不同填料生物膜对海水养殖尾水的脱氮效能及微生物群落分析

为探究不同填料生物膜对海水养殖尾水氮污染物的处理能力,分别以无填料(C)、牡蛎壳(M)、珊瑚石(S)、弹性填料(T)和悬浮球填料(F)构建5组生物滤池,比较填料生物膜成熟时间、成膜情况及对不同氮污染物的24 h去除能力,同时利用高通量测序技术分析挂膜期间(20、40、60 d)填料生物膜上微生物群落的变化。结果表明:不同填料生物膜成熟时间需要46~50 d,珊瑚石所需时间最短(46 d);扫描电镜显示,弹性填料和悬浮球填料附着生物量最多,以杆状细菌为主;对氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的24 h去除率最高的填料分别是悬浮球填料(68.66%±6.27%)、珊瑚石(99.99%±0.00%)和悬浮球填料(6.73%±3.41%);高通量测序显示,随着挂膜时间延长,弹性填料生物膜上的细菌丰度显著增加,牡蛎壳和珊瑚石生物膜上的细菌多样性显著下降(P<0.05);在门分类水平上,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)是不同填料生物膜的主要优势菌群,硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、硝化刺菌门(Nitrospinae)的相对丰度随挂膜时间延长不断升高;在属分类水平上,亚硝酸菌属(Nitrosomonas)、硝化螺菌属(Nitrospira)、硝化刺菌属(Nitrospina)和未分类_亚硝化单胞菌科(unclassified_Nitrosomonadaceae)是填料生物膜上具有硝化作用的优势菌属,这4种硝化菌属在挂膜60 d时的相对丰度总和从高到低依次为悬浮球填料(42.53%)>牡蛎壳(30.50%)、弹性填料(29.30%)>珊瑚石(11.74%),假单胞菌属(Pseudomonas)、青枯菌属(Ralstonia)、噬几丁质菌属(Chitinophaga)和草螺菌属(Herbaspirillum)等反硝化菌属在珊瑚石填料生物膜上的相对丰度高于其他填料。研究表明,珊瑚石、悬浮球填料能够实现脱氮菌属的高效富集,对海水养殖尾水具有良好的脱氮能力,是较为理想的生物填料。

海水养殖尾水人工湿地处理系统及其脱氮过程研究进展和展望

利用人工湿地处理海水养殖尾水具有很大的应用前景,其中,脱氮是人工湿地的主要任务之一。基质上栽培的植物和附着的微生物参与的氮循环是人工湿地生物脱氮的主要路径,植物和多种氮代谢菌群在人工湿地内部相互协同与制约,构成了一个复杂的氮代谢网络。海水养殖尾水的高盐度和低碳氮比(C/N)又决定了此类人工湿地独特的处理环境和生物脱氮机制。同时,人工湿地的供氧模式、水力负荷(HRT)、水力停留时间(HLR)等水力条件参数对脱氮效能也有很大影响,对这些指标进行调控和优化,可以提高湿地的整体脱氮性能。本文从海水人工湿地的构建、基质的选取、耐盐植物的筛选、氮循环相关微生物以及运行参数调控四个方面,对近年来海水养殖尾水人工湿地生物脱氮方面的研究进展进行了综述和展望,以期为深入理解海水人工湿地脱氮机制和优化运行方式提供参考。

振动MBR结合精确曝气与回流强化脱氮除磷

为探索一种利用反硝化聚磷菌(DPAOs)与反硝化聚糖菌(DGAOs)强化脱氮除磷的新工艺手段,在一座传统曝气MBR工艺的市政污水处理厂内开展了新型振动MBR工艺结合精确曝气与回流控制技术的中试研究。在膜池MLSS为12~15 g/L、膜通量为20 L/(m^(2)·h)时,振动MBR中试TMP稳定保持在10~25 kPa,膜振动电机平均电耗为0.042 kWh/m^(3),比水厂曝气MBR膜吹扫风机电耗降低了61.8%。在精确曝气与回流控制下,中试好氧池前端DO低于0.5 mg/L,后端DO保持在0.3~1.2 mg/L;前缺氧池后端硝氮保持在2~3 mg/L,厌氧池硝氮接近0 mg/L,提供了有利于内碳源合成与利用的生化环境条件。振动MBR结合精确控制显著强化了反硝化除磷与内源反硝化作用,中试缺氧吸磷量占缺氧与好氧吸磷量之和的比例超过了40%,后缺氧池内源反硝化脱氮量较水厂提升了1~3 mg/L,最终出水总氮较水厂降低了3~6 mg/L。在中试厌氧池投加乙酸钠后系统脱氮除磷效果进一步提升,出水总氮与总磷分别稳定低于5 mg/L与0.5 mg/L。中试的硝化菌、反硝化菌、DPAOs与DGAOs相对丰度分别比水厂提高了0.76%、1.15%、1.96%与0.58%,其中Dechloromonas与CandidatusCompetibacter分别为主要的DPAOs与DGAOs菌属。

潜流人工湿地脱氮除磷基质的应用研究及展望

基质的选择直接影响着潜流人工湿地全生命周期及污水处理效果,不同类型的基质对脱氮除磷具有差异性效果。综述了不同类型潜流人工湿地基质的研究现状,分析了其脱氮除磷机理,总结了各类基质的应用效果,展望了天然矿石基质、固体废弃物基质和人工合成基质研究方向和研究重点,以期为潜流人工湿地脱氮除磷基质的研发提供参考。

高效脱氮除磷复合人工湿地污水处理实验研究

为了提高人工湿地的处理效果,研究构建微曝气+复合垂直流人工湿地+氧化塘系统处理生活污水,分析复合系统对废水中COD、NH4_(+)^-N、TN及TP的去除性能,探索系统的较佳运行条件,适用范围及其沿程去除效率。结果表明,在改良的垂直流湿地水力停留时间(HRT)为2 d、曝气位置位于改良湿地前端、曝气充氧池内曝气时间为12 h的条件下,处理出水的氨氮(NH4_(+)^-N)、总氮(TN)、总磷(TP)等污染物去除效果最佳。在该运行条件下,该系统处理污水厂尾水的出水达到了《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)的Ⅳ级标准;处理模拟农村生活污水的出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准。研究旨在为低浓度污水的进一步处理净化研究以及高效率人工湿地系统研究提供了一定的参考。

城市污水脱氮除磷效果的强化途径及发展方向

城市化发展进程中,污水处理成为环保部门亟待解决的问题,脱氮除磷变成了其中的关键环节。文章解析了强化城市污水脱氮除磷效果的途径及发展方向,分析脱氮除磷技术在应用中面临的问题,并建议利用生物法、化学法和组合优化策略等手段来强化脱氮除磷效果,希望可以为污水处理技术提供参考价值。经过相关部门实施一系列有效技术手段,国家污水处理技术得以不断发展和进步。

新型活性砂滤罐深度脱氮性能与微生物群落结构研究分析

为进一步减少氮污染物排放,满足城市污水处理厂深度脱氮提标改造的需求,本研究使用新型活性砂滤罐以二沉池出水为对象进行深度脱氮试验,考察不同调控因子对总氮(TN)去除效果以及微生物群落结构的影响。结果表明,最优水力停留时间(HRT)为0.28 h,最佳碳氮比(C/N)为6:1,在此条件下出水TN浓度低于1.5 mg/L,优于现有深度脱氮工艺;为节约运行成本,HRT可调整至0.13~0.23 h,C/N参数不变,TN出水浓度低于4 mg/L。使用乙酸钠时微生物的响应时间比使用甲醇时更短,但高C/N条件下使用甲醇时脱氮效果比使用乙酸钠更好。16s rRNA高通量测序结果表明,系统主要脱氮功能微生物为Saccharibacteria_genera_incertae_sedis、Anaerolineaceae、Longilinea、Rhodocyclaceae、Chlorobium、Thiobacillus、Betaproteobacteria等,Anaerolineaceae主要聚集于装置底部。反冲洗会导致中下部生物膜量较高,但滤床循环运行的方式能将装置底部的反硝化菌转移至滤料顶部,使微生物在装置内的分布更加均匀,从而保证较好的深度脱氮效果。

低氨氮质量浓度废水DPR-SNAD脱氮除磷效能研究

针对低氨氮废水单级自养脱氮系统副产物硝氮残留,有机物耐受能力差,以及缺乏除磷功能等问题,提出反硝化除磷(Denitrifying Phosphorus Removal,DPR)-单级自养脱氮(Simultaneous Partial Nitrification,Anaerobic Ammonium Oxidation and Denitrification,SNAD)组合处理技术,重点考察氨氮负荷对单级自养脱氮工艺(Single-stage Nitrogen Removal Using Anammox And Partial Nitritation,SNAP)系统、泥龄对DPR系统构建的影响,以及低氨氮废水DPR-SNAD组合处理系统的脱氮除磷效能与微生物种群。研究结果显示:采用氨氮质量浓度梯度递减方式,氨氮负荷为0.20 kg N/(m^(3)·d)的低氨氮质量浓度的SNAP系统构建时间为63 d,较负荷为0.05 kg N/(m^(3)·d)的系统缩短了37 d。泥龄对构建的DPR系统效能影响显著,泥龄为35 d的系统除磷脱氮效能较高,PO_(4)^(3-)-P、NO_(3)^(-)-N、COD去除率分别为86.25%、98.00%、92.00%,系统释磷、吸磷、反硝化脱氮速率分别达4.60 mg/(L·h)、4.13 mg/(L·h)、5.53 mg/(L·h)。DPR-SNAD组合处理系统的氨氮(NH_(4)^(+)-N)、总氮(Total Nitrogen,TN)、总磷(Total Phosphorus,TP)、化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)去除率分别为100%、98.64%、86.00%、93.30%。TN、TP去除率较对照组SNAP分别提高了19.20百分点和86.00百分点。16S rRNA高通量测序结果显示,组合系统脱氮除磷功能菌属主要有Rhodobacter、Candidatus_Brocadia、Nitrosomonas、Gemmobacter,SNAD系统中厌氧氨氧化菌(Anaerobic Ammonia Oxidation,AnAOB)相对丰度显著高于对照组SNAP系统,DPR促进SNAD提高了系统脱氮效能。

定向调控电子受体强化好氧颗粒污泥内源反硝化脱氮除磷

为强化内源反硝化作用,加强对有限碳源的高效利用,设置了1组厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)和3组不同好氧时间分配的厌氧-两级短时好氧/缺氧(A/(O/A)_(2))序批式反应器,探究定向调控电子受体下污泥的颗粒化及反硝化聚糖菌(DGAOs)的富集情况.结果表明,采用两级短时好氧/缺氧的反应器好氧颗粒污泥结构更加致密、沉淀性能更好,缺氧段及好氧段电子受体更充足,DGAOs储存内碳源的能力得以强化,系统中反硝化聚糖菌和DGAOs对碳源的竞争达到平衡状态,系统有更高的内源反硝化脱氮率,实现了深度脱氮除磷.其中,两级短时好氧时间分配时间为前段60min/后段30min的R2的脱氮除磷效果最好,DGAOs含量最高,且颗粒沉降性能最佳.第45d,R2的COD、TN、TP去除率分别达到90.52%、85.71%、92.73%,内源反硝化效率达到58.59%,具有良好的污染物去除效果.

基于短周期调控的SPNPR-A系统脱氮除磷研究

建立了短周期循环调控低浓度亚硝酸盐(NO_(2)^(-)-N)的短程硝化同步除磷耦合厌氧氨氧化(SPNPR-A)系统,SPNPR系统以厌氧/好氧模式运行,通过短周期运行时长调控系统内NO_(2)^(-)-N浓度用以淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB),同步富集氨氧化菌(AOB)和聚磷菌(PAOs),最终实现同步脱氮除磷功能.结果表明:SPNPR系统内NO_(2)^(-)-N浓度维持在10mg/L左右时可有效抑制NOB活性.70d后SPNPR系统2个短周期的亚硝酸盐积累率(NAR)分别达到90.40%和88.93%,SPNPR-A系统总氮(TN)、总磷(TP)、有机物(COD)的平均去除率分别为87.45%、84.30%和94.26%.第60d时,比氨氧化速率(SAOR)和AOB的比氧利用速率(SOUR_(AOB))分别为8.47mgN/(gMLVSS·h)和12.71mgO_(2)/(gMLVSS·h);比硝态氮生成速率(SNPR)和NOB的比氧利用速率(SOUR_(NOB))分别为0.82mgN/(gMLVSS·h)和0.41mgO_(2)/(gMLVSS·h).高通量测序结果表明,第70d时SPNPR系统属水平上的AOB功能菌属Nitrosomonas(6.46%)和Nitrosospira(0.64%),丰度远高于NOB功能菌属Nitrospira(0.14%)和Nitrobacter(0.01%),同时聚磷菌属Candidatus_Accumulibacter(1.61%)和Tetrasphaera(0.89%)得到富集,使得SPNPR-A系统具备同步脱氮除磷性能.

污水生物处理系统脱氮除磷细菌多样性及功能调控

污水处理厂生物处理单元的性能决定其对污水脱氮除磷的效率,而脱氮除磷细菌的菌群结构、代谢活性和细菌间的种间协同与竞争是生物处理单元功能发挥的关键。分析了污水生物处理系统脱氮除磷细菌的核心菌群和代谢机制,从物种水平上解析了Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrospira、Nitrobacter、Ca. Kuenenia、Ca. Brocadia和Thauera等主要脱氮微生物的生理特性,对除磷微生物Candidatus Accumulibacter、Dechloromonas和Tetrasphaera的生理特性进行了概述;探索了脱氮除磷菌种间协同与种间竞争关系,并从改造工艺结构、优化运行条件和人工强化3个方面对脱氮除磷细菌功能调控进行论述,以期为污水生物处理单元功能调控及污水处理厂升级改造提供理论依据。

Fe(Ⅱ)对CANON工艺处理城镇污水脱氮性能的影响

全程自养脱氮(CANON)工艺,作为新型脱氮工艺应用于城镇污水深度脱氮过程中,有望降低污水处理的运行费用。考察了亚铁离子[Fe(Ⅱ)]对CANON工艺启动及稳定运行时脱氮性能的影响。结果表明:15~23℃条件下投加6.3 mg/L Fe(Ⅱ)时,可有效启动并稳定运行CANON工艺处理城镇污水,该工艺氮去除负荷(NRR)、总氮去除率(TNRE)和氨氮去除率(ARE)分别为(4.8±1.1)g-N/(L^(3)·d)、(97±1)%和(44.2±9.3)%;相关性分析表明,通过调控Fe(Ⅱ)投加量可有效抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性;本次优化的Fe(Ⅱ)投加量为6.3 mg/L,其对CANON工艺脱氮性能的影响机制与CANON工艺中功能微生物活性的提高、Fe(Ⅱ)与进水氨氮及其他氮化合物的循环反应、铁型反硝化过程以及铁型厌氧氨氧化过程的耦合有关。

微生物燃料电池脱氮研究进展

能源短缺促使人们积极探索各种可再生资源及可持续发展绿色能源技术。微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)作为一种环保型能源技术,在将生物质转化为电能的同时,也能有效减少环境污染物的排放,展现出了巨大的发展潜力。近年来,利用微生物燃料电池(MFC)处理含氮废水受到广泛关注,不仅能有效去除水与废水中氮元素污染,还能回收部分能量,从而克服传统含氮废水处理所存在的高能耗缺陷。文章综述了MFC的应用和原理及其在脱氮方面的研究进展,并对其未来发展进行了展望。

分子模拟在废水光催化脱氮实验教学的应用

设计光催化脱氮实验,利用水热横向热剥离法制备Cl/S共掺杂的无金属氮化碳纳米管作为光催化剂(Cl/S-TCN),对催化剂进行表征分析。使用Materialstudio模拟软件,探究了催化材料的电子结构变化和光催化脱氮反应。与三聚氰胺直接煅烧获得氮化碳对比发现,Cl/S-TCN具有更大的比表面积和更强的光响应强度,提高了光催化脱氮性能。DFT计算表明,表面Cl和S掺杂剂优先吸附NO3-中的O原子,并通过O原子将光诱导e-传递给N原子,最终破坏N-O键。该实验旨在培养学生从分子角度分析无金属催化剂在可见光下驱动脱氮反应,加深学生对化学知识的理解,提高学生解决复杂工程问题的能力。

Ag+改性NaY分子筛的制备及其吸附脱氮性能研究

采用Ag+改性NaY分子筛成功制备了AgY分子筛,利用XRD射线衍射、FT-IR、N2吸附-脱附对NaY和AgY分子筛进行了表征,并用于吸附脱除模拟燃料中吡啶、苯胺、喹啉碱性氮化物,AgY分子筛的吸附能力明显优于NaY分子筛。考察了吸附温度、吸附时间对AgY分子筛吸附三种氮化物的影响,实验结果表明,吸附能力均为:苯胺>喹啉>吡啶,为了进一步研究其吸附机理,采用Materials Studio软件建立了AgY分子筛12T团簇模型并在303、323、343 K下模拟三种氮化物分子在AgY分子筛上的吸附,计算了吸附能、活性中心与吡啶、苯胺、喹啉分子的距离、前线轨道、等密度分布、径向分布函数等相关参数,计算结果也表明,AgY分子筛对苯胺的吸附优于喹啉,优于吡啶,与实验结果一致,且吸附以化学吸附为主,AgY分子筛S位和W位为主要吸附位。吸附等温线研究结果表明,AgY分子筛对吡啶的吸附符合Langmuir-Freundlich混合吸附模型,对苯胺、喹啉的吸附符合Freundlich吸附模型。吸附动力学和吸附热力学结果表明,AgY分子筛对吡啶的吸附符合准二级动力学模型,对苯胺、喹啉的吸附符合准一级动力学模型,吸附是自发的熵增过程。

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。

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。

不同粒径零价铁对微氧脱氮系统的影响

构建了部分硝化反硝化厌氧氨氧化(SNAD)微氧体系,并定期向体系内投加120 mg不同粒径的零价铁(ZVI),从反应器运行情况、微生物性能以及群落结构来探究不同粒径ZVI对微氧系统的影响。研究结果表明,在50 nm粒径ZVI(50 nZVI)的介导下,系统的TIN去除率最终稳定在83.591%,电子传递活性(ETSA)是接种污泥的1.48倍,均高于其他粒径ZVI的影响。越小粒径ZVI越能促进胞外聚合物的产生,有利于活性污泥结构稳定。这都源于粒径越小的ZVI更容易被微生物吸附、利用。微生物群落结构与功能分析结果表明,在粒径越小的ZVI介导下的微生物群落多样性越高,群落结构也越复杂。ZVI介导会促进对氧需求不敏感的微生物的富集,样品中主要检测出Candidatus_Brocadia和Candidatus_Kuenenia两种厌氧氨氧化菌(AnAOB),且在50 nZVI影响下丰度最高,分别为4.650%和0.692%。nZVI介导下,AnAOB与Gemmobacter和norank_f_Comamonadaceae两种兼性厌氧型反硝化菌共同作用构成SNAD的脱氮途径。而在mZVI介导下,兼性厌氧型反硝化为主要脱氮途径。

IN718镍基高温合金熔体脱氮和TiN析出热力学研究

低氮含量可控制TiN夹杂物生成,从而提高镍基高温合金冶金质量和综合性能。通过比较镍基和铁基金属液中标准吉布斯自由能和合金元素对N、Ti活度相互作用系数的差别,指出镍基和铁基中两套不同的热力学数据,二者不能混用。以目前已有的镍基高温合金的热力学参数建立了IN718合金脱氮热力学模型,得出在满足其他冶炼条件的前提下,适当降低温度和提高真空度以降低氮气分压是降低合金液中氮含量的直接手段,以及不同合金元素加入对脱氮的不同影响。同时,建立TiN析出的热力学模型以及偏析模型,计算结果得出,在IN718的生产温度1450℃条件下,控制合金液中的w[N]在43.69×10^(-6)以下,凝固过程中溶质元素N、Ti在液相中富集TiN析出,计算析出温度为1468 K,此时固相分率fs为0.829。若要控制固相分率fs分别在90%或95%以上才会析出TiN夹杂物,w[N]需分别控制在25.00×10^(-6)和15.00×10^(-6)以下。

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。