运行模式对聚磷生物膜同步去除和富集磷酸盐效果的影响机制

为了探究运行模式(即厌氧、好氧顺序不同)对聚磷生物膜磷去除与回收效果的影响,采用相同的聚磷生物膜对模拟城市污水进行磷回收。经过连续运行生物膜反应器,发现在不同运行模式下,聚磷生物膜的吸磷和释磷环境(水体中磷浓度)有显著差异。在“厌氧–好氧交替”模式下,好氧阶段的高磷负荷会强化生物膜的吸磷能力,此时磷回收的效果取决于吸磷的限值;而“好氧–厌氧交替”模式下,厌氧阶段的高浓度磷会抑制生物膜释磷能力,成为限制磷回收效果的主要原因。这种由运行模式带来的吸磷和释磷环境差异导致生物膜的好氧吸磷量、厌氧释磷量以及释磷时的碳源利用率不同,“厌氧–好氧交替”模式下生物膜的碳源利用效率为0.213 mmol P/mmol C,远高于“好氧–厌氧交替”模式下的0.046 mmol P/mmol C。综合来看,“厌氧–好氧交替”模式下的聚磷生物膜磷在磷去除率和碳源利用率方面更具优势,而“好氧–厌氧交替”模式下的磷回收效果更佳,磷回收液浓度达到99.90 mg/L。

氨氮浓度对生物膜磷富集效果的影响

在厌氧/好氧运行的聚磷生物膜反应器中,考察模拟污水中氨氮浓度对生物膜磷富集效果以及吸、释磷速率的影响.结果表明:当模拟污水中的氨氮浓度由15mg-N/L提高至30mg-N/L,生物膜中聚磷菌(PAOs)的吸磷速率略微下降,但由于反硝化聚磷菌(DPAOs)的吸磷速率加快,生物膜系统整体的吸、释磷速率有所提高,分别达到11.25和12.02mg-P/(L·h);富集液浓度达到52mg-P/L;继续提高氨氮浓度为40mg-N/L时PAOs的磷代谢活性几乎被完全抑制,此时生物膜内的吸、释磷速率主要依靠DPAOs,生物膜系统的吸、释磷速率有所下降,分别为8.65和8.81mg-P/(L·h),富集液浓度仅为40mg-P/L.化学计量学分析显示:当氨氮浓度由15mg-N/L升高至40mg-N/L时,生物膜系统P_(rel)/HAc_(upt)(吸收单位量的碳源所释放的磷)呈现先升后降的变化规律,平均值分别为0.06,0.11和0.07P-mmol/C-mmol,这表明聚磷生物膜释磷过程对碳源的利用效率也受到氨氮浓度变化的影响.通过降低厌氧阶段进入反应器的模拟污水与富集液体积比(由3:1~1.5:1),可以有效改善高浓度氨氮(40mg-N/L)对生物膜的不利影响,生物膜系统的吸、释磷速率分别提升至16.25和15.60mg-P/(L·h),富集液浓度稳定在70mg-P/L,同时P_(rel)/HAc_(upt)提高至0.29P-mmol/C-mmol,磷富集效果得到显著强化.本研究的结果表明,采用生物膜法对模拟城市污水中的磷进行富集,其富集效果不会受污水中氨氮(浓度通常不超过40mg/L)的影响,且系统总氮去除率可达到95%,该技术具有实现同步富集磷与去除氮的潜力.

基于应用型工程人才培养的双语教学探索和实践——以“污水处理新技术”课程为例

针对环境工程专业双语教学改革中的问题,以“污水处理新技术”课程双语教学为例,对教材编制、教学模式选择、成绩考核方式与教学评价体系建立等方面进行探索。课程建设围绕“培养应用型工程人才”这一目标,选取水处理技术领域的新兴技术、行业发展动态和前沿知识编制讲义;充分利用线上课程平台、云视讯、问卷星、雨课堂等多种新媒体工具,建立互动式的智慧课堂;优化成绩考核办法,加大平时成绩比重,实行以教师评分为主、学生互评为辅的成绩考核方式,以对学生的学习成果做出全面、客观的评价。教学实践表明,该课程的双语教学课程建设取得了良好的效果,对推行环境工程领域的双语教学、实现应用型工程人才的培养目标提供借鉴。

档案主题标引与分类标引的比较分析

文章通过对主题标引和分类标引的定义、标引程序、标引的基本规则以及标引方法进行对比分析,找出两者之间的共性与特性。据此来进行主题标引与分类标引的深度研究,提出合理的建议。

多因素对ANAMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐过程影响

以厌氧氨氧化(ANAMMOX)菌利用零价铁还原硝酸盐体系为研究对象,采用单因素调控法结合中心复合法(CCD)系统研究铁形态、进水pH值、温度、Fe/N等对该体系中硝酸盐去除率的影响.结果表明,在相同的反应条件下,投加纳米铁时ANAMMOX体系中硝酸盐的去除效果最优;反应温度和Fe/N对体系中硝酸盐去除率影响十分显著,而进水pH值影响较弱.利用CCD法得出模型预测的最佳反应条件为:进水pH值为4.00,反应温度为35.00℃,Fe/N为38.23,预测的硝酸盐去除率为94.70%,实际实验得出的硝酸盐去除率为88.99%.

厌氧氨氧化活性污泥DNA高效提取方法探究

为了揭示自动和手动抽提方法所得DNA的差异,分析该差异所造成的本质原因,探求提高厌氧氨氧化(Anammox)活性污泥DNA抽提效率的方法;通过不同人员自动和手动抽提Anammox活性污泥,比较DNA得率与质量,发现手动抽提DNA浓度显著高于自动抽提(P<0.05)、DNA质量与自动提取结果无显著差异(A260/280值在1.8~2.0之间);比较不同人员抽提效率,结果表明自动抽提DNA浓度和质量稳定性高于手动抽提。通过调整自动抽提裂解液、洗脱液、污泥用量优化自动提取过程,发现350 mg活性污泥(13000 r/min离心3 min)、900μL裂解液、100μL洗脱液提取的DNA效率最高,是自动提取的最优使用量,对DNA抽提效率的影响由大到小依次为洗脱液、污泥用量、裂解液。综上,手动抽提用于杂质含量少、微生物丰度低的样品,误差较小,自动抽提用于杂质繁杂、微生物富集较好的样品,抽提稳定性较高。

Morphology control of ultrafine cuprous oxide powder and its growth mechanism

Four shapes of Cu2O particles as sphere,cube,truncated octahedron and octahedron were prepared via glucose reduction of Cu(Ⅱ)under alkaline condition.The products were characterized by XRD and SEM.The effects of the precursor(CuO,Cu(OH)2), reaction temperature and glucose concentration on morphology of Cu2O particles were investigated,and the mechanism of morphology control was discussed on the basic theory of crystal nucleation and growth.It is found that the Cu+supersaturation is remarkably influenced by the precursor kind,reaction temperature and glucose concentration,and the morphology of Cu2O particles can be controlled by the Cu+supersaturation.

厌氧/好氧交替生物膜工艺利用原水中碳源回收磷

厌氧段外加碳源刺激释磷一直是生物膜磷回收系统的必要措施,而我国城市污水中普遍含有200~300 mg/L的COD,充分利用城市污水中的碳源同时能提高磷回收效果的新工艺和新模式研发仍尤为重要。构建了“先厌氧再好氧”的循环运行模式,在悬浮填料生物膜工艺中开展利用原水有机碳源进行磷去除与富集的可行性研究。在生物膜培养过程中,控制有机负荷为0.25 kg/(kgMLSS·d),单周期为48 h,厌氧/好氧交替各4 h,充水比为25%,以悬浮填料为载体的聚磷生物膜可在30 d内形成;利用原水中碳源进行生物膜磷回收是可行的,出水PO_(4)^(3-)-P可稳定在0.5 mg/L以下,磷回收液浓度稳定在50~60 mg/L之间,最高可达60 mg/L。高通量测序结果显示,在门水平上Proteobacteria占主导地位,丰度由38.5%增至66.4%;在属水平上Candidatus_Competibacter由3.4%增至28.1%,Defluviicoccus由2.6%增至7.5%,功能聚磷菌为Pseudomonas,占比为2.9%。

厌氧氨氧化污泥中氨氧化的潜在电子受体

通过接种亚硝酸盐型厌氧氨氧化污泥,投加潜在电子受体(亚硝酸盐、Fe^(3+)和硫酸盐)研究了厌氧条件下氨氮氧化的潜在电子受体.结果表明,亚硝酸盐是厌氧氨氧化最适合的电子受体,能够与氨氮在短暂的时间内完全反应;在亚硝酸盐缺乏的情况下,厌氧氨氧化污泥中微生物利用自身细胞有机物将产物硝酸盐转化为亚硝酸盐参与氨氮转化;Fe^(3+)与硫酸盐在氨氮氧化后期出现转化,但是直接还是间接参与还需进一步研究.厌氧氨氧化污泥对氨氮产生过量氧化之前必须以亚硝酸盐为电子受体进行微生物活性激活,并且好氧氨氧化菌和亚硝化菌出现增长,推测微生物产生了H_2O_2.该现象并不可长久持续.虽然其氧化速率较慢,但是过量氧化现象较为明显.因此厌氧氨氧化污泥中肯定存在氨氮过量氧化的现象.厌氧氨氧化污泥对电子的利用顺序是亚硝酸盐、硝酸盐、Fe^(3+)和硫酸盐.

ANAMMOX培养物中硫酸盐型氨氧化生物转化机制

厌氧条件下,ANAMMOX培养物中发生的硫酸盐型氨氧化(SRAO)现象被认为是由ANAMMOX细菌(AnAOB)介导的自养生物转化过程.在这个过程中,作为电子供体的氨被电子受体硫酸盐氧化.在某一些自然环境中观察到的氨与硫酸盐转化现象也被认为是由于上述生物转化作用而导致的.然而,在不同研究中,关于氨与硫酸盐的转化摩尔比(N/S)、硫酸盐还原的中间产物和最终产物的认定均有存在较大差异.因此,氨和硫酸盐在ANAMMOX培养物中的转化机制仍不明确.为探明ANAMMOX污泥中SRAO现象背后的基质转化途径,在不同厌氧状态(微氧:-100 mV<ORP<0 mV,0.5 mg·L^(-1)<DO<1 mg·L^(-1);缺氧:-300 mV<ORP<-100 mV,0.2 mg·L^(-1)<DO<0.5 mg·L^(-1);厌氧:ORP<-300 mV,DO<0.2 mg·L^(-1))以及不同污泥组成(ANAMMOX污泥和混合污泥)的条件下开展连续流实验和批次实验.结果表明,SRAO现象只能在缺氧条件且存在异养硫酸盐还原细菌(SRB)的混合污泥中发生;在ANAMMOX污泥中无论处于哪种厌氧状态,均不会发生SRAO现象.微生物群落变化与功能基因表达分析表明,ANAMMOX污泥和混合污泥中均存在以Nitrosomonas和Nitrosospira为主的携带amoA基因的氨氧化细菌(AOB),可将氨氧化生成亚硝酸盐,为AnAOB代谢提供底物.Desulfomicrobium、Desulfovibrio以及Desulfonatronum等携带apsA基因的SRB只存在于混合污泥中,它们利用微生物衰亡释放的有机物将硫酸盐还原.AnAOB并不能以硫酸盐为电子受体氧化氨维持代谢.因此,在ANAMMOX污泥中观察到的SRAO现象(即氨与硫酸盐的同步转化)实际上是氨氧化、ANAMMOX和异养硫酸盐还原这3个过程联合的结果,上述生物转化过程分别由AOB、AnAOB和SRB完成.

聚磷生物膜法磷回收研究进展

从污水中回收磷已经成为当前污水全面资源化研究领域的重要研究方向之一,聚磷生物膜法磷回收工艺因其在节省碳源、简化回收流程、提高回收效果、污泥减量化等方面的潜力,成为该领域的重要技术手段和研究热点。本文着重介绍了聚磷生物膜法磷回收的基本原理、功能微生物及其代谢特征;详细梳理了生物膜法磷回收工艺不同模式的回收思路,综合分析了不同工艺模式的技术特征和磷回收效果。此外,对聚磷生物膜系统微生物及其代谢的研究方法与技术进行了整理。文章在综合分析聚磷生物膜法磷回收研究现状的基础上,对该技术的应用前景进行了宏观展望,以期为开展聚磷生物膜法磷回收的基础研究和技术开发提供支撑。

硫酸盐还原氨氧化体系中基质转化途径

NH_4^+与SO_4^(2-)在接种ANAMMOX培养物的条件下发生同步转化的现象得到研究者的关注,并据此认为这是发生了以SO_4^(2-)为电子受体的NH_4^+氧化过程.然而在相关文献报道中存在着一些问题和疑惑.本文利用CFSTR反应器通过接种ANAMMOX微生物研究了NH_4^+与SO_4^(2-)同步转化特征,在进水除氧、非充满的密封条件下,NH_4^+-N平均转化50.8 mg·L^(-1),SO_4^(2-)-S平均转化量达4.5 mg·L^(-1),同时元素分析结果显示观察到的黄色固体不是单质硫而是含铁化合物;而在完全充满的批试反应器中,观察不到NH_4^+的转化,SO_4^(2-)发生明显转化,且转化速率与接种生物量有关.这两种条件下反应器中的ORP有很大的差异.通过分析论证,认为本研究及相关文献观察报道的NH_4^+与SO_4^(2-)同步转化很可能不是ANAMMOX微生物以SO_4^(2-)为电子受体氧化NH_4^+,而是各自独立的反应过程:NH_4^+的氧化是由于反应器运行过程形成的微氧环境所致,而SO_4^(2-)的转化是因微生物衰亡过程释放有机物导致的异养还原.这种转化途径可以澄清和解释相关研究中存在的问题和疑惑.

ANAMMOX菌铁自养反硝化工艺的稳定性

在非严格厌氧的连续流反应器中,通过调节进水pH、外加一定浓度的Fe2+以及定期更换新鲜铁粉这3种运行方式探讨维持厌氧氨氧化(ANAMMOX)菌利用零价铁去除硝酸盐反应体系长期稳定运行的适宜条件.结果表明,随着反应进行、受零价铁表面钝化的影响,该体系硝酸盐去除率逐渐下降,反应器难以持续运行.在一定范围内降低进水pH(5~7),或者额外投加一定量的Fe2+对改善该反应体系的稳定性效果不显著.通过定期更换新鲜铁粉的方式,可以有效提高硝酸盐去除率、增强反应器稳定性.相比对照组可稳定运行7 d,实验组可至少稳定运行60 d,硝酸盐平均去除率提高22.23%.因此,采取适宜措施保证体系内有足够具有活性的零价铁、消除零价铁钝化的不利影响,是ANAMMOX菌利用零价铁去除硝酸盐反应体系高效、稳定运行的关键.

ANAMMOX体系中氨与硫酸盐的同步转化条件

在CFSTR(continuous flow stirred tank reactor)反应器中接种混合污泥(ANAMMOX污泥与污水厂浓缩污泥按1∶1混合)研究NH4+与SO42-的同步转化,通过不断投加污泥令体系内ORP值稳定在(-200±50) mV,同步转化现象持续42 d,NH4+平均转化14. 81 mg·L^-1,SO4^2-平均转化8. 77 mg·L^-1.在批试实验中通过溶液是否充满玻璃瓶来控制体系内厌氧条件,不充满组NH4+与SO42-均降低,但两者的转化不同步;在完全充满组中NH4+不转化,SO4^2-浓度下降明显,实验后期检测到S2^-.分析认为同步转化现象产生的一般条件为NH4+和SO4^2-基质充足,接种浓度适量的混合污泥,体系漏氧且ORP检测值在-150^-300 mV范围内.同时认为本文及相关研究中所使用的实验条件均不能证明NH4+与SO4^2-的同步转化是两者相互转化的结果,相反实验条件更利于NH4^+与SO4^2-各自独立转化.

一种CANON工艺处理低氨氮废水的新模式

利用上流式污泥床反应器,以出水复氧回流的方式快速启动CANON工艺,并研究了启动及运行过程特征.结果表明,以出水复氧进行回流的方式可以快速启动并稳定运行CANON工艺;在污泥体积分数为25%,进水NH_4^+-N为157 mg·L^(-1),HRT为2 h的条件下,经过50 d的稳定运行,总氮去除速率NRR从1.31 kg·(m^3·d)^(-1)逐渐升高到1.47 kg·(m^3·d)^(-1).复氧回流的方式有效地控制了反应器内溶解氧的量,使得DO<0.01 mg·L^(-1),对系统中的NOB起到了良好的抑制效果,同时也为An AOB提供了一个良好的生长环境;通过控制回流量的大小可以精确地控制NO_2^-的产生速率,使得与NO_2^-消耗速率达到一个良好的平衡状态,避免了NO_2^-的积累及其硝化反应的发生.因此,复氧回流CANON工艺在运行的稳定性方面表现出了很大的优势,为CANON工艺处理低氨氮废水提供了一个新模式.

低碳源条件下BSBR工艺磷酸盐强化吸收影响因素分析

相较于传统强化生物除磷工艺通过测流实现污泥磷酸盐的富集和回收,生物膜法可对废水中的磷酸盐进行高效同步去除和富集,具有应用潜力。针对生物膜法厌氧释磷需要高碳源刺激的问题,通过优化工艺条件强化生物膜好氧吸磷能力提高生物膜蓄磷量,进而减少厌氧释磷时的碳源消耗。采用生物膜法序批式反应器(BSBR),考察了在低碳源投加下,蓄磷量与磷富集罐磷浓度的响应关系,采用正交试验探究溶解氧、搅拌速度以及好氧时间对磷酸盐强化吸收的影响。结果表明:当温度为(25±2)℃、厌氧外加碳源为(180±20)mg/L时,富集罐磷浓度随着生物膜蓄磷量的增加而增加,最高可达到90.62 mg/L。相同蓄磷量下,溶解氧浓度从2 mg/L增加至8 mg/L,磷酸盐最大吸收速率可从2.60 mg/(L·h)上升到8.70 mg/(L·h)。正交实验结果表明:各因素对磷酸盐强化吸收的影响顺序为溶解氧>好氧时间>搅拌速度。当溶解氧浓度为6 mg/L,搅拌速度为200 r/min,好氧时间为5 h时,除磷效率最高可达99.98%。