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一株同步硝化反硝化菌株的筛选及其生物电化学脱氮性能研究

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南京农业大学学报 2024年

作者：田瑞瑞付欢郑云黄新琦周俊雍晓雨南京工业大学生物与制药工程学院南京师范大学地理科学学院

目的获得具有高效脱氮性能的异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic nitrification - aerobic denitrification，HN-AD)功能菌株，构建生物电化学-同步硝化反硝化(bio-electrochemical systems - simultaneous nitrification and denitrification，BES-SND)耦合系统，实现脱氮效率的提升。方法从活性污泥中筛选HN-AD菌株，鉴定后通过摇瓶试验分析其脱氮性能。然后进一步研究碳源、C/N、溶解氧等外界因素对菌株同步硝化反硝化性能的影响。最后将菌株接种到微生物燃料电池(microbial fuel cells， MFCs)的生物阴极，分析低C/N条件下BES-SND体系的脱氮性能。结果从活性污泥中筛选出一株具有同步硝化反硝化性能的HN-AD菌株，命名为Alcaligenes aquatilis N3。确定该菌株发生SND反应的最适碳源为乙酸钠、C/N为20、溶解氧为3.70 mg·L-1。在BES-SND脱氮体系中，C/N为2、4、6、8时，菌株A. aquatilis N3的TN去除率分别为20.51%、26.67%、37.76%和48.50%。在C/N=2的试验条件下，BES-SND系统的TN去除速率在第5天仍为1.79 mg·L-1·d-1。结论在低碳环境下，A. aquatilis N3菌株依然可以在BES-SND耦合脱氮体系中实现脱氮，降低了脱氮过程对碳源的依赖性，具有一定的实际环境应用潜力。

关键词：同步硝化反硝化异养硝化-好氧反硝化生物电化学低C/N比微生物燃料电池

梯度曝气AO-MBR工艺强化同步硝化反硝化效能

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环境工程学报 2024年

作者：刘钢王丽温榛煌谌建宇黎京士何伟梅嘉鑫张宇中国建筑第四工程局有限公司广东环境保护工程职业学院生态环境部华南环境科学研究所

针对城镇污水厂对低C/N比污水脱氮效果差、能耗高的问题，研发了梯度曝气A2O2-MBR工艺，设置单独的低氧池(O1池)和好氧池(O2池)，O1和O2池DO质量浓度逐步降至0.6 mg·L-1和1.7 mg·L-1。进水碳氮比(C/N)从6.0逐步降至5.0和4.0，总氮(TN... 详细信息

针对城镇污水厂对低C/N比污水脱氮效果差、能耗高的问题，研发了梯度曝气A2O2-MBR工艺，设置单独的低氧池(O1池)和好氧池(O2池)，O1和O2池DO质量浓度逐步降至0.6 mg·L-1和1.7 mg·L-1。进水碳氮比(C/N)从6.0逐步降至5.0和4.0，总氮(TN)去除率保持在85%左右。O1和O2池同步硝化反硝化效率保持在90%左右，O池(O1池+O2池)和膜池对TN去除的贡献在82.5%以上，对COD去除的贡献在64.9%～83.2%之间。高通量测序结果表明，在低DO低C/N比条件下，系统中亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)丰度下降，反硝化聚糖菌(denitrifying glycogen accumulating organisms,DGAOs)丰度增加；反硝化菌类群丰富，其中Pseudomonas的丰度最高，Thauera和Zoogloea在低C/N比条件下丰度增加。大部分TN通过常规异养反硝化菌(denitrifying bacteria,DNB)去除，DGAOs的贡献较小。与启动阶段相比，O1池和O2池总曝气量下降了44.2%。结果表明，通过采用梯度曝气方式，并逐步降低DO浓度，可促进功能菌的富集，强化SND作用，改善TN去除效果，并降低能耗。

关键词：城镇污水生物脱氮同步硝化反硝化溶解氧控制高通量测序

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同步硝化反硝化脱氮方法在河水处理中的应用

水利技术监督 2024年第6期 283-286页

作者：费卓越辽宁省葫芦岛水文局辽宁葫芦岛125000

为在河水处理中实现同步硝化反硝化脱氮,从湖泊湿地中分离出一种具有同步硝化反硝化作用的菌株SND,量化去除NH4^(+)-N、NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N的能力,评估河流生态修复中的脱氮效应。结果表明,同步硝化反硝化作用的菌株SND可有效... 详细信息

为在河水处理中实现同步硝化反硝化脱氮,从湖泊湿地中分离出一种具有同步硝化反硝化作用的菌株SND,量化去除NH4^(+)-N、NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N的能力,评估河流生态修复中的脱氮效应。结果表明,同步硝化反硝化作用的菌株SND可有效去除污水中的NH4^(+)-N、NO_(2)^(-)-N、NO_(3)^(-)-N。文章通过在浮床生物反应器中培养SND来处理低碳氮比的河流废水,该技术具有巨大的潜力。

关键词：同步硝化反硝化低碳氮比河流废水污水处理脱氮效应

复合钛网生物膜电极反应器处理低C/N污水脱氮性能及机理研究

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环境科学学报 2024年第7期 14-25页

作者：于晓倩崔申申付政宋新山王宇晖东华大学环境科学与工程学院

本研究在金属钛网间填充无机纤维棉形成多层电极组件，构建了一种新型复合钛网生物膜电极反应器（Multi Titanium-mesh Biofilm Electrode Reactor,MTBER）用于低碳氮比（C/N）污水的脱氮处理，并探究了电流密度、进水C/N、总氮负荷及... 详细信息

本研究在金属钛网间填充无机纤维棉形成多层电极组件，构建了一种新型复合钛网生物膜电极反应器（Multi Titanium-mesh Biofilm Electrode Reactor,MTBER）用于低碳氮比（C/N）污水的脱氮处理，并探究了电流密度、进水C/N、总氮负荷及水力停留时间（HRT）对MTBER脱氮性能的影响.结果表明，总氮去除最佳电流密度范围为250～350 m A·m-2，适宜进水总氮浓度为60～75 mg·L-1，最佳水力停留时间为12～16 h.当C/N=1，进水总氮浓度=75 mg·L-1，电流密度=250 m A·m-2,HRT=12 h时，NO3--N、NH4+-N和TN的去除率与未通电时相比分别提高了29.67%、30.30%和26.83%.MTBER对TN的脱除机制主要是在电化学氧化还原作用条件下，体系硝化、异养及氢自养协同反硝化的共同结果.

关键词：复合钛网生物膜电极反应器低C/N污水脱氮性能氢自养反硝化同步硝化反硝化

IFFAS-ESMBR一体式复合工艺处理低碳氮比石化废水研究

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工业水处理 2024年

作者：赵璇刘涛杨蒙乔森大连东泰有机废物处理有限公司大连理工大学环境学院

构建了悬浮生物载体生物膜-活性污泥复合工艺(IFFAS)耦合电化学强化序批式膜生物反应器(ESMBR)的一体式新型复合工艺，借助生物电化学系统和膜过滤作用，实现了低碳氮比废水的高效处理。实验结果表明，对于低碳氮比废水(COD/TN= 4.3：1... 详细信息

构建了悬浮生物载体生物膜-活性污泥复合工艺(IFFAS)耦合电化学强化序批式膜生物反应器(ESMBR)的一体式新型复合工艺，借助生物电化学系统和膜过滤作用，实现了低碳氮比废水的高效处理。实验结果表明，对于低碳氮比废水(COD/TN= 4.3：1，COD 1 969 mg/L、TN 460 mg/L)的降解，稳定运行阶段COD、NH4+-N、TN的平均去除率可达到98.1%、91.3%和89.1%。在-1.2 V的外加电压下，CNT-PVDF复合中空纤维膜的TMP平均增长速率最高仅为2.5 kPa/d，且膜表面污泥的PN/PS呈逐渐下降趋势，表明其不可逆膜污染程度较轻。16s rRNA高通量测序结果表明，悬浮污泥、膜表面污泥和载体表面污泥中富集了大量的Rhodobacterales、Verrucomicrobiales、Anaerolineales、Xanthomonadales等除碳和脱氮功能菌，对于反应器有机物和氨氮的降解具有显著作用。此外，载体表面富集了大量的Nitrosomonadales、Burkholderiales等硝化和反硝化细菌，进一步印证了反应器良好的TN去除效果。以上研究结果可为低碳氮比石化废水强化生物处理工艺提供参考。

关键词：低碳氮比废水 IFFAS工艺电化学系统同步硝化反硝化

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

微电解耦合同步硝化反硝化工艺强化煤化工废水脱氮效能及微生物群落结构研究

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环境科学学报 2022年第3期42卷 130-140页

作者：麻微微施雪卿孔巧平于童赵飞赵丹丹青岛理工大学环境与市政工程学院青岛266033

研究探讨微电解耦合同步硝化反硝化(ICME-SND)工艺对煤化工废水氮去除的强化效能及机理.结果表明,在ICME-SND工艺中,煤化工废水的COD、氨氮和总氮的去除率分别为85.99%、85.81%和75.59%,SND效率达到83.06%,显著高于非强化SND工艺.同时,I... 详细信息

研究探讨微电解耦合同步硝化反硝化(ICME-SND)工艺对煤化工废水氮去除的强化效能及机理.结果表明,在ICME-SND工艺中,煤化工废水的COD、氨氮和总氮的去除率分别为85.99%、85.81%和75.59%,SND效率达到83.06%,显著高于非强化SND工艺.同时,ICME-SND工艺中活性污泥与微电解反应释放的铁离子相结合,污泥胞外聚合物(EPS)含量提高,其中紧密型EPS(TB-EPS)占EPS总量的68.39%.微电解反应有效提高SND系统内微生物群落多样性.ICME-SND工艺中硝化细菌与反硝化细菌共存,其中硝化细菌主要包括Nitrosospira、Nitrosomonas和Nitrospira;反硝化细菌成为系统内的优势菌属,主要包括兼性厌氧反硝化菌Thauera与自养反硝化菌Adoxiviro.此外,Geothrix和Geobacter等铁营养型细菌被富集.因此,ICME-SND工艺内形成自养硝化、异养反硝化和自养反硝化共存的氮代谢体系.本研究结果为煤化工废水生物脱氮技术的优化调控提供理论依据和技术支撑.

关键词：同步硝化反硝化微电解煤化工废水微生物群落

基于固态碳源的同步硝化反硝化反应器对海水养殖废水中氮的去除性能

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环境工程学报 2022年第6期16卷 2001-2009页

作者：汪鲁刘军李永富刘质浩崔鸿武青岛海洋科学与技术试点国家实验室青岛266237 中国水产科学研究院黄海水产研究所青岛266071 自然资源部第一海洋研究所青岛266000 河海大学海洋学院南京210098

通过批次实验考察了非生物作用下3-羟基丁酸/戊酸酯共聚物(PHBV)的有机碳释放规律;以PHBV颗粒和陶粒作为填料建立了填充柱生物膜反应器,并通过长期(90 d)运行考察了其对海水养殖废水中氮的去除性能。结果表明,非生物作用下PHBV难以向水... 详细信息

通过批次实验考察了非生物作用下3-羟基丁酸/戊酸酯共聚物(PHBV)的有机碳释放规律;以PHBV颗粒和陶粒作为填料建立了填充柱生物膜反应器,并通过长期(90 d)运行考察了其对海水养殖废水中氮的去除性能。结果表明,非生物作用下PHBV难以向水体中释放有机碳;以PHBV作为固态碳源的生物膜反应器可以实现同步硝化反硝化。反应器运行状态(HRT为2 h)稳定后,氨氮和总氮的去除率分别为(91.8±1.3)%和(87.5±2.2)%,硝化速率和反硝化速率分别为0.11 g·(L·d)^(-1)和0.20 g·(L·d)^(-1)。填充柱沿水流方向可以分为2个区段,0~20 cm柱体内主要进行同步硝化反硝化过程,20~100 cm柱体内主要进行反硝化过程;反应器中微弱的亚硝酸盐积累可以归因于短程反硝化。以上研究成果可以为海水养殖业绿色发展提供参考。

关键词：固态碳源 3-羟基丁酸/戊酸酯共聚物(PHBV) 同步硝化反硝化生物膜反应器海水养殖废水

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同步硝化反硝化系统中反硝化细菌多样性研究

中国环境科学 2015年第1期35卷 116-121页

作者：郑林雪李军胡家玮侯爱月卞伟郑照明北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124

采用聚合酶链式反应(PCR)和分子克隆构建nir S克隆文库对同步硝化反硝化系统好氧池中反硝化细菌多样性进行了研究.从克隆文库中随机挑选75个克隆子进行序列测定,对测序结果进行了BLAST比对.结果表明,有74个克隆子分属于3个不同的细菌类... 详细信息

采用聚合酶链式反应(PCR)和分子克隆构建nir S克隆文库对同步硝化反硝化系统好氧池中反硝化细菌多样性进行了研究.从克隆文库中随机挑选75个克隆子进行序列测定,对测序结果进行了BLAST比对.结果表明,有74个克隆子分属于3个不同的细菌类群,包括β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria和Uncultured bacterium.β-Proteobacteria纲为好氧池内优势菌群,占文库比例的54.41%;其次是γ-Proteobacteria纲,占文库比例的25%.对测序得到的12个OTU用MEGA软件进行系统发育分析,结果显示Thauera属为该系统中最主要的脱氮菌属.

关键词：同步硝化反硝化反硝化细菌 nirS克隆文库细菌多样性