AOA后置短时低氧曝气实现短程硝化反硝化除磷

为培养亚硝酸盐型反硝化聚磷菌实现好氧颗粒污泥(AGS)短程硝化内源反硝化除磷,设置3组同规格以厌氧/好氧/缺氧后置短时曝气(AO_(1)A-O_(2))模式运行的SBR,各反应器好氧段/后置好氧段(O_(1)/O_(2))的曝气强度和曝气时间均不同,通过对比3组反应器60 d的运行情况,探究各系统污染物处理性能和功能菌活性。结果表明,后置短时低氧曝气10 min且O_(1)、O_(2)的曝气强度分别为5、2.5 L/(h·L)的R2脱氮除磷效果最佳,其COD、TP、NH^(+)_(4)-N、TN去除率达95.49%、95.57%、100%、95.52%。通过短时好氧饥饿和低溶解氧可以创造出短程硝化内源反硝化除磷的最适环境,R2中约60%的除磷菌为DPAOs,且亚硝酸盐型聚磷菌最多,可达38.76%,其反应器好氧段的亚硝酸盐积累率(R_(NA))为74.19%,实现了较高的NO^(-)_(2)-N积累,游离亚硝酸(FNA)为1.03μg/L,可抑制PAOs和NOB,同时富集出更多的AOB和DPAOs。

磺胺甲恶唑对新型后置缺氧反硝化工艺处理低C/N废水的影响

磺胺甲恶唑(SMX)是废水内高频检出的新污染物,SMX的环境影响行为备受关注,然而SMX对新型后置反硝化工艺处理城镇低C/N废水的影响至今鲜有报道。本工作在中温条件下考察了SMX对新型后置缺氧反硝化工艺处理低C/N废水的影响,并通过分析SMX暴露条件下新工艺胞内和胞外聚合物的变化规律揭示SMX对新工艺的影响机制。结果表明低于0.5 mg/L SMX对新工艺内污染物去除影响不明显,而超过1.0 mg/L降低了新工艺脱氮除磷效率,4.0 mg/L SMX组别内,COD、总氮(TN)和磷酸盐(SOP)去除效率分别下降至71.3%~75.5%、59.6%~63.4%和71.3%~73.6%。机制分析表明高浓度SMX降低了胞内聚合物PHA的生物合成而刺激了糖原质代谢。SMX暴露浓度越高,PHA生物合成下降越显著,而糖原质代谢越强烈。研究结果为新型后置缺氧工艺处理含SMX废水提供了一定的数据支撑。

两级AO-臭氧催化氧化-后置反硝化-BAF工艺处理焦化废水工程实例

焦化废水污染物成分复杂,难生物降解污染物占比大,某工程项目设计采用两级AO-臭氧催化氧化-后置反硝化-BAF工艺处理焦化废水,介绍了该工程的工艺流程及特点、设计参数和运行效果。运行结果表明,在系统来水COD质量浓度为5746~7283 mg/L,氨氮质量浓度为91.4~130.1 mg/L时,处理出水COD质量浓度为40~55 mg/L,氨氮质量浓度小于2 mg/L,出水稳定达到设计目标,有利于后续膜回用系统的正常运行。

前置反硝化和后置反硝化工艺在某老龄垃圾渗沥液处理中的应用研究

生活垃圾填埋场渗沥液是一种成分复杂的高浓度有机废水,本文通过对某老龄生活垃圾填埋场渗沥液处理工程实例的分析,浅析了生化选用A/O工艺时,在满足排放要求的前提下,使用前置反硝化和后置反硝化的效果对比,同时分析了处理生化段的运行成本,后置反硝化比前置反硝化在药剂使用量上更为节省,其中葡萄糖节省约25%~30%,碳酸钠节省约5%~8%,氢氧化钠节省约5%~6%,总体运营药剂成本减少约30%。

黄铁矿基MFC-CW耦合系统反硝化动力学研究

研究比较了黄铁矿基双阳极MFC-CW在不同碳氮比(0和2.5)及初始硝酸盐浓度(7、14和28 mg/L)条件下上阳极和下阳极的反硝化速率,以及对不同阶段硝酸盐还原反应动力学的模拟,从动力学角度揭示系统自养-异养协同反硝化机理。结果显示:不同碳氮比下系统两阳极硝酸盐还原效果差异不大,而亚硝酸盐累积、硫酸盐生成的差别较大,两阳极处微生物群落组成相似,优势菌属的相对丰度受C/N、阳极位置影响较大;两阳极处的硝酸盐还原动力学均属于一级反应,且C/N=0时反硝化速率常数(0.0087、0.0045和0.0188/h)均小于C/N=2.5(0.0151、0.0071和0.0798/h;以上阳极为例);MFC-CW系统的反硝化动力学更符合Monod-CSTR模型,且在停留时间较长时取得更好的拟合效果,随着停留时间的增加,C/N=0时系统的反硝速率增加,C/N=2.5时系统的反硝化速率在一定范围内波动[0.6662—0.7744 g/(m^(2)·d)]。实验结果可为黄铁矿基MFC-CW的实际工程应用提供理论指导。

固定化异养硝化-好氧反硝化菌在污水生物强化中的研究进展

异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HN-AD)菌可以在有机碳存在的好氧条件下实现同时硝化和反硝化,广泛应用于各类污水处理过程中。综述了HN-AD菌株的脱氮特性和代谢途径,总结了其在污水处理中的应用和研究现状,比较了不同载体材料的优缺点,重点讨论了固定HN-AD菌株提高反应器处理效果和稳定性的作用机理。最后,展望了固定化HN-AD菌株在污水处理中面临的挑战和未来的研究方向。

固相自养-异养反硝化脱氮同步去除微污染物

针对固相反硝化体系,以聚己内酯复合花生壳(PCL/PS)的固体碳源为基底,耦合以S和Fe O主导的自养反硝化,构建新型多功能碳源,考察其对典型微污染物(Cr(Ⅵ)、ClO_(4)^(-)、BPA、NPX)与硝酸盐的同步降解效能,探究自养异养共存的反硝化体系内微生物群落特征及微观作用机制.结果表明,PCL/PS异养反硝化体系具有更好的反硝化脱氮和同步去除Cr(Ⅵ)、BPA性能,对NO_(3)^(-)-N、Cr(Ⅵ)的去除率分别为94%、92%,对NO_(3)^(-)-N、BPA的去除率均可达99%以上;PCL/PS同时耦合Fe O和S的体系反硝化脱氮同步去除ClO_(4)^(-)、NPX性能良好且稳定,在反硝化率均维持90%的基础上,对NO_(3)^(-)-N、ClO_(4)^(-)的去除率分别达90%、96%,对NO_(3)^(-)-N、NPX的去除率分别达96%、99%;固体碳源种类不同,其对微污染物降解去除的选择性也不同.测序结果表明,耦合自养反硝化后,反应体系内微生物多样性和丰富度均有所提高,Clostridium_sensu_strito、Lactococcus和Prevotella是4个固体碳源体系中影响污染物去除性能的主要优势菌属.

MABR好氧喹啉和苯酚降解驱动反硝化脱氮研究

以喹啉和苯酚为含氮杂环类和酚类污染物为代表的废水是典型的强毒性难降解有机废水。该课题采用无泡膜曝气生物膜反应器(MABR)实现了好氧反硝化驱动喹啉和苯酚降解生物强化过程。反应器在不同工况条件下,完成了对喹啉、苯酚和硝酸盐分别为(82.6±10.2)%、(84.5±11.9)%、(67.3±10.6)%的去除率以及(11.1±1.4)、(3.1±1.2)、(1.91±0.4)g/(m^(2)·d)的去除负荷。胞外聚合物含量的增加有助于提高生物膜对高喹啉进水负荷的抵抗能力。通过解析生物膜菌群结构,发现生物膜能够有效富集Rhodococcus等典型好氧喹啉降解菌;通过q-PCR功能基因定量分析发现以oxoO为代表的喹啉降解基因和napA好氧反硝化指示基因存在同一菌群,说明了好氧反硝化驱动喹啉和苯酚降解菌群的存在。通过宏基因组学分析,进一步核定Pseudomonas和Raineyella是主要的好氧喹啉和苯酚降解协同反硝化功能的关键菌群。本课题证实了MABR生物膜在好氧条件下完成对喹啉和苯酚的高效降解和好氧反硝化耦合过程,为拓展MABR在含氮杂环和酚类有机废水处理的应用提供必要的理论参考。

同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥的储存与恢复

针对好氧颗粒污泥颗粒化时间慢等问题,进行了同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥常温储存及活性恢复实验研究.结果表明,好氧颗粒污泥经过60d的常温储存后,颗粒的结构基本能保持稳定,但是颗粒污泥的活性大幅度降低,污染物去除率仅有储存前的30%~40%.将常温储存的颗粒污泥接种到反应器中,经过一定的调控手段,可以在60d内恢复好氧颗粒污泥的功能及活性.此外,经过储存与恢复,好氧颗粒污泥的群落结构也发生了明显变化.大部分的微生物的相对丰度变化可逆,经过储存和恢复可以恢复至储存前的状态(包括Defluviicoccus(GAOs)和Flavobacterium(PAOs)),重构同步脱氮除磷的微生物群落结构.

地下水系统中的抗生素对反硝化的影响研究进展

微生物反硝化过程是地下水中硝酸盐最重要的脱氮形式。再生水利用和养殖业引起的抗生素污染常与硝酸盐共存。因此,需深入研究抗生素及其存在形式对地下水中硝酸盐反硝化过程及抗生素抗性基因(ARGs)产生、富集和传播的影响,以综合解析地下水硝酸盐浓度升高的原因。近年来的研究识别了地下水系统中抗生素的解离/络合形态、吸附形式(层间吸附/表面吸附)、水解与微生物降解产物等存在形式,并从反硝化微生物群落、功能酶的种类与活性、功能基因丰度以及ARGs产生与传播途径阐释了抗生素对反硝化过程的抑制机制。主要结论为:(1)地下水系统中,抗生素以多种形式存在,而不同形式的抗生素对微生物的毒性有显著差异;(2)在每升纳克至微克水平的抗生素存在下,地下水反硝化过程受到抑制,抗生素改变了微生物群落结构,抑制了功能酶活性,增加了ARGs的丰度,在这些作用的协同影响下,硝酸盐降解动力学由零级向一级转变;(3)在抗生素抑制反硝化过程中,还增加了温室气体N2O的释放量,抗生素影响了功能基因nosZ表达,N2O浓度与nosZ丰度呈负指数关系。在综述相关文献的基础上,对未来研究提出了展望:(1)定量识别典型抗生素进入地下水系统后的存在形式;(2)厘清不同存在形式的抗生素对反硝化微生物群落、功能酶种类与活性、功能基因丰度和多样性的影响;(3)探索反硝化功能基因在抗生素不同存在形式和不同输入方式下的变化过程,并建立ARGs产生、富集与传播模式;(4)结合野外观测和室内实验从分子生物学、环境化学和水文地质学多尺度研究复合污染下地下水系统的反硝化过程,可为日益复杂的地下水污染防治和饮用水安全保障提供理论依据。

铁碳微电解填料对人工湿地反硝化作用的影响

为探究铁碳微电解原理对人工湿地系统中反硝化作用的影响,利用液相还原法制得活性炭表面负载零价铁(Fe~0)材料,以填料不同投加配比,搭建垂直流人工湿地模拟小试装置,分别有1号纯砾石、2号砾石+3%铁碳、3号砾石+8%铁碳,观察每日进出水水质情况。结果表明:投加初期,2号与3号装置对硝态氮的去除效果显著,几乎可实现全部转化;填料表面Fe元素会伴随水流有一定损耗,且投加量越大损耗越高;两装置分别在18d和21d后出水水质达到稳定状态,硝态氮浓度稳定在11mg/L和13mg/L,略低于空白装置。

植物种类对野芷湖湖岸带土壤反硝化作用的影响

反硝化作用是湖岸带有效去除氮素的关键氮循环过程,受到植物、土壤理化性质及微生物等因素的影响。为探究湖岸带不同植物对土壤反硝化作用的影响,通过调查测定野芷湖湖岸带9种常见植物的根际与非根际土壤的反硝化功能基因丰度和反硝化潜势,分析其与土壤理化性质的关系,阐明植物种类影响反硝化作用的机制。研究结果表明:(1)种植植物会改变湖岸带土壤的理化指标,植物根际土的硝态氮(NN)、铵态氮(AN)、总碳(TC)、总氮(TN)和可溶性有机碳(DOC)含量等显著高于非根际土,其中柳树、黄素馨、喜旱莲子草根际土的TC、DOC、TN、NN显著高于其他物种,桂树的根际和非根际土的pH均显著低于其他物种;(2)植物根际土的微生物反硝化功能基因(narG、napA、nirS、nirK和nosZ)丰度显著高于非根际土,其中柳树、黄素馨、喜旱莲子草根际土的基因丰度显著高于其他物种,pH、TN、NN和DOC等对反硝化功能基因丰度影响较大;(3)根际土的反硝化潜势显著高于非根际土,其中柳树、桂树、黄素馨根际土的反硝化潜势显著高于其他物种,黄素馨非根际土的反硝化潜势也较高,pH、DOC、TN以及napA、nirS、norB基因丰度等对土壤的反硝化潜势具有显著影响。本研究说明植物根际微环境更有利于反硝化微生物的生长与繁殖,湖岸带种植植物时可考虑不同的常绿和落叶乔木、灌木、草本植物的合理配置来提高湖岸带的氮素截留能力,以减少由过量氮素进入水生生态系统导致的面源污染。

复合硫基质驱动自养反硝化脱氮除磷效能与微生物群落结构

针对单一硫基质驱动自养反硝化性能的缺陷,采用单质硫(S^(0))与天然铁硫矿石(FeS、Fe_(1-x)S、FeS_(2))两种矿物作为生物填料,构建3组复合硫基质填充床反应器(B1、B2、B3),探究了启动与稳定运行期间反应器对市政尾水深度脱氮除磷的效果与微生物群落结构的特征。结果表明,3组反应器均表出现较高的脱氮性能,NO_(3)^(-)-N去除率均随反应器水力停留时间(HRT)的延长而提高,当反应器HRT分别为1h(B1)、12h(B2)和9h(B3)时,均实现20mg/L NO_(3)^(-)-N完全去除。PO_(4)^(3-)-P与脱氮过程中产生的铁离子形成铁磷沉淀物而被去除,且PO_(4)^(3-)P的去除率与脱氮效果呈正相关。复合硫基质反应器的SO_(4)^(2-)/NO_(3)^(-)低于单一硫基质自养反硝化系统,硫酸盐产生量相应降低,且pH保持在6.3以上,无需添加pH缓冲剂。微生物群落结构分析表明,Thiobacillus(硫杆菌属)和Ferritrophicum(铁氧化菌属)是3组反应器中硫自养反硝化菌的优势菌属,在B1、B2和B3反应器的相对丰度分别为16.07%和31.24%、30.07%和50.19%以及30.20%和11.62%。复合硫基质提高了微生物群落丰度和物种多样性,从而表现出良好的脱氮除磷效果。

前置和后置反硝化处理低C/N印花废水对比研究

低C/N印花废水实际处理主要包括前置和后置反硝化工艺,处理过程中需要补充外加碳源作为反硝化碳源从而增加了运行成本。分别采用前置和后置反硝化工艺对低C/N印花废水进行脱氮研究,并对比2种工艺的脱氮效果及运行成本。结果表明,对于低C/N的数码印花废水,当ρ(TN)低于300 mg/L时,采用前置反硝化工艺去除效果更好、更经济,NH_(3)-N和TN去除率分别为97.5%和96%,处理费用为5.368元/t,比后置反硝化工艺节约0.199元/t;当ρ(TN)高于300 mg/L时,采用后置反硝化工艺去除效果更好、更经济,NH_(3)-N和TN去除率分别大于97.5%和92%,处理费为5.871元/t,比前置反硝化工艺节约0.301元/t。

土壤矿物驱动的反硝化研究进展

氮肥的大量施用虽然极大地推动了粮食的增产,但也引发了一系列生态环境问题。氮素在农田土壤中的转化规律长期受到研究人员的关注。本文介绍了农田土壤中除有机质以外的多种可以为反硝化提供电子的土壤矿物,如亚铁[Fe(Ⅱ)]和亚锰[Mn(Ⅱ)]的反硝化过程研究进展,探讨了可能影响土壤矿物驱动反硝化反应规律的因素。通过梳理发现,传统研究主要是在纯相条件下对Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)驱动反硝化过程进行研究。近年来愈来愈多的证据表明,在农田土壤这种复杂的介质中,Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)也可以为反硝化提供电子。然而,土壤矿物驱动的反硝化在农田土壤反硝化过程中的作用存在不确定性,其内在机理以及对农田土壤氮循环和温室气体排放的作用机制尚不明确。本文指出土壤矿物驱动的反硝化在农田土壤中的影响因素、作用机制以及该过程与有机质驱动的异养反硝化的相互关系是未来的研究方向。

PHBV-硫铁矿基人工湿地处理实际污水处理厂尾水混合营养反硝化研究

以河南省新乡市某大型污水处理厂尾水为研究对象,开展模拟人工湿地尾水深度脱氮除磷研究。选用聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)和硫铁矿作为湿地系统的主要功能填料,构建异养反硝化与自养反硝化相结合的混合营养反硝化系统。通过水质指标监测和高通量测序等手段,探究工艺运行效果与微生物群落结构机制。构建PHBV+硫铁矿组(实验组)和PHBV+陶粒组(对照组),反应器连续运行77天,结果表明,当水力停留时间(HRT)为2小时,进水水质为NO_(3)^(−)-N=8.39±1.72 mg/L,TN=10.41±1.58 mg/L,TP=0.37 mg/L,COD=15.7 mg/L时,平均出水TN浓度达到2.22 mg/L,TP浓度达到0.28 mg/L,COD浓度为32.7 mg/L,PHBV+硫铁矿组人工湿地脱氮效率(78.55%)明显优于PHBV+陶粒组(51.25%),基本上达到地表水环境质量标准(GB 3838—2002)V类。微生物群落结构分析表明,PHBV+硫铁矿组人工湿地中的优势菌属为自养菌Desulfobacter和异养菌unclassified_k__norank_d__Bacteria,丰度分别为23.98%和12.30%,通过自养与异养菌的协同,实现混合营养反硝化,其中与硫代谢相关Desulfobacter主导的自养反硝化在系统脱氮中可能起主要作用。研究结果可为PHBV+硫铁矿基人工湿地尾水生物脱氮除磷的工程实践提供参考。

硫自养反硝化深度处理城镇污水研究进展

系统介绍了硫自养反硝化的反应原理,包括微生物群落特性以及以nosZ、nirS、nirK为主的反硝化功能基因,详细阐述了强化硫自养反硝化技术的微生物常规填料的利用情况及新型填料的制备,并归纳了硫自养反硝化技术处理城镇污水的应用现状。未来研究可利用微生物生长特性进一步优化反应条件,强化硫自养反硝化脱氮效率,并开展新型生物填料的研发工作,为硫自养反硝化实际应用提供借鉴和参考。

无机硫自养反硝化处理污废水工程应用进展

系统阐述了以无机硫为电子供体的硫自养反硝化系统中微生物特性,分析了不同反应器中硫自养反硝化微生物的优势菌属、无机硫源氧化还原过程中涉及的功能酶,介绍了加快硫自养反硝化启动的方法,如减少S~0颗粒的粒径、外加磁场、添加硫代谢中间产物或牛血清蛋白等,重点归纳了近年来硫自养反硝化国内外的实际工程应用的情况,并展望了硫自养反硝化技术未来的发展方向,旨在为硫自养反硝化体系发展提供借鉴和参考。

废水硫自养反硝化的电子供体与功能基因研究进展

由于含氮废水的排放和含氮肥料的大量使用,氮污染成为一个日益严重的问题。生物处理的效率高、成本低、对环境友好,是废水脱氮的主要处理技术之一。硫自养反硝化由于不需要额外的碳源、产泥量少等特点而得到广泛关注。文章对单质硫、硫化物、硫代硫化物作为电子供体进行反硝化脱氮的研究进展进行了综述,探讨了硫自养反硝化的代谢途径和影响机制,对几种硫自养反硝化的影响因子进行了概述。在此基础上分析了硫自养反硝化微生物以及nar、nir、nor、nos等几种反硝化功能基因,并对反硝化工艺的发展和联用技术提出展望。

一株耐碱好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮性能

为改善强碱环境下微生物脱氮效率低下的问题,从上海市稻田土壤中分离出一株具有强碱适应能力的好氧反硝化菌。经细胞形态学观察及16S rDNA分析,鉴定其为琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii),并命名为琼氏不动杆菌5-2。结合单因素影响试验考察该菌株在不同环境条件下的脱氮效果,发现其在一定pH值(7.0~12.0)及盐质量浓度范围(10~30 g/L)内,均能保持较高的硝氮去除率(>90%)。在以乙酸钠为碳源、硝酸钾为氮源、碳氮质量比(m(C)/m(N))值为12、温度为35℃、转速为90 r/min、初始pH值为10.0、初始硝氮质量浓度为41.07 mg/L的条件下培养120 h后,该菌株对硝氮及总氮的去除率分别为97.83%及65.85%,同时,对该菌株好氧反硝化相关酶活性及基因进行检测。研究结果表明,琼氏不动杆菌5-2具有高效好氧反硝化能力,有望应用于处理实际含氮废水。