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。

沼液二级生化出水铁硫协同同步硝化-自养反硝化深度脱氮

针对沼液二级生化出水仍含高浓度硝态氮(NO-3-N)、氨氮等问题,文中研究了铁硫协同同步硝化-自养反硝化的影响因素。结果表明,在无外加碳源的条件下,铁硫协同同步硝化反硝化可有效提高TN、NO^(-)_(3)-N和氨氮的去除率。同时,在S/N为2的条件下,对TN、NO^(-)_(3)-N、氨氮去除率分别达到51.25%、83.63%、67.33%。氮去除动力学结果表明,TN去除规律在0~15 h内符合一级反应动力学特征,且其反应速率常数(0.0510 h^(-1))大于不投铁硫的空白组(0.0355 h^(-1))。微生物群落演变规律表明,铁刨花及硫代硫酸钠的投加会使微生物群落丰富度提高、多样性降低,且投加铁硫可显著提高自养反硝化菌[硫杆菌属(Thiobacillus)、铁杆菌属(Ferribacterium)]及异养反硝化菌[聚糖菌属(Defluviicoccus)、Candidatus_Competibacter、陶厄氏菌属(Thauera)]的丰度。

硫化物对厌氧氨氧化耦合自养脱硫反硝化工艺脱氮除硫效能的影响

以成熟Anammox颗粒污泥与产甲烷颗粒污泥作为接种物实现了硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化(SADA)工艺快速启动,探究了不同硫化物负荷对SADA工艺脱氮效能的影响及其脱硫机理.结果表明:较高硫化物负荷(>1.50g S/(L·d))对耦合系统中An AOB无显著抑制作用,相应的系统脱氮效率连续运行1.5个月后趋于稳定.当将硫化物浓度降为零,耦合系统的总氮去除率(TNRE)仍能达到88.1%,相应的化学计量比R_(s)(1.23±0.13)与R_(p)(0.33±0.08)亦与Anammox理论值近似,表明解除高硫化物负荷胁迫条件后SADA系统中Anammox颗粒污泥仍能实现生物脱氮过程.当解除高硫化物负荷胁迫1.5个月后,在较低硫化物负荷条件下(0.30g S/(L·d))恢复硫化物胁迫,耦合系统出水NO_(3)^(-)降低,相应的R_(p)降至0.21,表明SADA系统仍能较好地实现同步脱氮除硫,兼具硫自养反硝化和厌氧氨氧化的双重功效.系统存在的产甲烷颗粒污泥降低硫化物对An AOB抑制,缩短了SADA工艺启动时间,且能在重新引入硫化物后快速激活脱硫反硝化过程.通过颗粒污泥形态分析和高通量测序菌群解析可知:不同硫化物胁迫条件下,SADA系统中仍能实现An AOB(如Candidatus Kuenenia,16.9%)和硫氧化菌(如Thiobacillus,31.6%)的共存富集,且能实现高硫化物负荷条件下较高的TNRE(>60%)和硫单质产率(95.2%).

异养硝化-好氧反硝化菌群YQS脱氮及聚集特性研究

从自然环境中分离得到一个兼具异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)性能和聚集性能的菌群YQS,鉴定其优势属为Rhizobium、Azoarcu和Hydrogenophaga。综合分析了菌群YQS的脱氮性能、影响异养硝化性能的因素、聚集性能和胞外聚合物(EPS)的分泌情况。结果表明,菌群YQS对氨氮、硝态氮和亚硝态氮的去除率分别为97.33%、89.55%和85.94%;碳源为柠檬酸钠、C/N为12、温度为30℃、转速为130 r/min是菌群YQS进行异养硝化的最佳条件;菌群YQS的良好聚集性能与其分泌的EPS有关,聚集指数可达53.72%。菌群YQS的分离为实现污水生物高效脱氮和功能微生物富集提供了新的生物资源。

短程反硝化强化脱氮的影响因素及其耦合工艺应用进展

短程反硝化(PD)工艺作为脱氮的前端工艺以其效率高、能耗低以及温室气体排放量少等优点而备受青睐,成为近年来研究热点。短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)工艺是一种新型生物脱氮工艺,不仅在氮循环中发挥着重要作用,而且在节能和环保方面具有很高的经济和实用价值。基于已有研究成果,介绍了PD工艺的研究现状,分析了不同接种污泥对PD工艺启动的影响;从磁效应、碳源、碳氮比(C/N)以及铁炭比等方面进行评述,揭示了关键影响因子对PD工艺强化脱氮过程中微生物群落结构、关键酶活性和细胞代谢途径的影响机理;浅析了PD/A工艺不同耦合形式的特点,对耦合工艺处理城市生活污水、养殖废水和垃圾渗滤液等实际废水的研究与应用进展进行总结;最后,展望了PD/A工艺在污水脱氮处理方面的前景,并结合现有研究提出了PD/A工艺处理垃圾渗滤液的潜在工程应用方案,认为克服PD工艺的影响因素及优化PD/A的参数以提升工艺运行的高效性和稳定性是未来研究的重点方向。

废水处理硝酸盐异化还原与厌氧氨氧化/反硝化耦合工艺构建

采用厌氧膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)处理含COD、氨氮和硝氮的模拟废水,旨在高浓度有机废水处理系统中快速构建厌氧氨氧化(Anammox)运行工艺。通过接种少量Anammox污泥和逐步提高氨氮浓度的操作方式,在连续运行58d后,系统成功启动Anammox反应,此时的总氮和COD去除率稳定在97%和98%以上。物料衡算显示,Anammox反应途径对氮的去除贡献逐渐增加,硝酸盐异化还原(DNRA)耦合Anammox和反硝化共同促进了系统的同步脱氮除碳。对微生物群落分析发现,Candidatus Kuenenia相对丰度由0.27%快速升高至35.87%,DNRA菌(Ignavibacterium、Thermogutta)及反硝化菌(Azospira、Gp3)在体系内共存。通过基因注释法,检测出了Anammox、DNRA、硝酸盐还原及亚硝酸盐还原关键基因。运行过程中,颗粒污泥颜色变红且粒径增大;胞外聚合物(EPS)分析表明多糖(PS)和蛋白质(PN)含量增加而PN/PS下降;三维荧光光谱发现腐殖酸类物质增多。研究结果为高浓度有机含氮废水高效处理提供了一种新的工艺途径。

耐高温异养硝化-好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性研究

经过16S rDNA以及各项菌株生理生化特性研究试验,寻找一种耐热性较好的异养硝化-好氧反硝化菌(HN-AD)菌株,并将菌株接种至模拟污水环境的硝酸盐氮培养基中,研究其在不充足碳源及充足碳源的情况下菌株的脱氮效率及硝酸盐氮去除率。结果表明,在温泉中筛选出一种可使污水的pH更适合自身反硝化作用的HN-AD菌株,经鉴定所筛选出的HN-AD菌为斯氏假单胞菌。该菌株在模拟污水环境下反硝化最适pH为8.0,在充足碳源的情况下,其硝酸盐氮去除率能到达93%以上。菌株不仅拥有着较为高效的脱氮效率以及较高的硝酸盐氮去除率,而且拥有着自我调节环境pH的能力,能在充足碳源的情况下调节至最佳氮降解的pH。

异养硝化-好氧反硝化细菌MF1的生长及脱氮特性研究

从某对虾养殖池塘采集的底泥中筛出一株菌株MF1,经16S rDNA鉴定为Klebsiella michiganensis(密歇根克雷伯氏菌)。各菌株生长特性试验表明:氨氮培养基中菌株MF1的最适碳源为丙酮酸钠。在温度30℃、pH 7、转速100 r/min及C/N比例为10的条件下,菌株MF1的脱氮效率达到最大值。

异养硝化-好氧反硝化细菌的研究进展及在水产养殖中的应用

异养硝化-好氧反硝化细菌可以同时实现硝化和反硝化,具有高效的脱氮性能,是目前废水生物脱氮处理的研究热点之一。文章从异养硝化-好氧反硝化细菌的研究现状、作用机制、脱氮影响因素、在水产养殖中的应用等4个方面进行了综述,可为异养硝化-好氧反硝化细菌的研究提供理论依据,为异养硝化-好氧反硝化细菌在水产养殖中的应用提供新的思路。

一段式短程反硝化-厌氧氨氧化工艺处理电厂循环冷却水与城市污水的可行性研究

厌氧氨氧化反应由于其自养脱氮的特性,自被发现之日起就备受关注。作为一种能稳定为厌氧氨氧化反应提供亚硝态氮的技术,短程反硝化技术将硝酸盐仅还原为亚硝态氮,已经被认为是目前最节能的硝酸盐废水脱氮技术。针对一段式短程反硝化-厌氧氨氧化工艺实现电厂循环冷却水浓水与城市污水同步脱氮的可行性进行探究。在pH=9的条件下,经过26 d的驯化,成功启动在低pH下能稳定实现高亚硝积累的短程反硝化反应器。加入厌氧氨氧化污泥后,迅速启动一段式短程反硝化-厌氧氨氧化反应器。短程反硝化过程能利用的有机物主要来源于城市污水。因此,预计通过控制化学强化初沉的可以控制预处理过程有机物的去除量,从而控制进水的碳氮比实现稳定脱氮。采用短程反硝化-厌氧氨氧化技术可以在低物质输入,低能源消耗,低碳排放,低剩余污泥产生的前提下实现电厂循环冷却水浓水与城市污水的同步脱氮,是一种经济且环境友好的处理技术。

硝化-反硝化细菌在循环水高密度养殖中脱氮应用进展

简述了硝化-反硝化细菌的脱氮机理,介绍了硝化-反硝化细菌在处理含氮水体中以及循环水高密度养殖中的脱氮应用。指出,在循环水高密度养殖中,异养硝化-好氧反硝化菌能将自养硝化-厌氧反硝化过程优势结合在一起,解决了硝化与反硝化反应器分别独立设置的问题,减少了反应器的规模和能源成本,其相比于自养细菌更能解决水体中与有机物不能兼容的问题。提出,异养硝化-好氧反硝化菌在处理高密度养殖水体中具有高效的净化水质能力,是一种在循环水高密度养殖中具有巨大潜力的生物修复细菌。

煤气化炉渣免烧陶粒的制备及其在反硝化滤池中的应用

煤气化炉渣是煤气化过程中产生的固体废弃物。大量的炉渣堆积不仅造成了资源的浪费,而且增加了企业的运营成本,对当地环境造成危害。以内蒙古地区的煤气化炉渣为主要原料,加入水泥、生石灰、CaSO_(4)等,通过免烧结的方式制备陶粒。在制气炉渣、水泥、生石灰、CaSO4质量比为70∶30∶2.5∶5的条件下制得的陶粒性能最优越,比表面积可达51.7 m^(2)/g,堆积密度为809 kg/m^(3),颗粒破碎强度为6.61 MPa。将该陶粒用作反硝化生物滤池填料,相比于普通市售陶粒挂膜速度更快;在水力停留时间(HRT)为12 h时,化学需氧量(COD)由300 mg/L下降至60 mg/L以下,COD去除率在80%以上;硝态氮(NO_(3)^(-)-N)由60 mg/L下降至2 mg/L以下,NO_(3)^(-)-N去除率在95%以上。利用煤气化炉渣制备免烧结陶粒实现了煤气化炉渣的资源化利用,同时为污水反硝化处理提供了一种新的填料。

一株嗜碱兼性好氧反硝化菌Marinobacter sp.B3的分离鉴定及脱氮性能研究

为获得反硝化脱氮效率较好的菌株,实验从海水螺旋藻培养体系中分离获得一株嗜碱兼性好氧反硝化菌,通过观察细菌形态以及16S rRNA基因序列的同源性分析,鉴定该菌株为海杆菌属,命名为Marinobacter sp.B3。为明确该海杆菌的反硝化性能及氮转化途径,研究开展了溶解氧(DO),碳氮摩尔比(C/N),pH和温度等不同单因素对反硝化性能影响实验和氮平衡实验。单因素影响实验结果表明,当硝酸钾(KN0_(3))作为唯一氮源,NO_(3)^(-)-N的初始浓度为100 mg/L,盐度32,振荡速度为150 r/min(初始DO质量浓度是5.6 mg/L),C/N=10,pH=8.0±0.2,温度为35℃时,可获得最大脱氮效果。氮平衡实验结果得出,在好氧环境下,有20.11%的NO_(3)^(-)-N转化为胞内氮,5.58 mg/L的NO_(3)^(-)-N转化为其他形态(NO_(2)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N和有机氮),74.72%转化为N2释放;厌氧环境下,有26.65%的NO_(3)^(-)-N转化为胞内氮,72.86%的NO_(3)^(-)-N转化为气态产物释放。最终实验结果表明,Marinobacter sp.B3在好氧和厌氧条件下,48 h对NO_(3)^(-)-N的去除率分别为99.89%和93.80%,具有较好的反硝化脱氮能力,且在好氧条件下NO_(3)^(-)-N去除效率更高,在海水工厂化循环水养殖尾水处理方面具有良好的应用前景。

西双版纳热带森林恢复对土壤反硝化N_(2)O排放的影响

为探明热带森林恢复对土壤反硝化N_(2)O排放时空动态的影响,选择西双版纳热带森林不同恢复阶段白背桐(Mallotus paniculatus)、崖豆藤(Mellettia leptobota)、高檐蒲桃(Syzygium oblatum)群落为研究对象,反硝化N_(2)O排放及微生物多样性分别采用“纯氧法抑制反硝化”和高通量测序测定,并分析其与土壤化学性质之间的关联特征。结果表明,1)热带森林恢复显著影响土壤反硝化N_(2)O排放速率(P<0.05),其速率均值(μg·kg^(-1)·h^(-1))大小依次为高檐蒲桃(303.16±37.57)>崖豆藤(251.38±28.37)>白背桐(193.45±26.76)。2)反硝化N_(2)O排放速率具有显著的时空变化,季节动态表现为湿季(6月和9月)显著高于干季(3月和12月),且干湿季变幅表现为白背桐(2.94倍)>高檐蒲桃(2.50倍)>崖豆藤(2.22倍);垂直变化随土层加深逐渐降低。3)不同恢复阶段土壤水分、微生物生物量碳及Shannon多样性对反硝化N_(2)O排放速率的解释量随恢复年限呈增加趋势,其大小顺序分别为:高檐蒲桃(68.77%,70.45%,97.87%)>崖豆藤(62.54%,57.16%,96.8%)>白背桐(54.56%,46.46%,93.17%)。4)主成分分析表明,土壤有机碳、易氧化有机碳、Shannon指数、含水率、微生物量碳是调控土壤反硝化N_(2)O排放的主控因子,而全氮、硝态氮、铵态氮、水解氮、Chao指数、Simpson指数的贡献次之。热带森林恢复通过影响土壤反硝化微生物Shannon多样性、水分及碳库组分含量,进而调控反硝化过程的N_(2)O排放的时空动态。

基于碳纤维强化的Fe^(0)混养反硝化脱氮效能与机制

以含NO_(3)^(-)-N合成废水为处理对象,对比了单独投加Fe^(0)与碳纤维强化Fe^(0)混养反硝化连续流反应器反硝化脱氮的效能。结果表明,在COD/NO_(3)^(-)-N为2.9~3.1、水力停留时间(HRT)为24 h时,投加碳纤维强化Fe^(0)的实验组R1对TN和NO_(3)^(-)-N平均去除率分别高达89.04%和97.13%,显著高于单独投加Fe^(0)的对照组R0。胞外聚合物(EPS)及电子传递活性(ETSA)变化规律表明,碳纤维的投入可进一步促进EPS生成,且强化了微生物对电子的利用率。扫描电镜-能量色散光谱仪(SEM-EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析结果发现R1中Fe^(0)表面有明显的微生物腐蚀现象,FeO(OH)和含铁有机复合物是主要的腐蚀产物。微生物学分析表明,有机碳源投加量的提高及碳纤维的投加有效提高铁自养反硝化菌属丰度,促进反硝化功能基因的富集。

反硝化颗粒污泥处理电镀废水中硝态氮的中试研究

采用絮状污泥培育的反硝化颗粒污泥处理实际电镀废水中的硝态氮,通过逐步提升反硝化负荷,培养反硝化颗粒污泥,以评估该污泥的脱氮效果及其性状变化,进而探索其在电镀废水脱氮处理中的实际应用潜力。试验结果显示,在进水COD的质量浓度为400~520 mg/L,NO_(3)^(-)-N的质量浓度为50~100 mg/L,NO2--N的质量浓度为0.2~2.3 mg/L,pH值为6.5~7.2,反应器溶解氧的质量浓度小于0.2 mg/L,上升流速为2~6 m/h的条件下,当脱氮负荷提升至3.4 kg[NO_(3)^(-)-N]/(m^(3)·d)时,硝态氮的去除率高达95%以上,且Δρ(COD)/Δρ(NO_(3)^(-)-N)平均值仅为3.85∶1。系统稳定运行时间长达30 d,处理后出水中NO_(3)^(-)-N的质量浓度低于5 mg/L。此外,处理电镀废水后,反硝化颗粒污泥中的钙、铜、镍、铁含量均有显著上升。同时,成熟的颗粒污泥的VSS/SS值明显降低,颗粒污泥的粒径主要集中在1.0~2.8 mm范围内。反硝化颗粒污泥在处理电镀废水时展现出脱氮负荷高、出水NO_(3)^(-)-N浓度低、Δρ(COD)/Δρ(NO_(3)^(-)-N)低以及脱氮效果稳定等特点,可显著提高处理电镀废水NO_(3)^(-)-N的效率。

A^(2)/O-BAF工艺短程硝化模式下反硝化除磷效能

采用厌氧/缺氧/好氧-曝气生物滤池(A^(2)/O-BAF)工艺处理低C/N城市污水,研究硝化液回流比为0、50%、100%、150%和200%时该工艺脱氮除磷效能。结果表明,在A^(2)/O中控制污泥龄(SRT)为15d,水力停留时间(HRT)为10h,好氧段溶解氧(DO)为2.0mg/L;BAF中控制HRT为3h、好氧/缺氧曝停时间比为50min∶10min以及硝化液回流比R=200%的条件下,进水COD、TN、NH_(4)^(+)-N和PO_(4)^(3-)-P的浓度分别为232.61mg/L、53.99mg/L、52.20mg/L和5.54mg/L,系统出水中COD、TN、NH_(4)^(+)-N和PO_(4)^(3-)-P的浓度分别为34.11mg/L、12.44mg/L、1.01mg/L和0.34mg/L,亚硝积累率(Ni AR)高达95.20%。出水NO_(2)^(-)-N回流至A^(2)/O缺氧段后,缺氧段出水的PO_(4)^(3-)-P含量下降至2.68mg/L,反硝化除磷(DPR)对系统PO_(4)^(3-)-P的去除贡献达75.42%。批次试验表明,A^(2)/O反应器中的除磷菌在厌氧120min后释磷量达到36.35mg/L,缺氧条件下以NO_(2)^(-)-N为电子受体的反应中吸磷量为26.28mg/L,吸磷率为72.30%,以NO_(2)^(-)-N为电子受体的反硝化除磷菌(DPB)占总除磷菌的72.91%。

好氧反硝化细菌脱氮性能及其在污水处理中应用研究进展

好氧反硝化菌自从第一次被提出以来,就因为其挑战了厌氧反硝化理论,能够在好氧条件下发挥反硝化作用,实现了在一个反应器里硝化反硝化同时进行而受到了很多关注。本文较为系统的总结了近几年来从不同环境中筛选分离出的好氧反硝化菌,并从“协同呼吸理论”和“好氧反硝化酶作用”这两个方面深入探讨了好氧反硝化菌的反硝化作用机理。在此基础上,考察了各种环境因子对好氧反硝化菌脱氮效果的影响。包括碳源的种类,温度,溶氧,pH,盐度。最后对好氧反硝化菌在污水处理领域的应用前景进行分析,并利用好氧反硝化菌易于附着于生物膜表面,从而达到高效稳定运行的目的,为污水处理领域的实际应用研究提供理论依据。

三江平原典型小叶章湿地土壤硝化-反硝化作用与氧化亚氮排放

应用C2H2抑制原状土柱培育法研究了三江平原典型小叶章湿地土壤N2O排放速率及反硝化速率的变化,分析了它们与环境因子的关系,并估算了N2O排放量及反硝化损失量.结果表明:草甸沼泽土和腐殖质沼泽土N2O排放速率的变化基本一致,其范围分别为0.020～0.089kgN.hm-2.d-1和0.012～0.033kgN.hm-2.d-1,前者的N2O排放速率均明显高于后者(平均为1.79±1.07倍),且其差异达到显著水平(P<0.05);二者反硝化速率的变化并不一致,其范围分别为0.024～0.127kgN.hm-2.d-1和0.021～0.043kgN.hm-2.d-1,前者的反硝化速率一般也要高于后者(平均为1.67±1.56倍),但其差异并未达到显著水平(P>0.05);硝化作用在前者N2O排放和氮素损失过程中发挥了重要作用,而反硝化作用则是导致后者N2O排放和氮素损失的重要过程;氮素物质基础不是影响二者硝化-反硝化作用的重要因素;温度对前者硝化-反硝化作用的影响比后者更为明显,其反硝化速率与5、10和15cm地温均呈显著正相关(P<0.05);二者所处湿地水分条件的差异是导致其N2O排放速率及反硝化速率差异的重要原因.生长季内,前者的N2O排放量和反硝化损失量分别为5.216kgN.hm-2和6.166kgN.hm-2,而后者分别为3.196kgN.hm-2和4.407kgN.hm-2;在二者的反硝化产物中,N2O/N2的比率最高,分别为5.49和3.76,表明N2在后者反硝化产物中所占的比例明显高于前者,说明季节积水条件会导致N2O/N2比例降低.