短程硝化–厌氧氨氧化在实际垃圾渗滤液处理工程中的启动运行研究

针对新型脱氮工艺短程硝化‒厌氧氨氧化(ANAMMOX)过程中亚硝氮难以稳定生成的难题,设计水解酸化+UASB+好氧氧化的处理工艺,应用于实际垃圾渗滤液处理工程。结果表明,当进水氨氮浓度为610~1900 mg/L,C/N比为1.8~3.5时,在进水量为100 m3/d,回流比为2:1,pH值为7.5~8.0,DO为2.0 mg/L的调试条件下,O池发生短程硝化,积累200 mg/L的亚硝氮,积累率最高达78%。微生物DNA检测发现,O池中AOB物种丰度是NOB的10倍以上。水解酸化池中存在COD、氨氮和总氮同时去除的现象,COD去除量不能满足全部总氮反硝化,剩余的总氮通过厌氧氨氧化过程去除,通过ANAMMOX反应去除的总氮占水解酸化池总氮去除量的35%~67%。在实际垃圾渗滤液处理工程中,通过控制进水量、回流比、pH和溶解氧等条件,成功地启动短程硝化‒厌氧氨氧化工艺。

北京市大屯垃圾转运站渗滤液微生物群落分析

生活垃圾转运站是城市生活垃圾收运体系的重要组成部分,其微生物群落结构研究对转运站恶臭污染控制和渗滤液处理有重要意义。选择北京市大屯垃圾转运站,采用高通量测序技术对转运站垃圾压缩原液中细菌、真菌和古菌的群落结构进行分析。结果表明,细菌包括22个门,357个属,菌属Lactobacillus、Acetobacter、Paralactobacillus、Acinetobacter、Pseudomonas、Prevotella、Klebsiella、Bacteroides、Myroides在细菌群落中占比均>1%。真菌包含4个门,67个属,Candida为真菌中的优势属,其比例占真菌群落的96.7%。古菌有3个门,35个属,其中菌门Parvarchaeota占古菌群落的86.4%,其所包含的物种在纲、目、科、属分类水平上目前均尚未命名;古菌中产甲烷菌种类丰富,共有18个属。垃圾转运站渗滤液中微生物种类丰富,细菌群落的多样性最高,真菌、古菌次之。转运站中的微生物已形成了一个初步的降解体系。

分体式流化床催化臭氧-絮凝工艺深度处理焦化废水生化尾水

采用催化臭氧-絮凝联用工艺处理焦化废水生化尾水,寻求最优处理效果,探究废水中溶解性有机污染物的特征和降解过程。通过自主设计的分体式流化床催化臭氧装置对废水进行处理,结果表明,在30%体积比的催化剂投加量、3L/min的臭氧流量以及700mg/L的絮凝剂投加量这一最佳反应条件下,焦化废水生化尾水的COD去除率为83.7%,TOC去除率为72.3%。紫外-可见光谱和三维荧光光谱分析结果表明,焦化废水生化尾水中普遍存在的芳香族化合物、腐殖酸类物质、可溶性微生物的代谢产物和富里酸类物质在催化臭氧化阶段被部分降解,最终在絮凝阶段实现残留污染物和惰性中间产物的去除。

新型复合絮凝剂对疏浚底泥脱水和重金属固化的研究

模拟实际工程条件,在实验室考察3种化学调节剂(聚合硫酸铁(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)和一种自配的复合絮凝剂(S003))对实际污染河流底泥的脱水效果。结果表明,使用PFS和PAM处理后,泥饼含水率分别为60.22%和64.77%;用S003处理后,泥饼的含水率为52.67%;与PFS和PAM相比,S003处理的脱水速度更快,具有更好的除浊效果。S003优良的脱水效果主要是由于其含有的无机成分的骨架作用和有机成分的桥接作用,使底泥形成多孔结构的大絮体,加快底泥沉降速度,提高了底泥过滤性能。此外,受污染的疏浚底泥经S003固化后,固化体中Cr, Cu, Zn, Ni, Pb和Cd的浸出浓度分别减少55.8%, 92.1%, 89.2%, 61.4%, 34.2%和56.3%。研究结果表明, S003对底泥具有高效的脱水作用和重金属良好的稳定效果。

基于SASMBR的城镇污水PN/ANAMMOX研究

基于目前短程硝化–厌氧氨氧化(partial nitritation and anammox, PN/A)工艺处理城镇污水中反应器运行不稳定和氮去除负荷低的问题,本文设计一种新型复合生物反应器:序批式–折流板–分置膜生物反应器(sequencingbatch-baffled-separatemembranebioreactor,SASMBR)。将该反应器应用于PN/A工艺处理城镇污水,探究反应器的性能,并对SASMBR运行PN/A工艺的运行成本进行分析。结果表明,采用SASMBR反应器运行PN/A工艺处理城镇污水,能够实现高效稳定的脱氮效果,TN去除率达到80%~85%,氮素去除负荷(nitrogenremovalrate,NRR)达到0.20~0.22kgN/(m-3·d-1),出水TN浓度维持在8 mg/L以下。16SrRNA基因测序分析发现,短程硝化SASMBR反应器内设置的折流板能够富集氨氧化细菌(ammoniaoxidationbacteria,AOB),确保短程硝化SASMBR反应器的良好性能;厌氧氨氧化SASMBR内固定在折流板两侧的无纺布可以有效地持留厌氧氨氧化菌(ammoniumoxidizingbacteria,AnAOB),同时,厌氧氨氧化SASMBR内丰度升高的AOB可以为AnAOB提供生长的厌氧环境和NO2--N基质,使厌氧氨氧化SASMBR反应器能够快速启动和高效稳定运行。SASMBR的运行成本为0.037元/m3,比传统城镇污水处理厂的运行成本大幅度降低。

北京市北神树填埋场垃圾堆体总氮、总磷和总有机碳含量沿深度变化研究

营养元素是微生物生命活动赖以持续的物质之一。垃圾在降解过程中碳、氮、磷等营养元素的含量变化是堆体内微生物活动以及稳定化程度的重要表征。选择临近封场的北京市北神树垃圾卫生填埋场为研究对象,采用现场打井采样和室内分析的方法得到了不同深度(对应不同填埋年龄)垃圾中总氮、总磷和总有机碳的含量。结果表明:新鲜垃圾(填埋1~2年)与陈腐垃圾(填埋3~12年)中3种元素含量相差较大,总氮、总磷和总有机碳含量分别从4.91%、2.54%和37.67%变化为9.67%、2.92%和10.95%。陈腐垃圾中营养元素含量沿深度变化不大,3种元素变化范围分别为8%~11%、2%~4%和5%~16%。说明填埋3年后的垃圾能基本实现稳定。此外,陈腐垃圾中总有机碳与总磷含量变化呈现显著的相关性,而总有机碳与总氮含量、总氮与总磷含量并无显著相关。

一株好氧反硝化菌的鉴定及脱氮特性研究

以筛选分离得到的好氧反硝化菌HG-7为研究对象,经过16SrRNA同源性分析,初步鉴定该菌株为假单胞菌属(Pseudomonassp.)。对菌株HG-7反硝化功能基因的扩增结果表明,菌体HG-7内存在好氧反硝化功能基因napA和nirK,证实该细菌为好氧反硝化细菌。对菌株的脱氮特性和影响因素的研究表明,以硝酸盐氮为氮源时,菌株的最适碳源为乙酸钠和丁二酸钠,最佳C/N比为6～10,最适宜的温度范围为26～30℃。在上述条件下,菌株HG-7的好氧反硝化活性较高,48小时内对100 mg/L硝酸盐氮的去除率可达98%,且在反应过程中亚硝酸盐氮积累量较低。以亚硝酸氮为唯一氮源时,低浓度条件下可实现100%的氮素去除率;高浓度条件下,脱氮速率则受到明显的抑制,对91.4 mg/L的亚硝酸盐氮氮去除率约为40%。因此,将该菌株应用于废水的脱氮处理,可实现氮素的有效去除,具有潜在的应用价值。

新冠肺炎疫情对医院污水防控体系建设的影响及启示

医院污水来源及成分复杂,含有病原性微生物、药物及其代谢产物、抗性基因、重金属和造影剂等,不经有效处理将成为一条疫病扩散的重要途径和严重的环境污染源。药物等新兴污染物在全球范围内的出现,成为水环境和水污染控制的热点研究内容,而医院污水又是新兴污染物重要来源之一。基于目前新冠肺炎疫情特殊时期对医疗系统防控体系的影响,阐述了医院污水中药物和病原微生物的分布情况,概括了医院污水处理技术的进展及问题,提出了医院污水处理技术的未来发展方向。在新冠肺炎疫情的特殊情况下,医院污水防控体系的建设需要更高的要求和标准。其中,药物降解与病原微生物同步杀灭将是未来医院污水处理技术及装备开发的“热土”。

金沙江典型河段浮游藻类群落结构及影响因素研究

为研究金沙江典型河段浮游藻类的群落结构特征及主要影响因素,于2014年秋季(10月)在石鼓至宜宾江段布设6个断面进行浮游藻类群落监测。通过显微镜观察,共鉴定出浮游藻类6门30属52种,其中硅藻的物种数、细胞密度和生物量分别占65.38%,74.07%和80.65%,是优势门类。浮游藻类总细胞密度和生物量都呈现坝上逐渐降低、坝下逐渐升高的规律,石鼓最高,向家坝最低。多样性分析表明,攀枝花的浮游藻类群落多样性最高,溪洛渡和向家坝均较低。浮游藻类与环境因子的RDA分析表明,总氮是影响浮游藻类群落结构的主要环境因子。优势属现存量与环境因子的相关性分析结果表明,包括尖针杆藻Synedra acus和曲壳藻Achnanthes sp.在内的6种硅藻与水位正相关,与水温负相关,是适合在低温下生活的藻类,小环藻Cyclotella sp.则适合在温度较高的环境中生长。网状空星藻Coelastrum reticulatum、栅藻Scenedesmus sp.、尖尾蓝隐藻Chroomonas acuta和小环藻Cyclotella sp.的现存量与总氮显著正相关,能够指示水体中的氮浓度;近缘桥弯藻Cymbella affinis和谷皮菱形藻Nitzschia palea的现存量与总磷呈显著正相关,能够指示水体中的磷浓度。

水库底泥氮释放及其好氧微生物脱氮研究

以丹江口水库为例,考察水库底泥在不同温度、扰动和曝气等条件下,总氮、硝氮、氨氮和亚硝氮的释放规律。设置模拟反应器,探究高效好氧脱氮微生物强化消除水库底泥内源氮污染的效果,并运用高通量测序技术,分析高效好氧脱氮微生物对底泥微生物群落结构的影响。结果表明,温度升高会减少氨氮的释放,增加硝氮和亚硝氮的积累;水体扰动会加速底泥中氮素释放,且上覆水中的氮素释放累积量与扰动速度成正比;溶解氧对底泥氮素释放有显著影响,曝气处理可以明显地降低底泥中总氮和硝氮的释放及其在水体中的累积。在反应器中底泥–上覆水界面投加高效好氧脱氮微生物Pseudomonas stutzeri (PCN-1)后,反应器内各种形态的氮素都出现先上升、后下降的趋势;在反应器运行的第65天,底泥释放的总氮和硝氮的去除率分别高达75.87%和79.96%,底泥内源氮污染得到有效的控制。对比投加菌株前后的微生物群落结构,发现底泥中Proteobacteria,Bacteroidetes和Spirochaetes的相对丰度明显增加,PCN-1强化脱氮处理能够改变底泥的微生物群落结构。

共价键型季铵化活性炭对水中硝氮及磷酸盐的吸附研究

以有机硅季铵盐和活性炭为原料,利用硅烷化反应,制备一种新型吸附材料——共价键型季铵化活性炭(CQA)。通过FTIR,SEM和BET对CQA进行表征,验证季铵盐能够通过共价键结合,成功地负载到活性炭表面,并对活性炭的形貌结构产生重要影响。CQA对硝氮和磷酸盐的吸附能力都大大提高,对含硝氮和磷酸盐的溶液的吸附实验表明:CQA对硝氮和磷酸盐的吸附机理均符合拟二级反应模型,说明吸附过程主要由化学吸附控制;吸附过程可以用Langmuir和Freundlich等温吸附模型较好地进行描述,最大吸附容量分别为14.829和8.442 mg/g。最后考察p H对硝氮和磷酸盐吸附行为的影响,结果表明,当p H为4~9时,比较适宜CQA对硝氮和磷酸盐同时去除。

北京市北神树生活垃圾填埋场细菌群落结构和分布特征

填埋场垃圾堆体的细菌群落在垃圾降解中发挥着重要作用.选择北京市北神树生活垃圾填埋场,通过钻井的方法对填埋深度6~36.1m,填埋时间2~15年的垃圾进行了分层采样,采用变性梯度凝胶电泳、测序、荧光定量PCR对垃圾的细菌群落进行了检测,同时测量了相关的环境因子.分析了垃圾堆体细菌群落结构,细菌数量和多样性沿深度分布特征及其环境因子的关系.结果表明,堆体内菌群主要来自厚壁菌门(47.6%)和变形菌门(35.3%),优势属为Natronoanaerobium(20.1%)、志贺氏菌属(20.0%)、梭菌属(14.0%);细菌多样性沿填埋深度增大,细菌数量则降低;细菌多样性与淀粉、pH值、纤维素、含水率呈现正相关,与总磷、总有机碳、半纤维素、蛋白质呈现负相关.垃圾降解水解酸化阶段在2年内基本完成,填埋9年以上的垃圾已基本趋于稳定.

北京市安定生活垃圾填埋场膜覆盖工艺甲烷减排量评估

为减少臭气污染和温室气体排放,北京市生活垃圾填埋场于2008年开始推行膜覆盖工艺。目前对于膜覆盖工艺甲烷减排效果尚缺乏综合评估。选择北京市安定生活垃圾填埋场为研究对象,采用现场测量与模型估算分析评估了2014年填埋场膜覆盖工艺与传统黏土覆盖工艺甲烷排放量的差异。结果表明:填埋场膜覆盖工艺和传统黏土覆盖工艺的甲烷年总排放量分别为3.43×10~6m^3和5.56×10~6m^3,膜覆盖工艺甲烷年减排量为2.13×10~6m^3,减排率达到38.3%,甲烷减排效果明显。

高盐有机废水蒸发结晶过程中有机物对碳酸钙结垢的影响

蒸发处理高盐有机废水的一个关键环节是控制蒸发结垢,其中有机物对碳酸钙结垢的影响并不清晰。选取3种典型有机物即牛血清蛋白、海藻酸钠和腐殖酸,通过模拟碳酸钙结垢试验,探究高盐有机废水蒸发结晶过程中有机物对碳酸钙结垢的影响。结果表明:从碳酸钙结垢速率来看,牛血清蛋白对碳酸钙结垢速率几乎没有影响,而海藻酸钠和腐殖酸均对碳酸钙结垢有抑制作用;不同浓度有机物和反应时间对碳酸钙结垢的影响效果差异较大;3种典型有机物均能够改变碳酸钙的晶型和形貌,其中牛血清蛋白在高浓度条件下对碳酸钙形貌和结构的影响较大,而海藻酸钠对碳酸钙晶型的影响较为不稳定,腐殖酸可以改变碳酸钙的形貌且影响较大,但其仅在反应较长时间后才可改变碳酸钙晶型。通过分析不同有机物对碳酸钙结垢的影响效果,可为优化处理工艺参数提供参考,以减缓高盐有机废水蒸发结晶过程中碳酸钙结垢现象。

共价键型絮凝剂去除有机磷的定量构效关系

选用新型絮凝剂CBHyC对7种有机磷模拟废水进行絮凝处理,并对其去除率与有机磷结构参数进行相关性分析。发现CBHyC对有机磷的去除率与分子轨道最高占有能(E_(LUMO))、分子结构总能量(TE)、磷原子电荷(Q_P)、结构体系内氢原子电荷最大值(Q_H^+)和碳原子电荷最大值(Q_C^-)这5个有机磷分子结构参数的相关性显著。Q_p和Q_H^+的数值越大,或者Q_C^-的数值越小,CBHyC对有机磷的去除率越高;E_(LUMO)越大,有机磷得电子能力越强,去除率越高;TE越大,有机磷越难以反应,去除率越低。该研究结果可为絮凝去除率与有机磷结构的定量构效关系(QSAR)模型的构建、絮凝条件的优化和结果预测等方面提供有效的数据支撑。

水体中磺胺甲恶唑在BDD电极体系中的电化学氧化机理

以磺胺甲恶唑(SMX)为研究对象,采用掺硼金刚石薄膜(BDD)电极电化学氧化法,研究电流密度和电解质溶液对其降解效果的影响;用循环伏安扫描和GC-MS测定中间产物,提出SMX降解的机理。结果表明,BDD电化学氧化SMX的最佳电流密度为20mA/cm^2,最适电解质溶液为0.05 mol/LNa_2SO_4,此外,可在50分钟内实现100%的SMX去除,且去除过程满足一级反应动力学方程。低电流密度下,SMX可发生直接电化学氧化,通过苯胺基失去电子生成二聚物;高电流密度下,SMX以间接·OH氧化为主,可能的降解途径有两条,分别为·OH攻击导致S-N键断裂和·OH攻击杂环使得苯环开裂,生成小分子羧酸,最终矿化成CO_2, H_2O以及无机离子。

高效褐藻胶降解菌的筛选与产酶条件优化

以海藻酸钠为唯一碳源,从天然腐烂海带中筛选得到一株高效褐藻胶降解菌株53#,经形态学观察和16S r RNA鉴定,确定为类芽孢杆菌Paenibacillus agaridevorans。采用正交试验方法,以p H、温度、Na Cl浓度和海藻酸钠初始浓度为影响因素,对该菌株的产酶条件进行优化,得到53#菌的最佳产酶条件:p H=8,25℃,Na Cl浓度15 g/L,海藻酸钠初始浓度15 g/L。在最佳产酶条件下,褐藻胶裂解酶最大酶活可达390.53±17.32U/m L。筛选得到的类芽孢杆菌Paenibacillus agaridevorans 53#具有易于培养、产酶速度快和酶活力高等优点,能够实现褐藻胶的高效糖化,在褐藻生产生物乙醇领域具有潜在利用价值。

黄河上游重金属元素分布特征及生态风险评价

选取黄河沿至三湖河口14个采样断面,分析溶解态、悬浮态和沉积态As,Zn,Cu,Cr,Pb和Cd的分布特征及影响因素,并评估其生态风险。黄河上游溶解态金属含量为ND(not detected)~5.496μg/L(I类水),悬浮态重金属含量为ND~1097.995μg/g,沉积态重金属含量为ND~75.524μg/g。非度量多维尺度分析(NMDS)结果表明,黄河上游溶解态重金属空间差异性显著,悬浮态和沉积态重金属季节差异性显著。相关性分析结果表明,黄河上游沉积物中Zn,Cu,Cr和Pb主要来源于自然作用,As和Cd存在一定程度的人为污染。水库的建立运行也影响黄河上游重金属分布趋势,主要与大坝对悬浮物的截留作用、蓄水的稀释作用以及重金属在泥–水表面的分配作用有关。潜在生态风险指数评估结果表明,黄河上游重金属生态风险整体上偏低,Cd和As贡献较大。

唐河地下水有机氯农药(OCPs)的分布特征及风险评估

为评估雄安新区唐河污水库周边地下水有机氯农药(OCPs)污染状况,对2019年采集的36个地下水样品中OCPs进行分析,初步确定六氯环己烷(HCHs)和双对氯苯基三氯乙烷(DDTs)的组成特征和来源,并对其健康风险进行评价。结果表明:(1)唐河地下水OCPs污染程度较轻,OCPs总量为nd~45.60 ng/L,检出率为77.78%,HCHs贡献最大,与2018年完成的唐河污水库一期生态治理工程有关;(2)唐河地下水中HCHs和DDTs主要来自历史残留,HCHs主要来源于农业,DDTs在地下水体中主要产生好氧代谢产物DDE;(3)唐河地下水OCPs致癌风险与非致癌风险均较低,婴儿为敏感受体,总体上对人体健康不构成威胁。

长江源区重金属分布特征及生态风险评价

于2017年6月在长江源区12个采样点采集表层水样和沉积物样品,测定重金属含量,并结合地累积指数、水质指数和潜在风险指数等,评价长江源重金属污染和生态风险。结果表明,水体中Mn,Ni,Cu,Zn,Cd,Pb和Cr的浓度范围为ND~4.21,0.609~3.71,0.033~5.01,ND~34.86,ND~0.06,ND~0.55和0.235~2.66μg/L,沉积物中重金属含量为445.93~627.32,10.11~17.85,15.61~24.57,45.40~125.20,0.19~0.56,14.85~235.21和27.94~46.18 mg/kg,与其他流域相比处于较低水平。长江源沉积物重金属含量由环境背景值主导,水化学因子对沉积物中重金属分布的影响较小;在不同环境条件下,溶解态金属浓度还受其他自然或人为因素影响,如NH_(4)-N,NO_(3)-N,悬浮物(SS)和水温等。水质和风险评价结果表明,长江源区水质极好,流域西部高海拔地区存在不同程度的沉积物Zn,Pb和Cd污染,与该区域附近的铅锌矿床有关。Cd是构成长江源沉积物潜在生态风险的主要因素。研究结果能够弥补长江源实测数据缺乏的不足,为长江源乃至整个长江流域的重金属污染防控提供理论依据。