污水生物脱氮外加碳源的开发与应用

外加碳源在污水生物脱氮过程中发挥着重要作用。根据外加碳源参与生物反硝化反应的作用机制及利用速率的差异性,可将其分为速效碳源、缓释碳源和迟效类碳源,其中后两者合称为复合型碳源。文章第一部分总结了速效碳源的不同种类对反硝化性能和污泥性状的影响。第二部分阐述了以天然植物基质浸出液和可生物降解聚合物为代表的缓释碳源。第三部分介绍了以餐厨垃圾发酵液、污水厂污泥水解液及高浓度有机废水发酵液为代表的迟效碳源。基于降低脱氮成本和废物资源化利用等目的,概述这两类复合碳源的制备过程、生物脱氮性能以及实际应用的可行性等方面内容,提出其质量和性能提升的潜在路径。最后指出建立新型复合碳源的综合性能评价体系是开发利用生物脱氮用新型外加碳源的前提和保障。

东北地区某城镇污水处理厂碳源投加策略分析

低C/N进水条件造成的生物处理系统反硝化脱氮能力不足已成为我国污水处理厂运行面临的主要挑战。文章应用文献计量学对目前碳源投加策略进行了总结,并以东北地区某城镇污水处理厂为考察对象,结合各碳源的实际应用情况介绍了目前常用的几种主流外加碳源的优缺点,分析了甲醇、乙酸钠、葡萄糖和麦可碳4种碳源投加公式计算理论值与实际碳源投加量之间存在差异的原因,旨在为城镇污水处理厂实现经济、高效、低碳运行碳源投加策略提供技术指导。

绿色矿山建设碳源/汇与减排增汇研究进展

为应对长期以来矿业开采导致的环境问题,绿色矿山理念及配套政策逐步发展。碳达峰碳中和目标导向下,绿色矿山倡导低碳化生产、生态开采等新的发展要求。为探究新时期绿色矿山建设在节能减排目标下的重要方向和关键问题,助力碳中和目标与绿色矿山建设的协同发展,该研究以绿色矿山、碳源/汇与减排增汇为关键词开展文献计量分析,总结“双碳”目标下绿色矿山建设内涵与要求,分析绿色矿山建设背景下碳源/汇与减排增汇研究进展,梳理矿区碳源与碳汇核算方法,探究绿色矿山减排增汇策略。得出:绿色矿山在理论与应用方面均具有较为丰富的研究及实践成果,具有良好基础以面对新的发展挑战;绿色矿山现存管理方案与考评体系成果完整,整体偏定性和基础推荐性要求;矿山碳足迹核算中,基于生命周期理念、采用排放因子法的核算模式已较为成熟,但在生命周期划分与核算因子选取过程中仍需慎重,注意加强因子的本地化选取;针对减排增汇目标,绿色矿山在策略上需重视能源与技术视角。在“双碳”目标下,当前绿色矿山相关验收标准在减排方面的关注度有待增强,指标体系的定量化程度与执行力有待提高;煤炭矿山的碳足迹核算与减排潜力分析是未来绿色矿山研究的重点之一;矿山减排研究中,由复垦产生的碳源与碳汇核算及矿山全生命周期的减排方案设计需得到更多关注。

可生物降解聚合物作为固相反硝化碳源的研究进展

碳源是生物反硝化法处理低碳氮比硝酸盐污水的必要物质.传统的水溶性碳源投加量难以控制,易导致出水水质恶化,需要寻找一种释碳稳定、安全高效的替代碳源.可生物降解聚合物(biodegradable polymers,BDPs)是一类人工合成的高分子有机物,已被证实可作为新型的反硝化缓释碳源.其具有反硝化效率高、安全稳定、操作简单等优点,近年来被广泛报道.归纳总结了BDPs碳源类型及其体系的反硝化性能和影响因素,讨论了BDPs体系脱氮机制及生物膜群落结构与功能,评价了BDPs反硝化脱氮的成本.提出发展成本相对低廉的BDPs复合碳源、阐明运行条件对BDPs反硝化的影响机制、通过优化微生物群落来构建高效BDPs反硝化系统以及加强共存污染物去除等未来重点研究方向,以期为可生物降解聚合物的反硝化脱氮研究和应用提供参考和依据.

饲草附生乳酸菌对碳源的选择性

【目的】探究饲草源乳酸菌对碳源的选择性,为不同草种筛选适宜的青贮菌种。【方法】选取饲草中分离获得的16株代表性乳酸菌作为研究对象,在MRS液体培养基中以葡萄糖、蔗糖、果糖、木糖、棉籽糖以及5种糖混合为碳源,进行不同菌株发酵培养。每株乳酸菌设3个重复,每个糖处理设空白对照(不接菌)。采用高效液相色谱仪测定各处理发酵24 h后液体培养基中剩余碳源含量和乳酸产量。【结果】(1)蔗糖是大部分菌株发酵首选碳源,在棉籽糖、葡萄糖、果糖和木糖的选择上不同菌株差异较大,发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum,LbFWM)首选棉籽糖和木糖,假肠膜明串珠菌(Leuconostioc pseudomesenteroides,LeP-IR)首选木糖。(2)罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri,LbR-EG)和柠檬明串珠菌(Leuconostoc citreum,LeC-IR)对蔗糖,LbF-WM和LbR-EG对果糖,LbF-WM、LbR-EG和LeP-IR对棉籽糖的利用率均达100%,屎肠球菌(Enterococcus faecium,EF-KG)、短乳杆菌(Lactobacillus brevis,LbB-KG)、戊糖乳杆菌(Lactobacillus pentosus,LbPe-EG)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis,LcL-SC)对葡萄糖的利用率高于其他碳源。(3)灰黄色肠球菌(Enterococcus durans,EG-IR)利用葡萄糖和混合糖,LbPe-EG利用果糖,肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides,LeM-IR)利用棉籽糖和混合糖,LbPe-EG利用蔗糖,LbF-WM利用木糖,格氏乳球菌(Lactococcus garvieae,LcG-IR)利用混合糖发酵乳酸产量最高。(4)耐久肠球菌(Enterococcus durans,ED-IR)利用葡萄糖,植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum,LbPl-IR)、LbPe-EG利用果糖,LbPl-IR和LeM-IR利用棉籽糖,LbPe-EG、LbPl-IR和ED-IR利用蔗糖,LeP-IR利用木糖,LcG-IR和EG-IR利用混合糖产乳酸效率较高。LbPl-IR在5种单糖中产酸效率均达80%以上。【结论】不同菌株对同一碳源的利用率、产酸量和产酸效率均不同;同一株菌株对不同碳源的利用率、产酸量和产酸效率也不相同。其中,蔗糖为大部分菌株的首选碳源,蔗糖和葡萄糖的利用率和产乳酸量较高,葡萄糖的产酸效率较高;青贮调制时,可针对饲草中分布乳酸菌种类选择最适碳源。

碳源及基因型对粳稻花药培养效果的影响

为了优化粳稻花药培养技术体系,提高粳稻杂交组合的花药培养效率,选用2种碳源麦芽糖、蔗糖设置不同处理的诱导培养基对10个粳稻F 4杂交组合进行花药培养。结果表明,粳稻花药培养过程中诱导培养基添加蔗糖花药培养效果要优于麦芽糖。然后用优化的诱导愈伤培养基对6个粳稻不同世代杂交组合进行花药培养,其中组合J118表现出较好的愈伤组织诱导率(9.90%)和绿苗分化率(14.48%),花药培养力最高(1.43%)。因此,J118是花药培养再生能力强的杂交组合,可作为单倍体育种、基因定位与克隆和遗传转化研究的基础材料,对提高花培育种效率和加速新品种育成具有重要意义。

延时厌氧调控DPAOs内碳源转化实现反硝化除磷

采用SBR反应器,以模拟市政污水为进水基质,在富集PAOs后采用厌氧/缺氧/好氧运行方式富集DPAOs,探讨延长厌氧时间过程中DPAOs内碳源利用、脱氮除磷效果及富集程度.结果表明:厌氧时间由50min延长至70和90min,DPAOs内碳源的储量及利用率增加,延时厌氧条件的改进使DPAOs富集程度增加.厌氧90min COD和TP的平均去除率分别为91.54%和94.6%,DPAOs/PAOs及DPAOs对内碳源贡献率达69.4%和60.1%,继续延长厌氧时间至110和130min后,DPAOs内碳源的储量降低系统除磷效率下降,厌氧130min TP平均去除率、DPAOs/PAOs及DPAOs对内碳源贡献率分别降至84.6%、50.2%和36.4%.延时厌氧运行过程中,LB-EPS含量变化较小,内碳源储量的改变对TB-EPS影响较大.微生物群落结构分析表明,系统内优势菌门为拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi).厌氧90min时以Dechloromonas、Candidatus_Accumulibacter为代表的DPAOs是系统内优势微生物(相对丰度由接种污泥1.44%、2.12%增至15.58%、5.86%);厌氧130min时DPAOs丰度减少,以Candidatus_Competibacter为代表的DGAOs明显增多(相对丰度由厌氧90min的3.29%增至16.16%),导致系统除磷性能下降.

玉米芯与秸秆作为缓释碳源的改性研究

目的 为解决低C/N污水中碳源不足的问题,探究以玉米芯与秸秆作为固体缓释碳源的可能性。方法 分别使用NaOH溶液、H2O2溶液及NaOH与H2O2的混合液对玉米芯与秸秆进行改性,通过静态试验测定改性后固体碳源的质量变化,分析改性后固体碳源的浸出液中COD、NH_(4)^(+)-N、TN、TP的释放规律,对改性后固体碳源的可生化性能进行研究。结果 经过预处理后的固体碳源释碳能力均有不同程度的提升,经过碱处理组的质量减少最为明显,经过碱处理后的玉米芯具有良好、持久的释碳能力,氮磷的释放量几乎可忽略不计,经过碱处理后的玉米芯和秸秆的可生化性均有所提高,玉米芯的可生化性能增强更明显,更适合微生物的生长繁殖。结论 经过碱性溶液处理后的玉米芯更适于作为固体缓释碳源应用于低C/N污水的脱氮除磷。

碳源种类对生物除磷颗粒污泥效能及微生物群落特征的影响

碳源种类对污水生物除磷过程发挥重要作用,然而碳源种类对生物除磷好氧颗粒污泥(AGS)的效能及微生物群落结构的影响至今不明确。因此,本工作在中温条件下探究了碳源种类(乙酸、丙酸及两者混合)对生物除磷AGS的影响。结果表明混合碳源利于AGS对污染物及营养盐的去除。混合碳源组别COD和磷酸盐去除效率分别高达95.9%~97.8%和96.8%~98.5%。混合碳源提高了AGS浓度,促进了胞外聚合物的分泌,并提高各层EPS含量。混合碳源降低了污泥体积指数,提高了污泥沉降性。胞内聚合物分析表明混合碳源提高了聚羟基脂肪酸酯(PHA)的含量但降低了糖原质含量。微生物群落分析表明混合碳源组别内微生物丰富度和多样性均高于单一碳源,且混合碳源组别内,属水平上Candidatus Accumulibacter、Acinetobacter的相对丰度高于其他组。研究结果为生物除磷AGS的高效处理混合碳源废水提供一定的数据支撑和理论依据。

改变碳输入对森林土壤微生物碳源代谢功能影响的研究进展

凋落物和根系向土壤的碳输入是森林生态系统营养物质循环的重要环节。全球气候变化和人类活动导致凋落物和根系向土壤碳输入的质和量发生变化,对土壤微生物碳源代谢产生的影响存在很大不确定性。本文综述了改变碳输入对森林土壤微生物碳源代谢功能的影响研究进展。主要结果如下:(1)凋落物添加对土壤微生物碳源代谢功能的影响还存在不一致的结果,随气候带和林型而变化。(2)大多研究表明去除凋落物降低了土壤微生物碳源代谢功能。(3)去除根对微生物碳代谢功能的影响还存在不确定性,随气候带和林型而变化。(4)同时去除凋落物和根系降低土壤微生物碳源代谢功能。(5)凋落物添加和去除对土壤微生物碳源代谢功能的影响主要是由土壤碳含量、养分可利用性等土壤理化性质和土壤微生物群落结构的变化而产生影响的。本综述可加深对凋落物和根系对土壤碳代谢过程和碳汇功能影响的认知,可为森林恢复提供理论依据。

缓释碳源应用于低碳氮比污水脱氮研究进展

处理低碳氮比(C/N)污水时,生物法脱氮反硝化进程中碳源不足易导致脱氮效率偏低,需通过额外投加碳源进行补偿。外加碳源在污水脱氮过程中应用广泛,其投加量不易控制的缺陷可以通过利用缓释技术进行弥补。归纳了碳源缓释的特点及其在低C/N污水处理中的应用现状,总结了固体缓释碳源的不同类型及其在生物反硝化脱氮中的强化效果,对比分析不同缓释碳源在脱氮方面的优缺点。提出了目前缓释碳源应用的局限性,并对缓释碳源在生物反硝化脱氮领域的发展方向进行了展望。

果皮混凝剂外加碳源对低碳源污水处理效果的影响研究

为了探究果皮混凝剂(HFP)外加碳源对低碳源污水处理效果的影响,采用序批式活性污泥法(SBR)进行试验,探究了HFP的投加量、HRT和进水pH值对模拟低碳源污水处理效果的影响。与乙酸钠对比,考察了HFP对于实际低碳源污水的处理效果。结果表明,对于模拟低碳源污水,在HRT为12 h,pH值为7,HFP投加量在40 mL/L时对NH4+-N和TN的去除率分别达到86%和73%;在其投加量为40 mL/L,pH值为7,HRT为16 h时处理效果最佳,COD和TN的去除率分别达到89%和78%。在HFP投加量为40 mL/L,HRT为12 h,pH值为7时,对于实际低碳源污水中COD、NH4+-N的去除率与投加乙酸钠接近,TN去除率比投加乙酸钠时低6.6%。HFP作为外加碳源,能有效提高低碳源污水COD与TN的去除率,具有推广应用的潜力。

城镇污水处理厂进水碳源利用潜力及分配策略探究

我国城镇污水处理厂存在总氮不稳定及总氮浓度超标等问题,而这些问题的出现主要是由于进水中有机碳源不足所导致的。由于传统污水处理厂在进行初沉池的设置时存在对非溶解性有机物拦截效果不佳的情况,所以会造成非溶解有机物质进入生物处理单元中,会直接增加二级生物处理单元负担,导致水厂运行成本过高,进而形成恶性循环。为解决这些问题,城镇污水处理厂开始加大对进水碳源利用潜力的研究力度,并对碳源分配方式方法展开了深度探讨。以某城镇污水处理厂为例,对城镇污水处理厂进水碳源利用潜力及分配策略展开全方位探讨,希望能够为我国城镇污水处理厂改进和发展提供一些参考。

单一碳源及复合碳源在生物反硝化中的脱氮效能研究

随着国家污水排放标准的提升,污水处理厂生化池需要投加碳源来提高总氮去除率,做好生物反硝化,实现出水达标排放。研究生化系统使用单一碳源或者复合碳源进行生物反硝化时总氮和硝态氮去除效率,可以为污水处理厂选择碳源提供参考,提高生化系统总氮去除率,降低污水处理厂运行成本。

不同碳源对E.adhaerens产维生素B_(12)发酵代谢动力学分析

考察了Ensifer adhaerens(E.adhaerens)在不同碳源(麦芽糖、蔗糖、葡萄糖和果糖)条件下的生理代谢特性,并利用Logistic和Luedeking-Piret模型分析了黏着剑菌发酵过程生长动力学及产物合成动力学特性变化。结果表明,蔗糖能够显著促进E.adhaerens的生长和合成代谢,补料批培养条件下发酵单位分别比葡萄糖、麦芽糖、果糖组高出53%、40%、103%;发酵代谢动力学分析表明,不同碳源条件下,E.adhaerens生产维生素B_(12)(VB_(12))呈现部分生长偶联型;蔗糖为最优碳源,最大比生长速率和最高发酵单位分别为0.054 h^(-1)和115 mg/L。E.adhaerens发酵过程中,蔗糖能够被逐渐分解为葡萄糖和果糖,维持合适的葡萄糖生成速率,用于提供足够的能量和前体用于菌体生长和VB_(12)合成,有效缓解了高质量浓度葡萄糖对菌体生长和产物合成的抑制。

不同养分添加对黄河源区退化高寒湿地土壤微生物碳源利用的影响

土壤微生物碳源利用能力是退化湿地修复过程中的重要评判指标,但在高寒退化湿地修复过程中,养分添加对土壤微生物碳源利用的影响仍不明确。为探究不同养分添加对黄河源区退化高寒湿地土壤微生物碳源利用能力的影响,本研究对黄河源区退化高寒湿地进行了氮、磷添加和有机掺混肥添加处理,采用常规实验室分析法和Biolog-Eco法,分析了不同养分添加处理对湿地不同退化阶段植被特征、土壤理化性质和土壤微生物碳源利用的影响。结果表明:氮添加可以显著提高中度退化阶段土壤微生物碳源利用能力,磷添加和有机掺混肥添加后退化湿地土壤微生物碳源利用能力没有显著提高。不同养分添加处理可以影响土壤微生物对不同种类碳源的利用能力,其中氮添加和有机掺混肥添加可以提高退化湿地土壤微生物脂类和醇类碳源的利用占比,降低酸类碳源的利用占比。不同养分添加下退化高寒湿地土壤微生物总体碳源利用能力主要取决于土壤微生物对酯类、醇类和胺类碳源的利用。结构方程模型分析显示,退化高寒湿地氮添加和有机掺混肥添加都可以通过提升植被地上生物量促进土壤微生物碳源利用,但有机掺混肥对土壤微生物碳源利用的提升作用受土壤水分含量降低的限制。该结果可为高寒退化湿地修复技术研发和退化高寒湿地修复效果评判提供科学依据。

冷轧酸洗高氮废水处理中碳源选择的工程应用研究

探讨冷轧酸洗高氮废水处理中碳源选择的工程应用,评估不同碳源的性能,确定最适合处理高氮废水的碳源,并比较其处理成本和安全性。研究采用复合碳源,由多种单一碳源组成。研究结果表明,复合碳源在处理高氮废水方面表现出色,相较于甲醇,其处理成本更低、安全性更高。在试用期间,工艺参数和水质指标均稳定达标,证明了应用复合碳源的可行性和有效性。

中国植被碳源/汇时空演变特征及其驱动因素

植被生态系统对植被碳汇至关重要,是实现中国“碳中和”目标的重要路径之一。选择1981-2019年全球逐日NEP模拟数据产品,对1981-2019年中国植被碳源/汇时空演变进行分析,确定气候变化和人类活动对植被碳源/汇的影响区域,并量化生态修复治理工程对植被碳汇的成效。(1)通过使用BFAST模型监测NEP年际突变范围,确定2001年为时间断点,对比分析1981-2001年与2001-2019年NEP时空变化特征及驱动因素。(2)1981-2001年段植被碳汇大范围呈现递减趋势。2001-2019年,中国整体植被碳汇增加,尤其是北部地区NEP增长趋势显著。(3)1981-2001年中国北部地区植被固碳能力下降,受降水、辐射影响为主。2001-2019年,大部分地区NEP变化与降水相关性显著。(4)1981-2001年人类活动导致植被碳源/汇变化占总面积的4%,主要分布于东北地区和西南地区。2001-2019年中国植被碳源/汇变化由人类活动影响占比提高至26.23%,其中植被固碳能力提升占比25.22%。气候变化负向影响植被固碳能力较于1981-2001年减少约30%。说明人类活动在一定程度减少气候变化对植被的负面影响。(5)2019年相较于2001年净碳储量价值明显增长,大多地区生态修复与治理投资经济效率呈正比。此外,中国北部地区植被碳汇得到有效改善。因此,为了应对气候变化和保护生态环境,积极推进生态修复和治理投资,以实现经济、社会和环境的可持续发展。

农田生态系统碳源/汇时空演变因素分析——以黑龙江省为例

文章基于黑龙江省农资投入、农作物播种面积等数据,采用LMDI分解模型,对2008—2021年该省农田生态系统碳源/汇量进行测算。结果表明:①黑龙江省农田生态系统碳排放量呈快速增长后缓慢下降的态势,其中稻田种植产生的CH4导致碳排放量占比最高,为59.66%;碳吸收量总体呈上升态势,年均增长率为3.85%,其中玉米和水稻增幅较大。②从空间变化来看,单位播种面积碳排放量呈中东部高于其他地区的分布格局,单位播种面积碳吸收量呈东部、南部、西部高于北部的分布格局。③对碳源/汇影响因素进行分析可知,提升农业生态效率、优化农业生产结构、控制劳动力规模可有效降低碳排放;碳汇系数、碳汇技术水平对碳吸收量有促进作用,未来可强化精准管理、提升智能化农业效率,增强碳汇能力。

碳源类型对好氧流化床生物膜反应器内污水脱氮机理的影响

探索乙酸钠、丙酸钠、葡萄糖和淀粉四种碳源条件下好氧流化床生物膜反应器(Aerobic fluidized bed biofilm reactor,AFBBR)内含氮污染物处理机制,并分析含氮污染物的时间沿程变化规律,揭示AFBBR系统内污水的脱氮机理。结果表明:丙酸钠碳源条件改善了AFBBR系统内污水处理效能,COD、NH_(4)^(+)-N、TN和TP的平均去除率分别可达93.1%、86.9%、81.3%和57.2%;以淀粉为碳源条件AFBBR系统的同步硝化反硝化(SND)明显高于其他条件,而乙酸钠和丙酸钠显著增加了AFBBR系统内硝化速率(NR)和反硝化速率(DNR);时间沿程NH_(4)^(+)-N和TN的降解速率从高到低依次为丙酸钠>淀粉>葡萄糖>乙酸钠,最大降解速率分别可达3.3 mg/(L·h)和3.0 mg/(L·h)。