生物炭土地渗滤系统对吡虫啉废水处理的研究

以吡虫啉废水为研究对象,通过对COD、氨氮、TP以及吡虫啉去除效率的分析,并结合XPS及宏基因组测序结果,探究了玉米秸秆生物炭土地渗滤系统对吡虫啉废水的处理效能及微生态。结果表明,在该土地渗滤系统运行前期(1~14 d),COD去除率在55%~80%间波动;经过适应期后,氨氮去除率由1~11 d时的19.14%提升为31~39 d的26.39%;TP的平均去除率由55.40%提升到72.03%;且在进水吡虫啉浓度为10 mg/L的情况下,该系统对吡虫啉的平均去除率为96.71%。Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes为该系统中门水平下的优势菌群,属水平下Enterobacter占比最大(55.6%)。在糖酵解过程中甘油醛-3-磷酸脱氢酶(gap2)含量为0,推测吡虫啉会使gap2对溶解氧较为敏感;氨氧化过程的关键酶氨单加氧化酶(AMO)和羟胺脱氢酶(Hao)的功能基因并未检测出,说明该系统中氨氧化微生物的活性受到抑制;整个戊糖磷酸循环中的每一步均检测出相应作用酶的功能基因,说明吡虫啉的添加不会对该系统中微生物的戊糖磷酸循环产生不利影响。

案例教学法在“环境修复技术”课程教学中的应用

环境修复技术是环境工程专业的一门重要的专业课程,主要介绍污染环境的物理修复、化学修复、生物修复的原理和方法,并针对土壤环境、水环境、大气环境及固体废弃物污染的特性介绍了相应修复方法和技术手段。该课程对培养学生具备环境工程专业知识和技能,提高学生分析问题、解决实际环境问题的能力具有重要作用。案例教学法有利于增强该课程的吸引力,有助于学生更好地理解和融会贯通理论知识。随着社会经济的发展,土壤、水和大气污染问题日趋严重,给人们带来了严重的健康风险,迫切需要修复治理,文章针对“环境修复技术”的教学特点和存在的问题,结合案例教学法,探讨案例教学在课程中的作用和实施方案。

改进型人工快渗除磷效果及途径研究

针对人工快渗对磷去除效率低的问题,将碳酸钙作为改良剂用于构建人工快渗系统,以研究不同水力负荷下磷的去除效果及除磷途径和机理。结果显示:水力负荷在0.1 m^(3)/(m^(2)·d)和0.2 m^(3)/(m^(2)·d)时,人工快渗出水溶解氧质量浓度均高于2 mg/L,总磷去除率均达到99%以上。当废水经过系统上层时,磷主要以固化的形式去除,占总去除量的95.78%;在落干期,磷去除过程仍持续进行,以PH_(3)形式去除,磷转化为PH_(3)的过程可持续14 h,PH_(3)瞬时质量浓度最大为1.67 mg/m^(3)。填料中的脱氢酶、碱性磷酸酶活性均明显提高。高通量测序分析表明,系统中聚磷菌(Phosphate Accumulating Organisms,PAOs)较多,各菌属自上而下相对丰度分别为:陶厄氏菌属Thauera上层7.36%、中层0.24%、下层2.67%,不动杆菌属Acinetobacter上层0.35%、中层6.27%、下层0.93%,假单胞菌属Pseudomonas上层0.19%、中层0.38%、下层1.25%,节杆菌属Arthrobacter上层0.21%、中层0.09%、下层0.34%。尽管出水溶解氧质量浓度高于2 mg/L,但系统中厌氧菌、兼氧菌含量较高。与磷转化有关的菌群自上而下相对丰度分别为:变形菌门Proteobacteria上层57.05%、中层50.15%、下层46.79%,厚壁菌门Firmicutes上层1.14%、中层1.82%、下层6.74%,Clostridium_sensu_stricto上层0.06%、中层0.21%、下层1.09%。在快渗系统微生态中,同时具备好氧和厌氧菌群是磷转化为PH_(3)的重要原因。

高温氧气流改性海泡石处理印染废水性能及再生研究

本文采用高温氧气流改性和再生天然海泡石,研究了改性海泡石(H/海泡石)吸附去除模拟印染废水中碱性嫩黄O染料及其再生的性能,以及H/海泡石静态吸附碱性嫩黄O的特点,采用相关模型拟合,考察了高径比(填料高度与吸附柱内径的比值)、染料溶液流速和浓度对H/海泡石动态吸附的影响。结果表明,改性温度和时间分别为550℃和1 h,氧气流速为6 L/min得到的改性海泡石的单位吸附量超过200 mg/g;Langmuir等温吸附方程、准一级动力学方程分别符合H/海泡石的吸附行为、吸附动力学;高径比为2.5,染料流速为每小时6倍床体积,染料初始浓度为200 mg/L时,H/海泡石分别能处理的废水量约为55、42和45倍床体积;采用高温氧气流对吸附饱和的H/海泡石进行再生,再生温度和时间分别为550℃和20 min,再生氧气流速为6 L/min时,再生率接近100%。

低温下复合菌剂对餐厨垃圾厌氧消化的影响

为提高低温环境下厌氧反应器处理餐厨垃圾的效能,分别向升流式厌氧污泥床(UASB)反应器中加入不同体积的复合菌剂(0,1,2,5mL),对厌氧消化过程中COD与NH_(3)-N去除率、关键酶活性、微生物群落结构及功能等进行分析.结果表明,加入2mL复合菌剂的UASB反应器可获得最佳的COD(42.47%)及NH_(3)-N(63.93%)去除率;同时厌氧污泥乙酸激酶(AK)和辅酶F_(420)的相对活性与空白对照组相比分别升高了(120.39±4.14)%和(148.63±4.32)%.且加入2mL复合菌剂的UASB反应器中微生物丰度和多样性达到最高;Proteobacteria(15.30%)与Thermotogae(1.13%)的相对丰度最高,这对有机酸生产以及维持厌氧消化过程的稳定起到重要作用;此外,相比于对照组中的优势古菌Methanobacterium(30.51%)和Methanothrix(32.80%),加入2mL复合菌剂降低了Methanobacterium(18.93%)的相对丰度,提高了Methanothrix(34.32%)的相对丰度,这有利于乙酸型产甲烷过程的进行.

不同碳源对ABR处理效能与污泥特性的影响

以葡萄糖和谷氨酸为碳源,研究了不同碳源对厌氧折流板反应器(ABR)处理污水效能与污泥特性的影响。结果表明,分别以葡萄糖、谷氨酸为碳源时,ABR对COD的平均去除率分别为99.55%和93.85%,以葡萄糖为碳源的ABR对有机物去除效果更佳。在ABR运行的21~30 d,反应器A(葡萄糖为碳源)和反应器B(谷氨酸为碳源)对TP平均去除率分别为-5.83%和-2.57%,葡萄糖为碳源时更有利于微生物对污泥中有效磷的利用,促进水中磷的释放。随着反应器的运行,以葡萄糖为碳源的ABR中污泥辅酶F420活性得以提高,4个格室中辅酶F420活性分别比谷氨酸为碳源的高出0.06、0.02、0.06、0.11 mmol/g;但两个反应器中污泥脱氢酶活性均表现为增强,尤其是以葡萄糖为碳源的ABR中,4个格室的脱氢酶活性分别为88.87、175.54、167.59、241.18 mgTF/(L·h)。由三维荧光(EEM)光谱分析两个反应器中污泥的胞外聚合物(EPS)可知,反应器A中的蛋白类物质荧光峰值均较强,辅酶F420的荧光峰值从第1格室开始依次增强;但反应器B的4个格室中均出现了腐殖酸类物质,且第1和第3格室未出现辅酶F420的荧光峰。

环丙沙星对厌氧反应器处理含磷废水效能及微生物群落响应的影响

污水处理中抗生素类污染物的存在可能会对系统中微生物活性产生影响,而微生物活性直接影响系统除COD和除磷的效果。本文研究环丙沙星(CIP)对升流式厌氧污泥床(UASB)处理含磷废水的运行效能及其微生物群落响应的影响,对COD、总磷和磷酸盐去除率、相关酶活性以及微生物群落结构等进行了探讨。结果表明:未投加CIP时,UASB反应器对含磷废水COD去除率稳定在98%左右,当CIP增大到10 mg/L时,COD平均去除率下降到63.1%,总磷去除率呈现下降趋势,对磷化氢的浓度影响较大;LB-EPS三维荧光图谱中出现了色氨酸蛋白及辅酶F _(420)有关的特征峰,TB-EPS出现了类腐殖酸的特征峰。在CIP胁迫下,Chloroflexi是细菌中主要的优势菌门,进水CIP浓度为3、5和10 mg/L时,其相对丰度分别为43.13%、44.48%、39.96%;甲烷杆菌属Methanobacterium和甲烷丝菌属Methanothrix是古菌的优势菌属,从而保证了UASB反应器的有效运行。KEGG功能分析表明,古菌与细菌主要以碳水化合物代谢和能量代谢为主,提高进水CIP浓度后,膜运输的丰度降低较大,由10.15%下降到9.31%,且增加CIP浓度对古菌的影响明显。

Cr(Ⅵ)浓度对MFC-颗粒污泥耦合体系运行效能及微生态的影响

Cr(Ⅵ)在水体环境中的污染不容忽视,探讨高效处理含Cr(Ⅵ)废水具有重要意义。本文建立了微生物燃料电池(MFC)-颗粒污泥耦合处理含Cr(Ⅵ)废水体系,考察了Cr(Ⅵ)浓度变化对该体系运行效能及微生态的影响。实验结果表明:当进水Cr(Ⅵ)浓度达到80 mg/L时,该体系对COD的去除率与Cr(Ⅵ)生物还原率分别达到92.71%和99.70%;循环伏安法(CV)显示其具有明显的还原峰,电化学阻抗谱(EIS)表明随着进水Cr(Ⅵ)浓度的增加,电荷转移内阻逐渐减小;进水Cr(Ⅵ)浓度增大到100 mg/L时,辅酶F420活性最低为0.026 2±0.000 2 mmol/g, INT-ETS活性明显下降,仅为5.20±0.23μg/(mg·h);X射线光电子能谱特征峰结合能表明其主要由Cr2O3和Cr(OH)3组成;高通量测序分析表明,该体系中的优势菌群为Chloroflexi和Proteobacteria,进水Cr(Ⅵ)浓度增大至100 mg/L,属水平的优势菌群由以Methanothrix、Methanobacterium等产甲烷菌为主转变为以电活性细菌Geobacter和共养菌属Syntrophobacter为主,其最大相对丰度分别为21.24%、4.28%、5.60%和6.22%,表明增大Cr(Ⅵ)浓度会改变MFC-颗粒污泥耦合体系中的微生物群落结构,Cr(Ⅵ)可通过微生物菌群之间的联营机制进行还原。

蒽醌类物质经多相类芬顿预处理前后对活性污泥特性的影响

以活性艳蓝与大黄酸为蒽醌类目标污染物,分析了其经多相类芬顿预处理前后的可生化性及对活性污泥胞外聚合物、胞内物质、脱氢酶活性、脲酶活性、微生物群落的影响.Zahn-Wellens试验表明,活性艳蓝与大黄酸不能被活性污泥有效降解,而经过多相类芬顿预处理后,其呼吸曲线均在内源呼吸线以上,去除率分别达到了84.44%和86.72%.加入蒽醌类污染物后,活性污泥胞外聚合物的三维荧光光谱中,酪氨酸蛋白的吸收峰强度降低,胞内物质的红外光谱中氨基峰变宽;而经多相类芬顿预处理后,对活性污泥特性的影响不明显.加入活性艳蓝与大黄酸后,活性污泥脲酶相对活性仍保持在80%以上,但脱氢酶活性出现了降低,特别是加入大黄酸后,相对活性仅为67.5%左右.同时活性污泥的微生物群落发生了变化,Gram Positive分别由原来的40.15%增大到了47.72%和45.78%,而Gram Negative分别由原来的39.57%减少到37%和37.15%.但加入预处理后的蒽醌类污染物,未对活性污泥的微生物群落造成明显影响.

EGSB处理中药废水过程中厌氧颗粒污泥特性变化

通过分析厌氧颗粒污泥粒径分布、机械强度、二价金属含量、胞外聚合物含量等，探讨了EGSB反应器处理中药废水过程中颗粒污泥特性变化。结果表明，在中药废水COD浓度为2000～5000mg·L-1.HRT为12h、T为30℃的条件下，颗粒污泥粒径分布在500～1000um之间，完整系数（integritycoefficient，IC）小于20，颗粒污泥EPS总量、蛋白含量、多糖含量分别为85．59、63．67和21．92mg·（gvss）-1，此时颗粒污泥絮凝性良好，机械强度高。当HRT减少为6h时，IC为30．03，蛋白与多糖的比值增大到6．86，但多糖含量仅为18．11mg.（vss）-1；而当丁降低为20~C时，颗粒污泥粒径分布在250～750um之间，IC增大到32．11，Ca2＋、Mg2＋、Mn2＋含量减少为20．78、4．79和0．94mg·L-1，颗粒污泥EPS显著降低，其总量、蛋白含量、多糖含量仅为69．04、58．87和10．17mg·（gVSS）-1，在此运行条件下，出现了颗粒污泥的解体、流失，同时出水水质变差。

增强型内电解-H_2O_2催化氧化处理染料废水研究

以活性艳红X-3B模拟染料废水为处理对象,研究了处理时间、pH、液固比等因素对镀铜铁屑增强型内电解和增强型内电解-H2O2催化氧化组合工艺处理效果的影响。结果表明,适宜工艺条件为:铁屑镀铜,硫酸铜的质量分数1%、镀铜时间2.5 min;增强型内电解,pH为5～6、废水体积与镀铜铁屑质量比2 mL.g-1、处理时间25 min,在此条件下,COD去除率和脱色率分别达到83%和97%;增强型内电解-H2O2催化氧化组合,废水体积与镀铜铁屑质量比2 mL.g-1、内电解处理时间为25 min、pH为4～6、H2O2加入量4 mL.L-1、氧化时间20 min,在此条件下,对活性艳红X-3B模拟染料废水脱色率和COD去除率分别达99%和90%。

混凝法处理锰矿选矿废水的试验研究

选取聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)和六水合氯化铁(FC)4种常用混凝剂,采用正交试验,以去浊率与去锰率作为综合评价指标,探讨了不同混凝剂处理锰矿选矿废水的效果及最佳混凝条件。结果表明:在以上混凝剂中,FC的混凝效果较差;PAM对锰矿选矿废水的处理效果最优,最佳的混凝条件为:处理500 ml的废水,投加1.5 ml的PAM,pH为7.0,搅拌后沉降20 min,废水经处理后去浊率与去锰率分别为96%、92%,其中废水的pH及投药量对混凝效果的影响较大。

生物砂滤去除微污染水源水浊度特性与机理研究

研究了生物砂滤柱对微污染水源水浊度的去除效果,分析了水温、进水浊度和有机物指标等对出水浊度的影响。结果表明,自然挂膜滤柱较接种挂膜滤柱对浊度的去除效果更佳;在常温(22～26℃)和低温(15℃以下)条件下,生物砂滤柱对浊度的去除率分别为76%～84%和58%～79%。相同温度条件下,进水浊度与出水浊度存在一定的相关性,相关系数R2为0.548 7;通过对进水CODMn、UV254与出水浊度的研究表明,有机物指标越高,则出水浊度越高。生物砂滤柱对浊度的去除可以总结为机械沉淀、生物絮凝、生物氧化作用等几个方面。采用生物砂滤柱处理微污染水源水,能够有效去除水中的浊度。

Fe_3O_4 NPs类芬顿预处理对活性污泥法处理阿莫西林废水的影响

以阿莫西林为研究对象,探讨了其经不同程度磁性纳米铁(Fe_3O_4 NPs)多相类芬顿预处理后对活性污泥理化特性及其微生物群落结构的影响。结果表明,随着预处理程度(未经预处理、经40%H_2O_2预处理和经60%H_2O_2预处理)的升高,活性污泥对废水COD平均去除率由81.5%升高到89.1%,氨氮平均去除率由86.2%升高到95.6%,同时活性污泥中蛋白酶的含量由0.13 mg·g-1升高到0.19 mg·g-1。且随着阿莫西林预处理程度的升高,活性污泥溶性微生物产物(SMP)的三维荧光光谱(EEM)中可见光区类腐殖酸与类富里酸的吸收峰强度逐渐减小,表明活性污泥活性良好。对于微生物群落分布而言,在未经预处理、经40%H_2O_2、经60%H_2O_2预处理的条件下,变形菌门所占比例分别为73..81%、84.08%和77.08%,同时厚壁菌门所占比例为0.6%、0.82%与0.78%。变形菌门为优势菌种,诸多固氮细菌与聚磷菌属于变形菌门;而厚壁菌门可利用水解酶来分解蛋白质与糖类,两者所占比例的升高,为废水中污染物的高效去除提供了保障。

水力停留时间对双循环厌氧反应器处理中药废水污泥特性的影响

研究了不同水力停留时间(HRT,24 h、18 h、15 h、12 h)对双循环(DC)厌氧反应器处理中药废水效能的影响,并对颗粒污泥的粒径分布(PSD)、胞外聚合物(EPS)、微生物群落等变化情况进行了分析。结果表明,HRT由24 h缩短为12 h后,DC厌氧反应器对COD的去除率仍在90%以上。虽然出水中乙酸含量升高到339.69mg·L-1,但未造成VFA的过度累积;出水中辅酶的荧光吸收峰有所降低,而类腐殖酸与类富里酸的吸收峰增强,不适宜再继续降低HRT。随着HRT的缩短,颗粒污泥的EPS总量、蛋白含量、多糖含量均降低,其中酪氨酸对于保持污泥的稳定性发挥着重要作用。而磷脂脂肪酸分析(PLFA)表明,HRT缩短对于DC厌氧反应器第2反应区内微生物群落分布影响显著,革兰阳性菌由原来占总脂肪酸生物量的44.24%下降到32.69%,而革兰阴性菌由32.69%增大到38.66%。

酸-高温改性海泡石对单宁酸的吸附性能及其表面化学特性研究

以单宁酸为目标污染物,分析了溶液初始pH、吸附时间以及吸附剂投加量等因素对酸-高温改性海泡石吸附单宁酸的影响,并通过表面电荷、X射线衍射与红外光谱的测定分析,探讨了天然海泡石、酸-高温改性海泡石以及改性海泡石吸附单宁酸后的表面化学特性.结果表明,溶液初始pH=2增加到pH=10时,酸-高温改性海泡石对单宁酸的去除率由35.0%上升到74.8%,吸附量由7.0mg/g上升到15.0mg/g.随着吸附剂投加量的增加,单宁酸的去除率呈上升趋势.当吸附时间为6h时,去除率可达71.0%,吸附量为14.2mg/g,而后去除率与吸附量基本保持不变.海泡石与酸-高温改性海泡石电荷零点所对应的pHZPC分别为7.32±0.1和6.44±0.1,表明酸-高温改性增加了海泡石表面的酸度,形成了更多的表面吸附位;同时酸-高温改性提高了海泡石的纯度和吸附性能,改性海泡石吸附单宁酸后,其红外图谱显示在2 975、2 919和1 629cm-1处出现了吸收峰,表明改性海泡石对单宁酸有较好的吸附作用.

EGSB处理中药废水的启动过程及其厌氧颗粒污泥特性

对EGSB处理中药废水的启动过程进行研究,并从颗粒污泥的粒径分布、完整系数、二价金属含量及溶解性微生物产物等角度分析启动过程中颗粒污泥的特性变化。研究结果表明：在进水中药废水体积比增加到100%的初期,COD去除率（质量分数）下降到86%,同时VFA浓度升高到4.20 mmol/L;启动完成后,COD去除率达到95%左右,VFA浓度下降到1.50 mmol/L左右;同时红外光谱分析表明中药废水中的氨基酸与苯系物等有机物可被EGSB有效地去除。在启动初期,颗粒污泥的粒径分布由0.5~1.0 mm减少到0~0.5 mm;完整性系数由17.3上升到40.9;钙、镁离子质量浓度分别由40.23和23.97 mg/L降低到19.45和10.19 mg/L;三维荧光光谱则表明在颗粒污泥的溶解性微生物产物中出现了辅酶F420的吸收峰。启动完成后,颗粒污泥的完整性系数降低到29.9,钙和镁离子质量浓度增加到43.98 mg/L和16.26 mg/L,溶解性微生物产物中的蛋白吸收峰强度显著降低,此时EGSB运行稳定,颗粒污泥性能良好。

不同氨氮含量对厌氧颗粒污泥理化特性的影响

通过序批式试验,研究了氨氮含量变化对厌氧颗粒污泥去除有机物及氨氮效能的影响,并通过紫外可见光谱(UV-Vis)、三维荧光光谱(EEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)对厌氧颗粒污泥的溶解性微生物产物(SMP)、疏松胞外聚合物(LB-EPS)及紧密胞外聚合物(TB-EPS)进行了分析。结果表明,当进水氨氮浓度增加到1000 mg·L-1时,厌氧颗粒污泥对COD去除率由对照组的94.19%下降至93.33%,其对COD去除影响不明显;但NH+4-N去除率由40.6%降至7.9%,去除效率明显降低。UV-Vis谱图分析表明,LB-EPS与TB-EPS在205~210 nm处出现了吸收峰,表明其中均含有苯环与双键结构,且随着氨氮浓度的增大,吸收带出现了红移。EEM谱图分析表明,随着氨氮浓度的增大,SMP中芳香蛋白吸收峰强度降低,而在EX/EM为370~390/420~450 nm处的类胡敏酸吸附峰增强;对于LB-EPS而言,辅酶F420吸收峰消失,表明高氨氮浓度对产甲烷菌的活性产生了抑制作用;同时TB-EPS类蛋白荧光峰发生了红移。而由LB-EPS的FTIR谱图可知,氨氮浓度为1000 mg·L-1时,LB-EPS中存在较多的羧酸。通过利用UV-Vis、FTIR、EEM谱图可对厌氧颗粒污泥的SMP、LB-EPS、TB-EPS进行较为全面的分析,从而为指导厌氧反应器的运行提供科学借鉴。

新型双循环厌氧反应器的设计与水力特性研究

结合IC与EGSB的特点,同时根据厌氧处理理论,设计了新型双循环厌氧反应器,用于处理高浓度含有毒物质工业废水,并以Li Cl作为示踪剂,对该反应器不同水力停留时间(HRT)下的水力特性进行了研究。结果表明,在无循环时,各HRT下双循环厌氧反应器的C-θ曲线为不对称的单峰曲线。HRT为6,9,12 h时,反应器的死区比例分别为0.165,0.155,0.146。反应器呈推流流态,且随着HRT的增加,推流作用逐渐加强而完全混合作用逐渐减弱。当存在双循环时,在HRT为6,9,12 h的条件下,反应器第一反应区的σ2分别为0.249,0.179,0.113,第二反应区的σ2分别为0.135,0.112,0.106。双循环增大了反应器的返混程度,且与第一反应区相比,第二反应区更趋于推流式。

SRIS对垃圾渗滤液中氨氮去除效能及微生态分析

针对垃圾渗滤液中ρ(NH 3-N)较高、可生化性较差、处理困难的问题,以老龄垃圾渗滤液为研究对象,探讨了改良SRIS(土地快速渗滤系统)对NH 3-N的处理效果与最高处理负荷量,同时分析了系统不同深度的ρ(NH 3-N)的变化,并利用高通量测序技术分析了进水前、后系统中的微生物群落演替情况.结果表明:①在进水ρ(NH 3-N)为125 mg L左右、水力负荷为0.11 m^3(m^2·d)、进水频率为1次d下,垃圾渗滤液经改良SRIS的一级、二级渗滤柱处理后出水ρ(NH 3-N)平均值为3 mg L,NH 3-N去除率在97.5%以上;提高水力负荷为0.22 m^3(m^2·d)后,NH 3-N去除率为87.27%;进水频率改为2次d,NH 3-N去除率达到96.17%.②改良SRIS的一级、二级渗滤柱所能处理的最高NH 3-N去除量分别为200和110 mg L,并且主要在下层和底层部分发生去除.③改良SRIS中下层微生物群落多样性最为丰富,微生物群落以变形菌门(Proteobacteria)为主,在属水平下微小杆菌属(Exiguobacterium)相对丰度最高,同时还存在多种有利于NH 3-N去除的硝化、反硝化细菌以及浮霉菌,为NH 3-N的去除提供了保障.研究显示,改良SRIS对垃圾渗滤液中NH 3-N具有良好的去除效果,可为老龄垃圾渗滤液的有效处理提供借鉴.