基于氮稳定同位素分馏原理的活性污泥脱氮性能评价

基于氮稳定同位素分馏原理,运用瑞利分馏方程,论文构建了活性污泥脱氮性能评价模型,以分析城市污水的微生物脱氮效率与活性.实验通过对城市污水处理厂的长期监测,确定了模型的主要参数.为验证模型在不同出水无机氮组成情况下的适用性,本研究监测了反硝化限制作用、硝化限制作用、氨化限制作用3种情况下的脱氮效能.结果表明,这3种情况下的脱氮效能均可以通过测定活性污泥的δ15N值,利用该评价模型预测.为验证该模型在不同脱氮能力下的适应性,本研究设置了3种典型工况,测得的3种工况下活性污泥的δ15N值分别为13.97‰、8.33‰和4.47‰,利用评价模型得出的脱氮效率分别为96%、71%和22%,与实际脱氮效率吻合度高,污泥脱氮活性也呈现递减趋势.说明该模型对于具有不同脱氮能力的水处理系统均适用.该模型可避免复杂的布点监测等过程,仅通过污泥的δ15N值即可了解整个系统的脱氮能力及污泥脱氮活性,对污水处理厂的强化脱氮具有指导意义;为评价污水处理过程中氮的去除效果提供了更为便捷、准确的途径.     

不同碳源中硫酸盐还原菌生长状况及对砷、锑去除效率研究

分别以乳酸、乙醇、糖蜜和米酒作为碳源,研究硫酸盐还原菌在不同碳源中的生长状况及对As和Sb的去除效率。硫酸盐还原菌接种到各碳源培养基后14 d的生长状况显示,硫酸盐还原菌在乳酸中生理活性最佳,在乙醇中也有明显的生理活性,但需要一个较长的启动期,而在糖蜜和米酒中没有明显的生理活性。当硫酸盐还原菌接种到各碳源培养12 h后加入酸性As(V)和Sb(V)储备液,由于12 h内尚未生成足够的碱度和硫化物来应对酸性储备液冲击,硫酸盐还原菌在所有碳源中均失去生理活性;虽然硫酸盐还原菌已失活且基质中只含有少量硫化物(≤3.62 mg/L),乳酸培养基中总锑和总砷的去除率仍可达到89.7%和65.6%,糖蜜和米酒培养基中总锑去除率达到81.2%和97.3%、总砷去除率为10.0%和17.1%,不过乙醇培养基中砷和锑均没有明显的去除。后以能显著促进硫酸盐还原菌生长的乳酸和乙醇作为碳源,调节培养基初始p H约为7,并接种培养48 h后加入酸性As(V)和Sb(V)储备液,储备液加入前乳酸和乙醇培养基的硫化物质量浓度分别达到70.73 mg/L和18.58 mg/L,储备液加入后细菌仍能继续生长,最终总锑去除率可达97.8%和98.4%,总砷去除率则为27.8%和24.6%。实验结果表明,糖蜜和米酒作为碳源需进一步优化,乙醇则体现出了可替代乳酸的潜在优势;砷和锑的去除效率除了与硫酸盐还原菌活性有关外,也与砷、锑自身的化学性质及反应基质有密切关系。     

A/O工艺中污泥浓度对微生物群落结构的影响

采用A/O工艺处理淀粉厂区废水,结合Miseq高通量测序技术研究了不同污泥浓度（MLSS）对A/O工艺脱氮效果及微生物群落结构的影响.结果显示,当污泥浓度为4066mg/L时（1号池）,氨氮（NH₄⁺-N）平均去除率高达90.2%;而污泥浓度为2985mg/L时（2号池）,去除率仅为67.2%.两池体中优势菌门均为变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和厚壁菌门,其中变形菌门和拟杆菌门平均丰度分别为40.65%、30.28%和25.25%、33.27%,其相对丰度比例差异较大.在功能基因层面,两池体中所有8个功能基因类别（KEGG,京都基因与基因组百科全书）排序相同,氮代谢相关基因中,硝化酶、反硝化酶、氨化酶的相关功能基因均在1号池中含量高.该工艺中污泥浓度对菌群结构影响显著,高污泥浓度有利于形成高效脱氮菌群结构.     

排水速率对潮汐流人工湿地中CANON作用的强化

为强化潮汐流人工湿地（TFCW）中基于亚硝化的全程自养脱氮（CANON）作用,探究了不同排水速率（v_d）下系统中氮素的迁移转化机制与微生物特征.结果表明,v_d可显著影响TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当v_d由1.00降至0.50L/min时,填料层中逐渐形成较为严格的限氧环境,有利于短程硝化的稳定和厌氧氨氧化菌的富集,进而有助于CANON反应体系在TFCW中形成.而当v_d小于0.50L/min时,填料层中溶解氧相对不足,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量随之减少,CANON作用的强化效果有限,系统脱氮性能受到影响.当v_d为0.50L/min时,TFCW中的CANON作用可得到最大限度的强化,系统脱氮性能达到最佳,其TN和NH₄⁺-N的去除负荷分别为（116.79±13.16）和（102.75±4.35） mg/（L·d）.对v_d的合理设置可实现TFCW中CANON作用的强化,有利于CANON型人工湿地的构建.     

上流双层填料单级自养脱氮反应器启动与运行

通过接种亚硝化与厌氧氨氧化污泥,以无机高氨氮（110~130mg/L）废水为对象,研究上流式双层填料反应器的启动与运行.反应器上层与下层分别以沸石和聚氨酯海绵作为填料,启动两种填料高度比分别为2：3和3：2的1号和2号反应器,历时139d成功建立自养脱氮系统.结果表明,1号反应器最高总氮去除率达84.4%,2号最高总氮去除率达81.8%,总氮去除负荷分别达0.15,0.14kgN/（m³·d）.进水未添加有机碳源时,2号△NO₃^--N/△NH₄⁺-N一直稳定在特征值0.11附近,自养脱氮系统更为稳定.在添加有机碳源情况下,2个反应器总氮去除率都得到提升,△NO₃^--N/△NH₄⁺-N也更为稳定.说明一定浓度的有机物能强化系统稳定运行,提高系统脱氮性能.反冲洗稳定后,1号反应器出水NO₃^--N由未反冲洗前的17.61mg/L降低到10mg/L以下,说明适当的反冲洗可以有效恢复反应器运行,反冲洗与NOB抑制手段相结合能更好地维持反应器的长期稳定运行.     

Fe3O4/BC复合材料的制备及其吸附除磷性能

为解决磁性吸附剂Fe₃O₄不稳定、易在水中团聚以及吸附效率较低的问题,以BC（生物炭）为载体,采用化学共沉淀法制备了Fe₃O₄/BC（生物炭负载的纳米四氧化三铁）复合材料,并将其应用于水体中PO₄3--P的吸附去除;探究了Fe₃O₄/BC对水中PO₄3--P的吸附-解析性能,考察了纳米Fe₃O₄负载比例、吸附体系pH和初始ρ（PO₄3--P）等因素对Fe₃O₄/BC吸附PO₄3--P效率的影响,并考察了吸附机制.结果表明:所制备的Fe₃O₄纳米颗粒呈球形,均匀散布在生物炭表面;Fe₃O₄/BC复合材料能高效吸附水中的PO₄3--P,在pH=3、温度为25℃、ρ（PO₄3--P）为50 mg/L、Fe₃O₄/BC投加量为400 mg（二者质量比为1:1）,吸附3 h达到平衡后,Fe₃O₄/BC吸附PO₄3--P效率达到92.14%. Fe₃O₄/BC复合材料吸附PO₄3--P的机制包括配位体交换和静电吸引,吸附过程较好地符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附方程. Fe₃O₄/BC具有良好的解析性能,用c（NaOH）为2.0 mol/L的溶液对吸附PO₄3--P饱和后的Fe₃O₄/BC进行解析,解析效率达到80%.研究显示,Fe₃O₄/BC重复利用性好,在第4次利用后还能保持75%以上的吸附效率.      

生物酶强化厌氧消化去除污泥中的PhACs

为降低污水污泥中药理活性化合物（PhACs）产生的环境风险,利用生物方法强化污泥厌氧消化,提高其去除效果.以CFA（氯贝酸）、TCS（三氯生）、DCF（双氯芬酸）、CBZ（卡马西平）4种典型的PhACs为目标污染物,利用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）定量分析污泥中的目标物,探究外加生物酶联合污泥厌氧消化法强化对PhACs的作用效果.结果表明,随着SRT（污泥停留时间）的增大,目标物的去除率有一定程度的增大,特别是在高温条件下,当SRT由7 d增至20 d时,CFA的去除率增长了45%;木瓜蛋白酶对中高温系统中CBZ的去除效果最佳,分别为63.8%和67.5%,同时对4种目标物总的去除率最高,分别为57.3%和61.8%;添加溶菌酶试验中,4种目标物去除效果差异较大,中温、高温系统中对TCS的去除效果最佳为81.7%和80.9%,去除效果最差的是CBZ,去除率为40.4%和33.5%;纤维素酶处理中,4种目标物的去除率均小于60%.混合生物酶试验中,高温条件下更易去除PhACs.研究显示,生物酶强化污泥厌氧消化能有效去除污水污泥中的PhACs.      

Strong enhancement of methylene blue removal from binary wastewater by in-situ ferrite process

Dye wastewater containing heavy metal ions is a common industrial effluent with complex physicochemical properties.The treatment of metal–dye binary wastewater is difficult.In this work,a novel in-situ ferrite process(IFP) was applied to treat Methylene Blue(MB)–Cu(II)binary wastewater,and the operational parameters were optimized for MB removal.Results showed that the optimum operating conditions were OH/M of 1.72,Cu~(2+)/Fe~(2+)ratio of 1/2.5,reaction time of 90 min,aeration intensity of 320 mL/min,and reaction temperature of40°C.Moreover,the presence of Ca~(2+)and Mg~(2+)moderately influenced the MB removal.Physical characterization results indicated that the precipitates yielded in IFP presented high surface area(232.50 m2/g) and a multi-porous structure.Based on the Langmuir model,the maximum adsorption capacity toward MB was 347.82 mg/g for the precipitates produced in IFP,which outperformed most other adsorbents.Furthermore,IFP rapidly sequestered MB with removal efficiency 5 to 10 times greater than that by general ferrite adsorption,which suggested a strong enhancement of MB removal by IFP.The MB removal process by IFP showed two different high removal stages,each with a corresponding removal mechanism.In the first brief stage(5 min),the initial high MB removal(~95%)was achieved by predominantly electrostatic interactions.Then the sweep effect and encapsulation were dominant in the second longer stage.     

主流条件下两级式PN-ANAMMOX工艺的高效能脱氮过程

中低温条件下采用两级式PN-ANAMMOX工艺对低浓度NH_4~+-N(50 mg·L~(-1))污水进行高效脱氮过程研究.结果表明,20~14℃范围内PN-ANAMMOX工艺的脱氮负荷和TN去除率可分别维持在0.6 kg·(m~3·d)~(-1)和80%以上;两级式PN-ANAMMOX工艺在限NO_2~--N和限NH_4~+-N两种模式下均可保持稳定运行,其中限NH_4~+-N运行模式为污水极限脱氮需求奠定了良好基础.当温度降至12℃时,PN-ANAMMOX工艺的脱氮负荷下降至0.5 kg·(m~3·d)~(-1)左右,低温使得ANAMMOX反应成为工艺脱氮的限速步骤而对PN无明显影响.ANAMMOX污泥比PN颗粒污泥具有更高的温度敏感性,二者活性的温度系数分别为1.056和1.172.综上可知,对于低温条件下运行的两级式PN-ANAMMOX工艺,ANAMMOX菌体数量及活性是决定工艺脱氮负荷的步骤,而PN出水中基质组成(即NO_2~--N/NH_4~+-N之比和NO_3~--N浓度)是控制工艺脱氮效果的环节.基于上述结果,提出两级式PN-ANAMMOX工艺主流条件下实现高效能脱氮的分级分离式调控策略.     

Community structures and population dynamics of “Candidatus Accumulibacter” in activated sludges of wastewater treatment plants using ppk1 as phylogenetic marker

Candidatus Accumulibacter has been identified as dominant polyphosphate-accumulating organisms(PAOs) in enhanced biological phosphorus(P) removal(EBPR) from wastewater.This study revealed the relevance of community structure, abundance and seasonal population dynamics of Candidatus Accumulibacter to process operation of wastewater treatment plants(WWTPs) in China using ppk1 gene as phylogenetic marker. All sludge samples had properties of denitrifying P removal using nitrate as an electron acceptor.Accumulibacter abundance in the anaerobic-anoxic-oxic(A~2O) process was the highest(26%of total bacteria), and higher in winter than in summer with a better EBPR performance.Type-II was the dominant Accumulibacter in all processes, and type-I accounted for a small proportion of total Accumulibacter. The abundance of Clade-IIC as the most dominant clade reached 2.59 × 10~9 cells/g MLSS and accounted for 87.3% of total Accumulibacter. Clade IIC mainly contributed to denitrifying P removal. Clades IIA, IIC and IID were found in all processes, while clade-IIF was only found in oxidation ditch process through phylogenetic analysis. High proportion of clade IID to total Accumulibacter led to poor performance of aerobic P-uptake in inverted A~2O process. Therefore, Accumulibacter clades in WWTPs were diverse, and EBPR performance was closely related to the clade-level community structures and abundances of Accumulibacter.