氯胺消毒对铜和不锈钢管壁生物膜的控制作用

以松花江为水源的哈尔滨某水厂出厂水为研究对象,采用生物膜培养反应器(rotating annular bioreactor, RAB)模拟给水管网系统,考察了氯胺对铜和不锈钢2种管材上生物膜的控制情况.结果表明,在无氯胺情况下运行时,铜和不锈钢挂片上的生物膜在第18d和21 d达到最大值,其生物量分别为5.5×１０³ CFU/cm²和2.5×１０⁵ CFU/cm²,生物膜达到稳定时生物量分别为1.0×１０³ CFU/cm²和1.3×１０⁵ CFU/cm²,铜挂片上的生物量明显低于不锈钢.反应器在有氯胺状态下运行时,铜和不锈钢挂片上最大生物量为5.0×10² CFU/cm²和5.0×１０⁴ CFU/cm²,分别低于无氯胺情况下1个数量级,达到稳定状态时,其生物量分别为10 CFU/cm²以下和3.5×１０⁴ CFU/cm²,说明氯胺对处于稳定状态的生物膜具有一定的控制作用,对铜挂片上的生物膜具有更明显的控制效果.对消毒剂投量、管材和管壁生物膜HPC进行分析可知,生物膜HPC与余氯胺具有良好的指数相关关系,增加氯胺投量可以降低生物膜HPC数量,氯胺和铜挂片对管壁上的生物膜具有协同灭菌作用.     

微气泡曝气对生物膜反应器启动运行性能影响

比较了微气泡曝气(MB)与传统气泡曝气(CB)流化床生物膜反应器启动运行性能,以及生物膜形成过程与组成特性.结果表明,启动运行中,MB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别达到90.3%、92.7%和43.4%,而CB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别为79.4%、86.3%和29.3%,MB反应器污染物去除性能优于CB反应器.同时,MB反应器的氧利用率高达94.3%,显著高于CB反应器.MB反应器中生物膜形成速率和稳定生物膜生物量均高于CB反应器,并且所形成的生物膜VSS/SS比值较高而EPS含量较低.因此,微气泡曝气能够加速生物膜形成并获得更高的活性生物量,从而提高生物膜反应器的启动运行性能.     

给水管网多相界面中微生物表面疏水性研究

采用疾病控制中心（CDC）生物膜反应器模拟给水管网系统,选取聚氯乙烯（PVC）和聚碳酸酯（PC）2种材质的挂片,通过微生物粘附碳氢化合物（MATH）实验和Illumina高通量测序相结合的方法,对反应器水相、生物膜相和颗粒物相中微生物的疏水性进行了研究.结果显示,PVC材质挂片反应器中优势菌为厚壁菌门,相对丰度为68.31%~81.00%,PC材质挂片反应器中优势菌为变形菌门,相对丰度为24.39%~64.40%.PVC材质挂片反应器中优势菌包含3类致病菌,PC材质挂片反应器中包含8类致病菌.PC材质挂片生物膜相较于PVC材质疏水性更高,利于微生物吸附形成生物膜,而PVC材质不易形成生物膜,对控制输送过程中的二次污染具有积极作用,但在管网实际应用中还应考虑其他工程因素的影响.     

基于响应面法的流化床生物膜反应器运行条件优化

采用自主设计的流化床生物膜反应器(FBBR)处理城市生活污水,主要研究了不同构型填料、填充率和不同进水C/N比下反应器的启动效能,采用响应面法对稳定运行期的有机负荷、曝气量、水力停留时间进行优化,并分析了不同阶段的微生物群落特征.结果表明,启动期间,填充率为40％时,MFD填料上生物量较多,挂膜时间较短,最大生物量为6...     

有机碳对水源水生物膜预处理工艺的影响研究

为探究水源水生物膜预处理工艺运行性能及菌群对不同有机碳源的响应特征,试验构建了2组实验室规模源水生物膜预处理系统,分别以乙醇(反应器R₁)和葡萄糖(反应器R₂)为有机碳源.试验结果表明,反应器R₁的NH₄⁺-N去除率(ARE)(88.4%±4.6%)较反应器R₂(84.9%±7.1%)更高且更稳定.葡萄糖和乙醇作为有机碳源能够增加COD_Mn的去除性能,但是两种碳源对于COD_Mn的去除效果几乎无明显差别,COD_Mn平均去除率分别为(26.3±15.4%)和(26.4±15.9%).乙醇为有机碳源增加了载体生物膜菌群多样性,而葡萄糖增加了底泥的菌群多样性,葡萄糖提高了载体生物膜中Proteobacteria的相对丰度(72.7%),是乙醇为有机碳源的载体生物膜的1.9倍,而乙醇为有机碳源强化了优势属Arcobacter(32.0%)和Tolumonas(15.4%)在生物膜中的富集,其RA值远远...     

生物膜多基质模型及其对BAF处理合成污水的模拟

将简化的活性污泥模型ASM3与传质反应方程相耦合,建立了生物膜多基质模型(BMSM),在此基础上,运用均相生物膜反应单元概念,导出了曝气生物滤池(BAF)反应器一维模型.模型方程表明,出水基质浓度与生物膜表面积相关,与反应器体积无关.灵敏度分析结果表明,出水水质对大部分动力学参数灵敏度较低,对生物膜参数如表面积、膜厚、活性附着生物量等灵敏度较高.进行了以陶球为滤料的BAF处理合成生活污水实验,测定了生物膜膜厚、生物膜干密度、生物膜面积分别为300μm、45kg/m³、5.65m².用Matlab语言对BAF的稳态运行进行模拟,考察了COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N沿填料高度浓度上的变化.结果表明,建立的BMSM能较好地模拟BAF的稳态运行.     

SPG膜曝气-基因工程菌生物膜反应器处理阿特拉津废水研究

膜曝气-生物膜反应器(MABR)是一种新型的膜-生物废水处理工艺,在MABR中采用基因工程菌生物膜可以强化难降解污染物的生物去除.本研究在SPG膜表面形成基因工程菌生物膜,运行SPG膜曝气-生物膜反应器(SPG-MABR)处理阿特拉津废水,考察了气压、挂膜生物量和液体流速对SPG-MABR运行性能的影响,以及基因工程菌生物膜的变化.结果表明,提高气压可以增大透氧系数,从而提高阿特拉津和COD的去除速率以及复氧速率.提高挂膜生物量能够加快阿特拉津和COD的生物去除,但生物膜厚度增加使得氧传质阻力增大,复氧速率降低.层流状态下减小SPG-MABR中的液体流速,有利于污染物向生物膜扩散传质,从而提高污染物去除速率.气压为300 kPa、生物量为25 g·m-2、液体流速为0.05 m·s-1时,SPGMABR反应器对阿特拉津5 d的去除率可以达到98.6%.在SPG-MABR运行过程中,基因工程菌生物膜呈现微生物多态化趋势.生物膜表面逐渐被其他微生物细胞覆盖,基因工程菌分布减少,生物膜内部仍以基因工程菌细胞为主.     

生物滤池与固定——悬浮填料复合式生物膜反应器脱臭

为了探讨生物法处理含H₂S恶臭气体的效率及酸积累问题,利用两种生物反应器进行了处理H₂S的试验研究．结果表明,生物滤池脱臭效率高,但液相H₂SO₄积累明显,pH值低．复合式生物膜反应器装有固定一悬浮填料,集生物过滤和生物吸收为一体,当容积负荷N_v≤190gH₂S/m³·d时,具有很高的去除能力,液相pH≥6．     

亚铁氧化反硝化生物膜反应器中铁矿物的多样性及其对重金属Cd的吸附

亚铁氧化反硝化过程,是指亚铁氧化和NO₃--N还原相结合的生物矿化过程,该过程不仅可以实现水中NO₃--N脱除,还可以得到对多种污染物有较强吸附去除能力的铁矿物。构建了亚铁氧化反硝化过程的连续流式生物膜反应器,分析了反应器运行3个月后内部生成的颗粒物特性及其对重金属镉(Cd)的吸附效果。结果表明:反应器内不同位置会生成颗粒成分不同的铁矿物,下部和中部以菱铁矿为主,上部以针铁矿为主。这些颗粒均具有较大的比表面积和多种有利于吸附的有机官能团,对于水中Cd2+具有较强的吸附能力,不同位置形成的颗粒物的吸附去除率从大到小依次为出水>上部>中部>下部,去除率均可达到84%以上,吸附动力学和热力学方程更符合准二级动力学方程和Freundlich模型。     

不同生物过滤系统铵态氮转化速率及生物膜特性分析

实验模拟循环水养殖系统,运行了移动床生物膜反应器(moving bed biofilm reactor,MBBR)和挂帘式生物滴滤池两类生物过滤系统的6种不同填料反应器,对比分析了各反应器的填料挂膜效果、铵态氮转化速率和生物膜微生物群落结构等特征.结果表明,与MBBR相比,挂帘式生物滴滤池挂膜速度快且生物量较多,其中碳纤维挂帘式生物滴滤池的脱膜后生物膜重最大,为45.97 g·m-2,8 h NH+4-N去除率(86.76%)高于其他反应器(61.96%~78.76%),并且NO-2-N累积少,16 h时NO-2-N浓度在0.5 mg·L~(-1)以下.通过Illumina高通量测序技术对生物过滤系统中生物膜微生物群落结构进行解析,结果表明,不同类型反应器的生物膜内的细菌、真核微生物群落构成有明显区别,无论是细菌还是真核微生物,挂帘式生物滴滤池的物种丰度和多样性均高于MBBR,但MBBR的细菌群落物种集中度更高.硝化螺菌属(Nitrospira)及放线菌中的Nakamurella属在两类反应器的生物膜中均占优势,腐螺旋菌科(Saprospiraceae)在挂帘式生物滴滤池更多,而丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)更倾向于在MBBR中富集.在真核微生物属水平相对丰度上,挂帘式生物滴滤池中小杆目中的Rhabditida norank占明显优势,而MBBR中绿藻纲中的Chlorophyceae norank占明显优势.以上研究结果为挂帘式生物滴滤池在循环水养殖水质净化中的应用奠定了实验基础.