异养-电极-生物膜联合反应器脱除地下水中硝酸盐的研究

提出了异养 电极 生物膜联合反应器脱除地下水中硝酸盐的工艺 ,该反应器以异养反硝化为主 ,通过电化学段脱除异养段后水中残留的甲醇或硝酸盐、亚硝酸盐氮 .进水中碳氮比 (质量比 )从 2 2— 2 9,都可保证出水中既无亚硝酸盐积累现象 ,也无残留的甲醇 ,但甲醇略为过量时可提高反应器的处理能力 .2 4℃时处理硝酸盐氮浓度 40mg L的进水 ,反应器最大脱硝负荷为 47g (m3 ·h) .

复三维电极-生物膜反应器脱除饮用水中的硝酸盐

研究了以无烟煤和以颗粒活性炭为介质的复三维电极电化学 -生物膜反应器脱除饮用水中硝酸盐的工艺 ,该工艺将复三维电化学产氢与以氢气为电子供体的自养反硝化工艺结合起来 .实验表明 ,两种介质的反应器在不加任何有机基质时都能有效地脱除水中的硝酸盐 ,并且两种反应器的最大电流效率分别达到 2 0 4%和 185 % .在水力停留时间不小于 2 .1— 2 .5h时 ,反应器的脱硝率接近 10 0 % .在 34℃、槽压 4.97V时处理 2 1.4mg(NO-3 N) /L的进水 ,无烟煤介质反应器的反硝化负荷为 0 .2 47mg(NO-3 N) /(cm2 ·d) ,活性炭介质反应器的反硝化负荷为 0 .2 13mg(NO-3 N) /(cm2 ·d)

介质粒径对复三维电极-生物膜脱硝反应器的影响

研究了无烟煤作填充介质时其粒径对复三维电极 生物膜反应器脱硝效果的影响 .选择了两种具有代表性的无烟煤粒径 :平均粒径D分别为 1 9mm和 4 0mm .研究了两种粒径介质的反应器出水中的NO-3 N、NO-2 N、pH变化 ,并对电流效率及处理负荷进行了对比 .结果表明在一定电流下 ,两反应器的NO-3 N去除率均能达到 98%;在同样操作条件下 ,D为 1 9mm反应器的脱硝能力优于D为 4 0mm反应器 ,前者比后者对水中NO-3 N的去除率高 10 %左右 .D为 1 9mm反应器的NO-3 N最高容积负荷、NO-3 N最高电极负荷、电流效率分别为 0 0 15kg (m3 ·h)、0 0 37mg (cm2 ·h)、36 0 %,均高于D为 4 0mm反应器约 10 %.以小粒径无烟煤为介质的反应器的生物量明显高于大粒径介质反应器 .

反硝化新工艺生物膜-电极反应器

介绍了新型反硝化工艺 -生物膜 电极反应器 (BER)的作用机理 ,综述了影响BER处理能力的因素 ,提出了需要研究的方向。

活性碳纤维电极-生物膜反应器对废水的强化脱氮性能

利用自制的活性碳纤维电极-生物膜反应器对低碳氮比(碳元素与氮元素的质量比)废水进行了脱氮实验。实验结果表明:当进水COD和碳氮比较低时,碳氮比和电流密度均对反应器的脱氮性能有很大影响;当碳氮比小于3.0时,出水的ρ(NO-3-N)随进水碳氮比的增大而减小;当进水COD为70 mg/L、ρ(NO-3-N)为35 mg/L、碳氮比为2.0、电流密度为0.025 mA/cm2、反应时间为8 h时,出水的ρ(NO-3-N)达到最低值11.2 mg/L,NO-3-N去除率为68.0%。在适宜的碳氮比条件下,电极-生物膜反应器具有显著的强化脱氮作用,其对NO-3-N的去除率与单纯生物膜反应器相比可提高6.0～15.0个百分点。保持碳氮比不变,提高进水COD会导致所需电流密度的提高和脱氮能力的下降。

有机负荷对膜-生物反应器硝化性能的影响

采用厌氧动态膜-生物反应器(AnDMBR)组合自养膜-生物反应器(MBR)工艺,研究冬季低温条件下系统的硝化效果以及TP的去除效果,并与单级MBR工艺进行对比。结果表明:(1)AnDMBR对COD的去除率基本保持在50%～60%,AnDMBR组合自养MBR工艺对COD的去除率为80%～85%;单级MBR工艺对COD的去除率为80%左右。(2)总体上,AnDMBR组合自养MBR工艺对NH4+-N的去除率大于95%;单级MBR对NH4+-N的去除效果比AnDMBR组合自养MBR工艺差。(3)AnDMBR组合自养MBR工艺中,出水NO2--N与NO3--N均有积累;单级MBR工艺中,出水NO2--N积累不明显。(4)相对于亚硝酸盐氧化菌(NOB),氨氧化菌(AOB)对有机负荷更敏感,当有机负荷高时,AOB更易受到异养菌活动的抑制;当有机负荷降低、异养菌活性减弱时,AOB活性明显增强,系统的硝化效果得到明显改善。(5)AnDMBR组合自养MBR工艺对TP的去除率高于80%,单级MBR工艺稳定后对TP的去除率仅为20%～30%。(6)从呼吸速率和硝化速率可知,自养MBR的硝化效果优于单级MBR。

生物膜层DO浓度对MABR中异养硝化-好氧反硝化的影响

高浓度氨氮(NH_(4)^(+)-N)废水的好氧生物处理是一个高氧需求过程.膜曝气生物膜反应器(membrane aerobic biofilm reactor,MABR)因其高氧利用率、低能耗优势在高氨氮废水处理中具有重要应用潜力.通过启动贯通式MABR接种异养硝化-好氧反硝化(heterotrophic nitrification and aerobic denitrification,HN-AD)脱氮混合菌液处理高氨氮模拟废水,调节进气量实现生物膜层不同溶解氧(DO)浓度,考察生物膜层DO浓度对MABR脱氮性能、HN-AD菌多样性及其脱氮功能基因的影响.结果表明:①MABR中仅生物膜内层DO浓度随进气量的增加而提升,生物膜外层DO浓度始终保持为0 mg/L;高DO浓度下反应器NH_(4)^(+)-N、总氮(TN)去除率相比低DO浓度分别增加了28.15%和24.18%,提高生物膜内层DO浓度强化MABR脱氮性能.②高通量测序分析表明,HN-AD菌是MABR中的脱氮功能微生物,研究获得假黄褐藻属(Pseudofulvimonas)、脱氮副球菌属(Paracoccus)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)和不动杆菌属(Acinetobacter)等共13种HN-AD菌属,其总相对丰度在低、中和高DO浓度下分别为12.97%、19.05%和22.01%,说明提高生物膜内层DO浓度促进了HN-AD菌属的富集.③PICRUSt1功能基因预测发现,MABR中HN-AD菌的好氧反硝化功能基因(napA、napB)总相对丰度在低、中和高DO浓度下分别为0.00013‰、0.019‰和0.060‰,说明提高MABR生物膜内层DO浓度加快了HN-AD菌的好氧反硝化进程,促进了MABR中HN-AD过程的实现.研究显示,通过调节进气量实现生物膜内层不同DO浓度,可以强化MABR脱氮性能,提高HN-AD菌属富集程度,促进MABR中HN-AD过程的实现.

PVDF-DCOIT复合中空纤维膜制备与抗污染性能研究

将有机杀菌剂4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(DCOIT)以适当浓度物理共混于聚偏氟乙烯(PVDF)中来制备一种新型的抗污染膜.实验表明,DCOIT含量为3%的PVDF-DCOIT复合中空纤维膜具有最佳性能.相比PVDF膜,PVDF-DCOIT复合中空纤维膜亲水性和纯水通量分别提升了22.9%和64.6%.SEM、EDS和AFM表征分析也反映出更好的表面形貌和更加光滑的膜表面,这些因素都有利于膜污染的缓解.在抗污染实验中,添加DCOIT后牛血清白蛋白、海藻酸钠和腐殖酸对膜表面的污染降低了26%、120%和74%;而在厌氧污泥中PVDF-DCOIT复合中空纤维膜的通量恢复效率也提高了39%.

复三维电极-生物膜反应器脱除饮用水中硝酸盐的试验研究

研究了连续流复三维电极-生物膜反应器在不同电流、温度和pH条件下的反硝化性能.结果表明,在电流从0mA增加至100mA的过程中,NO3--N去除率随电流增大而升高;电流为100mA时NO3--N去除率最高,达到了73.8%,出水NO3--N浓度为8.27mg.L-1;电流高于100mA时,NO3--N去除率略有下降.电流从0mA增加至150mA的过程中,NO2--N积累量先增加后减少;电流为60mA时NO2--N的积累最为严重.温度为31～35℃时,反硝化效果较好,出水NO3--N浓度低于10mg.L-1;温度为35℃时,NO3--N去除率最高,达到了85.5%.pH值为7.2～8.2时,反硝化效果较为理想,出水NO3--N浓度在10mg.L-1以下,NO2--N浓度低于1mg.L-1.该反应器具有较好的pH缓冲性能,进水pH从5.5上升至9.0的过程中,其出水pH可维持在7.6～8.2,NO3--N去除率在59.6%～80.2%.此外,电流、温度和进水pH还对氨氮的生成量和总磷的去除产生明显影响.通过复三维电极-生物膜反应器与纯电化学反应器的对比试验,对氨氮产生和总磷去除的可能原因进行了分析和探讨.

异养硝化-好氧反硝化菌Burkholderia sp.YX02强化连续流反应器中微生物群落结构解析

为揭示生物脱氮反应器中微生物群落结构随时间变化的动态演替过程,以投加包埋固定化异养硝化-好氧反硝化菌Burkholderia sp.YX02建立的连续流反应器为研究对象,利用PCR-DGGE技术获得了不同阶段下微生物群落结构的DNA特征图谱并对图谱进行了多元统计分析,同时考察了微生物群落结构的变化与反应器中p H、NH+4-N、NO-2-N、NO-3-N及COD等环境因子的相关性.结果表明,反应器在18 d的运行期间微生物群落较为丰富,各阶段群落结构的相似性并不随着反应器的运行而有序递减,相邻阶段群落结构的相似性先下降后上升,反应器内的菌群经演替最终形成了稳定的菌群结构.Shannon-Wiener多样性指数变化与反应器的运行显著关联,不同阶段多样性指数差异明显,整体上呈先下降后上升的趋势,运行后期出现了新的菌群.UPGMA聚类分析大致将反应器的运行过程划分为3个时期,且不同时期存在一定的演变关系.对DGGE图谱进行主成分分析(principal component analysis,PCA)表明,随着反应器的运行,劣势菌被大量淘汰、优势菌株常驻,运行后期形成以包埋菌Burkholderia sp.YX02为代表的新的菌群结构.对微生物的群落结构与环境因子的相关性进行典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)表明,NO-2-N对微生物群落结构的影响最大,其次为NO-3-N、NH+4-N和COD,p H影响最小.

XH02菌强化反应器脱氮过程中菌群结构的高通量分析

为了强化生物反应器脱氮以及揭示微生物菌群结构随时间的动态变化,以Ochrobactrum anthropi XH02和SBR反应器为研究对象,利用16Sr DNA高通量测序技术,对不同时期反应器中微生物的菌群结构和多样性进行了动态分析.研究结果表明,XH02菌的加入使得反应器中TN和COD的去除率分别提升了15%和10%以上;反应器中微生物菌群在属水平上的相对丰度和多样性呈先下降后上升的趋势;XH02的加入对菌群结构产生了较大影响.Acinetobacter、Blvii28和Aquabactenium菌的相对丰度显著下降,而Fontibacter和Treponema菌的相对丰度则在强化过程中显著升高;XH02的相对丰度随着反应器的运行逐渐增加,最后形成了较为稳定的菌群;主成分分析和UPGMA聚类分析大致把反应器运行过程分成4个阶段.

基于黄铁矿与PHBV协同自养-异养反硝化试验研究

针对污水处理厂深度脱氮需求,选用黄铁矿(FeS_(2))和聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)两种材料,构建应用于污水处理厂二级出水深度脱氮的反硝化生物填充床,通过进出水水质监测、材料结构表征(扫描电镜)、高通量测序等技术手段,探究了FeS_(2)-PHBV协同自养-异养反硝化体系的工艺运行效果及机理.结果表明,FeS_(2)-PHBV协同反硝化体系脱氮速率优于单独FeS_(2)自养体系,当水力停留时间为2h时,脱氮效率为90%以上,且产生更少的硫酸盐副产物.相比于单独PHBV异养体系,协同体系在达到相同总氮去除效果的同时释放更低的DOC(23.62mg/L).FeS_(2)-PHBV协同体系中两种材料表面结构均较利用前发生了显著变化,这是由于材料表面生物膜的富集和利用.共混反应器内优势菌群为厌氧发酵菌属(Sporomusaceae)和梭菌属(Clostridium sensu stricto 7),两者实现了共混体系异养-自养的协同反硝化效果,其中Fe代谢相关梭菌属(Clostridium)主导的自养反硝化在共混系统脱氮过程中可能发挥着重要作用.

地下水中硝酸盐去除的新工艺

地下水的硝酸盐污染已引起人们的关注。生物脱氮是硝酸盐治理的主要方法 ,本文综述了硝酸盐治理的一些新工艺。

3DBER系统功能强化与协同作用机制研究

针对污水厂二级生物处理出水C/N低且可生化性差、深度脱氮需外加碳源等问题,结合污水资源化对二级处理出水深度去除TN、TP和微污染物的技术需求,通过改变传统三维电极生物膜工艺(3DBER)的填料组成,构建了强化反硝化脱氮、并具备同步除磷、除微污染物(以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸(2-乙基已基)酯(DEHP)为例,用PAEs表示)功能的3DBER多功能复合反硝化系统,探讨了3DBER工艺强化脱氮同步实现除磷、除微污染物复合功能的技术途径,并从工艺性能、微生物种群分布等角度,深入解析了实现复合功能的技术方法与微观作用机制.结果表明,硫/铁复合功能填料是实现低C/N二级生物处理出水深度脱氮、除磷､除微污染物的关键因素,多功能复合反硝化系统脱氮效率比传统3DBER工艺平均提高20%左右,TP去除率可达80%,PAEs去除率在90%以上.化学计量学和分子生物学技术的分析表明,复合系统脱氮､除磷过程中在微生物生态、电子供体补偿和酸碱度平衡等方面存在协同促进作用.其中,脱氮功能来自异养与多种自养反硝化共同作用,除磷的关键是海绵铁的持续腐蚀,PAEs的去除过程则是吸附、电化学氧化与生物降解协同作用的结果.