基于黄铁矿与PHBV协同自养-异养反硝化试验研究

针对污水处理厂深度脱氮需求,选用黄铁矿(FeS_(2))和聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)两种材料,构建应用于污水处理厂二级出水深度脱氮的反硝化生物填充床,通过进出水水质监测、材料结构表征(扫描电镜)、高通量测序等技术手段,探究了FeS_(2)-PHBV协同自养-异养反硝化体系的工艺运行效果及机理.结果表明,FeS_(2)-PHBV协同反硝化体系脱氮速率优于单独FeS_(2)自养体系,当水力停留时间为2h时,脱氮效率为90%以上,且产生更少的硫酸盐副产物.相比于单独PHBV异养体系,协同体系在达到相同总氮去除效果的同时释放更低的DOC(23.62mg/L).FeS_(2)-PHBV协同体系中两种材料表面结构均较利用前发生了显著变化,这是由于材料表面生物膜的富集和利用.共混反应器内优势菌群为厌氧发酵菌属(Sporomusaceae)和梭菌属(Clostridium sensu stricto 7),两者实现了共混体系异养-自养的协同反硝化效果,其中Fe代谢相关梭菌属(Clostridium)主导的自养反硝化在共混系统脱氮过程中可能发挥着重要作用.

微氧条件下自养-异养联合反硝化工艺的电子平衡分析

自养-异养联合反硝化(integrated autotrophic and heterotrophic denitrification,IAHD)工艺可以同时进行硫化物,硝酸盐和有机物的降解,作为工业废水处理的关键单元近年来受到广泛关注.引入微量氧气作为电子受体的微氧技术已被证明是强化IAHD运行效能的有效策略.本研究关注于IAHD工艺的电子平衡计算并发现了IAHD生物反应器在微氧条件下运行时利用有限的硝酸盐可将硫化物和乙酸盐完全转化去除.在IAHD序批实验中,当电子缺失率达到峰值55.1%时,硫化物、硝酸盐和乙酸盐去除效率和去除速率均最高.进一步的硫化物氧化间歇实验表明,电子得失不平衡现象发生在生物硫化物氧化过程中,当氧气含量为5mL和10mL时,电子缺失率分别为18.7%和38.2%.Illumina微生物群落测序结果表明,Thiobacillus、Thauera、Mangroviflexus和Erysipelothrix为硫氧化过程的主要占优属,其中Thiobacillus的相对丰度随着电子缺失率的增加而增加.本研究揭示了微氧条件下电子受体缺失现象与强化的IAHD运行效能之间的潜在联系,并为深入探讨硫、氮和有机碳的代谢机制提供了新的研究视角.

电解强化人工湿地处理低碳氮比污水的效能及机制

针对人工湿地对低碳氮污水处理效果差这一问题,本研究构建了电解强化潮汐流人工湿地系统,通过对比电解强化前后湿地系统脱氮除磷的效果,从微生物群落结构及污染物电化学去除机制等角度揭示电解潮汐流人工湿地强化脱氮脱磷的机制.研究结果表明:电解潮汐流人工湿地对废水中NH+4⁃N、TN和TP的去除率(分别为88.30%、82.10%和87.74%)均高于未强化的湿地系统.纯电解过程对氨氮的去除没有影响,但是对硝态氮具有还原作用.相比于未强化的湿地系统,电解潮汐流人工湿地阳极附近基质中含有更多的铁氧键、磷氧键、羟基聚合铁等含磷沉淀物,细菌群落结构更为丰富多样,异养反硝化细菌和基于氢气的自养反硝化细菌(Rhodoblastus)丰度都较高,从而实现氮磷的高效同步去除.