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缺氧生物膜转型厌氧氨氧化生物膜培养与富集特性

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中国环境科学 2024年第1期44卷 114-120页

作者：蒋睿李韧于莉芳刘然刘甜张日霞西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西西安710055 西北水资源与环境生态教育部重点实验室陕西西安710055 西安市政设计研究院有限公司陕西西安710068

接种西安市某污水处理厂缺氧池生物膜构建升流式厌氧固定床生物膜(UAFB)反应器从而富集培养厌氧氨氧化(Anammox)生物膜,通过测定生物膜Anammox活性和酶活性并进行高通量测序分析,探讨城市污水处理厂现有填料转型培养Anammox生物膜的可... 详细信息

接种西安市某污水处理厂缺氧池生物膜构建升流式厌氧固定床生物膜(UAFB)反应器从而富集培养厌氧氨氧化(Anammox)生物膜,通过测定生物膜Anammox活性和酶活性并进行高通量测序分析,探讨城市污水处理厂现有填料转型培养Anammox生物膜的可行性及生物膜内菌群演替规律.结果表明,经29d培养后的UAFB-Anammox反应器TN去除率高达76.22%,快速启动成功;负荷提升阶段,表面氮负荷(SNLR)由0.23g/(m^(2)·d)提升至2.59g/(m^(2)·d),最大Anammox活性维持2.15g/(m^(2)·d),TN去除率高达83.68%.Illumina MiSeq测序结果发现,富集后的生物膜中优势菌属为Ca.Brocadia,相对丰度为33.38%,富集效果明显.同时缺氧生物膜上反硝化菌Denitratisoma以Anammox的产物NO_(3)^(-)-N为基质,逐渐与AnAOB形成共生存关系.这说明利用城市污水处理厂现有缺氧生物膜可以快速培养Anammox生物膜,对Anammox工艺在城市污水处理厂升级改造中的应用提供一定参考.

关键词：缺氧生物膜厌氧氨氧化转型培养肼氧化酶菌群演替

持续负荷冲击下AnSBBR运行性能及群落结构响应

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中国环境科学 2024年第1期44卷 140-149页

作者：王泽于莉芳马芷萱郑兰香刘然刘甜西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西西安710055 宁夏大学生态环境学院宁夏银川750021 中国葡萄酒产业技术研究院宁夏银川750021

以厌氧序批式生物膜反应器(AnSBBR)处理葡萄酒生产废水,考察反应器在持续负荷冲击下的运行特性及群落结构响应.结果显示,持续负荷冲击的前13d(29~41d),反应器运行稳定;因逐渐增加的氢分压和挥发性脂肪酸(VFAs),到56d时系统稳定性降低(VF... 详细信息

以厌氧序批式生物膜反应器(AnSBBR)处理葡萄酒生产废水,考察反应器在持续负荷冲击下的运行特性及群落结构响应.结果显示,持续负荷冲击的前13d(29~41d),反应器运行稳定;因逐渐增加的氢分压和挥发性脂肪酸(VFAs),到56d时系统稳定性降低(VFA/TA=0.72),乙酸比产甲烷活性(SMA)降低46.2%,但氢利用速率(HUR)增加69.2%,辅酶F420浓度增加11.9%.在42d时仅外层的Slime-EPS浓度明显增加(34.1%);在56d时TB-EPS和LB-EPS浓度增加61.3%和62.8%,其PN/PS比值增加197.8%和126.0%,负荷冲击诱导EPS分泌大量的应急性蛋白类产物,其电活性物质提高了系统的电子传递活性(35.5%).Illumina MiSeq显示,负荷冲击下Desulfovibrio、Ruminococcus和Geobacter等产酸菌丰度降低,而Methanobacterium丰度由32.2%增至50.9%.生物膜系统通过逐级EPS分泌和强化还原CO_(2)产甲烷来响应持续负荷冲击的影响.

关键词：厌氧序批式生物膜反应器负荷冲击胞外聚合物代谢活性群落结构

曝气动力双侧横向内循环反应器数值模拟和脱氮机理研究

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中国环境科学 2024年

作者：刘烨星于莉芳陈倩伊戴步峰曹皖彭党聪西安建筑科技大学环境与市政工程学院南京市市政设计研究院有限责任公司

提出一种新型曝气动力双侧横向内循环 (ADTL) 反应器以免除常规生物脱氮工艺的内循环能耗，借助计算流体力学(CFD)优化ADTL反应器关键结构参数，如顶间隙高度/液位高度(Htc/Hl)、底间隙高度/液位高度(Hbc/Hl)及A/O比，并考察ADTL反应器... 详细信息

提出一种新型曝气动力双侧横向内循环 (ADTL) 反应器以免除常规生物脱氮工艺的内循环能耗，借助计算流体力学(CFD)优化ADTL反应器关键结构参数，如顶间隙高度/液位高度(Htc/Hl)、底间隙高度/液位高度(Hbc/Hl)及A/O比，并考察ADTL反应器处理模拟城市污水的脱氮性能、功能菌活性、酶活性以及微生物群落结构的影响规律。CFD数值模拟结果显示，当Htc/Hl、Hbc/Hl与 A/O比分别为0.08、0.08及1:1时，ADTL反应器循环液速与液体流动均匀性较优。ADTL反应器运行结果表明，与常规内循环模式相比，ADTL运行模式 TN去除率提高了 11.96%，亚硝酸盐氧化比活性/氨氧化比活性(SNUR/SAUR)由1.71降低至1.13，亚硝酸盐还原比活性/硝酸盐还原比活性(NIRR/NARR)由0.39增加至0.66，酶活性比值变化同活性变化趋势一致；同时Illumina MiSeq测序结果表明，ADTL阶段中具有亚硝酸盐还原功能的Levilinea (21.58%)、Melioribacter (4.54%)和Burkholderia (1.71%)菌属丰度显著增加，而具有硝酸盐还原功能的Azospira (0%)、Denitratisoma (1.49%)、Dechloromonas (0.84%)丰度则相对较低。因此，ADTL反应器可以在免除内循环能耗的前提下，有效避免“亚硝酸盐循环”，节约硝化过程中的曝气能耗和反硝化过程中的碳源需求，为城市污水处理厂提质增效提供技术支持。

关键词：双侧内循环数值模拟溶解氧梯度分布同步硝化反硝化亚硝酸盐循环

Anammox生物膜富集培养过程中硝化菌的增殖特性研究

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中国环境科学 2023年

作者：李韧于莉芳刘甜刘然余涛彭党聪西安建筑科技大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安建筑科技大学陕西省环境工程重点实验室西安建筑科技大学环境与市政工程学院

厌氧氨氧化(Anammox)生物膜中亚硝酸盐氧化菌(NOB)的增殖会影响其脱氮稳定性.研究在升流式厌氧固定床生物膜(UAFB)反应器中，通过逐步提升氮负荷富集培养Anammox生物膜，考察培养过程中Anammox生物膜上硝化菌的增殖特性.结果表明，逐步... 详细信息

厌氧氨氧化(Anammox)生物膜中亚硝酸盐氧化菌(NOB)的增殖会影响其脱氮稳定性.研究在升流式厌氧固定床生物膜(UAFB)反应器中，通过逐步提升氮负荷富集培养Anammox生物膜，考察培养过程中Anammox生物膜上硝化菌的增殖特性.结果表明，逐步提升氮负荷，可以成功实现厌氧氨氧化菌(AnAOB)的富集，但随着基质浓度的提升，反应器中ΔNO3-/ΔNH4+比值逐渐从0.76±0.11降低至0.42±0.10，这表明高基质浓度更有利于Anammox生物膜的培养且不利于NOB竞争亚硝酸盐.而随着培养进行，生物膜的氨氧化活性(AUR)和亚硝酸盐氧化活性(NUR)均大幅增加但最终趋于稳定.高通量测序结果表明，系统在成功富集了33.51%的Ca. Brocadia和3.02%的Ca. Jettenia的同时，AOB-Nitrosomonas的相对丰度仅有0.78%，但培养后优势NOB-Nitrospira的丰度高达2.32%，因此，Anammox生物膜培养过程中硝化菌的增殖现象不可避免，而明显的NOB优势增殖有可能会对以部分硝化工艺为基础的PN/Anammox生物脱氮工艺的稳定运行造成负面影响.

关键词：厌氧氨氧化生物膜升流式厌氧固定床生物膜反应器(UAFB) Nitrospira 硝化菌

城市污水处理厂缺氧生物膜转型厌氧氨氧化生物膜培养与富集特性研究

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中国环境科学 2023年

作者：蒋睿李韧于莉芳刘然刘甜张日霞西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安市政设计研究院有限公司西安建筑科技大学环境与市政工程学院

接种西安市某污水处理厂缺氧池生物膜构建升流式厌氧固定床生物膜(UAFB)反应器从而富集培养厌氧氨氧化(Anammox)生物膜，通过测定生物膜Anammox活性和酶活性并进行高通量测序分析，探讨城市污水处理厂现有填料转型培养Anammox生物膜的... 详细信息

接种西安市某污水处理厂缺氧池生物膜构建升流式厌氧固定床生物膜(UAFB)反应器从而富集培养厌氧氨氧化(Anammox)生物膜，通过测定生物膜Anammox活性和酶活性并进行高通量测序分析，探讨城市污水处理厂现有填料转型培养Anammox生物膜的可行性及生物膜内菌群演替规律.结果表明，经29 d培养后的UAFB-Anammox反应器TN去除率即高达76.22%，快速启动成功;负荷提升阶段，表面氮负荷(SNLR)由0.23 g·(m2·d)-1提升至2.59 g·(m2·d)-1，最大Anammox活性达到2.2 g·(m2·d)-1，TN去除率最高达83.68%.Illumina MiSeq测序结果发现，富集后的生物膜中优势菌属为Ca. Brocadia，相对丰度为33.38%，富集效果明显.同时缺氧生物膜上反硝化菌Denitratisoma以Anammox的产物NO3--N为基质，利用生物膜上细胞代谢产生的有机碳源进行增殖，逐渐与AnAOB形成一种共生存关系.这说明利用城市污水处理厂现有缺氧生物膜可以快速培养Anammox生物膜，对Anammox工艺在城市污水处理厂升级改造中的应用提供一定参考价值.

关键词：缺氧生物膜厌氧氨氧化转型培养肼氧化酶菌群演替

葡萄酒生产废弃物与剩余污泥厌氧共消化研究进展

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农业工程学报 2022年第20期38卷 199-208页

作者：于莉芳王泽马芷萱范烨蒋睿杨佳毅郑兰香西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055 宁夏大学生态环境学院银川750021 中国葡萄酒产业技术研究院银川750021

厌氧消化技术被广泛应用于多种行业废弃物的处置。然而,葡萄酒生产废弃物浓度高、pH值低以及季节性变化的特性容易造成负荷冲击,导致反应器微生物流失、运行不稳定。同时,剩余污泥组分复杂、水解率低导致产气效率低。厌氧共消化具有均... 详细信息

厌氧消化技术被广泛应用于多种行业废弃物的处置。然而,葡萄酒生产废弃物浓度高、pH值低以及季节性变化的特性容易造成负荷冲击,导致反应器微生物流失、运行不稳定。同时,剩余污泥组分复杂、水解率低导致产气效率低。厌氧共消化具有均衡营养素、减缓抑制效应、丰富菌群多样性和提高甲烷产量等优势,也逐渐成为一种重要的葡萄酒生产废弃物与剩余污泥的处置方式。尽管已有二者在不同运行策略下共消化性能的研究,但仍未有报道阐明其共消化的影响因素以及基于葡萄酒生产废弃物特性建立直接种间电子传递的研究进展。因此,该文介绍了葡萄酒生产废水与剩余污泥、葡萄酒生产固体废弃物与剩余污泥的共消化进展,并分别归纳了2种体系中影响消化效能的主要因子;随后总结了共消化体系中基于乙醇建立的直接种间电子传递的研究进展;最后,围绕以上内容展望了共消化技术在葡萄酒生产废弃物与剩余污泥协同处理的前景。

关键词：废弃物污泥厌氧共消化乙醇直接种间电子传递

Fe^(3+)对MBBR系统脱氮途径及关键酶性能影响分析

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环境科学学报 2022年第5期42卷 169-177页

作者：王依婷汪宇高宇张琼李韧于莉芳彭党聪西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055 西安建筑科技大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710055

为考察Fe^(3+)对移动床生物膜系统(Moving-bed Biofilm Reactor,MBBR)脱氮途径及相关酶活性的影响,以15℃下长期运行的移动床生物膜为研究对象,确定Fe^(3+)的最佳投加浓度,在此基础上,启动运行MBBR1(添加Fe;)与MBBR2(不添加Fe^(3+)),对... 详细信息

为考察Fe^(3+)对移动床生物膜系统(Moving-bed Biofilm Reactor,MBBR)脱氮途径及相关酶活性的影响,以15℃下长期运行的移动床生物膜为研究对象,确定Fe^(3+)的最佳投加浓度,在此基础上,启动运行MBBR1(添加Fe;)与MBBR2(不添加Fe^(3+)),对比分析了两反应器脱氮性能、相关酶活性、微生物群落结构及脱氮途径.结果表明,添加10 mg·L^(-1)Fe^(3+)的MBBR1与MBBR2相比,氨氧化、亚硝酸盐氧化、硝酸盐还原及亚硝酸盐还原的速率分别增加了75%、3%、10%和6%,氨单加氧化酶(Ammonia Monooxygenase,AMO)、羟胺氧化酶(Hydroxylamine Oxidoreductase,HAO)、亚硝酸盐氧化酶(Nitrite Oxidoreductase,NXR)、硝酸盐还原酶(Nitrate Reductase,NAR)和亚硝酸盐还原酶(Nitrite Reductase,NIR)的活性分别增加了10%、13%、2%、108%和3%,总氮去除率提高了11.17%.Illumina MiSeq测序结果表明,MBBR1中Nitrosomonas与Thauera相对丰度均高于MBBR2,NOB相对丰度接近.模型计算结果显示,MBBR1主要脱氮途径为同步短程硝化反硝化,而MBBR2主要脱氮途径为全程硝化反硝化.综上,Fe^(3+)可通过影响脱氮过程中关键酶活性及生物群落结构,强化MBBR系统同步短程硝化反硝化能力以提高MBBR系统脱氮性能.

关键词：移动床生物膜系统脱氮性能同步短程硝化反硝化脱氮途径酶活性

部分反硝化耦合厌氧氨氧化IFAS系统脱氮性能

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中国环境科学 2022年第9期42卷 4107-4114页

作者：余浩涛于莉芳李韧高宇张琼乔冰闯郑兰香彭党聪西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西西安710055 宁夏大学生态环境学院宁夏银川750021 中国葡萄酒产业技术研究院宁夏银川750021

采用部分反硝化活性污泥耦合厌氧氨氧化生物膜处理低碳氮比废水(C/TN=1.63),考察生物膜-活性污泥复合系统(IFAS)进行部分反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)处理低碳氮比废水的可行性及其耦合后两相中功能菌活性与菌群分布变化规律.结果显示,... 详细信息

采用部分反硝化活性污泥耦合厌氧氨氧化生物膜处理低碳氮比废水(C/TN=1.63),考察生物膜-活性污泥复合系统(IFAS)进行部分反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)处理低碳氮比废水的可行性及其耦合后两相中功能菌活性与菌群分布变化规律.结果显示,系统耦合运行期间,出水TN为(5.07±0.2)mg/L,去除率为(90.7±0.1)%,厌氧氨氧化途径对TN去除的贡献率高达(86.61±3.4)%;固着相对厌氧氨氧化活性的贡献率为100%,悬浮相上,μ(NO_(3)^(-)-N)占比为99.32%,μ(NO_(2)--N)占比为99.22%;与耦合前相比,悬浮相中硝酸盐还原酶(Nar)活性由(0.43±0.05)μmol/(mg protein·min)增加至(0.49±0.09)μmol/(mg protein·min),亚硝酸盐转化率明显升高[(70±2.2)%~(90.01±2.3)%];Illumina MiSeq结果显示,固着相上的优势菌属为Candidatus_Brocadia,且耦合前后丰度无明显变化(33.61%~33.43%),悬浮相上反硝化菌属Prosthecobacter,Ferruginibacter,OLB8丰度增加.以上结果表明,在IFAS系统中可以实现稳定的PD/A协同脱氮,耦合后部分反硝化由悬浮相主导,厌氧氨氧化由固着相主导,厌氧氨氧化菌(AnAOB)与反硝化菌对NO2--N的竞争强化了悬浮相部分反硝化能力.

关键词：生物膜-活性污泥复合工艺低碳氮比部分反硝化厌氧氨氧化群落结构高通量测序

曝气动力横向内循环反应器脱氮途径与性能分析

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环境工程学报 2023年第1期17卷 307-315页

作者：戴步峰乔冰闯刘烨星夏文林王阿华于莉芳南京市市政设计研究院有限责任公司南京210008 西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055

为降低城市污水生物脱氮系统处理能耗、提高脱氮效率,使用一种新型曝气动力横向内循环反应器(ALIR)来处理模拟城市污水并对该反应器的脱氮途径与性能进行了研究,采用16S rRNA基因高通量测序技术对微生物群落结构进行了分析。结果表明:... 详细信息

为降低城市污水生物脱氮系统处理能耗、提高脱氮效率,使用一种新型曝气动力横向内循环反应器(ALIR)来处理模拟城市污水并对该反应器的脱氮途径与性能进行了研究,采用16S rRNA基因高通量测序技术对微生物群落结构进行了分析。结果表明:反应器在A/O比为1:1、水力停留时间为9 h、污泥龄为20 d、污泥回流比100%的条件下,连续运行90 d后,出水NH4+-N质量浓度低至(3.20±0.93) mg·L^(-1),平均去除率为92.29%,出水总氮(TN)质量浓度为(11.68±1.31) mg·L^(-1),TN去除率达到71.81%,同时好氧区平均同步硝化反硝化(SND)率达到26.49%;接种污泥与第80天活性污泥的优势门均为Proteobacteria和Bacteroidetes;与接种污泥相比,第80天污泥中Pseudomonas、 Sulfuritalea等反硝化菌属丰度呈下降趋势,具有好氧反硝化功能的Acinetobacter属和Hyphomicrobium属的丰度则明显增加。综上,实验条件下,曝气动力横向内循环反应器可以免除内回流能耗,并获得良好的脱氮效果。该研究结果可为内循环反应器在实际工程中的应用提供参考。

关键词：曝气动力内循环脱氮微生物群落结构同步硝化反硝化