移动床生物膜反应器(MBBR)的研究现状及进展

随着污水排放标准越来越严格,要求有效去除污水有机污染物和营养成分。相对于传统活性污泥和固定生物膜工艺,移动床生物膜反应器(MBBR)具有耐受性强、无需反冲洗、占地面积小等优点得到广泛关注。基于生物膜活性和微生物群落分析,对生物膜形成、污水处理影响因素、去除痕量有机污染物及建模研究进行了系统阐述,并提出MBBR可从不同场景下的填料开发、耦合ASM模型和CFD仿真模拟及联合其他生物工艺等提高污水处理效果的发展建议。     

低温下活性污泥处理2种染料废水及微生物群落结构研究

现有工艺难以满足低温下染料废水的生物处理要求,为进一步提高低温染料废水的处理效率,分析了低温下活性污泥处理酸性红B和活性红2染料废水的处理效果及微生物群落结构。结果表明,系统稳定运行周期内,低温时酸性红B染料废水的去除效率高于活性红2染料废水,R₁、R₂、R₃、R₄4组反应器的平均酶活性分别为8.87、6.98、7.24 mg(TF)/g(SS)和6.53 mg(TF)/g(SS)。低温时反应器中活性污泥微生物主要以Proteobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi、planctomycetes、Acidobacteria、Actinobacteria、Gemmatimonadetes核心菌群为主。     

PCR-DGGE技术在城市污水化学生物絮凝处理中的特点

通过PCR-DGGE等分子生物学技术可以不经过常规培养直接从活性污泥和生物膜样品中提取DNA，对16Sr DNA V3区进行PCR扩增，结合DGGE(变性梯度凝胶电泳)从而分析活性污泥与生物膜中微生物种群结构。研究证实：活性污泥培养前后微生物种群结构发生很大的改变。同时对2种污水处理工艺中微生物种群结构进行了对比研究，对同一反应器不同位置微生物分布以及不同工况下的微生物种群结构进行了初步探讨。     

不同时期排泥对培养SBBR生物膜的影响

序批式生物膜反应器（sequencing biofilm batch reactor, SBBR）是应用广泛的污水处理方法。为探究不同时期排泥对SBBR污染物去除效果与微生物群落结构的影响，本研究设置了挂膜初期、中期和后期进行排泥的反应器处理生活污水，同时结合16S rDNA高通量测序技术对微生物群落结构进行分析，并采用机器学习（machine learning, ML）的方法，在传统的微生物优势种分析基础上，对测序数据进行深度挖掘，寻找造成组间差异的关键物种。水质测定结果显示，COD去除效果在不同时期排泥的SBBR间没有明显差异，出水COD均低于30mg/L。挂膜中期排泥的SBBR的NH₃-N去除率先达到稳定且高于前期和后期排泥的系统。高通量测序结果显示，各SBBR中微生物优势种均以降解有机物的物种为主。挂膜中期排泥的SBBR中，ML筛选得到的NH₃-N去除相关物种（Hydrogenophaga、Gemmata和Nitrospira）与差异关键物种丰度更高，微生物群落结构稳定性更强，可从微生物层面解释分析SBBR污染物去除效果的差异。     

秋冬季节抗性基因在AAO反应器生物段的去除和水平转移过程

厌氧-缺氧-好氧(anaerobic-anoxic-oxic,AAO)反应器的活性污泥中具有高密度的微生物,抗性基因(antibiotic resis tance genes,ARGs)汇入后可能发生水平转移并向水体释放.因此,文中考察了不同进水流量下AAO反应器在秋季和冬季对ARGs的去除效果及ARGs水平转移过程.监测结果显示,秋季进水ARGs浓度低于冬季,相应的高流量组(high-flow reactor,HFR)和低流量组(low-flow reactor,LFR)出水中sul1、tetX、e rmB、intI1和16S rDNA浓度也低于冬季.秋季LFR出水ARGs浓度高于HFR,冬季两者近似.这反映了季节和进水流量会影响AAO反应器对ARGs的去除.两组反应器在秋季和冬季对不同种类的ARGs对数去除率在0.72～1.85 log.值得注意的是,虽然秋冬季节两组反应器的出水ARGs浓度均低于进水,但是LFR出水中sul1、tetX和blaTEM的相对丰度却高于进水,推测部分ARGs可能发生了向无抗性菌株水平转移的过程.因此,从控制ARGs排放的角度,需对AAO反应器出水进行消毒等处理,以进一步降低ARGs浓度与其相对丰度.     

三维生物电化学法提高污染物去除效能的研究进展

通过对三维生物膜电化学系统的特性进行剖析，总结出该系统具有提高氧化功能的羟基自由基水平、加速电子传递效能、增加降解功能微生物群落富集和活性的能力。通过剖析该系统对污染物高效去除的机理，从反应器构建的工艺参数(电极材料、反应器结构以及电极形状)方面提出了优化方案，对比了系统运行条件对污染物去除性能的影响，并评价其经济性能，最后提出了三维生物膜电化学法未来的发展方向。     

填料对HBF工艺处理生活污水的影响及其机制

HBF工艺是废水处理的一种有效方法,且填料是该工艺的核心。然而,典型填料对污水处理性能的影响及其机制并不清楚。为此,采用软性填料(RT)、弹性填料(TT)、组合填料(ZT)、酶浮填料(MT)、聚酯填料(JT)和涤纶填料(DT)6种填料构建HBF反应器处理生活污水。结果表明,测试期内COD平均去除率差异不显著(P0.05),而氨氮的平均去除率差异显著(P0.05),且MT反应器的COD及氨氮平均去除率均最高。为揭示其差异形成原因,比较了不同反应器内生物膜干重、微生物活性、微生物群落组成及硝化细菌功能基因(amo A、NSR)的表达。结果发现,生物膜干重差异显著(P0.05)且微生物活性差异显著(P0.05),生物膜上的细菌群落结构不同但优势菌群均为变形杆菌门、拟杆菌门及厚壁菌门等,MT中amo A、NSR拷贝数均显著高于其他5种填料(P0.05)。因此,HBF工艺不同填料污水处理性能的差异主要是由生物膜的生物量及功能微生物组成两方面导致。     

AO工艺处理大蒜加工废水处理效能和微生物菌群结构分析

为了提高大蒜废水处理效能，采用AO工艺分析了不同进水条件下的污染物去除效果，明确微生物多样性及菌群结构与水质因子之间的关系。SBR反应器在高负荷和中负荷运行条件下COD、NH₃-N、TP去除率均在90%以上。此时，Bacteroidetes、Proteobacteria是大蒜废水活性污泥系统中的优势菌门，两者的总体细菌相对丰度占到了56.48%～98.41%，通过其脱氮除磷降解有机物的功能，使得污染物得到有效去除。中负荷运行时活性污泥微生物群落丰富度和多样性均优于高负荷运行，不同样品多样性存在差异。高负荷运行条件下的优势菌属为Chryseobacterium、Comamonas、Bdellovibrio、Brevundimonas、Soonwooa、Sphingobacterium；中负荷运行条件下的优势菌属为Macellibacteroides、Fluviicola、Saccharibacteria＿genera＿incertae＿sedis、Petrimonas、Propionibacterium。Macellibacteroides、Chryseobacte...     

改进型SBBR中SND启动及微生物群落结构研究

对序批式生物膜反应器(SBBR)进行改造,以便达到更高同步硝化反硝化(SND)水平。在相同的环境和参数条件下进行SND启动对照实验,同时借助高通量测序来探究微生物群落的多样性,从而分析两组反应器处理效果不同的原因。两组反应器启动完成后,其同步硝化反硝化率(RSND)、COD去除率、氨氮去除率均能达到较理想水平,改进型SBBR中微生物构成也更加均衡。通过综合分析,发现改进型SBBR去除效果更为稳定、高效。     

生物膜法强化低温反硝化

针对冬季温度低导致的脱氮效率下降问题,建立上流式固定床生物膜反应器(UFBR),并与传统活性污泥反应器(SASR)低温时的反硝化效果、微生物特性及群落结构进行比较,分析低温下生物膜的形成。经过160 d先逐步降温再提升硝酸盐进水负荷(NLR)的连续运行,UFBR表现出耐受低温能力强、脱氮效果优于SASR的特点;8℃下,UFBR的硝酸盐去除负荷(NRR)达到0.32 kg/(m~3·d),比SASR高2倍多。低温下活性污泥产生大量胞外聚合物,发生污泥膨胀。而UFBR生物膜可分泌更多蛋白质,保护微生物免受低温影响,生物膜生长良好,菌种丰富。高通量测序结果表明,低温下UFBR中反硝化功能菌Simplicispira等丰度稳定,而SASR中的Comamonas引起高黏性污泥膨胀。     

固定生物膜-活性污泥系统的研究及应用进展

固定生物膜-活性污泥系统(integrated fixed-film activated sludge systems,IFAS)是活性污泥与生物膜工艺的结合,兼具二者的优点,可有效提高污染物的去除效果,在实现污水的达标排放方面具有较大优势。对国内外有关IFAS的研究与应用进展进行了系统的总结,主要包括IFAS系统的发展历程、工艺特点、微生物分布特征、系统动力学模型及应用现状等,并对IFAS系统未来的发展方向与研究重点进行了初步探讨。     

氢基质生物膜反应器去除含氯有机污染物的研究进展

水体中的含氯有机污染物具有含量低、稳定存在难降解的特征,对环境造成污染且对人体健康产生危害。将无泡曝气和生物膜技术结合起来诞生的新型水处理技术—氢基质生物膜反应器（H2-MBfR）,相比于传统工艺在去除含氯有机污染物方面表现出良好的处理效果。本文主要针对H2-MBfR去除主要含氯有机化污染物的去除效果、降解途径和优势微生物菌群做出阐述,并针对目前研究的不足对氢基质生物膜反应器去除含氯有机污染物提出新的发展前景。     

组合生物膜反应器运行稳定性及微生物群落的研究

本研究在移动床生物膜反应器(MBBR)独立稳定运行之后,加入折叠曝气生物膜反应器(WFBR),考察了WFBR的加入对COD和NH_4~+-N去除的影响以及组合生物膜反应器长期运行稳定性和微生物群落变化。结果显示,WFBR加入后COD和NH_4~+-N去除效率明显提高,但MBBR中微生物群落的丰富度和多样性有所下降,MBBR中最主要微生物由蓝藻门变为变形菌门。组合生物膜反应器运行过程中,COD和NH_4~+-N去除率分别稳定在90%和99%以上;一个周期内的连续观察证实了WFBR良好的增氧功能;系统中最主要的微生物为α-变形菌纲细菌。     

电-生物耦合技术处理制药废水的试验研究

采用电-生物耦合技术处理制药废水,研究极板间距不变时电压对COD去除效果的影响,对最佳电压下阴、阳极处的生物膜以及0 V时生物膜的微生物种群多样性进行分析,研究电场作用下微生物的多样性变化。结果表明,电压为10 V时COD去除效率最高。10 V时反应器阴、阳极板两侧生物膜和0 V时生物膜的菌落多样性呈较大差异。电-生物反应器极板附近的优势菌群耦合电氧化作用,可协同处理制药废水中的难生化降解有机物,提高对制药废水COD的去除率。     

氢基质生物膜反应器在水处理中的研究进展

介绍了氢基质生物膜反应器(MBfR)的工艺原理和特点,归纳了基于去除多种污染物、膜回收和微生物群落结构的MBfR国内外研究进展。指出了MBfR存在的膜污染、工艺成本、氢气利用率和膜材料成本等实际问题。认为未来应从MBfR的能源需求、有害物种控制、膜污染控制、多物种生物量控制、膜成本及工艺设计做进一步研究。如果这些研究得到进展,MBfR可能在下一代可持续处理系统中发挥关键作用。     

生物电化学系统中电活性生物膜催化污染物降解的研究进展

近年来,以电活性生物膜为基础构建而成的生物电化学系统成为环境领域的研究热点之一,其功能主要包括废水的处理和能源回收等。本文根据电活性生物膜在阳极与阴极功能的不同,介绍了阳极电活性生物膜以直接或间接方式为主的电子传递机制,其具备从多种污染物中回收电子的能力;阴极电活性生物膜具备高度的多样性和特异性,可以催化难降解污染物的还原降解。与此同时,本文也分析了电活性生物膜在现阶段研究的不足之处,包括较低的阳极产电功率密度以及阴极还未清晰的电子传递机制等问题。本文的分析表明,根据实际废水成分的不同,需要控制电活性生物膜群落的结构,实现不同功能微生物在电活性生物膜的协作,并通过对实际废水进行预处理,或者对电极材料进行优化来辅助电活性生物膜的催化过程,有助于达到高效去除废水中污染物的目的。     

曝气量及污泥含量对生物膜-活性污泥工艺充氧性能的影响

在小试条件下,以氧利用率为评价指标,研究了不同曝气量及不同污泥含量下生物膜-活性污泥工艺氧传质效率的变化规律,并考察了污染物的去除情况。结果表明,当曝气体积流量为60~100 L/h时,生物膜-活性污泥工艺状态下氧传质效率随着曝气量的增大而增大,且较生物膜工艺明显提高;当污泥的质量浓度分别为1、2、3 g/L时,随着污泥含量的增大,生物膜-活性污泥工艺状态下氧传质效率先增大后趋于稳定;由于生物量及氧传质效率的提高,因此生物膜-活性污泥工艺系统对COD的去除效果明显优于生物膜系统,且对NH_3-N的去除效果较好。     

厌氧污泥接种双室微生物燃料电池去除氨氮的研究

构建并成功运行了厌氧污泥接种的双室MFC系统,评估了该系统处理模拟氨氮废水的效果,阐明微生物生态同MFC耦合氨氮去除的内在联系。结果表明,接种厌氧污泥的MFC电压输出最高可达523 m V,优于接种普通活性污泥的同型MFC。该双室MFC阳极室对低浓度氨氮废水(53 mg/L)的去除率最高为52.5%,对高浓度氨氮废水(294 mg/L)的去除率最高可达91.4%。基于SEM和DGGE的表征证实,接种MFC运行前后的厌氧污泥生物膜形貌和微生物群落结构都有明显的变化,群落多样性减少,优势种群数量增加,部分为典型胞外电子呼吸菌地杆菌。     

白糖为共基质处理有机磷农药废水的试验研究

有机磷农药废水是一种极难处理的高浓度有机废水，因为该废水含有大量的难降解有机物，其中的有机磷对微生物代谢具有很强的抑制作用。采用高效好氧生物反应器(HCR)对有机磷农药废水进行处理试验，对比研究了以白糖为共基质和有机磷农药废水为单基质的两种不同条件下，系统中活性污泥的特性及系统对有机磷农药废水COD去除效果的变化规律。     

序批式生物膜——活性污泥复合反应器与活性污泥反应器的碳氮去除研究

采用SBR反应器对比研究了序批式生物膜-活性污泥复合反应器(HSBR)与活性污泥反应器(SBR)的碳氮去除。结果表明,两反应器在COD、NH₄-N去除率方面无明显差异,但HSBR的NH₄-N过程去除速率显著高于SBR反应器,且HSBR反应器的TN去除率可达62.95%,高于活性污泥反应器39.3%。HSBR的悬浮污泥和附着污泥的比硝化速率分别为2.14 mgNH₄-N/(gTS.h)和1.16 mg mgNH₄-N/(gTS.h),比反硝化速率分别为0.16 mgNO_X-N/(gTS.h)和1.22 mgNO_X-N/(gTS.h),显示HSBR的硝化作用主要集中在悬浮污泥中,而反硝化作用则主要是由生物膜附着污泥完成。