水力停留时间对潜流湿地净化效果影响及脱氮途径解析

利用连续进水的垂直潜流人工湿地和水平潜流人工湿地,比较分析了4种水力停留时间对常规污染物去除效果的影响,在最佳水力停留时间下探究了两种湿地内部各基质层硝化、反硝化和氨氧化功能基因丰度以及硝化与反硝化作用强度;通过对两种湿地脱氮影响因素的冗余分析和方差分解分析,得出影响湿地氮去除的主要因素.结果表明,当水力停留时间为24 h时,两种湿地系统对常规污染物（COD、TP、TN和NH₄⁺-N）去除效果最佳,去除率均大于70%,此时湿地内部对NH₄⁺-N和TN的去除率以及硝化和反硝化强度皆表现出沿水流方向逐级递减的趋势;3种功能基因中,反硝化功能基因（nirS）丰度远高于硝化功能基因（nxrA）和氨氧化功能基因（AOB-amoA）.在本研究中,两种潜流人工湿地氮去除能力均受环境因素和微生物因素共同影响,其中,微生物因素对脱氮贡献率最高（55%和48%）.除此之外,TN和NH₄⁺-N的去除率均与DO、基质比表面积、COD浓度和硝化功能基因及反硝化功能基因丰度呈正比,与pH值成反比.因此,为提高两种系统氮去除效果,均可通过提高基质层溶解氧和碳源含量以及适当地降低pH值来实现,水平潜流人工湿地还可通过更换比表面积较大的基质层来显著提高系统脱氮效果.本研究为人工湿地的设计以及最佳水力停留时间的选择提供了理论基础,脱氮途径的定量化解析对深入理解人工湿地氮去除机制以及提高氮素去除率具有重要的指导意义.     

生物沸石床污水脱氮效果及机理

研究了生物沸石床对模拟村镇生活污水中各形态氮及COD等污染物的去除效果结果表明,生物沸石床对NH₃^--N去除效果明显且稳定,去除率大于95%,对NO₃^--N的去除则受水力停留时间的影响较大从机理分析,生物沸石对NH₃-N的去除主要依靠化学吸附、离子交换以及生物硝化的协同作用,而对NO₃^--N的去除主要依赖反硝化作用.生物沸石的硝化作用明显,并受溶解氧浓度限制,沸石床中部沸石硝化强度只有表层沸石的1/2;其反硝化能力则随实验条件中C/N的不同而变化明显,当COD/TN=5时,反硝化作用最强,在时间变化规律上,前6h反硝化速率最大.     

生物滴滤塔反硝化净化NO 废气的启动

采用低浓度NO 废气作为气相氮源、硝酸钠作为液相氮源,在序批式活性污泥法反应器(SBR)中的NO 反硝化菌驯化成熟的基础上,研究了生物滴滤塔的启动过程.结果表明,在室温、NO 进气浓度(160mg/m³)、停留时间(EBRT)113s 的条件下,接种驯化成熟种污泥的生物滴滤塔在9d 内完成挂膜.硝酸盐是影响驯化过程中NO 净化效果和N2O 产生量的重要因素,添加适量硝酸盐有助于NO 反硝化菌的正常生长,提高NO 净化效率;但硝酸盐过多时会导致中间产物N₂O 的累积.在滴滤塔挂膜启动期间,循环液吸光度、填料层压力损失与NO 净化效率呈正相关性,可作为衡量生物滴滤塔挂膜启动完成的重要指标.     

BACF处理高氨氮进水的硝化与反硝化作用

采用生物活性炭滤池(BACF)深度处理高NH₄⁺-N微污染水源水.结果表明,BACF对NH₄⁺-N的去除率与进水NH₄⁺-N浓度有关,当进水NH₄⁺-N<1.0mg/L时,去除率达95%以上;当进水NH₄⁺-N较高(1.5～4.9mg/L范围)、进水DO≤10mg/L时,去除率随进水浓度的增加而下降,最低降到30%左右.限制生物活性炭滤池硝化作用的主要因素是进水的DO,由于硝化菌与异养菌的共同竞争,在滤床0.4m深度内DO被消耗殆尽,出水DO基本为0(小于0.2mg/L),滤床被自然分成好氧区与缺氧区,在好氧区发生硝化与有机物的降解反应,在缺氧区则发生反硝化反应,由于碳源受限,反硝化反应进行得不彻底,造成滤池出水NO₂^--N升高.在缺氧区内除存在反硝化菌外,还存在好氧的硝化菌与异养菌.     

单级序批式生物膜反应器（SBBR）多途径生物脱氮研究

利用传统微生物分析技术与PCR、变性梯度凝胶电泳（DGGE）等分子生物学技术相结合的方法,对单级SBBR反应器中的主要生物脱氮途径进行分析.结果表明,亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化途径是主要的脱氮途径,通过该途径去除的NH⁺₄-N占总去除量的65%以上;另外2条途径则分别是亚硝化-反硝化途径以及全程硝化-反硝化途径.所有途径都采取同步和分步2种方式完成,同步方式以曝气阶段的氮素亏损形式予以表现.分步方式则依靠各种脱氮微生物在曝气阶段和厌氧阶段不同的活性程度完成,亚硝酸细菌是曝气阶段的主要活性菌种,完成NH⁺₄-N向NO^-₂-N的转化,而厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌则在厌氧阶段成为优势菌种,完成完整的生物脱氮过程.     

有机碳源条件下厌氧氨氧化ASBR反应器中的主要反应

采用5个已稳定运行在厌氧氨氧化状态的ASBR反应器,通过COD、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、pH等指标的监测和好氧硝化菌、异养反硝化菌的测定,研究了不同有机碳源条件下反应器中发生的主要反应.结果表明,反应器中存在好氧硝化菌、异养反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在COD、氨氮、亚硝酸盐氮等存在条件下,可发生好氧硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化反应,先是好氧硝化反应、厌氧氨氧化反应和异养反硝化反应共存,其后依次是异养反硝化反应和厌氧氨氧化反应占主导地位.当C/NO₂^--N在1.7～1.9范围内时,C/NH₄⁺-N为1.7的1号反应器具有最佳的厌氧氨氧化效果,反应结束时其COD去除率、NH₄⁺-N去除率、NO₂^--N去除率分别为100%、81.7%和74.4%.     

有机肥配施生物炭对果园土壤反硝化微生物和酶活性的影响

为研究有机肥配施生物炭对土壤反硝化势和反硝化微生物群落结构的影响,以柠檬果园土壤为研究对象,采用盆栽试验,设置不施肥（CK）、常规施肥（F）、有机肥（P）、化肥+生物炭（FP）和有机肥+生物炭（PP）共5个施肥处理,通过实时荧光定量PCR技术和末端限制性片段长度多态性分析（T-RFLP）分别研究了反硝化微生物的丰度和群落结构;采用冗余分析（RDA）明确影响反硝化微生物群落结构的环境因子,运用PLS-PM分析揭示影响柠檬果园土壤反硝化势的环境因子.结果表明：①与单施化肥处理（F）相比,有机肥和生物炭（P、FP和PP）处理均显著提高了土壤反硝化势,提高范围为147.8%~1445.3%.有机肥配施生物炭处理较单施有机肥土壤反硝化势降低了23.8%.②与CK处理相比,施肥处理明显提高了nirS和nirK型反硝化微生物丰度;化肥处理（F和FP）显著降低nosZ型反硝化微生物丰度.施加生物炭的处理显著改变反硝化微生物的多样性和均匀度,但具体规律及机质尚不清晰.③ RDA分析结果表明,施肥能通过改变C/N、WC、NO₃^--N、SOC、AK和AP等土壤环境因子,从而影响土壤nirS、nirK和nosZ型反硝化微生物的群落结构.④ PLS-PM结果分析表明,土壤反硝化势与pH和nirK型反硝化微生物丰度呈极显著正相关,NO₃^--N通过影响nirK型反硝化微生物群落丰度间接影响土壤反硝化势.此外,nirK型反硝化微生物群落是柠檬果园土壤反硝化作用的主导菌群.综上,有机肥主要通过调控土壤pH直接影响土壤反硝化势,通过调控NO₃^--N含量影响nirK反硝化微生物丰度间接影响土壤反硝化势,有机肥配施生物炭能减缓单施有机肥造成的土壤反硝化势提高的情况,更适合在该地区果园中进行推广.     

膜曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

炭膜作为膜曝气生物膜反应器膜组件处理人工合成废水,在单一反应器内实现了同时去碳脱氮.结果表明,当进水COD和NH^＋₄-N浓度分别为338 mg/L和75 mg/L,HRT为14 h,炭膜腔内压力为13.6 kPa时,COD、NH⁺₄-N和TN的去除效率分别为82.5%、 95.1%和84.2%.但是在反应器运行的后期TN去除效率明显下降,主要是因为高有机负荷导致无纺布上的微生物过度繁殖,严重影响了硝化过程的进行.通过荧光原位杂交和扫描电镜技术观察生物膜微生物结构,得出厌氧或兼氧菌主要分布在生物膜外层的缺氧区,而氨氧化菌主要分布在生物膜内层的好氧区.硝化细菌和反硝化细菌在生物膜内的共存实现了炭膜曝气生物膜反应器的同步硝化反硝化.     

简捷硝化-反硝化过程处理焦化废水的研究

简捷硝化-反硝化过程处理焦化废水具有去除负荷高、出水浓度低、可节省反硝化碳源等优点.试验表明,当系统进水COD、NH₃-N和TN浓度分别为1204.8、274.3和443mg/L,系统总水力停留时间为26.2h时,系统出水COD、NH₃-N、NO₂^--N、NO₃^--N和TN浓度分别为36.3、12.1、9.25、2.46和44.4mg/L.试验结果还证明本文所采用的系统确实处于简捷硝化-反硝化状态.     

底栖动物（苏氏尾鳃蚓Branchiura sowerbyi和椭圆萝卜螺Radix swinhoei）对不同氮负荷程度沉积物脱氮的影响

沉积物-水界面的底栖动物的生物扰动对微生物反硝化和厌氧氨氧化过程具有重要影响.本研究在两种不同氮负荷程度系统中,比较两种扰动功能不同的底栖生物（苏氏尾鳃蚓Branchiura sowerbyi和椭圆萝卜螺Radix swinhoei）的生物扰动对反硝化和厌氧氨氧化的影响以及沉积物-水系统中氮素的去除效果.结果表明,在负荷1和负荷2系统中,尾鳃蚓和螺促进沉积物反硝化菌丰度增加0.61~2.48倍,厌氧氨氧化菌丰度增加0.53~1.89倍,尾鳃蚓和螺促进系统氮去除量分别增加了16.64~32.18 mg和15.34~39.25 mg,其中负荷2系统中氮的去除量更大;尾鳃蚓的扰动促进上覆水的氮素（NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN）浓度提高了17.67%~230.54%,而螺对上覆水NO₃^--N和TN浓度没有显著影响;在负荷1和负荷2系统中, 螺组的厌氧氨氧化菌丰度都高于尾鳃蚓组, 且厌氧氨氧化菌所属的浮霉菌门相对丰度增加10.00%~15.12%.研究结果可为减缓淡水生态系统氮污染和富营养化水体修复提供参考和依据.     

生物滴滤塔处理苯酚气体研究

采用生物滴滤塔处理苯酚气体,考察了苯酚去除性能的影响因素.结果表明,生物滴滤塔能高效处理苯酚气体,苯酚去除效率可达99.5%,长期运行平均去除效率在98%左右.适宜的运行条件为:停留时间20.6 s,循环液pH值7.0,喷淋密度1.67 m3·(m2·h)-1.采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术研究处理苯酚气体的生物滴滤塔填料表面的微生物,结果表明,生物滴滤塔内有5种降解苯酚的优势菌种:Polaromonas sp.、Acinetobacter sp.、Acidovorax sp.、Veillonella parvula和Corynebacterium sp..采用GC-MS分析出口气样,结果表明丙酮酸(CH3COCOOH)为生物降解苯酚的中间产物,并推测了苯酚生物降解的可能途径.     

分期布液生物滴滤床净化H2 S废气性能研究

采用分期布液式生物滴滤床净化H2S废气,以实验室驯化的复合微生物菌群挂膜于滴滤床,考察了挂膜启动及不同负荷运行对H2S的降解性能.结果表明,生物滴滤床在进气浓度110～230 mg.m-3,停留时间30 s的条件下,H2S去除率可达到99%,3 d内即完成挂膜.进气负荷对于滴滤床降解性能和微生物种群都有影响.低进气负荷时,净化效率90%,降解作用主要发生于反应器的前段,占85%以上.前段各种类微生物数量上均多于后段,尤其是硫化氢降解菌;进气负荷较高时,前段微生物数量没有明显变化;后段去除负荷增加明显,由0.04 g.h-1增长到0.67 g.h-1.微生物数量由4.5×107个.g-1增长到5.17×108个.g-1.采用扫描电镜观察填料表面,稳定运行时优势菌主要为短杆菌,高负荷状态下,填料表面被大量的代谢产物覆盖.对运行产物分析发现,大部分H2S被氧化为S,只有小部分彻底氧化分解为SO24-.     

Effects of La3+, Ce3+ on nitrogen removal in sequencing batch reactor

Batch experiments were conducted to study the short-term biological effects of rare earth ions (La³⁺, Ce³⁺) and their mixture on the nitrogen removal in a sequencing batch reactor (SBR). The data showed that higher NH₄ ⁺-N removal rate, total inorganic nitrogen removal efficiency, and denitrification efficiency were achieved at lower concentrations of rare earth elements (REEs) (<1 mg/L). In the first hour of the aeration stage of SBR, the presence of REEs increased the total inorganic nitrogen removal efficiency and NH₄ ⁺-N removal efficiency by 15.7% and 10%–15%, respectively. When the concentrations of REEs were higher than 1 mg/L, the total inorganic nitrogen removal efficiency decreased, and nitrate was found to accumulate in the effluent. When the concentrations of REEs was up to 50.0 mg/L, the total inorganic nitrogen removal efficiency was less than 30% of the control efficiency with a high level of nitrate. Lower concentrations of REEs were found to accelerate the nitrogen conversion and removal in SBR.     

1株海洋异养硝化-好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性

以海水为基质,采用传统的微生物分离纯化方法,从海底沉积物中分离筛选得到1株耐盐异养硝化-好氧反硝化细菌y5,经形态、生理生化特性以及16S rRNA基因序列分析,鉴定该菌为克雷伯氏菌(Klebsiella sp.).对其脱氮特性及影响因素进行了研究,结果表明,菌株y5的最佳碳源为柠檬酸三钠,最适p H值为7.0,最适C/N为17.菌株均能以NH4Cl、Na NO2和KNO3为唯一氮源进行反应,36 h的去除率分别为77.07%、64.14%和100%.3种氮源共存时,36 h的去除率达到100%.表明菌株y5在高盐废水中具有独立高效的异养硝化和好氧反硝化作用.     

催化铁强化低碳废水生物反硝化过程的探讨

研究了低碳氮比条件下催化铁耦合生物反硝化的脱氮效率以及N2O产生.结果表明,相对常规低碳氮比反硝化,催化铁耦合组能大大提高硝酸根的转化率,但产生亚硝态氮积累,总氮去除率变化不大.耦合组N2O释放量高于常规生物对照组,源于亚铁氧化物与亚硝酸根的化学反应,但最高累积量小于8%,且可继续生物还原为N2.催化铁可以消除体系的溶解氧和降低氧化还原电位,对维持缺氧反硝化环境有利.     

1株异养硝化-好氧反硝化细菌DK1的分离鉴定及其脱氮特性

从某反应器活性污泥中分离筛选出1株假单胞菌属(Pseudomonas sp.)细菌,命名为DK1,并对该菌进行脱氮特性研究.在以葡萄糖为碳源,C/N量比为5时,分别以NaNO_3和NaNO_2为氮源,二者的好氧反硝化速率为4.09 mg·(L·h)-1和4.43mg·(L·h)~(-1).以二者同时为氮源脱氮率为100%;此外,菌株DK1具有异养硝化性能,NH_4~+-N平均去除速率为2.32mg·(L·h)-1.缺氧时以NO_2~--N为氮源菌株DK1可将一系列梯度浓度NO_2~--N(约100~300 mg·L-1)在36 h内降为0.当NO_3~--N和NO_2~--N同时存在时,菌株DK1会优先利用NO_3~--N进行反硝化.同时该菌株还具有同步硝化反硝化(SND)性能,可同时去除NH_4~+-N、NO_2~--N或NH_4~+-N、NO_3~--N,30 h内脱氮率分别达95.06%和94.69%.相同时间内在NH_4~+-N、NO_2~--N和NO_3~--N三者均存在时,脱氮效果最佳,达100%.菌株DK1的高效SND及反硝化性能表明其在处理含氮废水方面有一定的潜力和应用价值.     

环流曝气塔中生物脱氮过程的研究

利用环流曝气塔进行同时硝化/反硝化(sND)脱氮实验.实验中,分别采用不同降解性能的碳源以及采用不同的碳源投加方式,研究反应器内的脱氮过程,监测处理过程中NO_x^--N浓度和溶解氧DO的变化.实验显示,在COD 800mg/L+800mg/L的分批加料方式下,NH₄⁺-N的降解得到加强,出水中NH₄⁺-N浓度低于3mg/L;利用较难降解物质作为碳源时,利于反应器内低溶解氧条件的出现,促进了反硝化的进行,实验在采用醇类碳源时脱氮效果好于葡萄糖的情况.     

一种新型异养自养集成工艺处理地下水硝酸盐试验

研究了一种利用电化学产氢自养反硝化(electrochemical hydrogen autotrophic denitrification)与固相异养反硝化(solid-phase heterotrophic denitrification)集成技术去除地下水中硝酸盐的方法.这种方法能够高效去除水中的硝酸盐且操作简单.试验结果表明,当进水NO3--N浓度为70mg·mL-1,电流强度控制在40mA,HRT为3.9h时,出水中NO3--N浓度为1.2mg·mL-1,硝态氮去除率达到98.3%,TN去除率达到95.6%,反应器中没有NO2--N积累,且pH值稳定在7.0~8.1之间.     

短程同步硝化反硝化过程的脱氮与N2 O释放特性

采用气升环流生物反应器建立全程同步硝化反硝化(SND)体系,在此基础上,通过提高进水pH值从而增加反应器中的游离氨(FA)浓度,可以实现全程SND向短程SND的转变.以全程SND过程为参照,分析了短程SND过程的脱氮及N2O释放特性.结果表明,短程SND过程的总氮平均去除率及SND平均效率分别为71.9%和80.9%,比全程SND过程分别提高了18.0和16.8个百分点,短程SND过程的平均总氮去除速率为0.11 mg.(L.min)-1,是全程SND过程的1.4倍.虽然短程SND较全程SND具有更高的脱氮效率,但该过程的N2O平均转化率为57.1%,N2O平均累积释放量约为全程SND过程的5倍.研究还发现,N2O的释放量急剧上升与体系中NO2--N的积累浓度升高密切相关.     

一株异养硝化-好氧反硝化细菌的分离鉴定及脱氮活性研究

从杭州市天子生活岭垃圾填埋垃圾渗滤液调节池周围土壤样品中分离到一株异养硝化-好氧反硝化细菌ZB612,通过形态学观察及16S rDNA同源性分析,初步鉴定属于根瘤菌属(Rhizobium sp.).随后研究了该菌株的脱氮能力,结果表明在初始氨氮浓度为100mg/L异养硝化培养基中,氨氮的去除效率达到90%,未出现明显的硝态氮和亚硝态氮积累,具有同步硝化反硝化特征;在亚硝酸盐反硝化体系中,亚硝态氮的去除效率达到60%.除此还考察了四种单因素 (温度、pH值、碳氮比和碳源种类) 分别对菌株ZB612脱氮效率的影响:该菌株的最佳脱氮条件为温度30℃,初始pH=7,C/N=8,以葡萄糖作为最适碳源.