贡嘎山冰川退缩区土壤-植物-微生物功能多样性对磷循环的协同作用

对于植物和土壤微生物来说,磷是重要的生命元素。土壤磷的生物有效性随成土过程发生改变,同时植物和土壤微生物通过调整自身养分利用策略,对土壤磷循环产生影响。基于冰川退缩迹地土壤和植被原生演替序列,探讨了土壤-植物-微生物功能多样性的磷循环协同作用过程,分析了贡嘎山海螺沟冰川退缩区4次冰碛物出露时间(1980、1970、1958、1930年)退缩迹地上发育的土壤物理化学性质、磷形态和酶活性的演化规律。结果表明:①随着植被演替和土壤发育,海螺沟冰川退缩区土壤磷含量及其生物有效性发生明显改变;②成土作用初期,微生物促进了原生矿物磷的转化,并为早期植被发育提供养分;随着原生矿物磷释放量的减少,植物养分利用策略经历了由磷回收循环→简单获取→回收循环3个不同阶段;另外,随着植被演替,微生物更多地参与有机磷活化,提升了植物养分重吸收效率;③海螺沟冰川退缩区冰碛物磷的快速流失加剧了植物与微生物对磷的竞争。

曝气生物滤池铝盐化学强化与生物协同除磷

为了解投加铝盐后曝气生物滤池的除磷效果及其对去碳、硝化功能和生物膜、生物相的影响,通过同步比较在投加药剂和不投加药剂情况下小试曝气生物滤池的净化效果和生物膜结构特征、生物相组成.结果表明,当反应器水力负荷和进水总磷(TP)负荷分别为1.3m3·m-2·h-1和0.12～0.13kg·m-3·d-1时,TP的去除随铝盐投加量的增加而增加,但并不成正比例增加.投加铝盐后TP去除率可提高70%～86%.当投加系数≤1.5时,适当加大气水比有利于除磷,但当投加系数≥1.75时,加大气水比对TP的去除没有影响.当气水比为(3～5)∶1、投加系数≥1.75时,曝气生物滤池出水TP<0.5mg·L-1;若气水比增加到7∶1时,投加系数可进一步降低至1.5.投加铝盐对浊度、COD去除的贡献率分别只有4%～7%和5%～13%,而对氨氮的去除影响甚微.投加铝盐后反应器进水端陶粒表面发现大量网状絮体,出水端却较少.投加铝盐对生物膜中微生物的种类和数量的影响很小.

长白山高山冻原生态系统磷硫生物循环的研究

利用分室模型对长白山高山冻原生态系统磷硫生物循环进行了研究.结果表明,长白山高山冻原植被土壤系统中总磷和总硫净储存分别为16088.6t和26079.4t,其中土壤库分别占99.2%和99.5%.磷硫在土壤库、凋落物库和植被库的分布极不平衡,储量分别是:植被库中磷46.14t、硫64.82t,其中地上部分储存磷21.88t、硫44.21t,地下根系储存磷24.28t、硫20.61t,在植物亚系统中47.4%的磷和68.2%的硫储存在地上部分;凋落物库中磷89.63t、硫53.16t;土壤库中磷15952.8t、硫26014.6t.长白山高山冻原植被土壤系统中,磷年吸收量和年凋落物归还量分别为24.25和31.59t;硫在地上植物活体、地下根系中年转移量和年凋落物归还量分别为31.18、10.12和21.06t,硫自然归还率为67.5%.

铝盐应用于污水生物化学协同除磷研究进展

从铝盐投加对生物处理系统处理效能以及微生物的影响2个大的方面进行了论述,并对未来的研究方向进行了展望,为铝盐应用于污水生物化学协同除磷的研究提供参考和借鉴。铝盐的投加可以使得污水生物处理系统的总磷去除得到有效的提高,而活性污泥的沉降性能提高、活性降低;铝盐会使得生物处理系统的微生物种群数量减少。未来的研究主要集中在铝盐长期胁迫对生物处理系统的处理效能的影响、微生物群落的具体变化、耐铝菌株的发掘和含铝剩余污泥的处置和回收利用。

强化型硫铁矿自养反硝化工艺深度处理城市二沉尾水研究

为实现硫铁矿自养反硝化工艺快速启动,提高出水稳定性,将以硫铁矿为填料的硫自养反硝化生物滤池反应器(1号反应器)作为对照组,分别构建了以硫铁矿/石灰石和硫铁矿/硫黄为填料的强化型硫铁矿生物滤池反应器(2号、3号反应器)处理城市污水处理厂二沉尾水,从去除效果、出水水质的角度来评价强化工艺的可行性,并通过微生物群落分析来探究强化工艺的强化机理.结果表明:当反应温度为31~33℃,水力停留时间(HRT)为2.2 h时,3个生物滤池反应器总氮(TN)去除率分别为91.3%(1号反应器)、84.5%(2号反应器)、100%(3号反应器),出水TN浓度均小于5 mg/L;总磷(TP)去除率分别为91.4%(1号反应器)、85.0%(2号反应器)和100%(3号反应器),TP去除效果随TN去除效果的提升而提升;出水pH基本均能维持在6.8~7.6,体系内硫酸根生成量较低,维持在4.99~5.91 mg(每mg NO_(3)^(-)-N).Thiobacillus作为硫铁矿自养反硝化工艺的核心功能菌属在3号反应器内占据优势地位.以硫铁矿/硫黄为填料的生物滤池反应器不仅可以实现快速启动,也能够取得良好的氮磷去除效果,出水水质稳定,为城市二沉尾水强化处理的硫自养反硝化技术的实际应用提供了理论支持.

铁盐应用于污水协同除磷研究进展

强化污水中磷的去除是污水厂提标升级必须解决的问题之一,而铁盐是协同除磷常用的药剂之一。从铁盐投加对污水生物处理系统处理效能、污泥性能和微生物的影响3个方面进行了论述,并对未来的研究方向进行了展望,为铁盐应用于污水协同除磷的研究及工程应用提供参考和借鉴。从经济和效能上考虑建议采用Fe SO4,按照摩尔比Fe:P=1.5~2.2进行投加,可以有效提高污水生物处理系统的总磷去除率(去除率>84%,出水TP<0.5 mg/L),有机物和氮的去除略有提高或者不受影响,活性污泥的污泥量增多,沉降性能提高,活性降低(铁盐投加>0.15 mmol/L),微生物总量和种群数量减少。未来需要对铁盐的常量投加(0.12~0.3 mmol/L)和微量投加(<0.02 mmol/L)对污水生物处理系统的污泥性质组成、碳氮磷代谢和微生物群落结构影响及协同除磷机理加强研究。

基于碳源转变的协同生物除磷模式构建及运行效能

采用厌氧/好氧交替运行的SBR反应器,通过将进水碳源由葡萄糖逐步转变为混合氨基酸(谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸和天冬氨酸),考察碳源转变对强化生物除磷(EBPR)系统运行效能及微生物菌群结构的影响,以构建协同强化生物除磷模式。结果表明,碳源转变有利于系统除磷,平均除磷率可达90%左右;但随着混合氨基酸比例的增加,氨氮去除率因氨基酸水解呈下降趋势。系统运行中期发生了污泥膨胀,及时调整后除磷性能得到完全恢复,氨氮去除量虽然有所增加,但去除率并未提高。16S rRNA高通量测序结果表明,当底物由葡萄糖转变为混合氨基酸后,发酵型聚磷菌(FPAOs)Tetrasphaera出现,且传统型聚磷菌(PAOs)Accumulibacter丰度大幅提高,硝化菌属丰度下降,这与系统的磷及氨氮去除性能表现一致,说明混合氨基酸碳源体系有利于协同强化生物除磷模式的构建,Tetrasphaera等发酵菌属可将氨基酸分解为利于Accumulibacter利用的小分子有机物,从而实现协同除磷。

反硝化除磷工艺中亚铁协同除磷效能与机理研究

反硝化除磷SBR系统中长期投加Fe~（2＋）能够强化系统除磷脱氮效果。Fe~（2＋）浓度为3.0mg/L条件下,R_0（空白）、R_1（厌氧初期投加）、R_2（缺氧初期投加）出水硝氮浓度分别为7.05,5.87,6.24 mg/L。缺氧吸磷后磷浓度分别为6.04,1.03,1.15 mg/L;经后曝气进一步好氧除磷后,出水磷浓度分别为1.26,0.08,0.06 mg/L。反硝化除磷系统Fe~（2＋）协同除磷药剂利用率较高,R_1和R_2中铁磷摩尔比（投加Fe~（2＋）量与除磷增加量）分别为0.34：1和0.35：1,远低于Fe~（2＋）化学除磷的最佳铁磷摩尔比（〉2：1）。Fe~（2＋）停止投加后系统表现出了持续的强化脱氮除磷效果,厌氧初期投加优于缺氧初期。反硝化除磷系统中长期投加Fe~（2＋）盐能够改善污泥沉降性能,相对于R_0,R_1和R_2中污泥SVI平均降低了16.23%和18.92%,污泥絮体变得更加密实。协同机制除了化学作用,还存在生物协同作用。

反硝化除磷工艺中亚铁协同除磷效能与机理研究

反硝化除磷SBR系统中长期投加Fe^(2+)能够强化系统除磷脱氮效果。Fe^(2+)浓度为3.0mg/L条件下,R_0(空白)、R_1(厌氧初期投加)、R_2(缺氧初期投加)出水硝氮浓度分别为7.05,5.87,6.24 mg/L。缺氧吸磷后磷浓度分别为6.04,1.03,1.15 mg/L;经后曝气进一步好氧除磷后,出水磷浓度分别为1.26,0.08,0.06 mg/L。反硝化除磷系统Fe^(2+)协同除磷药剂利用率较高,R_1和R_2中铁磷摩尔比(投加Fe^(2+)量与除磷增加量)分别为0.34:1和0.35:1,远低于Fe^(2+)化学除磷的最佳铁磷摩尔比(>2:1)。Fe^(2+)停止投加后系统表现出了持续的强化脱氮除磷效果,厌氧初期投加优于缺氧初期。反硝化除磷系统中长期投加Fe^(2+)盐能够改善污泥沉降性能,相对于R_0,R_1和R_2中污泥SVI平均降低了16.23%和18.92%,污泥絮体变得更加密实。协同机制除了化学作用,还存在生物协同作用。

碳硫比和硝酸根投加量对DS-EBPR工艺的影响研究

为获得适宜的硫循环协同反硝化生物除磷工艺(DS-EBPR)运行条件,采用批次实验研究了进水m(C)/m(S)和NO_3^--N投加量对DS-EBPR的影响,同时对工艺代谢机理进行初步研究。结果表明,m(C)/m(S)为150/200时有最大吸磷速度2.4 mg/(g·h),而PHA的储存和消耗速度却最低,同时poly-S的储存和消耗速度却最大。DS-EBPR释磷段和吸磷段的反应进行能量平衡分析,说明poly-S在DS-EBPR工艺运行中可作为潜在的能量来源。poly-S在吸磷段可调节NO_3^--N的反硝化作用,可减少NO_3^--N对下一周期释磷段的影响,以达到良好的释磷效果。DS-EBPR工艺的反应机理明显不同于传统的EBPR工艺。

生物膜强化多级AO工程智能设计与运行

生物膜强化多级AO是一种新型生化处理工艺,兼具分级进水和生物膜强化的优势。基于某城市污水处理厂生物膜强化多级AO工艺的工程应用,从工艺优势分析着手,发挥其多点进水特点,介绍了工艺设计思路,并实际监测了生化段的进、出水和工艺沿程水质。2个月的运行监测结果显示,生化段出水氨氮均值为0.3 mg/L、总氮均值为4.7 mg/L、总磷均值为0.23 mg/L,达到了极佳的氮磷协同处理效果;生化段出水达到了TN≤5 mg/L的标准。该工程的设计运行可为极限脱氮与氮磷协同处理提供良好的工程示范。

硫酸盐还原产物对EBPR系统影响的研究进展

温暖沿海地区的污水中含有大量硫酸盐,而其在厌氧条件下的还原产物--硫化物及聚硫颗粒(polymeric sulfur compound, poly-S)会对强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal, EBPR)过程产生重要影响.综述了硫化物对传统强化生物除磷(conventional enhanced biological phosphorus removal, CEBPR)系统营养物去除、沉降性能和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms, PAO)的影响及作用机理,硫循环协同强化生物除磷(sulfur cycle-associated enhanced biological phosphorus removal, S-EBPR)系统的创建及特征(主要包括其生物转化过程、优势功能菌及除磷效果的影响因素),以及poly-S在S-EBPR系统中的功能作用.发现了硫化物和poly-S在硫循环参与的生物除磷过程中发挥着重要的积极作用,并且通过适当调控,或许能实现生物除磷系统对低ρ(C)/ρ(P)且含硫废水处理效果的强化;提出了当前研究存在的不足以及未来的研究方向,以期为EBPR系统的稳定高效运行及低ρ(C)/ρ(P)含硫污水的处理提供理论基础.

本期专题:Anammox^(+)生物脱氮工艺与应用

自20世纪90年代厌氧氨氧化(anammox)机制被发现以来,国内外学界和工程界围绕anammox开展了诸多研究并推进其工程应用。相比传统生物脱氮工艺,anammox的低碳节能优势明显,已促使研究者将其应用于各类含氮污废水的处理。面对不同的需求,国内外研究者将anammox与其他氮循环、碳循环、磷循环、硫循环、铁循环等过程进行组合,产生了诸多Anammox+工艺,从而实现以anammox为中心的多过程协同污染物治理和资源能源回收。

DS-EBPR颗粒污泥和絮状污泥除磷效能

为提高反应器的稳定性,同时对硫循环协同反硝化生物除磷(DS-EBPR)颗粒污泥和絮体污泥的脱氮除磷效果以及物质转化规律进行对比研究,实验采用序批式活性污泥反应器(SBR)分别培养DS-EBPR絮体污泥和颗粒污泥。结果表明:GSBR(颗粒污泥SBR)乙酸根平均去除率和磷平均去除率均高于FSBR(絮体污泥SBR);且GSBR中PHA(聚羟基脂肪酸)的作用机制相比于FSBR明显优于glycogen(糖原),表明GSBR具有更好的功能微生物富集作用;反应器运行过程中poly-S(聚硫颗粒)储存形式的转变表明DS-EBPR系统中poly-S的转化形式并不是根据反应阶段固定的,而是根据系统能量供需状态变化的,且对比硫循环转化效果显示GSBR的能量利用效率高于FSBR。