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关键词： 光生物反应器   临界水动力   小球藻培养   雷诺数值   电解方法   河湖生态修复  

摘要： 能源与环境问题是全世界所共同面临的问题，藻类资源化方向已成为学者研究的热点。为了实现微藻的大规模低成本培养，需利用不同类型的光生物反应器。目前培养条件控制较好、微藻产量较高的为管式光生物反应器，为了探究管式光生物反应器中水动力学条件对微藻生长的影响及微藻有效收割方法，本文以小球藻为研究对象，依托湖北工业大学河湖生态修复与藻类利用湖北省重点实验室，开展室内实验。对不同流速、雷诺数条件下不同管径反应器小球藻的沉降及生长状况进行研究，确定小球藻沉降及生长的临界水动力条件，并基于通电电解方法对小球藻的收割进行了研究。同时根据室内试验，优化设计了一套微藻连续培养及收割的装置。通过上述研究，主要得到如下认识：\n 1）水动力条件对小球藻沉降的影响\n 在50mm管径光生物反应器中，小球藻沉降比随着流速的增大而降低，其最大值为0.672，最小值为0.021，且将流速与沉降比的线性拟合关系式为Y=-1.6954x+0.7686（R2=0.9812），但均未达到理想状态的完全沉降与完全悬浮，这与小球藻自身生物特性及反应器材质所产生的误差有关。在管径分别为50mm、63mm、75mm和90mm的反应器中，小球藻沉降比均随着雷诺数增大而降低，且变化规律相似。雷诺数可作为表征管式光生物反应器中小球藻的悬浮或沉降的显著影响因子。其值与小球藻沉降比线性关系式为Y=-3E-05Re+0.8019，相关性显著。\n 2）水动力条件对小球藻生长的影响\n 在上述4种不同管径反应器中，不同雷诺数下小球藻生长情况差别较大，但同一雷诺数下小球藻光密度值、比增长率及日产量值相差不大。在雷诺数一定的条件下，各管径小球藻每日光密度值的方差均极小，说明小球藻生长情况与管径无关，只取决于不同的雷诺数。在管径相同、雷诺数不同的试验中，不同雷诺数下小球藻生长情况差异较大。雷诺数较小的梯度下小球藻在实验前期生长较快，实验后期生长缓慢；雷诺数较大的梯度下小球藻实验后期出现迅速生长。在藻液浓度较高时，雷诺数为\n 34757为管式光生物反应器中小球藻生长的最优雷诺数值。管式光生物反应器中小球藻比增长率、日产量均与不同雷诺数、不同藻液浓度有关，其生长适配曲线还有待进一步的实验加以求得。\n 3）基于通电絮凝的小球藻收割方法研究\n 通电絮凝进行对小球藻藻液进行电解实验中，电流密度越大，水藻分离效率越高。当电流密度，增至6mA/cm2后，分离效率增加趋势不显著，可确定2mA/cm2为小球藻电解分离的最优电流密度。藻液初始浓度不同时，小球藻电解分离效果不同，初始藻浓度越低，水藻完全分离的时间越短。对于实际应用中电解成本的考虑，可以对待收割藻液进行过滤、自然沉降等前处理降低藻液浓度后再以通电方式进行收割。\n 4）藻类连续培养及收割装置设计\n 基于室内实验结果，设计了一种新型自动化管式光生物反应器，以浊度值表征藻密度，通过浊度及水压的实时监测，实现了培养液的自动添加和高浓度藻液的自动采收，并通过水气分离口的设计，解决了传统管式光生物反应器溶解累积的问题。同时设计了一种结合过滤法、通电絮凝及气浮法的自动化收割装置，既降低了收割成本，又有效提高了收割效率。

关键词： 厌氧膜生物反应器   内置式   外置式   工程应用   膜污染  

摘要： 厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,An MBR)集厌氧生物技术和膜分离技术于一体,具有高负荷、低能耗、可回收沼气和高效截留等优点,在高浓度有机废水治理领域潜力巨大。然而,国内外关于An MBR的工程运行参数较为欠缺。此外,膜污染问题是阻碍该工艺应用推广的重要致因,故其一直是An MBR的研究热点。本文概述了An MBR的工艺特征以及An MBR的结构、组合方式及其特点,指出当前外置式应用较多,内置式因其特点也逐渐引起关注;综述了An MBR及其组合工艺在国内外的工程应用现状,指出该技术多在实验室阶段,且于工程化方面国内落后于国外;探析了膜污染机理及其影响因素(膜组件、污泥特性和操作条件等影响因素)关于膜污染的作用机制;并总结了一些控制膜污染的典型预防和控制措施,以期为相关研究应用提供参考。

关键词： 畜禽养殖废水   膜生物反应器   硝化反硝化法   排放控制  

摘要： 集约化畜禽养殖废水主要来源于养殖过程中畜禽排泄的粪尿、残余的饲料和圈舍的冲洗用水，具有高COD、高氨氮、低碳氮比的特点，存在重金属、抗生素、雌激素、杀虫剂等多种新型污染物，并且水质水量受季节、生产周期等因素影响波动很大，其深度处理达标排放存在较大难度。采用传统的硝化反硝化工艺处理养殖废水，存在曝气能耗高、停留时间长、污泥产量大、碳源投加不合理及运行成本高等诸多问题。养殖废水中携带有多重抗性基因(Antibiotic resistancegene，ARG)的微生物随畜禽粪便进入土壤、水体对环境和人体健康构成潜在的巨大危害。因此，研发高效能低成本的工艺处理养殖废水生物，能够达标排放并且获得抗生素抗性基因消减，对未来我国养殖废水处理和抗生素抗性基因污染控制具有重要的意义。\n 本研究针对生物工艺处理畜禽养殖废水普遍难以达标的现状，研究采用自动化手段控制膜生物反应器(Sequencing batch membrane bioreactor, SMBR)处理集约化畜禽养殖废水的新技术，通过短程硝化反硝化途径实现养殖废水生物处理达标排放。在此过程中，采用分子生物学方法，研究短程硝化实现过程中菌群结构与功能细菌(AOB&NOB)的变化特征;并且选择四环素类、磺胺类、β-内酰胺及大环内酯类抗生素的多种抗性基因，研究膜生物反应器对抗生素抗性基因的消减效果，总结快速实现短程硝化及影响抗生素抗基因去除的关键因素，归纳最优化的反应器运行策略。本研究主要结果如下。\n (1)在原有工艺的基础上，采用PLC自动化控制手段，能够实现序批式生物反应器与膜连续出水的优化组合。搭建的SMBR工艺处理养殖废水能够有效的提高泥水分离效率、缩短HRT、增强反应器整体降解作用;\n (2) SMBR工艺处理养殖废水，亚硝化率稳定在85％以上，对COD和TN的去除率分别为95.5％和92.4％，能够达标排放，甚至满足未来行业标准提高和总氮减排的趋势，具有实际应用价值和工程意义。高通量测序与OTU分类结果表明，实时控制是一种面向群落结构优化的控制方法，SMBR内AOB相对NOB更具有竞争优势，有利于短程硝化系统长期稳定的运行。\n (3) SMBR工艺相对于传统序批式生物处理工艺，ARGs绝对量去除率可提高1～3个log，但sul1、 sul2和blaTEM丰度有上升的趋势，存在发生水平转移的风险。DO、pH、Temp增加，反应器COD、TN去除率的提高均有利于抗性基因拷贝数的消减;出水中COD、NH4+-N等污染物浓度与不同阶段ARGs的去除存在一定相关性;SRT对ARGs消减的影响则需要进一步的研究验证。ARGs绝对量消减的主要原因可能是因为SMBR对养殖废水中细菌总量的去除，而ARGs丰度的去除机理则需更进一步研究。

关键词： 增强型中空纤维膜   膜生物反应器   生活污水   膜污染   膜清洗  

摘要： 纤维编织管增强型中空纤维膜具有很强的力学性能、界面结合能力,采用纤维编织管增强型中空纤维膜生物反应器处理生活污水,研究纤维编织管增强型中空纤维膜(PAN-PVDF)长期运行的出水水质,并通过对其进行化学清洗考察膜的再生性能及其污染机理。研究表明:PAN-PVDF在运行、清洗过程中表现出很强抗污染能力,可以强化COD的去除,进一步降低出水COD含量,但对NH3-N和TP的去除贡献较小,将其用于膜生物反应器处理生活污水具备可行性;将污染后PAN-PVDF先浸于1wt%柠檬酸后浸于0.3wt%NaClO的清洗顺序获得最佳清洗效果,表明膜表面污染层是由以有机物为主的内污染层和以无机物为主的外污染层构成。

关键词： 无血清培养   Vero细胞   传染性法氏囊病毒(IBDV)   微载体   生物反应器   增殖工艺  

摘要： 为了获得用生物反应器无血清培养基微载体悬浮培养Vero细胞增殖传染性法氏囊病毒(infectious bursal disease virus,IBDV)的工艺参数,通过驯化Vero细胞适应无血清微载体悬浮培养后,再优化传染性法氏囊病毒在此细胞上的增殖工艺参数,包括初始细胞密度、微载体浓度、IBDV的感染复数(MOI)、接种时间和病毒收获时间。结果表明:获得适应无血清培养的细胞株——V0株,建立细胞库。获得3 L反应器中培养V0细胞增殖IBDV工艺参数,其初始接种密度为3×105cell/m L、微载体浓度为3 g/L、细胞培养1 d后按MOI为0.2接种IBDV,接毒后120 h收获病毒,可达最高病毒效价109.307TCID50/m L。本研究获得的Vero细胞、IBDV以及各项工艺参数为后续大规模悬浮培养制备法氏囊疫苗提供了生物材料和技术支持。

关键词： 序批式生物反应器填埋场   PCR-RFLP   amo   A基因   nos   Z基因   微生物多样性  

摘要： 为探究序批式生物反应器填埋场脱氮过程中的微生物作用机制,本研究采用建立脱氮功能基因(amoA、nosZ)克隆文库及PCR-RFLP技术对序批式生物反应器填埋场垃圾稳定化后期的主要脱氮功能微生物多样性进行分析.结果表明,矿化垃圾反应器中检测到的氨氧化细菌存在高度多样性,大部分为未知类群,且均为不可培养菌或未经分离获得的细菌,经系统发育树分析系统内氨氧化细菌以β-变形菌门中的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主;新鲜垃圾反应器中反硝化细菌种群丰富,主要有β-变形菌纲中的陶厄氏菌属(Thauera)和硫杆菌属(Thiobacillus).Thauera属在好氧条件下具有反硝化特性,Thiobacillus属中的脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)是一种硫自养反硝化菌,可见新鲜垃圾单元稳定化后期以好氧反硝化和自养反硝化的脱氮途径为主.此外文库中检测到的一部分反硝化细菌可能归属于α-变形菌纲的慢生根瘤菌科(Bradyrhizobiaceae).

摘要： Water scarcity in Pakistan is a very serious issue particularly in Islamabad where per gallon cost of water is higher than any other city of Pakistan. One of the options to meet rising water demand is water reclamation and reuse [or non-portable purposes. The elTluent from conventional technologies cannot meet water reuse standards. Therefore, membrane bioreactor (MBR) or membrane based treatment technologies can be the technology of choice in Pakistan for water reuse. One of the pnmary disadvantages of MBR is membrane fouling. New biological method to control membrane bio-fouling is to monitor and control the concentration of acyl-homoserine lactone (AHLS) iii the environment. which is known as quorum quenching (QQ). Furthermore. baclwvashing has been incorporated in most ofthe MBR systems as one of the standard operating strategies to mitigate fouling. Most of the studies done to evaluate fouling are based on lab scales MBR setups. A very limited knowledge is available about pilot-scale MBR setups and transition stage of achieving unsteady to steady state operation. Therefore. this study aims at (a) Parallel studies to determine influence of the QQ and filtration cycle (iiltration/baclavashingrelaxation) through bench-scale MBR using real tvasteivater. (b) Establishment. commissioning and perfonnance evaluation of pilot-scale membrane bioreactor (MBR) plant. (c) Process optimization of the pilot-scale MBR plant from unsteady to steady state. This study was perfomied in two phases. In phase-A two bench scale MBR plant were operated in parallel Whereas in phase-B. a pilot-scale membrane bioreactor (MBR) plant with 50 mhday capacity installed to treat real \vaste\\'ater of university campus at NUST. Is|amabad-Pakistan. Phase-A. it was revealed the presence of GEE: prolonged the filtration cycle of membrane in QQ-MBR by reducing the bio-fouling. due to decrease in concentration of AHLs and consequently reduction in soluble EPS concentration. Whereas baclwvashing help to

关键词： 医药废水   中水回用   膜生物反应器   工程实例  

摘要： 某医药废水经过综合调节+好氧+MBR膜生物反应器工艺处理后,调试和运行结果表明,废水中COD和氦氮的去除率分别达到9295%;出水COD、NH3-N,PH等指标均满足《污水再生利用-城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)规定要求,可进行中水回用。

关键词： 垃圾渗滤液   填埋场生物反应器   厌氧氨氧化   反硝化   脱氮   15N同位素示踪  

摘要： 生活垃圾卫生填埋处理时,会产生成分复杂、氮含量极高的垃圾渗滤液。尤其是填埋后期产生的老龄成熟渗滤液,可生化降解有机物被大量分解,C/N比严重失衡,使得硝化-反硝化脱氮方式难以奏效。厌氧氨氧化作为一种无需碳源的新型脱氮途径,与反硝化脱氮存在一定的互补性,为协同处理渗滤液脱氮提供了可能。但关于渗滤液进水水质条件,如有机负荷和不同氮形态等,对反应器厌氧氨氧化和反硝化脱氮的影响尚缺乏研究。此外,在渗滤液处理中,如何快速启动厌氧氨氧化工艺并稳定运行,对于实际渗滤液的处理具有实际意义。本研究采用上海市某垃圾填埋场内陈垃圾作为填料构建填埋场生物反应器。设计正交试验,探究进水水质条件,如有机负荷、BOD/TN和NO2-/NH4+等,对反硝化和厌氧氨氧化协同脱氮的影响。通过选择合适的污泥接种源,研究提高填埋场生物反应器快速启动的有效策略。此外,通过15N同位素示踪技术,对渗滤液脱氮过程中反硝化和厌氧氨氧化的脱氮效率及贡献率进行解析。结论如下：(一)进水水质对反应器处理效果的影响在本研究的参数范围内：(1)在本研究所设置的9组反应器中,去除效果最佳的反应器进水有机负荷、BOD/TN和NO2-/NH4+分别为0.04 kg/(m3·d)、0.20和1.5时,总氮和氨氮去除率最高达到92.66%和81.67%；去除效果较差的为反应器进水有机负荷、BOD/TN和NO2-/NH4+分别为0.02kg/(m3·d)、0.05和0.5时,总氮和氨氮去除率最高仅为43.82%和41.80%。(2)进水有机负荷、BOD/TN比值都与填埋场生物反应器脱氮效果呈现正相关,表明有机负荷、BOD/TN比值的提高均有利于渗滤液的脱氮效果；进水NO2-/NH4+比值为0.5和1.5时,与反应器脱氮效果之间的相关性较差,而NO2-/NH4+比值为1.0时,二者相关性高,说明适合本研究填埋场生物反应器脱氮的NO2-/NH4+比值为1.0。(3)建议在填埋场反应器处理成熟渗滤液脱氮过程中,优化的进水条件为：有机负荷、BOD/TN和NO2-/NH4+比值分别控制在0.04～0.07kg/(m3·d)、0.20和1.0。(二)填埋场生物反应器快速启动策略(1)以混合有厌氧活性污泥的陈垃圾为填料(污泥接种率为6%),可以迅速提高反应器对垃圾渗滤液的处理效果,使反应器运行初期总氮和氨氮去除率均值分别达到82.55%和88.19%,比对照组高11.51%和11.31%,且先于对照组达到稳定状态,此时总氮和氨氮去除率最高分别达到89.99%和91.61%,比对照组缩短约42.86%的驯化时间,说明向反应器中添加厌氧活性污泥是实现加快反应器运行的有效策略。(2)未接种厌氧活性污泥的反应器总氮和氨氮去除率增长较慢,反应器运行前期总氮和氨氮去除率仅为71.04%和76.88%,且比实验组推迟18 d达到稳定状态。(三)反硝化和厌氧氨氧化协同脱氮机理通过采用15N同位素示踪技术研究反应器中反硝化和厌氧氨氧化对总氮去除的贡献率。结果显示：(1)本研究的填埋场生物反应器中厌氧氨氧化贡献率范围在7.50%～26.95%。(2)同一反应器内中下部陈垃圾样品厌氧氨氧化贡献率(约为11.02%～26.95%)均明显高于上部(约为7.5%～11.86%)。说明填埋场生物反应器中下部更适于厌氧氨氧化脱氮。(3)接种反硝化数量较多本研究中的厌氧活性污泥可以显著增加反硝化脱氮效率,但会降低厌氧氨氧化菌的贡献率。(4)陈垃圾样品厌氧氨氧化贡献率变化趋势与NO2-/NH4+比值密切相关(相关系数r=0.997)。进水NO2-/NH4+比值为1.5的厌氧氨氧化贡献增长率明显比0.5的高,说明进水合适的NO2-/NH4+比值影响着厌氧氨氧化贡献的增长速率。综上所述,进水水质对于填埋场生物反应器处理渗滤液脱氮有重要影响,厌氧氨氧化可以和反硝化协同脱氮,最高贡献率可达27%,通过调控进水水质可以优化反应器的脱氮效率。此外,接种厌氧活性污泥,可以实现反应器脱氮的快速启动。

关键词： 小球藻   光生物反应器   元素代谢   生长动力学   光合成工厂  

摘要： 小球藻(Chlorella vulgairs)在医药卫生、保健品、生物能源等方面具有广阔的应用前景。为优化小球藻大规模科学培养工艺,对现有的光生物反应器进行优化和设计,最终实现小球藻的高产率、高密度培养,本文从以下两个方向对影响小球藻生长的因素进行了研究和分析:1.研究以新型、高效的平板气升环流式光生物反应器为模式反应器培养小球藻,定时检测均匀鼓泡流下小球藻的生长状况和培养液中的氮、钾、钙、镁、磷、铁等几种关键营养元素的浓度,分析小球藻生长过程中的关键营养元素代谢规律。实验结果表明,小球藻的生长呈现前快后慢的规律;溶液的pH随着小球藻的生长逐渐升高至弱碱性;培养过程中小球藻的叶绿素荧光活性保持在相对稳定的状态;钾元素浓度几乎保持不变,最终不被小球藻吸收利用,氮元素代谢发生在70 h之前,钙元素和镁元素代谢发生在80 h之前,铁元素和磷元素代谢发生在96 h之前;96 h之后大部分营养元素几乎耗尽,此时小球藻的生长速率明显下降,但在持续光照和通入CO2条件下,小球藻仍然可以缓慢进行生物量的积累。2.研究使用管式环流光生物反应器培养小球藻,在固定的液速、气流量条件下,通过改变光照强度和光暗循环时间,测定小球藻的比生长速率和叶绿素荧光活性变化,分析小球藻的生长与流动、辐射、光明/光暗之间的耦合关系,为光生物反应器的优化和设计提供理论基础。实验结果表明,光照强度低于370μmol·m-2·s-1时,小球藻的比生长速率随着光照强度的增加和光明时间比例的增加而增大;光照强度高于542μmol·m-2·s-1时,小球藻的比生长速率随着光照强度的增大和光明时间比例的增加而降低。小球藻的叶绿素荧光活性随着光照强度的增大和光明时间比例的增加而降低。小球藻的饱和光强位于200μmol·m-2·s-1附近,抑制光强位于500μmol·m-2·s-1附近;在光限制条件下,增加光照强度和光明时间比例可促进小球藻的生长;在光抑制条件下,增加暗适应时间有助于小球藻叶绿素荧光活性的恢复和比生长速率的增加。