生物接触氧化修复景观水的填料挂膜试验研究

在景观水体中,对生物接触氧化填料(弹性立体填料和组合填料)进行动态培养自然挂膜,研究了挂膜过程中填料外观、生物相、生物量、生物膜上的功能菌、藻类等的变化情况。结果表明:在挂膜过程中,填料外观和生物相呈规律性变化;所附着的藻种类和密度呈先增加后减少的趋势,且主要为硅藻;约一个月后,填料挂膜成熟,弹性立体填料和组合填料上的生物量分别稳定在170和140 g/m3左右,异养菌均稳定在1010CFU/m3,硝化菌稳定在109CFU/m3。     

单级自养脱氮反应器效能与微生物群落结构的相关性

于稳定运行但效能有明显差异的2套序批式生物膜反应器单级自养脱氮系统,研究了微生物群落结构的PCR-DGGEr、eal-time PCR等现代分子生物学特点及其运行效能与之的相关性。结果表明:运行效能好的反应器活性污泥及生物膜浓度较高,微生物群落结构差异较大,二者相似性为58.3%,溶解氧在活性污泥及生物膜内的分布特点为各类微生物及其代谢创造了良好环境,系统中好氧氨氧化菌AOB及厌氧氨氧化菌ANAMMOXz在数量上绝对占优,各类细菌的协同代谢使系统总氮去除率达到80%以上。运行效能相对较差的反应器,由于在反应器启动过程中没有将亚硝酸氧化菌NOB完全"洗脱",系统中出现NO3-积累,且系统挂膜不理想,生物膜浓度低,生物膜与活性污泥微生物群落结构相似性为100%,优势功能菌单一,从而造成运行效能较低,总氮去除率仅为20%~30%。维持SBBR自养脱氮系统微生物群落结构的稳定及平衡性,生物膜是关键性因素。     

A~2O-BAF工艺处理低C/N值生活污水的快速启动

以低碳氮比的实际生活污水为处理对象,重点研究了A2O-BAF工艺的快速启动。结果表明,先单独对硝化型曝气生物滤池进行挂膜后再将A2O与BAF连接起来可成功启动该双污泥系统。采用快速排泥挂膜法和自然挂膜法相结合的复合挂膜法,使用不含有机物的配水对曝气生物滤池进行挂膜,18d后曝气生物滤池挂膜成功。系统连续运行44d后达到稳定。使用碳氮比为3.21的生活污水进行驯化,反硝化除磷菌占聚磷菌的比例为66.7%,缺氧吸磷为系统的主要除磷方式,此时出水氨氮、正磷酸盐浓度均接近于零,出水硝态氮为15.1mg/L左右,对COD、氨氮、总磷和总氮的去除率分别为82%、100%、100%和67%。表明该双污泥系统运行效果稳定,启动成功。     

低温条件下生物转盘处理低浓度污染地表水

为实现低温条件下(冬季水温为8~15℃)快速启动生物转盘处理低浓度污染地表水,采用自然挂膜法G1、活性污泥挂膜法G2和硝化菌挂膜法G3这3种方式进行生物转盘挂膜,并对出水指标与生物膜表观形貌、群落组成进行对比研究。结果表明,从启动速率与抗冲击负荷能力来看,G3>G2>G1;25 d后接种硝化菌的生物转盘对氨氮的去除率即可达到88.78%。稳定运行后,3种挂膜方式的生物转盘对低浓度污染地表水的处理效果相近,对NH4+-N和COD的去除率均可稳定在90%和20%。3种挂膜方式的微生物丰度与种类相似,与硝化反应有关的细菌主要有Nitrosospira、Candidatus nitrotoga、Nitrosomonas,在3种挂膜方式中分别占比15.85%、12.04%、12.47%;与COD降解有关的细菌主要有Reyranella、Thermomonas、Polymorphobacter、Sphingomonas与Arenimonas,在3种挂膜方式中分别占比10.69%、12.39%、15.02%。微生物多样性和均匀度呈现出后端生物转盘盘片大于前端的趋势,说明微生物种类和均匀度与污染物种类和浓度有关。     

MBR中厌氧氨氧化菌群落结构及膜污染性能研究

采用浸没式厌氧氨氧化膜生物反应器(Amx IMBR)培养厌氧氨氧化菌,当进水氨氮与亚硝态氮浓度均为450 mg/L、氮负荷为0.6 kg/(m~3·d)时,总氮去除率稳定在86%左右,氨氮、亚硝态氮去除率分别稳定在90%、97%以上;氨氮去除量∶亚硝态氮去除量∶硝态氮生成量基本为1∶1∶0.18。Amx IMBR的临界通量为8.63 L/(m~2·h),这与长期运行的结果相符。膜污染的来源主要是紧密型胞外聚合物,其中蛋白质和多糖含量分别为2.42、0.84 g/m~2。运行过程中,厌氧氨氧化菌形态从红棕色颗粒污泥变成了浮游态污泥,是Amx IMBR最显著的特征之一。高通量分析结果显示,浮游态污泥中的优势菌群主要为拟杆菌门(Bacteroidetes,47.83%)、浮霉菌门(Planctomycetes,21.2%)、变形菌门(Proteobacteria,18.85%),其中优势厌氧氨氧化菌属为Candidatus Kuenenia,相对丰度为17.08%。     

一体化多层滤料曝气生物滤池的启动特性

为探讨集缺氧层与好氧层于一体的多层滤料曝气生物滤池(BAF)的挂膜启动特性,以火山岩、粉煤灰陶粒和聚丙乙烯泡沫滤珠为滤料,构建了一体化多层滤料曝气生物滤池,并在初次挂膜和重新挂膜时分别采用复合挂膜法和两阶段复合挂膜法进行启动,考察了该工艺在挂膜启动阶段对COD、SS、NH3-N和TN的去除效果。结果表明:对NH3-N和TN的去除率可以作为一体化多层滤料曝气生物滤池挂膜成功的标志;26 d后初次挂膜启动完成,此时对COD、SS、NH3-N和TN的去除率分别稳定在70%、85%、60%、50%以上。生物膜脱落后,重新挂膜启动15 d即可完成,且对COD、SS、NH3-N和TN的去除率分别达到70%、87%、97%、51%左右。研究表明,一体化多层滤料BAF对城市污水有较好的处理效果。     

生物活性炭降解低浓度邻苯二甲酸酯的挂膜研究

以DMP、DEP、DBP和DEHP为目标物质,开展了生物活性炭降解低浓度PAEs的挂膜研究。当进水PAEs浓度为10μg/L且采用人工投加营养物质的方式时,挂膜周期约为30 d;挂膜启动过程中,随着微生物数量和种群的不断增加,生物活性炭对COD_(Mn)、NH_3-N和PAEs的去除效果逐渐变好;挂膜成功后,对COD_(Mn)、NH_3-N的去除率均达到了60%以上,对DMP、DEP和DBP的去除率均维持在95%以上,对DEHP的去除率则稳定在80%左右。生物活性炭对PAEs起降解作用的主要是杆状菌和球状菌,活性炭和微生物的协同作用增强了生物活性炭降解PAEs的能力,尤其对低分子、短侧链的PAEs,生物活性炭的降解效果更好。     

聚氨酯生物膜反应器的厌氧氨氧化研究

以模拟高氨氮废水为进水,在聚氨酯填料生物膜反应器中实现厌氧氨氧化,考察了其脱氮性能。在运行稳定期,系统对氨氮、亚硝酸盐氮和总氮的去除率分别达到90.1%、89.3%和85.5%;总氮负荷最高达到17.6 kg/(m3·d)。进水亚硝酸盐氮浓度达到271.2~314.0 mg/L时会抑制厌氧氨氧化菌活性,影响厌氧氨氧化反应。进出水pH值的差值可以反映系统的脱氮效果,相对于进水pH值,出水pH值越高,说明系统的脱氮效果越好。应用电子显微镜和扫描电镜观察生物膜的形态,反应器底部生物膜颜色较浅,呈黄褐色,以丝状菌和长杆菌为主,而顶部生物膜颜色较深,呈棕红色,以短杆菌和球菌为主。     

前置反硝化生物滤池的启动研究

以污水处理厂的二级出水为进水,对回流比为50%的前置反硝化生物滤池采用自然挂膜法以设计流速进行挂膜启动,考察了启动期间各指标的变化规律及成功挂膜所需的时间。研究发现,当回流比为50%、采用自然挂膜法以设计流速运行时,曝气生物滤池(BAF)需35 d能成功挂膜,反硝化生物滤池在投加甲醇后经过7 d可挂膜成功。两级生物滤池启动的关键是曝气生物滤池能否成功挂膜。启动成功后,污水厂的二级出水经反硝化生物滤池/BAF工艺处理后出水总氮能够稳定在5 mg/L以下,TOC在12 mg/L以下,COD在35 mg/L左右。     

新型悬浮载体生物接触氧化法去除微污染水中氨氮

将实用新型专利产品——叠片展开式悬浮生物载体应用于生物接触氧化工艺,考察了对微污染源水中氨氮的去除效果及其主要影响因素、载体的挂膜情况和生物膜特性。结果表明,该工艺对微污染源水中的氨氮有较好的去除效果。当水温〉14．5℃、进水氨氮〈4mg／L时,对氨氮的去除率基本稳定在70％～85％之间。考虑工程投资因素,推荐在实际生产中选用气水比为（1～1．3）：1,HRT为1．0—1．5h。该新型填料采用自然挂膜方式约17d即可成功挂膜,且生物相丰富。     

厌氧氨氧化菌快速富集培养及微生物机制解析

为快速筛选培养高丰度的厌氧氨氧化污泥,解决厌氧氨氧化菌培养难、倍增速率慢的难题,采用UASB反应器富集培养厌氧氨氧化污泥,并对群落结构的演替进行了解析。通过进水除氧和逐步提高容积负荷的方法富集厌氧氨氧化菌,当总氮容积负荷在0.96 kg/(m~3·d)时,总氮去除率和去除负荷分别约为84.63%和0.817 kg/(m~3·d)。扫描电镜发现反应器中的污泥群落由短杆菌和粘性物质逐步转变成以球菌聚集体为主,呈球形或卵形,直径在0.8~1μm之间。采用高通量测序法对菌群结构进行检测后发现,随着厌氧氨氧化菌富集程度的增加,浮霉菌门(Planctomycetes)含量从13.1%提高到54.7%,而变形菌门(Proteobacteria)则从58.3%降低至24.8%。在55 d中厌氧氨氧化菌Candidatus Kuenenia丰度从4.7%提高至48.8%,实现了快速高效富集。     

中试SBBR内厌氧氨氧化的快速启动及微生物特性

采用中试规模的序批式生物膜反应器(SBBR),在温度为25～32℃、pH值=7. 6～8. 3、投加少量厌氧氨氧化(Anammox)菌的条件下,经过120 d的培养,成功启动Anammox工艺。反应器稳定运行期间,对NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为81. 45%和99. 00%,平均总氮去除负荷达0. 41 kgN/(m~3·d)。NH_4~+-N、NO_2~--N去除量与NO_3~--N生成量之比为1∶1. 39∶0. 25,与理论值接近。反应器中以Anammox反应为主导作用并伴有微弱的亚硝酸盐反硝化,Anammox速率达0. 103 kgN/(kgVSS·d)。填料上生物膜的Anammox菌联氨氧化酶活性明显高于反应器中的悬浮污泥,表明填料对Anammox菌具有较好的富集效果。经过驯化培养,SBBR内污泥群落结构及丰度发生明显变化,稳定运行阶段Anammox菌属含量达23. 57%,成为反应器中的优势菌种。     

城市污水A~2/O移动床生物膜工艺菌群结构分析

在采用A~2/O工艺处理城市污水的升级改造工程中,于厌氧、缺氧池投加悬浮填料,以提高脱氮除磷效率。经过三年半的稳定运行,显示出良好的改造效果,尤其是脱氮除磷效率得到显著提高。采用Mi Seq Illumina高通量测序法分析该系统的菌群结构,发现在门水平上,厌氧池、缺氧池和好氧池混合液中的优势微生物种群均以变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主。其中变形菌门主要分布在β-Proteobacter纲。在厌氧池填料生物膜表面,虽然在门水平上优势微生物菌种也以变形菌门为主,但其主要分布在γ-Proteobacter纲(17.5%)和β-Proteobacter纲(14%)。Proteobacteria和Bacteroidetes的存在可能对整个系统的除磷效果有很大的作用;同时,缺氧池中反硝化菌主要为Thiobacillus、Paracoccus和Pseudomonas。此外,厌氧池填料表面形成了浅红色的生物膜,通过测定其厌氧氨氧化能力发现,NH_3-N和NO_2~--N的去除量之比为1∶2.6。厌氧氨氧化菌在科和目级别,Planctomycetaceae和Planctomycetales均占0.027 8%。除反硝化脱氮外,厌氧池中的厌氧氨氧化现象可能进一步提高了整个系统的脱氮效果。     

常温下缺氧氨氧化生物滤池启动试验研究

采用3个相同的生物滤池,分别接种好氧硝化生物膜、厌氧反硝化生物膜、厌氧反硝化生物膜+厌氧活性污泥混培物,常温条件下,通入pH值为7.5的模拟低氮废水,分别经过129、100和129 d,3个缺氧氨氧化生物滤池均成功启动.装置运行进入稳定期后,通过减少水力停留时间、提高氮负荷的方法,加快缺氧氨氧化茵富集,并研究其脱氮能力.启动成功后,3个生物滤池对总氮的平均去除率分别为55％、65％和65％,平均容积负荷分别为0.03、0.07和0.035 kgN/( m3·d),其中接种厌氧反硝化生物膜的生物滤池启动最快、性能最好.     

生态基泛氧化塘工艺对城市河道污水的净化效果

在长春市的永春河附近建设了处理规模为200 m3/d的泛氧化塘,其悬挂阿科蔓生态基填料,利用泛氧化塘生物膜系统实现对污水的净化.采用该系统处理城市污水厂一级B标准排水和永春河城市点源污水的混合水,考察了挂膜启动过程中生物相的变化及对COD、氨氮的去除效果.当生态基填料对COD的去除率稳定在60％左右、对氨氮的去除率稳定在90％左右时可认为系统挂膜成功,此过程历时约31 d.探讨了挂膜完成后处理河道混合水时,pH值、溶解氧、COD、氨氮、硝态氮、亚硝态氮及总磷等沿水流方向的变化.结果表明,各指标在泛氧化塘中均得到了很好的去除,此研究成果为长春市河道生态环境治理提供了科学依据.     

生物沸石滤池去除微污染水源水中氨氮的挂膜启动

对沸石滤料生物滤池处理微污染水源水中低浓度氨氮的挂膜启动性能进行了研究。试验结果表明,挂膜过程可以根据氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度的变化分为三个阶段：初期沸石发挥本身对铵离子的吸附交换性能,氨氮去除率达88％以上;中期开始出现生物硝化作用,亚硝酸盐积累明显,硝酸盐出水浓度不稳定,氨氮去除率稳定,但下降至65％左右;后期硝化反应稳定进行,亚硝酸盐迅速转化为硝酸盐,氨氮去除率稳定在60％以上。生物沸石滤池挂膜同时应考察亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度变化,在出水亚硝酸氮明显积累后又稳定降低,且硝酸盐氮稳定积累时方可认为挂膜成功。进出水pH值的变化可以指示硝化反应的进行程度和生物膜形成阶段。     

复合生物膜系统的营养物去除效应及生物膜特征

为明确复合生物膜系统(HBR)中悬浮污泥和生物膜对脱氮除磷的贡献,对比研究了序批式活性污泥系统(SBR)和HBR对营养物的去除特性.在0.8 kgCOD/(m3·d)的负荷下,HBR具有较好的脱氮除磷效果,对NH3-N、TN和TP的去除率分别可达96％、92％和94％,高于对照的SBR工艺.在HBR系统中,悬浮污泥主要起到硝化作用,生物膜主要起到反硝化和除磷作用.生物膜主要由胞外聚合物(EPS)、细胞簇丛、孔洞和通道组成.生物膜生长状态良好,丝状菌结构支架较明显,大量的球菌、杆菌穿插其中,密集地粘附于填料之上.FISH检测结果表明,生物膜上存在大量的氨氧化菌和聚磷菌,两者分别占总菌数量的9.4％和13.7％,提高了HBR对营养物的去除效果.     

实现UBAF快速启动的挂膜试验研究

采用上向流曝气生物滤池(UBAF)工艺,以生物陶粒和聚苯乙烯为填料,进行了自然挂膜法和接种挂膜法的对比试验,考察了UBAF对COD、NH4+-N及浊度的去除效果.试验结果表明:生物膜成熟后,UBAF对COD、NH4+-N及浊度均有很好的去除效果,稳定运行时UBAF对上述指标的平均去除率为81.04%、80.21%和95.97%,若要达到同样的COD去除效果,接种挂膜比自然挂膜缩短了4～6 d.聚苯乙烯填料UBAF对NH4+-N的去除效果优于生物陶粒填料UBAF,而后者对浊度的去除效果较前者好.     

SAMBR工艺处理乳品废水的启动调试及运行

通过对上海某乳品厂废水水量、水质的调查,采用浸没式厌氧膜生物反应器(SAMBR)工艺处理该乳品废水。设计了一套处理水量为20 m3/d的乳品废水处理设施,通过调控循环泵的启停来实现泥水的混合,通过调控系统设备参数来实现对有机物的去除和控制膜污染。采用好氧活性污泥预挂膜的方式进行微生物膜的培养与驯化,按比例投加葡萄糖和乳品废水,约48 d后微生物膜培养成功。从整个启动调试过程来看,SAMBR微生物膜的培养较为简单、启动周期较短。实际运行结果表明,SAMBR工艺对COD的平均去除率达到97.5%,对TP的平均去除率达到74.5%,运行稳定,耐冲击负荷,出水水质较好。     

MBBR污水生化处理系统中泥膜的生物群落分析

为了更详细地分析移动床生物膜反应器（MBBR）中泥膜系统的生物群落结构，对某污水厂生化池内的活性污泥、填料表面松散型和内部紧密型生物膜进行了高通量测序。结果表明，三者的优势菌属存在明显区别。其中，活性污泥中富集了大量硝化菌和除磷菌，主要承担硝化和除磷的作用；松散型生物膜上存在着丰度较高的与耐抗生素、耐金属和降解有毒污染物等相关的功能菌属，推测松散型生物膜主要起到拦截过滤污染物、保护内层生物膜的作用；紧密型生物膜上的主要菌属包括反硝化菌、纤维素水解菌和厌氧氨氧化菌等。泥膜系统内不同厚度的生物膜与活性污泥之间相互协作，实现了氮和磷的强化去除。