游离氨抑制Nitrobacter活性动力学试验

为探究游离氨(FA)对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属(Nitrobacter)活性抑制动力学影响,本试验采用序批式活性污泥(SBR)反应器,在通过改变系统进水FNA浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象(宏基因组物种注释和丰度分析显示Nitrobacter占细菌总数40.3%),基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程Nitrobacter比耗氧速率(SOUR)变化规律,进而采用非基质抑制动力学模型对试验数据进行拟合。结果表明,当FA7.3 mg·L~(-1)时,SOUR随着FA浓度的升高而降低。尤其当FA浓度高于22.2 mg·L~(-1)时,SOUR降为0gN·(g VSS·d)~(-1),最大比耗氧速率为0.62 g N·(g VSS·d)~(-1)。此外,基于Nitrobacter活性抑制程度判断,FA抑制Nitrobacter活性抑制类型符合非竞争性可逆抑制动力学。     

苯酚对污水生物脱氮系统亚硝积累及污泥性能的影响

采用SBR缺氧/好氧反应工艺,研究了不同苯酚浓度对脱氮过程中亚硝积累与污泥性能的影响。结果表明,苯酚浓度在0~90 mg·L^-1变化时系统出现2次明显亚硝酸盐积累,最终稳定维持在70%±5%,低浓度(0~30 mg·L^-1)系统亚硝酸盐积累恢复是微生物改变自身结构及分泌胞外聚合物导致;高浓度(60~90 mg·L^-1)苯酚条件下亚硝积累是由于苯酚对AOB(ammonia-oxidizing bacteria,氨氮氧化细菌)和NOB(nitrite-oxidizing bacteria,亚硝酸氧化细菌)抑制作用引起的微生物种群改变形成。氨氮氧化速率和氮氧化物生成速率由10.85 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1和10.12 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1降低至2.79 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1和2.32 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1,亚硝酸盐积累率和氮氧化物生成速率呈现负相关性,与苯酚浓度呈正相关;荧光原位杂交表明苯酚的抑制使得硝化菌群结构发生了变化,AOB 相对数量由2.80%增加为9.30%。苯酚的可降解性使得系统污泥浓度由2500 mg·L^-1左右上升至5870 mg·L^-1。当EPS(extracellular polymeric substances,胞外聚合物)总量由67.20 mg·(g VSS)^-1减少至32.10 mg·(g VSS)^-1时,SVI从165 ml·g^-1降到50 ml·g^-1。亚硝酸盐积累、丝状菌和胞外聚合物是引起活性污泥系统SVI变化的原因,其中NAR影响最大,丝状菌次之。     

间歇低氧曝气下CANON工艺处理生活污水的启动

利用序批式反应器（SBR）接种短程硝化和厌氧氨氧化污泥处理实际生活污水,在间歇低氧曝气条件下实现了CANON工艺的启动。同时,保证适宜的温度和污泥浓度对处理效果及系统的稳定也很重要。该运行模式下,可实现对亚硝酸盐氧化菌（NOB）的抑制淘洗,短程硝化和厌氧氨氧化为主导反应,自养脱氮体系稳定。系统稳定运行后污染物去除效果良好：进水总氮和氨氮质量浓度为63.9 mg·L^-1和62.7 mg·L^-1,出水总氮和氨氮质量浓度为12.3 mg·L^-1和7.6 mg·L^-1,总氮和氨氮去除率为77.8%和86.7%,总氮去除负荷达0.16 kg N·（m³·d）^-1。试验研究为间歇低氧曝气运行模式推广应用于城市污水自养脱氮提供了参考。     

基于ETS活性的有机物降解与硝化过程中微生物动力学

通过考察有机物生物降解和氨氮生物硝化过程中活性污泥电子传递体系（ETS）活性的变化规律,研究了ETS活性表征污泥生物活性的可行性,结合米门公式分析了有机物生物降解和硝化反应过程生物活性动力学。试验结果表明,活性污泥的ETS活性可以有效地揭示出有机物生物降解和氨氮生物硝化反应的进程,同时对系统受到的有机物和氨氮冲击负荷及硝化过程中碱度的变化有着灵敏的反映,这说明用ETS活性表征污泥的生物活性是可行的;有机物生物降解过程生物活性米氏常数K_s^T=368.9 mg·L^-1,U_m^T=90.9 mg TF·（g TSS·h）^-1,K_s^I=88.42 mg·L^-1,U_m^I=277.8 mg INTF·（g TSS·h）^-1;氨氮硝化过程生物活性米氏常数K_s^T=16.89 mg·L^-1,U_m^T=34.6 mg TF·（g TSS·h）^-1, K_s^I=6.0 mg·L^-1,U_m^I=196.08 mg INTF·（g TSS·h）^-1;生物活性动力学分析进一步验证了进行有机物生物降解的异养菌生长速率高于进行硝化反应的自养型硝化菌。     

对比分析进水基质浓度对乙醇型和丁酸型发酵制氢系统的影响

以糖蜜废水为基质,将两套厌氧接触式发酵制氢反应器(ACR)出水pH分别控制在4.5～5.0、5.5～6.0的水平,通过逐级提升进水COD浓度方式,系统对比分析基质浓度对乙醇型和丁酸型发酵制氢系统的影响。结果显示,对于乙醇型发酵制氢系统而言,当HRT 6 h,进水COD从5000逐步提升至12000 mg·L^-1时,反应器的产氢效能逐步得到增强,但当COD进一步提升至15000 mg·L^-1时,底物反馈抑制作用开始显现,因而在进水COD为12000 mg·L^-1时,ACR产氢性能最佳,系统的产氢速率、污泥比产氢速率和单位基质氢气转化率分别为68.8 L·d^-1、744.5 ml H₂·(g VSS·d)^-1、2.3 mol H₂·(mol葡萄糖)^-1。对于丁酸型发酵制氢系统而言,当HRT 8 h,在进水COD从5000提升至20000 mg·L^-1过程中,ACR产氢效能总体呈下降趋势,在进水COD为5000 mg·L^-1时,系统的污泥比产氢速率和单位基质氢气转化率最大,分别为159.6 ml H₂·(g VSS·d)^-1、1.0 mol H₂·(mol葡萄糖)^-1。研究结果表明,在进水COD为500～20000 mg·L^-1的运行中,ACR乙醇型发酵系统的产氢效能优于丁酸型发酵制氢系统。     

好氧颗粒污泥吸附氨氮性能

在水温（25±1）℃、0.1 mol·L^-1 Trise-HCl缓冲液为反应体系并不断通入高纯氮气的厌氧条件下,以小试SBR反应器培养的好氧颗粒污泥为吸附剂,考察了好氧颗粒污泥对氨氮的吸附作用及其影响因素。好氧颗粒污泥表现出比絮体活性污泥更大的对氨氮的吸附容量。当初始氨氮浓度为30 mg·L^-1时,颗粒污泥与絮体污泥的吸附容量分别为1.83 mg NH₄⁺-N·（g VSS）^-1和1.18 mg NH₄⁺-N·（g VSS）^-1。由于细胞之间的遮蔽效应,污泥对氨氮的吸附容量随污泥浓度的升高而降低。盐度（NaCl）显著影响颗粒污泥对氨氮的吸附效果：盐度越高,污泥吸附容量越小。试验结果表明,污泥对氨氮的吸附作用不可忽略且需要进一步深入研究。     

ACR在不同进水COD浓度下的产氢性能与菌群结构

以稀释糖蜜为底物,通过厌氧接触式发酵制氢反应器(ACR) 的启动和运行,考察了ACR在不同进水COD浓度下的运行特性。结果表明,当HRT= 6 h,进水COD浓度从 7000 mg·L^-1提升至11000 mg·L^-1时,反应器仍能稳定运行,并维持乙醇型发酵类型。随着底物浓度的增加,系统的比产氢速率从COD 7000 mg·L^-1时的2.43 m³·(m³·d)^-1提高到COD11000 mg·L^-1时的3.51 m³·(m³·d)^-1,而活性污泥的比产氢速率在COD 为9000 mg·L^-1时最高,为10.71 mol H₂·(kg VSS·d)^-1。聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析结果表明,产氢发酵产乙醇菌群为ACR系统中的主要产氢功能菌群,且随着进水COD浓度的增加,以Ethanoligenens harbinense YUAN-3为代表的产氢菌群的优势度显著增强,但丙酸发酵菌属Propionicimonas sp. F6也开始富集。     

单级好氧脉冲式SBR处理垃圾渗滤液深度脱氮

为了考察单级好氧工艺处理垃圾渗滤液的可行性和脱氮性能,采用脉冲进水式SBR工艺处理高氨氮实际垃圾渗滤液。脉冲SBR运行周期共分为4个缺氧段和3个好氧段,采用3次等量进水模式。缺氧₄(An₄)不投加外碳源,利用微生物内碳源将NO₂^--N 还原为N₂。结果表明,经过4个不同进水TN阶段(118 d)的连续运行,获得了稳定和高效的脱氮性能。在进水COD为733~3971 mg·L^-1的条件下,出水COD稳定在298 ~888.15 mg·L^-1;在进水TN为299.78~1100.34 mg·L^-1的条件下,出水TN稳定在13.89~36.27 mg·L^-1。An₄的平均理论内源反硝化速率(TDNR_m)达到1.53 mg N·h^-1·(g MLVSS)^-1。运行阶段的单个周期内,An₄内源反硝化速率(DNR)分为快(DNR₁)和慢(DNR₂)两部分。其中阶段2(Ph₂)中的一个周期内DNR₁可达2.80 mg N·h^-1·(g MLVSS)^-1。在没有物化预处理和不投加外加碳源的情况下,实现单级好氧系统对垃圾渗滤液的深度脱氮。     

驯化后的聚糖菌对NO2——N和NO3——N内源反硝化速率的影响

在序批式（sequencing batch reactor,SBR）反应器中,通过分段厌氧-好氧（厌氧后排水）运行方式,在以葡萄糖为碳源、P/C比小于2/100的条件下,成功实现了聚糖菌（glycogen accumulating organisms,GAOs）的驯化富集,厌氧段磷酸盐的释放量（phosphorus release amounts,PRA）稳定在1.0 mg·L^-1以内,胞内糖原（glycogen,gly）含量是初始阶段的1.2倍。驯化后的GAOs分别以NO₂^--N、NO₃^--N为电子受体经厌氧-缺氧运行方式,可进行内源反硝化反应过程。GAOs在内源反硝化过程中依次利用胞内的聚β-羟基戊酸酯（poly-β-hydroxyvalerate,PHV）、聚β-羟基丁酸酯（poly-β-hydroxyvalerate,PHB）和gly作为内碳源。在22℃时,反硝化聚糖菌（denitrifying glycogen accumulating organisms,DGAOs）以NO₂^--N、NO₃^--N为电子受体平均比内源反硝化速率分别为0.067 g N·（g VSS）^-1·d^-1、0.023 g N·（g VSS）^-1·d^-1,常温短程内源反硝化速率约是全程内源反硝化速率的3倍。     

低有机质污泥投加药剂联合低温热水解及后续厌氧发酵研究

污水厂污泥量日益增加,所含的有机物可用于厌氧发酵产甲烷,但目前多数污水处理厂多为低有机质污泥。本文围绕低有机质污泥投加不同药剂联合低温热水解对污泥溶解性物质变化及厌氧发酵规律的影响情况进行研究。结果表明,投加药剂联合低温热水解不仅有助于有机物[可溶糖、可溶蛋白和TVFA（挥发性有机酸（]的溶出与生成,而且有助于后续厌氧发酵产甲烷。在本实验所研究的低温热水解（污泥含固率为8%,热水解处理温度为90℃,处理时间为24 h）及药剂投加量[NaOH：0.018 g·（g DS（^-1、Ca（OH（₂：0.016 g·（g DS（^-1、CaCl₂：0.0375g·（g DS（^-1]的条件下,有机物溶出与生成的效果为NaOH> Ca（OH（₂> CaCl₂,其中热水解联合NaOH中可溶糖、可溶蛋白和TVFA浓度分别达到3051 mg·L^-1、10686 mg·L^-1和5740 mg·L^-1。对于产甲烷促进效果为NaOH> CaCl₂> Ca（OH（₂,其中投加NaOH后最大累积产甲烷量可达到101.9 ml·（g VS（^-1。     

EGSB处理中药废水过程中厌氧颗粒污泥特性变化

通过分析厌氧颗粒污泥粒径分布、机械强度、二价金属含量、胞外聚合物含量等,探讨了EGSB反应器处理中药废水过程中颗粒污泥特性变化。结果表明,在中药废水COD浓度为2000～5000 mg·L^-1、HRT为12 h、T为30℃的条件下,颗粒污泥粒径分布在500～1000 μm之间,完整系数（integrity coefficient,IC）小于20,颗粒污泥EPS总量、蛋白含量、多糖含量分别为85.59、63.67和21.92 mg·（g VSS）^-1,此时颗粒污泥絮凝性良好,机械强度高。当HRT减少为6 h时,IC为30.03,蛋白与多糖的比值增大到6.86,但多糖含量仅为18.11 mg·（g VSS）^-1;而当T降低为20℃时,颗粒污泥粒径分布在250～750 μm之间,IC增大到32.11,Ca²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺含量减少 为20.78、4.79和0.94 mg·L^-1,颗粒污泥EPS显著降低,其总量、蛋白含量、多糖含量仅为69.04、58.87和10.17 mg·（g VSS）^-1,在此运行条件下,出现了颗粒污泥的解体、流失,同时出水水质变差。     

AD-MFC中甲醇与硝酸盐的偶合过程与作用机制

在双室微生物燃料电池(MFC)阳极内接种反硝化细菌富集培养物,同时加入硝酸盐和甲醇,构建了阳极反硝化微生物燃料电池(AD-MFC),并以批式操作研究了AD-MFC的反硝化产电性能。试验结果表明,在初始硝氮浓度为(100.22±0.62)mg·L^-1,COD浓度为(500.40±1.67)mg·L^-1的条件下,AD-MFC的最大容积NO₃^--N和COD去除速率分别达到0.31 kg N·m^-3·d^-1和1.06 kg COD·m^-3·d^-1,最大电压达到(602.80±5.42)mV,相应最大功率密度为(908.42±0.07)mW·m^-3。AD-MFC的产电过程是甲醇氧化与硝酸盐还原的偶合过程,电压变化与反硝化作用密切相关,可用于指示反硝化进程。AD-MFC的电压曲线呈现降低-升高-再降低的三阶段特性,其原因是反硝化作用、甲醇降解作用和细胞水解发酵作用依次成为阳极液中的主导反应。     

L-半胱氨酸改性聚环氧琥珀酸的合成及其阻垢缓蚀性能

以L-半胱氨酸（LCY）为改性剂改性聚环氧琥珀酸（PESA）得到了一种聚环氧琥珀酸衍生物L-半胱氨酸改性聚环氧琥珀酸（LCY-PESA）,用红外光谱和核磁共振谱表征了LCY-PESA的物质结构,用红外光谱、X射线衍射光谱和扫描电镜研究了钙垢的晶型（形）,探讨了LCY-PESA的静态阻垢、动态阻垢、静态缓蚀、分散氧化铁和生物降解等性能,通过量子化学计算方法研究了LCY-PESA的缓蚀机理。静态阻垢结果表明,在c（Ca²⁺）为400 mg·L^-1、c（HCO₃^-）为800 mg·L^-1的实验介质中,LCY-PESA投放量为6 mg·L^-1,阻垢率即可达到94.6%;当c（Ca²⁺）为150 mg·L^-1、c（Fe²⁺）为10 mg·L^-1、LCY-PESA投放量为15 mg·L^-1时,最小透光率为61.5%。动态阻垢测试显示：随着加药量的增加,动态污垢热阻减小,当加药量为1 mg·L^-1时LCY-PESA的动态阻垢率比PESA提高了约15%。红外光谱、X射线衍射光谱和扫描电镜结果表明,LCY-PESA对钙垢有明显的晶格扭曲作用,把方解石变为球霰石,表现出良好的阻垢分散性能。该衍生物还表现出了优良的可生物降解性能。量子化学计算表明：LCY-PESA分子中的S原子和N原子对HOMO轨道的电荷密度影响较大,导致LCY-PESA的HOMO轨道和LUMO轨道的能隙差值小于PESA分子的能隙差值,因此LCY-PESA分子抑制金属腐蚀的效果好于PESA。     

Advanced nitrogen removal via nitrite from municipal landfill leachate using a two-stage UASB-A/O system

A system consisting of a two-stage up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor and an anoxic/aerobic (A/O) reactor was used to treat municipal landfill leachate. Denitrification took place in the first stage of the UASB re-actor (UASB1). The chemical oxygen demand of the UASB1 effluent was further decreased in the second stage (UASB2). Nitrification was accomplished in the A/O reactor. When diluted with tap water at a ratio of 1:1, the ammonia nitrogen concentration of the influent leachate was approximately 1200 mg·L?1, whereas that of the system effluent was approximately 8–11 mg·L?1, and the corresponding removal efficiency is about 99.08%. Stable partial nitrification was achieved in the A/O reactor with 88.61%–91.58%of the nitrite accumula-tion ratio, even at comparatively low temperature (16 °C). The results demonstrate that free ammonia (FA) con-centrations within a suitable range exhibit a positive effect on partial nitrification. In this experiment when FA was within the 1–30 mg·L?1 range, partial nitrification could be achieved, whereas when FA exceeded 280 mg·L?1, the nitrification process was entirely inhibited. Temperature was not the key factor leading to par-tial nitrification within the 16–29 °C range. The inhibitory influence of free nitrous acid (FNA) on nitrification was also minimal when pH was greater than 8.5. Thus, FA concentration was a major factor in achieving partial nitrification.     

MUCT工艺处理生活污水短程脱氮的实现及硝化菌群动态变化

采用连续流MUCT工艺处理实际生活污水,研究短程生物脱氮的实现,并采用实时荧光定量PCR方法(quantitative real time PCR,QPCR)分析全程脱氮向短程脱氮转变过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)的动态变化。通过降低溶解氧浓度为0.5mg·L^-1和缩短水力停留时间为6h,实现短程硝化,亚硝酸盐积累率达到90%。在短程硝化稳定运行阶段总氮去除率高达90%以上,远远大于全程阶段的74%。QPCR结果表明全程脱氮阶段水力停留时间的缩短使AOB细胞数呈现下降的趋势,NOB细胞总数稳定维持在10⁸cells·(g dried sludge)^-1。短程脱氮阶段,AOB细胞数小幅度上升,由3.17×10⁶cells·(g dried sludge)^-1增长到1.32×10⁷cells·(g dried sludge)^-1,同时AOB占全菌的比例也小幅度增长。NOB的细胞数在5.9×10⁷~1.78×10⁸cells·(g dried sludge)^-1之间波动。NOB占全菌的比例由1.44%下降到0.47%。因此,MUCT工艺处理实际生活污水的系统中NOB丰度降低及活性抑制是实现并维持短程生物脱氮的重要原因。短程脱氮运行期间由于控制低溶解氧浓度和短的水力停留时间,AOB丰度及相对含量没有显著增加,甚至下降,但不会影响氨氮和总氮的去除。