NO2-促进剩余污泥水解新原理：Fe(Ⅱ)氧化与Fe(Ⅲ)还原

剩余污泥的水解破壁是其厌氧消化的限速步骤。投加Fe （Ⅲ）氧化物可富集具有异化铁还原功能的Fe （Ⅲ）还原菌,强化复杂有机物的分解,是一种促进剩余污泥水解破壁的有效手段。然而,在实际工程中,连续投加Fe （Ⅲ）氧化物不经济。亚硝酸盐作为反硝化中间产物,被报道能促进污泥水解破壁,同时可将污泥中的Fe （Ⅱ）化学氧化为Fe （Ⅲ）,但对于亚硝酸盐引发的Fe （Ⅱ）氧化和Fe （Ⅲ）还原过程对污泥水解破壁及后续厌氧消化的影响却鲜有报道。向剩余污泥中添加亚硝酸盐,发现其中97.3%的Fe （Ⅱ）被氧化为Fe （Ⅲ）,进而参与异化铁还原。扫描电镜和三维荧光光谱结果表明,添加亚硝酸盐组污泥水解破壁明显,有机物大量释出;微生物群落分析表明,添加亚硝酸盐组反硝化细菌和Fe （Ⅲ）还原菌显著富集。厌氧消化结束后,相比对照组（未添加亚硝酸盐）,添加亚硝酸盐组污泥减量化和累积甲烷产量分别提高21%和86%。     

硫酸盐还原对氨氧化的影响及其抑制特性研究

通过化学热力学分析和试验,探讨了厌氧环境中硫酸盐的还原对氨氧化的影响.热力学分析表明:厌氧条件下,废水中的氨和硫酸盐可以彼此作为电子供体和受体进行同步脱氮除硫反应.试验结果表明:适当的条件下可以获得与热力学分析相同的结果.如果条件不当,硫酸盐过度还原产生的硫化物对厌氧氨氧化过程产生抑制.系统中硝酸盐的存在,可以使硫酸盐还原过程减弱,硝酸盐对硫酸盐还原过程的抑制表现为可逆的竞争性抑制,但受到抑制的厌氧氨氧化难以恢复.硫化物对氨的厌氧氧化过程表现为不可逆抑制.     

微生物异化还原金属氧化物的机理及应用

为考查异化还原微生物在浸出金属氧化物中的行为,提高微生物浸出深海多金属结核的效率.从深海沉积物中分离能异化还原金属氧化矿的金属还原菌,应用于还原浸出深海多金属结核中锰、镍、钴等金属,锰的浸出率可达97%,其它金属达80%以上.蒽醌类的电子传递中间体复合物加速了异化还原浸出的速率,5 d可以提高2.0 mmol/L.利用Geobacter metallireducens构建了微生物燃料电池,研究了微生物异化还原金属氧化物的机理,结果表明,微生物以直接吸附接触方式还原金属氧化物,在氧化物颗粒表面形成的生物膜在异化还原过程中起关键作用.     

氧化还原介体催化强化偶氮染料脱色研究进展

偶氮染料废水是公认的难处理废水之一,解决问题的关键是缩短厌氧生物脱色时间。大量研究表明具有氧化还原性能的不同有机分子对于厌氧（生物）脱色催化作用是明显的。氧化还原介体通过自身不断的氧化和还原来传递电子,明显加速电子传递速率,可使偶氮染料氧化/还原速率提高1到几个数量级,大幅缩短降解时间。讨论了不同微生物作用的偶氮染料脱色机理,总结了氧化还原介体对偶氮染料还原（生物）转化过程的催化效果,并指出今后的研究方向,以提高氧化还原介体（生物）催化降解偶氮染料的实际应用性。     

厌氧氨氧化菌群体感应机制

厌氧氨氧化反应是指厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐为电子受体将氨氮转化为氮气的过程.厌氧氨氧化因其低耗高效的脱氮方式成为污水处理领域最具前景的污水脱氮工艺.群体感应是一种微生物中普遍存在的通讯机制,能根据环境中的细胞密度控制一些基因的表达.厌氧氨氧化菌在生长过程中具有自我聚集和活性突越等现象,这说明群体感应系统在厌氧氨氧化菌代谢过程中起到非常关键的作用.对近年来有关厌氧氨氧化菌群体感应机制的研究进展进行了综述,为今后将厌氧氨氧化工艺应用于实际污水处理提供理论基础.     

BTEX污染含水层中氧化还原环境的空间变化

采用一维柱实验模拟方法,研究了地下水受BTEX污染过程初期,含水层中顺序氧化还原环境的空间变化规律,并对模拟柱不同高度出水中BTEX各组分的浓度进行监测.结果表明,模拟柱中各氧化还原灵敏性指标的浓度分布呈现以下规律：距离污染源80～98 cm处的氧还原环境较强;60～80 cm之间硝酸盐还原环境较强;35～60 cm之间以铁还原环境为主;24～50 cm之间形成硫酸盐还原环境;0～30 cm处HCO3-的浓度最低则产甲烷作用较明显.BTEX各组分从模拟柱底部至顶部呈急剧减少规律,其中苯、甲苯、乙苯、对二甲苯和间邻二甲苯的去除率分别达到99.94％、99.96％、99.94％、99.49％和98.3％.     

氧化还原介体对偶氮染料厌氧脱色的影响

在35℃温厌氧条件下,采用间歇批量实验法,通过测定不同体系中酸性橙Ⅱ(AO7)脱色情况,研究了氧化还原介体2-磺酸钠蒽醌(AQS)、2,6-二磺酸钠蒽醌(AQDS)、对苯醌(BQ)、核黄素(VB2)和硫堇(Thio)对厌氧脱色体系的影响.结果表明,QDS与AQS对染料降解的促进效果最佳,反应速率常数分别提高了199%和760%,BQ的反应速率常数仅提高了14.1%;当氧化还原介体投加浓度为0.1 m mol.L-1时,促进作用由大到小的排列顺序为:AQDS>AQS>VB2>Thio>BQ.促进效果因介体氧化还原电位、浓度、微生物种群结构的不同而有所差异.     

水铁矿驱动Feammox处理污泥消化液中的氨氮

异化铁还原耦合厌氧氧化(Feammox)是自然环境中普遍存在的氨氮去除途径,但该过程在污水处理领域的研究及应用还比较少.以含氨氮的污泥消化液为对象,研究其在厌氧条件下由水铁矿驱动Feammox进行脱氮的效果.结果 表明:经过48 d厌氧处理后,NH4-N去除率和总氮去除率分别为72.4％和57.5％,而未投加水铁矿的对...     

废水处理中异化硝酸盐还原为铵的研究进展

废水处理过程中涉及多种氮转化途径，其中，异化硝酸盐还原为铵（Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium，DNRA）能够将NO₃^-/NO₂^-转化为NH₄⁺，是氮素转化的重要一环。概述了DNRA过程的两步反应机理以及涉及的微生物，着重讨论了废水处理中影响DNRA过程的潜在因素，包括溶解氧、碳源种类、氮源种类、碳氮比、温度、pH值以及废水成分等，总结分析了各种因素如何调控DNRA与反硝化过程对硝态氮的竞争，并对废水处理中DNRA过程的两种主要分析手段进行了介绍。综述了DNRA过程在废水处理中的发生机制及其贡献，对未来DNRA过程的深入研究及废水中氮的去除或回收具有重要意义。     

五价钒的生物还原过程特征研究

针对钒化合物随价态升高其毒性也升高对环境造成的危害,深入研究了高价钒化合物的生物还原过程.以NaVO3做电子受体,葡萄糖做底物,利用C.N菌对5价钒还原过程,探讨了微生物还原5价钒的最佳条件,考察了C.N菌生长过程中对5价钒的还原率,葡萄糖的消耗程度以及pH值的变化.实验结果表明,当溶液中NaVO3浓度为4mmol/L时,该菌在溶液中的生长较好,菌质量浓度最大达39.11μg/mL;NaVO3浓度为5mmol/L时,5价钒的还原率较高,达到75.35%,而NaVO3的浓度过大,则抑制微生物的生长,5价钒的还原率也降低.     

氧化还原电位作为铁释放监测参数的中试研究

对东部某市实际管网中2个管网中试的铸铁管管垢样品进行扫描电镜(SEM)、能谱扫描(EDS)和X射线衍射(XRD)分析.结果表明,两点管垢的物理化学特性相似;管垢表面均为受创硬壳层;主要组成元素为Fe、O、C,主要组成物质为Fe3O4、FeOOH等铁氧化物.通过中试对不同季节下水流停滞后氧化还原电位(ORP)与铁释放的相关性进行研究,并将其与溶解氧(DO)和浊度的铁释放相关性进行对比.结果表明,即使管垢条件相似,出厂水在运输过程中的水质条件变化仍能导致铁释放出现明显差异;不同季节中同一管道所产生的铁释放存在差异.ORP可以作为铁释放的监测指标;当ORP>200 mV时,表明铁释放受到控制,基本没有溶解性铁释放;当ORP<200mV时,这表明铁释放量大,会产生溶解性铁释放.ORP的铁释放相关性优于溶解氧.     

不同搅拌方式对厌氧氨氧化污泥复壮及运行影响

为研究在常温(21±1)℃条件下不同搅拌方式对于厌氧氨氧化污泥复壮及运行影响,采用3组反应器(R1、R2、R3)搅拌方式分别为连续搅拌、间歇搅拌、间歇搅拌方式(R2、R3转速不同),对系统复壮及运行过程的脱氮性能、颗粒污泥性能等进行分析.结果表明,R1、R2、R3分别用10,2,2 d的时间氨氮、亚硝酸盐氮去除率接近100%,R2、R3的厌氧氨氧化速率更高,更适合厌氧氨氧化菌生长;周期实验结果可知,间歇搅拌方式形成的水流流化状态较弱,使反应器呈较低溶解氧的时间较长,更易抑制AOB活性,从而提高厌氧氨氧化菌活性;R1系统提供剪切力大,且持续与基质溶液接触,产生EPS多,稳定运行时期末,R1、R2、R3的颗粒污泥平均粒径为723,675,649μm.     

草酸铜掺杂DMcT/PAn的氧化还原反应机理

通过循环伏安、Raman光谱和红外光谱研究了铜离子与DMcT/PAn复合材料之间的氧化还原反应机理,结果表明Cu（Ⅱ）盐能改善DMcT/PAn复合材料的均匀性,增加其导电性,充分发挥PAn的催化作用,提高活性物质的利用率;减少DMcT及其配合物在电解液中的溶解,稳定DMcT的氧化还原过程;使复合材料中溶剂尽可能多的除去,相对地增加了复合材料的比容量.     

污水硫自养反硝化技术研究进展

硫自养反硝化（SAD）是一种绿色低碳的污水脱氮技术,具有成本低、污泥产量少、无须外加有机碳源等优点,已成为污水脱氮技术研究的热点之一。阐述SAD填料组成与复合硫源填料的合成方法,归纳SAD固定床反应器和流化床反应器的结构及其适用条件,回顾SAD与电化学、异养反硝化、厌氧氨氧化耦合工艺等方面的研究进展,并总结SAD耦合技术的优缺点以及耦合工艺的脱氮特征。微生物的代谢功能是实现高效SAD的关键因素,列举不同代谢特性的SAD功能微生物种类,阐述代表性微生物Thiobacillus和Sulfurimonas在SAD过程中的反硝化特性及其生长条件。目前,SAD技术在填料、反应器和耦合工艺等方面取得显著进步,但仍面临诸多挑战,在SAD技术温度适应性、高处理负荷反应器设计以及工艺流程优化等方面进一步创新。     

混合菌氧化性能及其对铁锰去除效果研究

目的 检测混合细菌对铁锰氧化过程各因素的变化,深入了解微生物除铁除锰的过程及其特性,为微生物在实际工程中的应用提供依据.方法 采用亚铁杆菌属分离培养基、嘉氏铁柄杆菌分离培养基、缠绕纤发杆菌分离培养基和PYCM分离培养基对细菌进行驯化培养,后分别混合,通过在不同条件下的对比试验,检测细菌氧化铁锰时各因素的变化.结果 细菌在氧化铁锰时所引起的溶液pH值的变化与细菌在氧化锰过程中,锰去除率的变化曲线有着一定的线性关系;每种混合菌对锰的去除率都能达到50%以上,对铁的平均去除率在80%以上.结论 有无载体对细菌除铁影响并不是很大.在有砂摇动和无砂摇动情况下由嘉氏铁柄杆菌分离培养基、缠绕纤发杆菌分离培养基和PYCM培养基培养出的细菌混合后对铁锰的去除效果好,在有砂不摇动情况下由亚铁杆菌属分离培养基、嘉氏铁柄杆菌分离培养基、缠绕纤发杆菌分离培养基和PYCM培养基培养出的细菌混合后对铁锰去除效果好.细菌对铁锰的氧化作用影响着溶液的pH值.     

氮负荷对短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜系统脱氮性能的影响

短程反硝化作为厌氧氨氧化反应基质亚硝酸盐(NO2--N)获取的新途径,近年来受到广泛关注.短程反硝化与厌氧氨氧化耦合的污水脱氮工艺具有重要应用潜力.然而,城市污水基质浓度较低且波动频繁,有效实现厌氧氨氧化菌持留与富集是该工艺稳定脱氮的关键.针对上述问题,构建了基于生物膜的短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺,采用2种结构不同的生物填料为载体,对比系统长期脱氮性能,重点考察氮负荷降低过程中系统氮素转化规律及菌群活性变化,深入分析生物膜胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)产生特性.结果表明,以含氨氮(NH4+-N)与硝酸盐氮(NO3--N)废水为处理对象,乙酸钠为有机碳源,分别采用聚氨酯海绵填料(R1)和聚乙烯空心环填料(R2)成功构建了短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜系统.进水NH4+-N与NO3--N由150 mg/L逐渐降低至50 mg/L、氮负荷由0.6 kg/(m3·d)降为0.2 kg/(m3·d)时,R1和R2维持高效稳定脱氮,低负荷阶段平均总氮(TN)去除率分别为87.6％和83.6％.厌氧氨氧化作用始终为主要脱氮途径,其占两系统TN去除的贡献率分别高达98.2％和97.4％.生物膜短程反硝化速率随氮负荷减少而降低,但高NO2--N积累特性未受影响,R1系统NO2--N积累效率达到95.1％且高于R2(89.8％),其厌氧氨氧化活性降低程度小于R2,表明聚氨酯填料更适合低负荷下该工艺长期运行.低负荷下微生物分泌更多EPS,蛋白质含量增加有助于系统应对氮负荷变化.综上,短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜工艺处理低基质废水时具有稳定高效的重要优势,为解决厌氧氨氧化应用的瓶颈问题提供了新方法,具有研究意义和应用价值.     

接种氧化亚氮(N2O)还原细菌YSQ030对复垦土壤N2O排放和氮循环关键功能基因的影响

复垦土地是重要的后备土地资源,但通常土壤结构差、有机质和养分含量低;增施有机肥是快速提升地力的关键途径,但会造成温室气体如氧化亚氮(N₂O)的大量排放.接种具有N₂O还原功能的植物根际促生菌(PGPR)不仅能够减少温室气体排放,还能促进作物生长.本研究以一株具有N₂O还原功能的PGPR反硝化无色杆菌(Achromobacter denitrificans) YSQ030为供试菌株,明确接种YSQ030对施用有机肥的复垦土壤N₂O排放和氮循环关键功能基因的影响.通过设置施用有机无机复混肥和羊粪有机肥的土壤微宇宙试验,利用气相色谱仪分析接种YSQ030后土壤N₂O排放通量,进一步计算累积排放量;在试验结束后分析土壤pH、EC(电导率)、硝态氮和铵态氮含量,并利用实时荧光定量PRC分析土壤硝化功能基因(AOA amoA和AOB amoA)和反硝化功能基因(nirS、nirK、nosZ Ⅰ 和nosZ Ⅱ)的丰度.结果显示,施用有机无机复混肥和羊粪有机肥的土壤中接种YSQ030明显减少复垦土壤N₂O排放,N₂O排放量最大减少分别达90.4％和30.6％.施用有机无机复混肥处理的N₂O排放量远高于施用羊粪有机肥处理,这可能是由于施用有机无机复混肥的土壤与施用羊粪有机肥的土壤相比,土壤中编码反硝化细菌N₂O还原酶基因nosZ Ⅰ 和非典型反硝化细菌N₂O还原酶基因nosZ Ⅱ 基因丰度较低.施用有机无机复混肥均显著降低土壤硝化和反硝化功能基因丰度,而施用羊粪有机肥对土壤硝化和反硝化功能基因丰度大多没有明显影响.本研究表明,接种YSQ030能够减少施用有机肥土壤的N₂O排放,将为复垦土壤地力提升和N₂O减排提供科学依据,也将为研发新型微生物肥料或生物有机肥提供核心菌种资源.     

污泥发酵液为碳源的反硝化过程亚硝酸盐积累

以污泥发酵液为碳源,通过批次试验研究了不同溶解性有机物的质量浓度与硝酸盐氮质量浓度之比(ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N))和分次投加碳源时反硝化过程亚硝酸盐的积累特性.试验结果表明:不同ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)条件下NO-2-N都得到积累;ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)<4时,NO-2-N的最大积累质量浓度和积累速率随着ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)的增加而增大,分别达12.83 mg/L和0.107 mg/(L·min).分次投加发酵液与1次投加发酵液相比,NO-2-N的最大积累质量浓度相差很小,但分次投加能保持稳定的NO-2-N积累.另外,以污泥发酵液为碳源的反硝化过程,反硝化过程NO-2-N的积累和发酵液的低pH导致N2O的释放与ρ(SCOD)/ρ(NO-3-N)成正相关.因此,在构建反硝化耦合厌氧氨氧化系统时,分次投加发酵液具有很大优势,不仅可产生稳定的NO-2-N积累,弱化有机物对厌氧氨氧化菌的抑制作用,还可减少N2O的释放.     

采用高通量测序分析全程自养脱氮（CANON）系统不同脱氮效能下的微生物群落结构

从微生物优势菌群构成角度揭示一体式全程自养脱氮反应器(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)启动、稳态运行及崩溃的微观机理,有助于优化调控微生物种群、增强CANON的脱氮效能.试验采用序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR),以间歇曝气方式启动CANON系统(35℃±1℃),考察了CANON系统从启动、稳定到恶化过程的氮素转化率和微生物活性;同时对污泥样品采用16S rDNA宏基因组高通量测序技术,考察种泥和不同脱氮效能时期的微生物种群结构.试验结果表明:本CANON系统的厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation bacteria,AnAOB)为Candidatus Kuenenia,氨氧化菌(ammonium oxidation bacteria,AOB)和硝化菌(nitrite oxidation bacteria,NOB)分别为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和Uncultured Nitrospinaceae;系统启动时,AnAOB丰度达到0.44%,AOB和NOB分别占总菌的27.61%和1.33%,脱氮效果最佳时的总氮容积去除率达到218.0 mg/(L·d);由于系统溶解氧质量浓度较低(0.15~0.25 mg/L),好氧段发生厌氧氨氧化反应,好氧段结束时亚硝氮积累量持续下降,导致缺氧段亚硝酸盐基质不足,AnAOB受到抑制;长期运行条件下,反应器内生物多样性及AnAOB丰度均有所下降.反应末期,Nitrosomonas占总菌群数量的62%,成为优势菌种,而AnAOB仅占0.13%,与此时较低的总氮容积去除率(19.3 mg/(L·d))相吻合.     

AUSB中置曝气启动连续流全程自养脱氮工艺

为优化连续流全程自养脱氮工艺的启动,在常温((25±1)℃)下,于中置、底部曝气的两组AUSB(1#、2#)中比较连续流CANON工艺的启动过程,及不同氮负荷(NLR,R_(NL))下脱氮性能的差异.结果表明:1#、2#分别于第55天、70天成功启动低氨氮(90 mg/L)CANON工艺;在逐步提高NLR进程中,二者均在HRT=6 h工况下脱氮负荷(NRR,R_(NR))达到该阶段最高水平,分别为0.280、0.256 kg/(m~3·d);实验后期,1#保持高效的脱氮状态,特征值(Δρ(TN)/Δρ(NO_3~--N))稳定在7.83,而2#运行125 d后特征值降至7.49,NOB活性增强.中置曝气AUSB结合同步亚硝化/厌氧氨氧化(SNA)和交替亚硝化/厌氧氨氧化(ANA)双重路径完成自养脱氮,得益于较高的好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(An AOB)活性,及对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的有效抑制,实现了较高的总氮去除率,达74.98%(第140天).AUSB中置曝气可缩短连续流CANON工艺的启动时间,并实现长期稳定的自养脱氮.