COD、NH4+-N、TN、TP的去除率,分别为6.99%、4.91%、10.25%、8.09%。湿地曝气有利于3种木本植物的生长,在曝气后比曝气前生物量增加了381.75、606.25和896.88 g/m2。曝气会促使木本植物长出大量须根,且曝气后的根系具有大量由薄壁细胞组成的通气组织的水生根特征。同时,曝气后增加了硝化菌数量,各处理单元中硝化菌增量分别为A:0.28 MPN×104/g,B:4.23 MPN×104/g,C:7.7 MPN×104/g。另外,曝气后植物根际基质中磷酸酶和尿酶的含量增加量大约在50%以上,这与系统中N和P的去除率提高的规律一致。     

直接利用葡萄糖的液流催化燃料电池改进

液相催化燃料电池（LCFC）可直接处理生物质并产电,而电池结构等因素对电池性能有明显影响,但目前还缺乏上述方面的研究。通过系列产电实验考察了温度和酸化条件对Nafion115膜性能的影响、不同氧化条件下石墨毡的改性效果以及电池内部导流槽在不同葡萄糖浓度条件下的影响。结果表明：质子交换膜适宜以80 ℃酸化处理,该条件下电池功率密度达到5.39 mW·cm-2;石墨毡改性适宜以50 mL·min-1干空气流速在420 ℃条件下对其进行煅烧,该条件下电池功率密度进一步提升至6.21 mW·cm-2;葡萄糖浓度显著影响电池性能,当浓度为2.0 mol·L-1时,导流槽结构会降低电池性能,当浓度为1.0 mol·L-1和0.50 mol·L-1时,导流槽结构使电池性能更优,并且也更加稳定。     

石河子市细颗粒物中微生物活性水平分析

大气颗粒物( particulate matter,PM)中的生物成分会严重引起组织炎症,并且有传播给人类、植物和家畜病原菌等危害。通过FDA(荧光素二乙酸酯)水解法定义石河子市微生物气溶胶的酶活性水平,采用Pearson双变量分析方法分析其影响因素。结果表明,石河子市的细颗粒物中微生物酶活性最高的是夏季,最低的是冬季。酶活性水平与温度(R=0.587,n=75,P<0.01)、细颗粒物浓度(R=-0.704,n=75,P<0.01)和风速(R=0.605,n=75,P<0.05)存在显著相关性。通过逐步多元线性回归方程可知温度是最显著的影响因素。研究为城市重点区域环境规划和总体环境改善方案提供基础科学数据,对石河子的大气环境研究有重要的参考价值。     

以不同底物和苯胺为燃料的微生物燃料电池的产电特性

通过构建空气阴极型双室微生物燃料电池,研究了以500 mg/L苯胺作为唯一燃料以及苯胺和不同底物共基质时MFC对苯胺的降解特性及MFC的产电性能。结果表明,在外电阻1000Ω,以500 mg/L苯胺为唯一燃料以及500 mg/L苯胺分别和500 mg/L乙酸钠,葡萄糖和可溶性淀粉作为共同基时的MFC运行周期分别为3、3.4、4.6和5 d;最大输出电压分别为273、450、428和380 mV;输出功率分别为142、225、201和160 mW/m2。苯胺去除率分别为68%、85.8%、71%和65%。内阻分别为931、524、564和751Ω,COD去除率分别为68%、85%、72%和65%。库伦效率分别为1.8%、7.9%、6.6%和4.5%。MFC可以使用苯胺作为唯一燃料,且当添加的基质不同时,MFC产电性能以及苯胺降解状况有所不同。利用MFC可以使苯胺高效快速降解的同时实现稳定的电压输出。     

AC/PTFE微生物燃料电池阴极去除罗丹明B及同步产电性能

采用辊压成型法制备了活性炭（AC）/聚四氟乙烯（PTFE）质量比分别为6、5和3的AC/PTFE 电极,并利用SEM对电极表面进行表征。结果表明,随着质量比的降低电极表面活性炭颗粒间的连接更为紧密。以制得的AC/PTFE电极,碳毡分别为微生物燃料电池（MFC）的阴极、阳极,利用AC/PTFE阴极在曝气条件下产生的过氧化氢在阴极处理模拟的罗丹明B废水。研究了不同质量比AC/PTFE阴极对罗丹明B的去除效果及同步产电情况,结果表明以AC/PTFE质量比为6的AC/PTFE阴极在96 h内对罗丹明B的去除率达到96%,MFC获得的最大功率密度为105 mW·m-2;同时研究了在阴极液加入0.2 g·L-1 Fe2+的条件下,阴极液为不同pH值时,阴极对罗丹明B的去除效果及MFC产电情况。结果表明在阴极液pH= 3的情况下,罗丹明B的去除率在36 h内达到了98.9%,MFC的最大功率密度达到210 mW·m-2,罗丹明B的去除速率及MFC能量的输出得到了明显提高。     

热电厂双膜法中水深度处理回用系统膜污染机制分析

以某热电厂实际规模的双膜法中水回用系统为考察对象,对膜污染结构、形貌、组成与特征进行了研究。结果表明：污染物以有机-无机-微生物复合形式存在,形成致密的膜污染层,无机物主要以P、S、Ca、Si、Mg为主,存在垂直分布特征;有机污染物以腐殖质类、蛋白质、微生物代谢产物为主,且研究发现RO过程富里酸类物质主要为微生物源。碱性清洗液具有更佳的膜污染清洗效果。通过分析可知：微生物污染是膜污染暴发的关键原因,其以杆菌和球菌为主,且具有显著的垂直分布特征;表层微生物主要是α和β变形菌,底层中γ变形菌丰度显著增加。微生物污染垂直分布的主要原因是杀菌和化学清洗过程的选择作用,γ变形菌是先锋微生物,是形成稳定膜污染层的关键物种。因此,控制微生物的滋生是RO中水深度处理的关键,这个过程主要包括预处理工艺的选择和优化杀菌、阻垢和化学清洗策略等。