膜曝气生物膜反应器处理合流制溢流污水的实验研究

以聚丙烯复合材料经熔融拉伸制成的帘式超薄微孔中空纤维膜为载体,构建膜曝气生物膜反应器装置处理合流制溢流污水,研究在不同水力停留时间、曝气压力、水流流速条件下,膜曝气生物膜反应器对水体中污染物COD、NH_(4)^(+)-N、TN的去除率。结果表明:膜曝气生物膜反应器对水体中各项污染物均有较好去除效果。水力停留时间为12 h时,COD、NH_(4)^(+)-N、TN去除效果较好,去除率分别为80.8%、82.4%、65.4%;水力停留时间为8 h时,TP去除效果达到34.2%,后期逐渐趋于平缓。溶解氧浓度随曝气压力增加而增加,曝气压力达到25 kPa之后COD、NH_(4)^(+)-N达到较佳的去除率,平均去除率分别为82.2%、84.1%;而TN去除的最佳曝气压力为15 kPa,去除率为70.0%。水流流速为0.03 m/s和0.05 m/s时,反应器整体运行效果较好,对COD、NH_(4)^(+)-N、TN的平均去除率分别为81.8%、83.5%、67.8%。

不同水力条件下排水管道生物膜中氮元素分布特性

在壁面剪切力为1.0,1.5,2.0Pa条件下培养排水管道生物膜,利用微电极测试技术对生物膜进行生长过程及成熟生物膜内部DO、NH4+、NO2-、NO3-分布规律进行研究.结果表明:1.0,1.5,2.0Pa条件下培养的生物膜厚度分别为(2.3±0.1),(1.9±0.1),(1.6±0.1)mm;1.0,1.5Pa条件下的生物膜内存在好氧、缺氧环境,在其中发生了硝化和反硝化反应,而2.0Pa条件下的生物膜内只存在好氧环境,只发生了硝化反应.生物膜厚度影响着溶解氧在膜内的分布,继而影响着N在膜内的迁移转化过程.

城市污水管网中有机与无机氮源对水质转化的影响作用

全文通过建立两套长度为1200 m的城市污水管道收集系统,系统对比研究了城市污水管网中有机氮、无机氮对城市污水水质的转化规律与影响机制.结果表明,两种条件下污水中COD含量均随沿程逐渐降低,总磷含量基本保持不变,但以有机氮作为氮源,管道系统中蛋白质含量随沿程减少,NH_3-N由最初的零逐渐增加,NO_2-N含量低于0.05 mg·L^(-1),NO3-N基本没有;以无机氮作为氮源,管道系统中NH_3-N含量随沿程逐渐减少,蛋白质由最初的零逐渐增加,NO_2-N含量低于0.05 mg·L^(-1),NO_3-N未检测出.通过测定两系统中分子量分布和三维荧光光谱随沿程的变化以及出水氨基酸的种类,研究了造成水质变化的原因.结果表明,两系统中主要有机物均为蛋白类和腐殖质类物质,相对分子质量主要集中在小分子区间,大分子区间响应值较小,但以有机氮作为氮源,系统内荧光强度减弱,主要以组氨酸、精氨酸、苏氨酸为主,共12种氨基酸;以无机氮作为氮源,系统内荧光强度增加,主要以丝氨酸、精氨酸、异亮氨酸为主,共8种氨基酸.为了更深程度的了解系统内氮类物质的转化原因,对两系统内生物膜进行FISH分析,发现系统内存在发酵菌、水解酸化菌等说明在微生物的作用下使得氮类营养物质发生改变,进而引起系统内水质发生改变.

污水管网中真菌的生长规律及致病性真菌风险评估

真菌是污水管网生物膜系统的重要组成部分,在污水输送过程中存在着暴露致病风险.为探明污水管网中真菌的生长规律及其致病性,本文通过建立一套污水管网中试系统,探究了生物膜的形成特性及真菌的分布规律,评估了污水管网中致病真菌的暴露风险.研究结果表明,污水管网生物膜和微生物的形态多样性随着培养时间增加,真菌种群的优势菌以罗兹菌门(Rozellomycota,43.9%~56.9%)和担子菌门(Basidiomycota,4.7%~17.2%)为主,罗兹菌门的罗兹属(unidentified_Rozellomycota_sp)在属水平真菌中相对丰度最大.同时,检测出了18种人类致病真菌,典型的4种人类致病真菌中篮状菌属(Talaromyces)的感染概率最大,为0.1877,链格孢属(Alternaria)、锐孔菌属(Oxyporus)、曲霉属(Aspergillus)的感染概率分别为0.0176、0.0113、0.0118,年平均感染概率均超过美国EPA(10^(-4))和WHO(10^(-3))标准,存在较大的健康风险.对于城市污水管网系统而言,致病性真菌的传播风险需要引起重视,本研究为污水管网系统中致病真菌的暴露和感染风险预测提供了参考.

城市污水管网内生物菌群演替规律

建立了一套长1200 m的城市污水模拟管段,研究了城市污水管网中微生物菌群的沿程演替规律,分析了管网生物膜的pH、DO、厚度、结构及菌群构造的变化情况.结果表明,城市污水管网生物膜pH变化不大,DO由0.35 mg·L-1减小为0.26 mg·L-1,生物膜厚度沿程开始呈增长趋势,平均厚度由300μm增加至800 m处的平均最大厚度560μm,此后呈现降低趋势,这主要与水力冲刷及易吸收营养物质的减少有关,因水力冲刷作用,管网生物膜的初始结构表面平整,随管网长度增加,生物膜呈现疏松构造,从而增大了生物膜比表面积,有利于其生长发育.同样作用下,管网生物膜中的菌群数量也呈现逐渐减少的趋势,生物菌群也发生了较大的变化,其中,200 m处有球菌属、链球菌属、杆菌属、链杆菌属、芽孢杆菌属等菌群,依次400 m、600 m处有肠球菌、脱硫弧菌属、硫单胞菌属,1000 m以后以甲烷球菌、反硝化杆菌、脱氮硫杆菌等厌氧菌为主,沿程菌群种数减少后形成了稳定的菌群结构存在.

下水道污水处理研究进展及展望

下水道在水污染控制系统中一直扮演着污水收集及输送的角色,并且对下水道的相关研究也处于"黑箱"状态。随着人们环保意识的增强以及科学研究手段和测试技术的发展,对下水道的研究逐渐成为水污染控制领域的热点之一,但时至今日仍未形成系统的理论与技术。介绍了国内外研究者对下水道处理污水方面的研究现状,并从"排水管道作为反应器"的视角出发,针对今后下水道处理污水需要开展的研究工作提出了展望。

城市污水管网中胞外聚合物的沿程变化特性

通过建立一套长度为1 200 m的城市污水管道中试系统,利用三维荧光、傅里叶红外光谱、微电极和高通量测序等方法,对管网沿程生物膜胞外聚合物(EPS)组分含量、有机物组成特征、生物膜厚度及造成沿程EPS含量变化的原因进行了研究。结果表明,EPS含量随着管网沿程距离的增加呈现先增加后逐渐降低的趋势,生物膜厚度和EPS含量变化趋势相似,且均在600～800 m范围内达到峰值,这说明在管网中EPS对生物膜厚度的增长起着重要的作用。三维荧光和傅里叶红外光谱图显示管网沿程生物膜EPS中主要有机物为类酪氨酸和类色氨酸蛋白类物质,主要官能团为酰胺基、羧基、羟基等。为进一步揭示管网沿程EPS含量变化的原因,利用高通量测序对管网沿程微生物菌群的变化进行了分析,结果表明,管网沿程EPS含量的变化,可能是由于在600～800 m范围内环境条件发生变化不再适宜厚壁菌门(Firmicutes)、螺旋菌门(Spirochaetae)和梭杆菌门(Fusobacterium)等菌门的生存,使得其在竞争中处于劣势地位,并逐渐消亡。由此可知,在管网600～800 m范围大量微生物的消亡和细胞自溶破裂是造成EPS含量变化的主要原因。

农村小管径重力流灰水管道中生物膜细菌群落的特征

为探究农村小管径重力流灰水管道系统生物膜的细菌群落结构特征,建立了一套模拟真实农村环境条件下水量变化且具有3组坡度参数(5‰,10‰,15‰)的小管径灰水管道实验设备,利用Illumina HiSeq高通量测序技术,分析了连续运行60 d后的管道生物膜的细菌群落特征。结果表明:Proteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes为优势菌门,优势菌属为Paenarthrobacte、Ensifer和Spingopyxis,坡度变化会显著影响生物膜细菌群落组成;小管径重力流灰水管道生物膜中存在一定丰度的反硝化细菌和硝化细菌,具有生物脱氮功能。通过PICRUSt功能预测发现,高坡度(15‰)的灰水管道具有更高的硝化和反硝化基因丰度。进一步分析可知,小管径灰水管道采用高敷设坡度的设计方案可能具有更强的生物脱氮能力。