改性聚β-羟基丁酸戊酸酯反硝化特性研究

以NaHCO_3为改性剂,改性聚β-羟基丁酸戊酸酯(PHBV)作为反硝化反应器的外加固体碳源和生物膜载体,反硝化去除水中NO_3~--N。研究NaHCO_3对PHBV原料的影响,以及改性后PHBV填料反应器的反硝化效果。结果表明,NaHCO_3能使PHBV产生多孔结构,提升空隙率1.20～2.06倍。改性PHBV具有活性污泥包容量提高、微生物与固体碳源接触面积增加、降低水流冲击、增加生物膜强度等优点。红外光谱分析显示改性PHBV表面官能团与原料PHBV一致,未产生改变。在PHBV与NaHCO_3质量比为10:0.5时,填料各方面表现为佳。适当的改性能够使PHBV原料产生一次性溶解性有机物(DOM),提高微生物繁殖速率,缩短挂膜时间。在小试反应器中,NO_3~--N去除率至少在95%以上,其他参数未有负面变化。     

基于铁碳内电解的物化—生物耦合深度脱氮

以自制复合铁碳填料为载体,建立物化-生物耦合脱氮体系,考察了HRT、DO含量、进水pH对低C/N(COD/ρ(TN)=1.5:1)污水脱氮的影响,并通定量了物化作用对脱氮的贡献率。结果表明,在耦合体系中,NH_4~+-N通过氨氧化菌和硝化菌的作用生成NO_3~--N和NO_2~--N,NO_3~--N和NO_2~--N进入生物膜内部,自养反硝化菌以载体原电池反应所产生的[Fe~(2+)]、[H]为电子供体实现反硝化脱氮,其适宜运行条件为:HRT为4.0 h,DO的质量浓度(2.0±0.1)mg/L,进水pH为7.0±0.1,此时污水COD、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN去除率分别可达94.6%~97.3%、82.1%~83.6%、92.1%~94.7%、89.3%~92.5%。适宜的HRT低于其它同步硝化反硝化脱氮过程。反应器内反硝化所需电子37.9%由载体物化反应供给,消除了传统生物脱氮过程对有机碳源的依赖,源缩短了脱氮所需停留时间。故该耦合体系可实现低C/N污水的高效深度脱氮。     

低温下磁性载体强化MBBR硝化性能及微生物群落分析

为了增强生物膜耐寒性，提高低温环境下移动床生物膜反应器（MBBR）硝化性能，本文以投加磁性载体构建新型MBBR反应器（R2），同时以投加商用载体作为对照组（R1），在不同温度（14℃±1℃和9℃±1℃）下长期运行，考察了低温下磁性载体对反应器污染物去除性能和生物膜生长特性的影响，并利用高通量测序技术探究了生物膜微生物的响应关系。结果表明：在整个低温运行阶段（0~60天），R2对COD和氨氮去除效果均优于R1。特别在9℃±1℃时，R1和R2出水氨氮平均浓度分别为11.94mg/L、7.60mg/L，R2对氨氮平均去除率比R1提高了16.2%。低温下，磁性载体明显提高了生物膜硝化活性，并促进了胞外聚合物（EPS）分泌，维持和改善了生物膜的形貌结构。高通量测序结果显示，9℃±1℃下不同载体生物膜的微生物群落结构存在显著差异。两种载体的大多数优势属均能降解有机物；磁性载体富集了更多的硝化菌属，其氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的相对丰度比商用载体分别提高了1.82倍和1.05倍，并且驯化富集了MND1和Candidatus_Nitrotoga 两种特有硝化菌属。从生物膜特性和硝化菌群丰度的角度解释了两个反应器氨氮去除效果的差异性，表明低温下磁性载体MBBR具有更好的硝化性能，可进一步开发应用。     

聚糖菌反硝化影响因素及内碳源转化特性

在SBR反应器中以乙酸钠为碳源、NO_3~--N为电子受体成功富集了反硝化聚糖菌,并采用批次实验进一步考察了进水C/N比(3.3,6.7,10)、电子受体(NO_3~--N、NO_2~--N)、碳源类型(乙酸钠、葡萄糖)对反硝化聚糖菌活性的影响及内碳源转化特性。实验结果表明,进水C/N比越高,系统NO_x~--N去除率越高,厌氧段合成PHB越多,但进水C/N比过高会导致普通反硝化菌占优势,影响内碳源反硝化效率,进水C/N比为6.7较为合适;以NO_3~--N为电子受体长期培养的DGAOs系统未经NO_2~--N驯化,对NO_2~--N同样具有良好的反硝化性能,在投加与NO_3~--N相同浓度的NO_2~--N后,系统NO_x~--N去除率达89.6%;当以葡萄糖为碳源时,DPAOs在厌氧段合成的PHB的量仅为以乙酸钠为碳源时合成PHB量的79.5%,且厌氧段葡萄糖利用率仅为72.8%,远远小于乙酸钠的利用率。     

微气泡曝气生物膜反应器低C/N废水脱氮探究

针对低C/N废水脱氮效率低的现状,建立了微曝气生物膜反应器,分析了启动期微气泡曝气生物膜反应器污染物去除特征,探究了温度对微气泡曝气生物膜反应器脱氮效率的影响并揭示相关机制。结果表明,反应器启动稳定后COD、NH_4~+-N和TN的去除率分别提高至92.3%、92.5%和71.5%。温度能影响生物脱氮效率,且35℃时COD去除率最高,可高达92.3%～93.4%。温度同时影响硝化及反硝化过程,且温度升高有利于促进NO_2~--N的积累与NO_3~--N的反硝化。温度升高降低了反应器内污泥胞外聚合物的含量。当温度为35℃时,脱氮过程关键酶活性显著高于15℃;温度升高利于硝化及反硝化过程关键微生物的丰度。     

反应器结构对生物电化学脱氮系统性能的影响

基于氢自养反硝化原理,构建了三组不同结构的生物电化学系统(Bioelectrochemical system,BES),并以考察不同反应器结构对BES脱氮性能的影响。研究表明,在相同的运行条件下功率密度和极化曲线表明CHBC反应器的产电性能最强;循环伏安曲线(Cyclic voltammetry curve,CV)则揭示了CHBC反应器电荷传递能力最强,导电性能最佳;此外,CHBC中硝酸盐氮(NO_3~--N)的降解速率最高,并且反应器中NO_3~--N降解过程中生成的亚硝酸盐氮(NO_2~--N)最少;最后,Illumina高通量测序结果表明,三组BES反应器中的微生物多样性有明显差异,其中CHBC中不仅微生物数量和种类最为丰富,而且反硝化菌的丰度也最高。     

生物膜法A~2/O~2焦化废水处理系统缺氧反应器工艺特性

以焦化厂废水处理系统气浮设备出水为试验废水水源,在中试规模上研究了生物膜法A2/O2(厌氧/缺氧/好氧/好氧)系统中缺氧反应器的工艺特性和效果。缺氧反应器为以陶粒作填料的上流式滤池。研究结果表明,缺氧反硝化对去除焦化废水中COD有重要作用。反硝化菌可利用一些好氧微生物和厌氧微生物都难以降解的焦化废水中的有机物作碳源,反硝化反应器可去除进水中40%的COD。缺氧反硝化反应器进水碳氮质量比在5以上就可基本满足焦化废水反硝化对碳源的需求。稳定运行状况下的NO3--N容积负荷不大于0.24 kg/(m3.d)。缺氧反应器的水力停留时间不小于24 h。系统进水COD、NH3-N的质量浓度分别在1 000～2 200、200～400 mg/L范围内,对系统进水不进行稀释的条件下,水解酸化反应器HRT为20 h,缺氧反应器HRT为24 h,一级好氧反应器和二级好氧反应器HRT均为48 h,二级好氧反应器硝化液回流比为3时,生物膜法A2/O2系统处理出水的COD和NH3-N可以同时达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级排放标准。     

外加Fe2+协同硝酸盐型铁氧化菌对低碳氮比废水 反硝化影响研究

针对废水处理过程中反硝化阶段碳源不足需要外加有机物的情况,通过驯化培养以Fe~(2+)为电子供体的硝酸盐型厌氧铁氧化菌(NAIOM),接种至普通反硝化污泥中(ASBR反应器),研究了NAIOM污泥及外加Fe~(2+)对反硝化脱氮效果的提升。结果表明:反应器在接种NAIOM污泥和投加Fe~(2+)后,碳氮比较高时NO_3~--N去除率变化不大,随着碳氮比的不断降低NO_3~--N去除率提升逐渐明显,在碳氮比为3.42、 2.28、 1.71时分别为90.20%、85.12%、 78.86%,较普通反硝化污泥不投加Fe~(2+)时的NO_3~--N去除率分别提升了17.80%、 24.59%、 28.70%,接种NAIOM污泥协同外加Fe~(2+)对提高低碳氮比废水的NO_3~--N去除率效果显著。     

生态滤床深度处理生活污水和微生物随气温响应

通过构建室外生态滤床,探讨其深度处理生活污水特性及微生物种群对季节温度变化的响应。结果表明,COD、TP、NH_4~+-N、TN、色度等指标的平均去除率分别达到61.2%、92.5%、88.7%、52.6%、46.5%。COD、TN、NO_3~--N的去除率随季节性气温变化,呈现出高度相关性,气温降低,有机物降解、有机氮的氨化及反硝化过程受到抑制。NH_4~+-N、NO_2~--N去除率波动不明显,硝化过程未受到显著影响。TP的去除率稳定,未随季节性气温变化而变化,表层砂壤土的吸附是磷高效去除的主要途径。生态滤床上层基质微生物优势种群随季节性气温变化差异不大,而微生物优势种群丰度、均匀度、多样性指数随季节气温变化而变化,夏季高于冬季。     

运行方式对SBBR亚硝酸型同步脱氮及N_2O释放的影响

以实际生活污水为处理对象,利用序批式生物膜反应器(sequencing batch biofilm reactor,SBBR),碳纤维为填料(填充率35%),在(20±2.0)℃条件下,分别通过低氧和间歇曝气两种运行方式,成功实现了亚硝酸型同步生物脱氮(simultaneous nitrification and denitrification, SND)过程。120 d后,氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria, AOB)成为硝化系统中优势菌种。AOB具有的"饱食饥饿"特性保证间歇曝气下能快速实现亚硝积累。生物膜能够吸附大量有机物并以聚β–羟基烷酸酯(poly-β-hydroxyalkanoate, PHA)的形式储存在微生物体内,用作后续同步反硝化过程所需碳源。低氧(DO=0.5 mg/L)和间歇曝气条件下,SBBR反应器氨氮去除率均达95%以上,同步脱氮效率分别为77.9%和87.1%,出水以NO_2~--N为主,N_2O产率分别为4.38%和3.65%。低DO和间歇曝气均能降低COD降解速率,为同步反硝化过程节省外碳源作为电子供体,降低N_2O释放量。低氧条件下,AOB的好氧反硝化过程和以PHA作为内碳源的异养菌反硝化过程,都会导致N_2O释放增加。间歇曝气条件下交替存在的缺氧环境降低了好氧反硝化底物,有利于减少N_2O释放量。     

混合填料固定床Anammox工艺启动及运行性能研究

采用蜂窝状聚乙烯填料和环型无纺布填料组合成的混合填料填充固定床反应器,考察了其Anammox工艺启动和运行性能。启动阶段进水NH_4~+-N和NO_2~--N分别为70 mg/L,HRT为48 h,温度为35℃,经过53 d培养,反应器成功启动。启动阶段(1~53 d)NH_4~+-N、NO_2~--N和总氮最大去除率分别为90.24%、100%和88.8%。负荷提升阶段(55~87 d)最大总氮负荷率和总氮去除速率分别为0.31 kgN/(m~3·d)和0.25 kgN/(m~3·d),此时,其相应的NH_4~+-N和NO_2~--N去除率分别为89.66%和99.84%。     

改性稻壳为碳源和生物膜载体的反硝化脱氮研究

为探索稻壳作为载体和碳源的脱氮性能以及对水处理工艺的适应性,以质量分数6%的NaOH处理的改性稻壳为反硝化碳源和生物膜载体,对模拟养殖排放水进行了脱氮处理研究。结果表明,改性稻壳的性能优于蔗糖及淀粉,可实现NO3--N和高含量NO2--N的有效去除。其作为缺氧反应器载体时,挂膜容易、有机碳释放稳定,反应器启动后可高效去除NO3--N。在硝化-反硝化系统中,对NH4+-N去除率达90%以上,且无NO2--N、NO3--N和有机物残留,说明此改性稻壳具备较好的供碳能力和微生物吸附能力,适于作为反硝化碳源及载体。     

原水水质对输送管道中含氮污染物转化和生物膜的影响

原水的水质条件会影响原水输水管道内含氮污染物的转化。采用2套模拟管道装置,对不同原水水质条件下含氮污染物的转化以及微生物种群结构进行探究。结果表明,A、B两种原水在管道中均会发生硝化反应,NH4+-N和NO2--N的含量降低,NO3--N的浓度增高,原水水质较差的A水源水在管道中的硝化反应更为明显,且出水中出现更多比例的小分子溶解性有机氮(DON)。由于水中藻类较多,A水源水在出水中产生了更多比例的亲水性DON物质。仅当水源水不同时,原水营养水平高的管道中的微生物存在水平也相应更高,不同原水水质的输送管道内壁生物膜中的优势菌门基本一致,但各优势菌门的丰度不同,且原水水质好可促进管道内的生物多样性。     

垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮工艺的研究

采用A/O-MBR工艺对填埋场垃圾渗滤液进行了短程硝化反硝化脱氮研究。实验结果表明:系统驯化后稳定运行,COD去除率达到80%以上,NH4+-N、TN的平均去除率分别达到99.2%、92.2%;OⅠ与OⅡ池中NO2--N平均积累率分别达到91.7%、95.6%,表明系统主要的脱氮方式为短程硝化反硝化;过高或过低的DO都会影响NO2--N积累,硝化过程中的最佳DO为0.7~0.9 mg/L。PCR技术分析表明,A池中的优势菌种是反硝化细菌,占有率为70%;OⅡ池中的优势菌种是AOB,占有率为67%。     

常温低基质厌氧氨氧化ASBR反应器的快速启动

采用低基质模拟废水〔NH_4~+-N、NO_2~--N分别为(25±0.4)、(33±0.6)mg/L〕,在温度为(23±0.5)℃的条件下,研究了厌氧氨氧化ASBR反应器的快速启动。第Ⅰ阶段HRT为24 h,pH不控制,菌体自溶期出水NH_4~+-N为69 mg/L,活性停滞期出水NH_4~+-N与进水几乎相等;第Ⅱ~Ⅲ阶段,菌体处于活性提高期,HRT分别为12、8 h,pH控制为8.0~8.2,出水NH_4~+-N降低到1.6 mg/L,NO_2~--N均先升高后降低;第Ⅳ阶段HRT为4 h,pH控制为8.0~8.2,出水NH_4~+-N和NO_2~--N均低于1 mg/L,TN去除负荷为352.3 mg/(L·d),△m(NH_4~+-N)∶△m(NO_2~--N)∶△m(NO_3~--N)=1∶(1.33±0.02)∶(0.26±0.02),反应器启动成功。     

BAF工艺预处理含微囊藻毒素微污染水源的微生物特征

以曝气生物滤池载体表面的生物膜为研究对象,通过镜检、磷脂脂肪酸(PLFA)测定、高通量454测序等手段研究了生物膜降解含氮有机物和微囊藻毒素-亮氨酸(MC-LR)的微生物特征. 结果表明,低碳源的微污染水源中水生物膜的微生物群落极为丰富,形成了由好氧细菌组成的微生物群落,运行前2周有6大门类17大种属,3?4周增加到14大门类43大种属,还有线虫、草履虫、水蚤等原生动物;优势菌属有球衣菌属Sphaerotilus (2.41%?24.58%)、气单胞属Aeromonas (4.16%?12.59%)、黄杆菌属Cloacibacterium (1.85%?12.39%)、水杆菌属Aquabacterium (1.53%?6.76%)、噬氢菌属Hydrogenophaga (1.12%?5.9%)、嗜甲基菌属Methyloversatilis (0.53%?1.52%)、红杆菌属Rhodobacter (0.09%?1.39%)等. 此外,投加0.16% T1菌剂芽孢杆菌后其含量增至1.97%,表明投加T1降解菌后芽孢杆菌迅速生长并成为优势种群,可强化降解MC-LR.     

MBBR中HRT与pH对短程硝化反硝化的影响

为了开发经济高效的生物脱氮工艺,在MBBR中进行了短程硝化反硝化的研究,考察了HRT与pH对短程硝化反硝化的影响。结果表明,在短程硝化反硝化过程中,在室温、不控制溶解氧的条件下,NH_4~+-N与COD去除率随着HRT的延长而增大,出水NO_2~--N随着HRT的延长先增大后减少,当HRT为8h时出水NO_2~--N最高;当pH由5增加到10时,COD去除率的变化较小,NH_4~+-N去除率和出水NO_2~--N则随着pH的增大先增大后减小,pH在8~9时对NH_4~+-N的处理效果最好,出水NO_2~--N最高。     

改进型外循环厌氧反应器处理蓝藻启动与颗粒污泥特征

采用自行改进设计的外循环厌氧反应器处理太湖蓝藻,研究其快速启动过程中运行效能以及颗粒污泥微生物特性。实验结果表明:反应器采用“投加接种污泥、阶梯提高负荷连续运行、间歇搅拌”的启动运行方式,可以在35 d左右实现蓝藻成功处理。启动成功时,反应器对蓝藻化学需氧量(COD)去除率在85%左右,产气率在380 ml·(g COD)^-1左右,藻毒素的去除率达到92%;颗粒污泥中菌群以球菌、丝状菌为主,颗粒污泥内丰富的空穴为物质迁移和微生物降解提供通道。反应器启动成功后颗粒污泥中主要优势产甲烷古菌为Methanosphaera,Methanolinea,Thermogymnomonas,Methanoregula,Methanomethylovorans,Methanosaeta等;颗粒污泥中蛋白酶及辅酶F₄₂₀的活性较强。研究发现间歇搅拌装置及回流系统克服蓝藻在反应器中上浮结壳的弊端,同时加快反应器内传质效果,从而有助于反应器的快速启动。     

游离氨对高浓度含氮废水生物亚硝化的影响

高浓度含氮废水可以建立稳定的生物亚硝化系统,从开始启动到达到稳定亚硝化状态需25d时间,进水NH3-N的质量浓度为800～900mg/L时,出水NH3-N、NO2--N、NO3--N的质量浓度分别为380、335、100mg/L,系统NH3-N的降解率为55%～60%、亚硝化率为80%。启动阶段,系统中亚硝酸菌的生长优势与游离氨的抑制作用并存。随着启动阶段结束及稳定亚硝化系统建立,硝酸菌、亚硝酸菌适应了游离氨的毒害和抑制作用,亚硝酸菌赢得了生长上的优势地位,表现为较高的亚硝化率。NH3-N的氧化活性不受系统生物量影响,以游离氨体积浓度直接衡量其所受的抑制性,而NO2--N的氧化活性与系统生物量有关,以游离氨污泥负荷为基础衡量。维持游离氨污泥负荷小于0.1是取得良好亚硝化效果和氨氮降解率的前提。     

厌氧氨氧化反应器的启动及其脱氮性能研究

采用添加多层多孔板的升流式厌氧污泥床接种混合污泥,于78 d内成功启动厌氧氨氧化反应器。第75天,反应器对NH4+-N和NO2--N的去除率达95%以上,容积氮去除负荷达0.525 kg/(m3·d)。启动后,快速提高进水基质浓度,反应器出现抑制现象,且抑制前后三氮之比具有显著变化。运行后期,底部出现红棕色污泥。与普通的升流式厌氧污泥床相比,其具有喷动床效应及水利筛分作用,有利于颗粒污泥的形成。