改性玄武岩纤维生物巢技术在污水处理中的应用进展

改性玄武岩纤维(Modified Basalt Fiber, MBF)作为一种绿色环保的污水生物处理载体材料近年来受到重点关注,基于MBF构建的生物巢技术不仅可以强化水质净化效果,而且具有能耗低、污泥产量少等优点。从基本特性、生物相容性等方面对比常用载体材料并论述MBF的优势,梳理总结MBF生物巢技术的要点及其水质净化机理的基础上,重点介绍MBF在污水处理中的应用案例,并对MBF生物巢技术未来发展趋势和研究重点进行展望。

一种磁场强化的孔雀翎型生物巢填料

为了克服污水处理厂中出水水质差的问题对填料进行改进,提供了一种磁场强化的孔雀翎型生物巢填料。其能够参与污水处理领域,也能净化河水和湖水。孔雀翎型生物巢填料有利于挂膜,净化效果好。经试验得知,在相同条件下,通过磁场强化的孔雀翎型生物巢填料可有效地去除COD、BOD5、TN和TP。某城市污水处理厂的出水质量浓度分别在50,10,15,0.5 mg/L以下,去除率均在90%以上。因此,本研究可以给污水处理厂处理工艺提供新思路。

微生物巢粪污处理技术的调查分析及前景展望

在环保压力和相关红线的影响下,政府对畜禽养殖粪污的处理提出了更进一步的要求,不仅要实现畜禽粪污的“减量化、资源化、无害化”,还要有效解决水体污染、土壤污染和气味污染的问题。微生物巢技术不需要进行畜禽粪污的固液分离,特别适合于粪便含水量高的奶牛场、“水泡粪”工艺处理粪水的养猪场和用水量高的肉禽养殖场;另外微生物巢反应堆在饱和后二次腐熟加工制作的有机肥,可在农林生产中使用,这种“变废为宝”的模式完成了粪污的循环利用,实现了种养结合,为绿色生态持续发展提供了更有效的技术保障。本文对微生物巢粪污处理技术推广的可行性进行阐述,结合基层实践情况,旨在为该技术的应用前景提供进一步的思路。

“生物巢”形成及其水处理机制的理论分析

针对目前生物法中的常规填料只能提供二维生物附着面,而无法形成类似好氧颗粒的三维多膜层结构的问题,我们提出了“生物巢”的概念:经过电活性改性的柔性玄武岩纤维在水中的分散性和生物亲和性有明显的提升,经过合理编制的改性玄武岩纤维填料在水力作用下对微生物进行高效缠绕、包裹、支撑,以形成大尺寸的活性污泥聚集体(直径可达10 cm以上)。其所拥有的丰富微生物种群以及明显的三维多膜层微环境结构理论上可实现污废水中C、N、P、S等污染物质在单一反应器中的同步去除,可有效缩短水处理工艺流程。本文将对所提出的“生物巢”进行概念解释,并对其构建过程中的填料选择、形成过程以及作用机制等方面进行理论分析。

生物巢式厌氧反应器处理奶牛养殖场废水效果试验

应用一种新型高效生物巢式厌氧反应器对奶牛养殖场废水进行处理,研究了该反应器的处理效果。结果表明:该厌氧反应器处理奶牛养殖场废水速度快,效率高,在水力停留时间(HRT)为15 h时,化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)和总固体悬浮物(TSS)的平均去除率分别为78.7%7、9.9%和88.8%。

微生物巢技术在养殖粪污资源化利用中的研究与应用

为了解决畜禽养殖造成的高浓度粪水处理难这一焦点问题,本课题组发明了微生物巢技术生态处理养殖粪水的全新工艺,开展了包括复合菌剂、垫料组成和设施管理等方面的系列研究,深入揭示了处理过程中的菌群变化、垫料反应和粪水消解变化规律,明确了技术工艺参数和资源化利用思路。

规模养猪场微生物巢技术的应用--以山东省黄泥湾农业科技有限公司为例

为了响应国家《环境保护法》和国务院“水十条”“土十条”等法律法规规定新建、改(扩)建规模化畜禽养殖场要实施雨污分流、粪便污水资源化利用的要求,山东省黄泥湾农业科技有限公司引进了“微生物巢”粪污水处理技术,效果良好。为了推广该技术,本文从微生物巢技术处理粪污水流程、微生物巢技术的配套设施建设、微生物巢技术应用操作要点等几个方面介绍该公司应用微生物巢技术处理粪污水的情况,实现了粪污水的“无害化、资源化、零排放”目标。

微生物巢技术在畜禽粪水处理中的应用

微生物巢技术是以生物发酵工程为基础,利用锯末、稻壳和作物秸秆等作为基础原料,通过添加专用高效复合菌剂,制成消纳粪水的微生物反应堆。当注入一定量的粪水后,在功能性微生物代谢合成的水解酶分解作用下,粪水中含碳氮的大分子有机物,被逐渐转化为腐殖酸、氨态氮和硝态氮等易于植物吸收的营养物质,同时释放出大量热能,使粪水以水蒸气方式蒸发,从而实现粪水的持续处理。本文对微生物巢技术在畜禽“水泡粪”工艺粪水处理中的应用进行了介绍,旨在为微生物巢的科学推广及畜禽粪水的资源化处理提供思路。

利用微生物巢处理畜禽粪水资源化利用的技术及工艺

微生物巢畜禽粪水处理技术是以养殖场高浓度粪水为处理对象,在养殖场外建设发酵池,在池内铺设垫料,按比例添加微生物菌剂,制成消纳粪水的微生物反应堆,喷淋粪水,利用翻抛机翻抛好氧发酵,反应堆失活后可作为制作生物有机肥的础料,实现了粪水的零排放和资源化循环利用。本文就该技术的工艺流程、菌种、垫料选择以及运行管理等方面进行了全面总结和概述。

黄缘蜾蠃营巢生物学研究

利用人工巢管(Trap-nest)对我国南方林区捕食性天敌昆虫黄缘蜾蠃Anterhynchium flavomarginatum Smith的营巢生物学进行研究,以期更好的保护和利用该蜂对农林害虫的生物防治作用。2021年4月至2022年12月在江西省选取5个典型样地放置人工巢管收集黄缘蜾蠃,野外观察并记录该蜂雌性成虫活动规律的相关数据,并通过室内解剖筑巢巢管对该蜂的巢管进行观察并测量获取巢管结构的相关数据。研究发现黄缘蜾蠃偏爱巢口朝向东南方向的巢箱筑巢,该蜂巢管内部结构由前庭(Vestibular cell)、虫室(Brood cell)和空室(Empty space)等结构组成,也观察记录了巢管内部结构的相关参数和雌蜂的筑巢行为,其中包括巢管长度、内径以及前庭、虫室、空室的数量和长度;而筑巢行为主要包括日平均出巢次数、单次捕食时间、采泥时间、处理猎物的时间以及筑巢时间。每年5月、7月和10月是黄缘蜾蠃营巢最活跃的时期。黄缘蜾蠃的筑巢习性在不同个体之间无明显差异,但后代雌雄发育情况在不同巢管结构中存在差异;雌性成虫个体较雄性大,其幼虫期所需食物更多;该蜂可能会根据虫室大小及储备食物的多少来决定后代的性别分配。

MBF生物巢反应器对不同稀释比下高盐度工业垃圾渗滤液的处理效果

为高效处理高盐垃圾渗滤液,使用改性玄武岩纤维(MBF)填料构建新型生物接触氧化反应器,并全面评估形成的生物巢对高盐废水的处理效果。结果表明:MBF生物巢反应器对高盐垃圾渗滤原液中COD、NH^(+)_(4)-N、TN和TP的平均去除率分别达到(26.3±12.4)%、(29.4±8.8)%、(27.6±7.6)%和(16.5±10.4)%,对经1∶16稀释的渗透液中相应污染物的去除率则最高提升至(43.7±11.6)%、(59.5±21.4)%、(57.1±12.2)%和(26±8.2)%。废水经处理后,可生化性(B/C)从0.08最高提升至0.36(稀释条件为5∶16)。此外,高盐废水还能促使微生物分泌更多的胞外聚合物(EPS),其含量在原水条件下为417.5 mg/g(VSS),而在稀释后(稀释比1∶16时)下降至231.6 mg/g(VSS)。微生物种群结构分析显示,Halomonas作为一种好氧硝化-异样反硝化菌属在低稀释比的反应器中相对丰度较高,且随着盐度的降低而降低。对功能基因进行注释发现,盐度主要对生物的氨氧化过程产生抑制,在R-1、R-2和R-3号反应器中未检测出amoABC和hao表达,而反硝化功能酶的表达量也较种泥有所减少。该研究成果显示了MBF生物巢有对高盐水质的抗胁迫能力,为其在高盐垃圾渗滤液生物处理的推广应用提供依据。

油茶地蜂营巢生物学观察

对中国南部一种独栖性蜂类--油茶地蜂Andrena camellia Wu的巢穴及其行为进行了初步研究。在对巢穴的研究中,对2省4个样地23个巢穴进行了挖掘和观察,结果显示:巢穴为无分岔的单支洞,主道在土质较好的地方倾斜角小,洞穴长度为90～150cm;在杂质多的土中,倾斜角较大,曲折,洞穴长度为30～60cm。在一定深度之下开始在主道周边出现由小径连接主道的近椭圆形虫室。虫室通常在远主道端略向下倾斜。一个巢穴中的所有虫室多在一个近似的平面上。在洞口到第一个虫室之间主道通常是近竖直的,虽然时有小的弯折;从第一个虫室向下主道往往发生一或多次偏折,但角度通常不超过45°。在对成蜂行为的观察研究中,对4头油茶地蜂连续7天的全天行为进行记录,结果显示:成蜂除雨天外均出巢采集油茶花粉;每天出巢在1～5次不等,多数为2～3次;携粉量大。

日本佳盾蜾蠃营巢生物学研究

2011~2013年对我国南方林区捕食性天敌昆虫日本佳盾蜾蠃Euodynerus nipanicus（Schulthess）的营巢生物学及其巢穴结构进行了初步研究。采用目测、拍照和摄像等方法对雌性日本佳盾蜾蠃的整个筑巢过程和日活动规律进行了连续观察,采用室内解剖巢管对该蜂的巢穴结构进行观测,用游标卡尺对虫室、空室和前庭大小等数据进行测量。研究发现日本佳盾蜾蠃偏爱巢口方向为东南方向的巢箱,长度为21.03±3.75 cm,内径为0.88±0.13 cm的巢管;该蜂巢穴主要包括虫室、空室和前庭三个部分,每个巢管虫室数目平均4.75±1.83个,长度平均1.32±0.26 cm,空室数目平均5.67±1.97个,长度平均0.91±0.29 cm,前庭只有1个但不同巢管中差异较大,平均长度2.57±1.74 cm;晴好天气下,雌性成蜂一天内共出巢55±5.33次,一次捕食过程平均536.97±110.76 s,每次存放食物时间平均40.15±8.46 s,一次采泥过程所需时间平均39.07±11.15 s,筑巢时间平均68.56±13.59 s。日本佳盾蜾蠃不同的个体之间筑巢习性基本相近,但不同巢穴内部结构存在一定的差异。

大分舌蜂营巢生物学

于2009和2010年对广东河源大分舌蜂Colletes gigas的巢穴结构及生物学习性进行了初步研究。对分布在同一区域大分舌蜂的巢穴进行了挖掘,详细记录了两个巢穴的结构;挖出的卵、幼虫及蛹的形态进行了解剖镜和电镜观察,并做了简要描述。另外,还通过分子及形态学方法对与大分舌蜂共用筑巢场所的另一种分舌蜂进行了鉴定。研究发现大分舌蜂喜欢在沙土中筑巢,并且有集中筑巢的习性。大分舌蜂的巢穴由一条主道和几条虫室道组成,虫室建在主道及各个虫室道的末端。大分舌蜂往年的巢穴可以被翌年羽化的大分舌蜂再次利用,沿主道重新建造自己的虫室道或扩展原有的虫室道。大分舌蜂在中国南方专性取食山茶科植物尤其是油茶的花粉及花蜜,蜂粮由于花蜜含量较多而呈液体状。通过进一步比较COI与28SD2区数据,甄别出同一巢区中还存在另一种分舌蜂属物种,表明大分舌蜂可以与另一种分舌蜂Colletes sp.共用筑巢场所。

沙地毛足蜂筑巢生物学研究

【目的】调查毛乌素沙地的一种群居独栖性野生毛足蜂Dasypoda hirtipesPanzer的巢穴结构及其日活动规律。【方法】采用目测和拍照等方法对沙地毛足蜂的整个筑巢过程进行了连续观测;采用挖掘、测量方法对毛足蜂巢内结构进行了观测。【结果】2008和2009年共挖掘巢穴22个,巢口直径为6.32~10.35mm,巢穴具有多分枝的支道,一般有4~16个分支道,主道的深度为84~112cm,巢室分布在主道周围的支道里面,每个支道里面仅有1个巢室,巢室深度为22~54cm。巢室内壁无蜡层,较光滑,巢室内的花粉球底部有3个均匀大小的用来支撑花粉球的突起。对雌性成蜂日活动行为的观察结果显示,雌性个体一天内采集粉蜜的次数在6~8次,最后一次一般不携带花粉归巢。【结论】在内蒙古毛乌素沙地,该蜂一年1代,日活动时间与菊科植物抱茎苦荬菜Ixeris sonchifolia花序中的单花期相对应,主要的蜜源植物为菊科植物和蒺藜属植物。

新型生物膜反应器对生活垃圾渗滤液的处理工艺

该文采用新型生物膜反应器系统对某生活垃圾填埋场渗滤液进行小型现场处理试验。结果表明，当平均温度为15℃时，采用该新型生物膜反应器在4~5d内即可培养出一定厚度的驯化微生物膜并开始稳定地降解污水，各主要污染物指标的降解率均在95％以上，不使用高价的反渗透或纳滤系统即能稳定地达到国家垃圾渗滤液污水处理排放标准。该系统流程简洁、操作简单、工艺先进、无污泥产生、运行成本低，可应用于垃圾渗滤液等含高浓度难降解有机物污水处理，是有发展潜力的新型工艺技术。

玄武岩纤维填料不同布置间距处理生活污水的研究

以玄武岩纤维(BF)作为生物填料应用于生活污水处理,选取BF进行生物巢培养,并对生物巢形成时间进行了对比分析,探究了不同BF水中COD、氨氮和总氮的去除效果。结果表明:BF三种BF填料布置间距对COD、氨氮和总氮的去除率总体上随水力停留时间(HRT)的延长而提高,BF填时,对生活污水中COD、氨氮和总氮的去除率分别达到88.4%、83.3%和64.7%。

绿背山雀人工巢箱真菌多样性差异分析

真菌是巢穴微生物的重要组成部分,与鸟类的生存、繁殖和环境适应息息相关。本研究通过悬挂人工巢箱招引绿背山雀(Parus monticolus)入住,基于内转录间隔区(ITS)测序技术,对绿背山雀繁殖成功巢箱与筑巢未产卵巢箱真菌群落的组成差异进行探究。结果显示,在门水平上,子囊菌门(Ascomycota,98.81%)是繁殖成功巢箱内微生物的主要菌门;子囊菌门(85.59%)和担子菌门(Basidiomycota,8.33%)是筑巢未产卵巢箱内微生物的主要菌门。在属水平上,繁殖成功巢箱的优势属为拟单宽皿菌属(Phialemoniopsis,83.04%)、曲霉属(Aspergillus,4.75%)、子囊菌属(Arthroderma,4.29%)和柄帚霉属(Scopulariopsis,1.78%);筑巢未产卵巢箱的优势属为拟单宽皿菌属(36.06%)、曲霉属(14.53%)、青霉属(Penicilliu,6.22%)、单端孢霉属(Trichothecium,5.80%)、德巴利酵母菌属(Debaryomyces,1.67%)和蝶孔耳属(Papiliotrema,1.09%)。Alpha多样性分析表明,筑巢未产卵巢箱中真菌的多样性和丰富度均显著高于繁殖成功巢箱(P<0.05);Beta多样性分析表明,繁殖成功巢和筑巢未产卵巢箱之间的真菌群落存在显著差异;LEfSe分析共检测到19个具有统计学差异的生物标记物,繁殖成功巢箱和筑巢未产卵巢箱的显著生物标志物分布在子囊菌门和担子菌门中,两种巢箱的标记物种存在显著差异。整体来说,与繁殖成功巢相比,筑巢未产卵巢内分布有更多的潜在病原菌。

玄武岩纤维填料生物接触氧化法提升食品废水处理的效果评价:以日本Mizkan Holdings美浓加茂工厂为例

食品废水有机负荷高,波动性大,常规生物膜法处理工艺复杂且成本较高。采用加入玄武岩纤维(BF)填料及生物处理剂(SE-2)的新型生物接触氧化处理工艺,在日本株式会社Mizkan Holdings美浓加茂工厂开展食品废水处理试验评价。试验结果表明:该新型工艺中BF填料可形成球形“生物巢”,在较低DO(0.5 mg/L左右)条件下可实现COD、TN和TP的稳定去除,出水质量浓度分别在20,10,1 mg/L以下,去除率均达到95%以上,满足排放要求。与原工艺相比,该工艺的剩余污泥产量可减少20%以上,整体处理费用降低10%~30%。该工艺具有一定的应用和推广价值。