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关键词： 污水处理厂   MBR膜生物反应器   污泥浓度  

摘要： 在科学技术的发展下,MBR工艺作为应用于污水处理中的新工艺,其充分融合生物反应器以及膜过滤技术,尽可能保障污泥量。与传统工艺相比,在出水水质完全相同的状况下,MBR工艺具备更高的容积负荷,能够充分节约生化池占地。文章围绕某污水处理厂MBR膜生物反应器工艺进行探讨,首先介绍了工艺的基本概念和应用优势,然后具体对该工艺中重要的两个部分,即A/A/O生物反应池和MBR膜池的设计展开分析,希望为相关人员带来一些参考。

关键词： 高级氧化工艺   电化学   因子设计   卡马西平   移动床膜生物反应器  

摘要： 药品和个人护理产品通常用于各个领域，由于其广泛使用、存在于水生环境中以及对野生动物和人类的潜在影响，这些领域引起了人们的极大关注。传统废水处理厂去除药物和个人护理产品的效率低，需要更高效的技术。高级氧化过程的研究最近成为一个热门话题，因为已经表明这些技术可以通过矿化将大多数有机污染物有效地氧化为无机碳。在高级氧化工艺中，电化学高级氧化工艺以及通常的电化学氧化或阳极氧化在实验室规模上显示出良好的前景，用于消除由水系统中残留的药物和个人护理产品造成的污染。本研究回顾了过去 10 年中电化学工艺在单独或与其他处理工艺相结合的情况下从液体溶液中去除药物和个人护理产品的有效性。还研究了反应器设计和配置、电极材料、操作因素。卡马西平 (carbamazepine - CBZ) 是最持久的药物，在绕过常规活性污泥二级处理的地表水中最常检测到。膜生物反应器 (MBR) 最近作为一种新的城市和工业废水处理分离工艺引起了人们的关注，因为它具有分离污染物的有效性以及对高负荷或冲击负荷的耐受性。在目前的研究中，水力停留时间（12~24 h）、溶解氧（1.5~5.5 mg/L）和污泥停留时间（5~15 d）三个运行参数对去除率的主要影响和交互作用。通过应用两水平全因子设计分析，研究了使用陶瓷膜的 CBZ、化学需氧量、氨氮和磷。最佳溶解氧、水力停留时间和污泥停留时间分别为 1.7 mg/L、24 h 和 5 天。研究结果表明 MBR 适用于高 CBZ 负载率和去除养分的废水处理。此外，由于能够去除、恢复和防止与富营养化相关的环境问题，通过电化学过程处理废水中的磷酸盐近来备受关注。 本研究提出使用电化学工艺作为高级氧化工艺同时处理移动床膜生物反应器流出物中的 CBZ 和磷酸盐。 该研究包括对移动床膜生物反应器系统中合成废水的 CBZ 处理效率和常用参数的长期调查。 之后，将电化学过程用作高级氧化过程，同时从移动床膜生物反应器中去除 CBZ 和磷酸盐。 在调查条件下，CBZ 已被证明不是微生物活动的抑制剂，化学需氧量和养分去除的程度很高。 使用析因设计，在最佳条件下（反应时间 - 80 分钟，偏置电位 - 3 V，电极距离 - 1 cm）使用 Pt/Ti 作为阳极和阴极的电化学过程导致高达 56.94% 的 CBZ 和 95.95% 磷酸盐去除，分别。 结果证明了结合电化学和移动床膜生物反应器工艺同时去除废水中的 CBZ 和磷酸盐的能力。

关键词： 植物生物反应器   分子医药农业   外源蛋白   瞬时和稳定表达  

摘要： 随着分子生物学和植物基因工程的迅猛发展以及分子医药和现代农业等学科的交叉融合,植物生物反应器已成为分子医药农业的核心内容。利用植物生物反应器生产抗体、疫苗和功能性食品,具有规模化、成本低、安全性高、周期短等优势。2022年2月,加拿大卫生部批准了新型冠状病毒疫苗Covifenz?,这是世界首款植物源人体疫苗,标志着以植物生物反应器为代表的分子医药农业时代的来临。综述植物叶片和种子等代表性的植物生物反应器类型,分析瞬时表达系统和稳定表达系统的构建原理和应用,探讨通过启动子和密码子优化、糖基化过程“人源化”、基因沉默抑制和蛋白酶作用抑制等优化植物生物反应器的策略,总结国内外抗体、疫苗和功能性食品等植物源产品的开发进展,以期为我国植物生物反应器的研究及其在分子医药领域的应用提供参考。

关键词： 人参   不定根   诱导子   皂苷含量   叶酸  

摘要： 人参（Panax ginseng ***.）为五加科人参属多年生草本植物,具有大补元气、补脾益肺、生津养血、扶正祛邪等功效。人参皂苷作为人参的主要次生代谢产物,是人参发挥药理作用的主要活性成分,具有调节人体免疫功能、抑制炎症、抑制癌细胞生长等功效。栽培人参的生长周期长、产量不稳定、病虫害多、老参地再利用等问题,限制了人参产业的规模与发展速度。而以离体培养技术为基础,通过添加诱导子来提升次生代谢产物的产量,是目前促进药用植物次生代谢产物生产的有效方法。人参不定根作为新资源食品,由于其生长速度快、次生代谢产物生产能力稳定等优势已被应用于人参皂苷的工厂化生产,因此进一步通过添加诱导子提高人参不定根中次生代谢物的产量具有十分重要的研究意义与应用价值。本研究利用四年生新鲜人参主根为外植体材料诱导获得人参不定根,并在B5液体培养基中扩大培养体系。在该培养体系下,以人参不定根的生物量积累与人参皂苷含量为指标,分别研究了黑曲霉匀浆液、叶酸（FA）、钙离子(Ca2+)三种诱导子在不同诱导浓度、诱导时间及协同诱导作用中对人参不定根的影响,筛选出最佳诱导子。进而通过研究最佳诱导子—叶酸诱导子对人参皂苷生物合成过程中关键催化酶基因表达的影响,初步探究叶酸诱导子对人参不定根生长及人参皂苷含量积累的诱导机理。最终,将基于叶酸诱导子诱导的人参不定根悬浮培养体系扩大至5 L生物反应器中,进一步提升人参不定根中人参皂苷的生产效率,为人参不定根规模化生产奠定理论基础。主要结果如下:（1）黑曲霉匀浆液作为诱导子对人参不定根中人参皂苷的合成具有显著促进作用,其最适诱导浓度为80 mg·L-1,最适作用时间为72 h。人参不定根中所检测的12种单体皂苷含量均随黑曲霉匀浆液的诱导而发生显著变化,大多数单体皂苷含量在诱导前期（24 h-72 h）达到积累的峰值,其中二醇型皂苷主要在前24 h响应黑曲霉匀浆液的诱导,而随诱导时间的增加,三醇型皂苷的积累量大幅提高。但黑曲霉匀浆液诱导子在显著提升人参不定根中皂苷含量的同时会对不定根的生长造成显著抑制。（2）叶酸作为诱导子对人参不定根的生物量积累及人参皂苷的合成均具有显著促进作用,其最适诱导浓度为50μmol·L-1,最适作用时间为144 h。当50μmol·L-1叶酸作用时,人参不定根鲜、干重量分别为对照组的1.797倍和1.678倍,总人参皂苷含量为对照的1.982倍。人参不定根中所检测的12种单体皂苷含量均在叶酸的诱导下发生显著变化,大多数单体皂苷含量在诱导后期（72 h-168 h）达到峰值,其中原人参二醇型皂苷的积累速度高于原人参三醇型皂苷的积累速度。（3）Ca2+作为诱导子对人参不定根的生物量积累与其中人参皂苷的合成均具有显著促进作用,其最适诱导浓度为100 mmol·L-1,最适作用时间为144 h。当100μmol·L-1Ca2+作用时,人参不定根鲜、干重量分别为对照组的1.741倍和1.627倍,总人参皂苷含量为对照的1.740倍。人参不定根中所检测的12种单体皂苷含量均在Ca2+的诱导下发生显著变化,大多数单体皂苷含量在诱导后期（72 h-168 h）达到峰值,其中原人参二醇型皂苷的积累速度高于原人参三醇型皂苷的积累速度。（4）三种诱导子的诱导作用均会导致人参不定根中与生长及次生代谢合成过程相关的丙二醛含量（MDA）、过氧化氢酶活力（CAT）、过氧化物酶活力（POD）及超氧化物歧化酶活力（SOD）有不同程度的提高。其中,Ca2+和FA的诱导作用均可以使以上四种酶的含量、活力显著升高,而黑曲霉诱导作用下的SOD活力没有发生显著变化。推测Ca2+与FA作为诱导子在人参不定根中的诱导机制可能更相似,而黑曲霉作为诱导子的诱导机制则与前两者差别较大。（5）将以上三种诱导子分别组合为复合诱导子,除黑曲霉匀浆液和叶酸组成的复合诱导子对人参不定根的生长促进效果不显著外,其他复合诱导子均可在不同程度上促进人参不定根的生物量积累与皂苷合成。其中100 mmol·L-1 Ca2+和50μmol·L-1叶酸组成的复合诱导子诱导效果最好,其总皂苷含量为对照组的1.900倍,但此结果稍低于单一使用叶酸诱导子的诱导效果。（6）通过荧光定量PCR实验结合软件分析,筛选出叶酸处理不同时长的人参不定根中的最适内参基因为CYP,基于此结果对人参皂苷合成途径中三条关键催化酶基因UGTPg1、Pg CYP716A47、Pg CYP716A53v2的相对表达水平进行检测,并进一步将以上基因表达量与相应人参皂苷含量进行相关性分析。结果显示,以上三个皂苷合成关键酶基因的表达均能够响应叶酸的诱导发生显著变化,且其变化与不同的单体皂苷含量具有显著或极显著相关性,初步说明叶酸诱导子具有通过提高关键催化酶基因的表达来促进人参皂苷合成的诱导机制。（7）基于诱

关键词： 厌氧膜生物反应器   微氧   弱电场   强化水解   膜污染  

摘要： 厌氧膜生物反应器（An MBR）结合了厌氧生物处理技术与膜分离技术,具有出水水质好、占地面积小等特点,因此得到了广泛研究。然而在An MBR现有研究及应用中,存在甲烷产率不高,容易造成严重的膜污染以及由此带来的运行和替代成本高等问题。本研究提出在微氧与弱电场耦合条件下的An MBR中处理高浓度有机废水,通过氧化还原电位（ORP）来监测反应器中含氧情况,探究微氧和弱电场耦合情况对反应器运行效能和膜污染的影响。分析污泥混合液性质对膜污染和反应器运行效能之间的作用机制,系统研究处理过程中的膜污染特性和膜污染动态变化规律。从运行效能、膜污染以及微生物群落相互作用方面进行分析。主要研究结果如下: 首先,探究ORP水平以及冲击负荷对反应器影响的研究过程中,反应器中有机物快速水解酸化,三个反应器表现出不同的COD去除效果、甲烷产量以及抗冲击负荷能力,在ORP为-270 m V±10的条件下效果最佳。 其次,通过探究最适ORP条件下的微氧及弱电场耦合作用对反应器的影响发现,耦合条件会刺激体系对高浓度有机废水的降解,COD去除率高达97%,CH产率较对照组提高72.8%,创造微氧与弱电场耦合的稳定条件,有助于丰富微生物多样性并刺激微生物活性,有效的提升COD去除率、CH浓度等,从而强化反应器运行效能。 最后,通过对污泥混合液中进行分析发现污泥平均粒径增大,同时,结合激光共聚焦显微镜（CLSM）等手段发现膜表面首先形成滤饼层后逐渐形成凝胶层,耦合作用通过增大污泥混合液颗粒粒径以及降低EPS、SMP的分泌从而减缓凝胶层的形成,减少膜表面污染物的沉积。 上述结果表明,在对An MBR反应器施加较低电压时,可以较快的刺激微生物活性,对反应器中有机物的去除有积极的影响,氧气的输入使得反应器内微生物群落发生变化,从而刺激对高浓度有机废水的降解,对厌氧发酵起到推动作用;同时,由于微氧与弱电场的耦合作用,细胞代谢产生的污染物在膜表面的附着减少,缓解了膜污染。

关键词： 废水处理   厌氧膜生物反应器   群体感应   膜污染   呋喃酮衍生物  

摘要： 厌氧膜生物反应器（Anaerobicmembranebioreactor,AnMBR）具有能耗低、出水水质稳定、剩余污泥量少、可回收清洁能源（沼气）等优点，是一种极具前景的废水处理技术。但是，AnMBR运行过程中产生的膜污染问题导致能耗和运行成本增加，限制了其进一步推广。因此，膜污染控制成为AnMBR的研究热点。膜污染中的生物污染是由微生物种群之间的通讯产生的，并且群体感应（Quorumsensing,QS）已被证明可以调节细胞外聚合物（Extracellularpolymericsubstance,EPS）的产生，导致膜表面形成生物污染。据报道，群体猝灭（Quorumqunenching,QQ）被广泛用于减缓厌氧膜生物反应器（AnMBR）的膜污染问题，其中失活或降解信号分子使其无法与受体蛋白结合是QQ技术研究最多的实现路径。目前，基于QQ酶和QQ细菌抑制膜污染的研究较多，并取得了良好的效果，但仍存在孵育周期长、稳定性差、细胞固定技术困难、成本高等问题。除此之外，研究结果显示呋喃酮衍生物等化合物可以作为群体感应抑制剂（Quorumsensinginhibitors,QSIs），可以通过与信号分子竞争结合LusR受体蛋白，间接阻断微生物群体的信号传递，从而达到从源头抑制细胞膜的产生。　　本文以群体感应抑制剂2(5H)-呋喃酮和3,4-二溴-2(5H)-呋喃酮在AnMBR中投加，投加浓度为6mg/L，从AnMBR运行效果、污泥混合液特性膜污染速率等方面探究呋喃酮衍生物控制膜污染的可行性，并通过微生物群落结构、酰基高丝氨酸内酯（AcylHomoserineLactone,AHL）浓度、宏基因组等方面探究其抑制膜污染的机理。　　首先探究呋喃酮、2(5H)-呋喃酮和3,4-二溴-2(5H)-呋喃酮对于单菌的细胞膜抑制率，从而筛选出效果较好的2(5H)-呋喃酮和3,4-二溴-2(5H)-呋喃酮在AnMBR中进行投加实验。进一步探究2(5H)-呋喃酮和3,4-二溴-2(5H)-呋喃酮对于AnMBR运行效果的影响。结果表明，呋喃酮衍生物的投加会使得进出水化学需氧量（ChemicaloxygenDemand,COD）有低幅度的增加，并且会降低污泥混合液中可溶性微生物产物（Solublemicrobialproduct,SMP）和EPS的含量，从而分别将膜污染周期延长122%和88%，达到很好的膜污染控制效果。　　其次通过研究了膜上的扫描电子显微镜（Scanningelectronmicroscope,SEM）、激光扫描共聚焦显微镜（Confocallaserscanningmicroscope,CLSM）对膜污染层进行表征，并通过膜污染滤饼层的形成以及疏松程度来探究呋喃酮衍生物的投加对于控制膜污染的影响。结果表明，投加呋喃酮衍生物可以有效降低滤饼层的厚度以及紧密度，并且对于膜上蛋白质、多糖和DNA的产生抑制作用。除此之外，投加呋喃酮衍生物对于AnMBR污泥混合液中的多种膜污染相关微生物有较好的抑制作用。主要表现为对放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）等丰度的降低，从而有效地抑制细胞膜的生长、控制膜污染。　　为了进一步阐明呋喃酮衍生物对于膜污染的作用机理，通过Autodock分子模拟对接结果以及宏基因组分析探讨了呋喃酮衍生物对AnMBR微生物QS系统的影响。结果表明，呋喃酮、2(5H)-呋喃酮和3,4-二溴-2(5H)-呋喃酮分子均可以与受体蛋白LasR的氨基酸残基以氢键的方式结合，证明了呋喃酮衍生物作为AHL结构类似物竞争结合的可行性。通过对于投加2(5H)-呋喃酮的膜污染主要信号分子浓度的分析，结果发现，信号分子C6-HSL和C8-HSL的浓度显著降低，投加呋喃酮衍生物与对照组相比浓度分别减少了34%和55%。此外，投加2(5H)-呋喃酮使得QS相关基因包括自诱导物、转运蛋白、调节蛋白等数量降低7.0%、8.4%、7.9%，且内酯酶基因丰度增加2.0%，进一步验证AHLs浓度的下降，减缓AnMBR的生物污染。　　综上所述，本文研究了两种呋喃酮衍生物在AnMBR中对于控制膜污染的影响。通过AnMBR中运行效能、污泥混合液特性以及微生物群落结构探究对于控制膜污染的作用，并通过Autodock分子对接和宏基因组进一步在分子基因水平阐明投加对于膜污染的作用机制。

关键词： 微藻光生物反应器   气泡切割   气泡动力学特性   曝气装置设计   固碳性能  

摘要： 微藻固碳技术作为实现碳达峰、碳中和目标的关键碳捕集、利用与封存（CCUS）技术之一,受到国内外学者的广泛关注。微藻固碳过程通常是在光生物反应器中进行的,CO首先通过曝气装置以气泡的形式进入反应器中,然后完成溶解和光合固碳的全过程。在整个CO的传递过程中,最大的传质阻力存在于气液界面处。当前强化气液界面传质的手段主要集中在产生微气泡、超声、湍流、搅拌等,但均以牺牲能耗为代价。在脱离后的上升途中切割气泡,无需外加能量即可将大气泡切割为小气泡,增大气液接触面积及界面扰动,延长气泡的停留时间,从而强化CO传递。因此,将气泡切割应用于曝气装置的优化设计对微藻光生物反应器固碳性能的提升至关重要。本文在微藻碳捕集光生物反应器的曝气孔上方指定位置安装切割件,可在脱离后的上升途中精准切割气泡,实现既不增加能耗又提高固碳效率的目的。基于此,本文首先采用可视化实验方法对单个CO气泡上升过程中被切割前中后的全过程的动力学特性进行了分析。然后,探究了切割部件的形状、表面润湿特性、放置位置和排布参数对气泡切割的动力学特性的影响规律,获得了效果最佳的切割部件结构设计参数范围。最后,基于以上研究结果设计了一种基于气泡切割的微藻光生物反应器曝气装置,并验证了光生物反应器内多气泡情况下,切割部件的形状、表面润湿特性等结构设计参数及气体流量、入口CO浓度等运行设计参数对气泡动力学特性和微藻生长及固碳性能的影响,获得了最佳的曝气装置结构及运行设计参数。主要结论如下:（1）气泡切割全过程分为切割前、切割中和切割后三个阶段,其中,切割中阶段历时最短,气泡形变最剧烈,一旦冲破临界点,中心连接颈部断裂,母气泡被切割为两个子气泡。切割后的子气泡相比未切割的母气泡水平偏移距离增加,上升终速减小了18.2%,等效直径减小为母气泡的83%,气液接触面积增加了12.1%,停留时间延长了30%,有利于CO传递。气体流量越大,气液界面波动越明显,切割后子气泡的水平偏移距离也越大。（2）与片形相比,柱形切割件易造成气泡的不对称切割或切割后又重新聚合等问题。楔形的切割成功率较大,但是切割后子气泡上升速度慢,轨迹受限,只适用于低气体流量且气孔间距较大的场景。疏水表面的切割片气泡最大接触高度最大,切割时间最短,但是切割后子气泡出现贴壁上升和聚合问题,不利于CO传递。最佳的切割部件形状为片形,高度h大于2 mm,厚度δ/d小于0.48的亲水表面（玻璃）切割件。（3）片形切割件放置位置P在7 mm～11 mm以内,S<1 mm（S/d<0.23）时,气泡切割效果最好。片形切割件并排排布时气泡切割效果优于交叉排布时,并排排布数量n≤2,间距M<2 mm时,气泡切割成功率较大。并排排布时,疏水表面排布在外侧（iooi）时,气泡切割成功率较大,但是存在切割后的子气泡聚合问题,不利于CO传递。（4）基于气泡切割的曝气器应用于微藻光生物反应器,产生的气泡直径分布更为均匀,且小气泡占比更高,有利于CO传递,使得微藻最大生物质产量提高了7%。将长度为38 mm,高度h为24 mm,厚度δ为1 mm的玻璃切割片并排放置在曝气装置的曝气孔上方P=10 mm,S=0 mm位置处,且入口CO浓度为5%,气体流量为70 m L/min时,微藻光生物反应器可获得最大生物质产量为1.531 g/L。

关键词： 稀土采矿污水   耐酸微藻   光生物反应器   混合营养   转录组  

摘要： 稀土元素在民用和军事方面用途十分广泛,是先进装备制造业、新能源、新兴产业等高新技术产业不可或缺的原材料,是宝贵且关键的战略资源。中国是稀土资源大国,素有“稀土王国”之称,我国的稀土矿分布特点是“北轻南重”（北方以轻稀土为主、南方以中重稀土为主）,富含中重稀土的离子型稀土矿主要分布在江西、福建、广西、广东、湖南、浙江南方六省。南方离子型稀土矿是利用硫酸铵[（NH）SO]作为浸矿剂注入到矿山之中,稀土离子与NH发生置换从而将稀土元素提取出来的原地浸矿开采工艺。开采完成闭矿后存在大量含（NH）SO的尾水,以及由于矿山的地质构造,矿山中不可避免会有（NH）SO的残留,随着（NH）SO向下渗漏并且在雨水的淋滤下,这些残留的浸矿液就会进入到外环境中造成地表水体氨氮（NH-N）污染,生态环境受到严重威胁。稀土采矿污水的特点是酸性强,NH-N含量高,有机质极低,几乎不含磷,污水中的营养物质配比极不平衡,而利用微生物吸收利用污水中的NH-N会使污水进一步酸化,这是由于微藻吸收N元素后会逐渐释放出H,使污水pH值下降,造成酸胁迫,若H渗入细胞内会影响各种酶的活性,使其催化作用不能正常发挥,进而代谢反应不能稳定进行,还会损伤DNA。因此,通常微生物难以在此强酸性且高浓度NH-N的环境中生长,限制其在处理稀土污水的应用。为此,本论文设计酸性及高浓度NH-N环境,富集既能耐酸和耐高浓度NH-N,又能吸收净化污水中NH-N的目标菌株,成功从原始稀土采矿污水中分离出一株能够耐受强酸环境并吸收稀土污水中NH-N的微藻,进一步优化了该藻处理稀土污水的工艺,并利用转录组学技术分析其在稀土污水中的耐酸分子机制,以期为将来菌株改造提高性能奠定基础,主要研究结果如下:（1）通过富集纯化从原始稀土采矿污水中分离出一株微藻,通过形态学观察该藻呈绿色,球形,无鞭毛,单细胞,进一步通过分子生物学手段鉴定为凯氏拟小球藻（Parachlorella kessleri）,并将其命名为Parachlorella kessleri FM2（下文均称*** FM2）。将*** FM2与实验室所保存的小球藻MB-1、小球藻MB-17、栅藻SS、索罗金小球藻CS、微拟球藻（淡水种）、蛋白核小球藻F9和普通小球藻395等七株绿藻净化NH-N污染能力进行比较,设计了三组实验（初始pH为3.2酸性高浓度NH-N的稀土原水;初始pH为8碱性高浓度NH-N的稀土原水;初始pH为8碱性稀释后低浓度NH-N稀土污水）,随着培养时间的延长,培养液的pH不断酸化,结合培养过程中颜色变化辅助观察,实验结果发现只有*** FM2能够稳定存活并吸收利用NH-N,表明*** FM2是一株耐酸且耐高浓度NH-N并将其吸收利用的微藻。（2）在摇瓶中研究了多种工艺参数对*** FM2处理稀土污水的影响,结果显示,*** FM2在10%稀土污水中表现出良好的生长趋势,在污水中添加TP为8 mg/L的NaHPO作为磷源,以保证光合作用的正常进行,接种浓度在0.2-0.3 g/L较为适宜,初始pH值在3-9之间藻细胞都能生长,NH-N去除率最高的是初始pH为8,适宜的光照强度为6000 Lux。随后,在光生物反应器中通过分批培养、半连续培养和连续培养,建立了*** FM2处理10%稀土污水的工艺,结果发现在三种培养模式中分批培养的平均NH-N去除速率最高,为6.67 mg/L/d,经过13天能够将NH-N浓度处理至达标（<15 mg/L）,在半连续培养中最佳的更新率为20%,连续培养系统能够稳定运行,NH-N的出水浓度在5.94-12.26 mg/L之间,并且三种培养方式所剩余的TP浓度均不会造成二次污染。（3）为了提高*** FM2去除稀土污水中NH-N的效率,通过外加葡萄糖作为有机碳源,在混合营养模式下培养微藻。研究了不同葡萄糖浓度对*** FM2处理稀土污水的影响,结果表明,当添加2 g/L葡萄糖时,NH-N去除效果最佳,将NH-N浓度处理达标需要60 h,与自养相比大大缩短了处理时间。构建了*** FM2在小型光生物反应器中生长、葡萄糖和NH-N消耗的动力学模型,实验数值与模型拟合良好,为实际处理稀土污水的规模化应用提供了理论基础。在混合营养模式下*** FM2半连续培养最佳的更新率为40%,在该更新率下NH-N平均去除速率达到57.29 mg/L/d,是自养条件下的10倍。为切合实际污水处理的工程应用,在非灭菌条件下,通过35-L管道式反应器混合营养培养*** FM2来处理稀土污水,随着pH的下降,培养后期体系变为强酸性环境,抑制了其他微生物的繁殖,P.

关键词： 厌氧动态膜生物反应器   黑水处理   生物炭   过滤特性   宏基因组学  

摘要： 黑水主要由尿液、粪便以及冲洗水组成,里面含有大量有机物和营养物质。单独收集的黑水经过厌氧消化后,可实现能源的回收。结合动态膜技术,厌氧动态膜生物反应器（An DMBR）可以大大提高厌氧污水处理的效率和质量。然而,在不同温度下,随着有机负荷率（OLR）的增加,产甲烷性能、动态膜特性与微生物群落结构变化之间的关系有待进一步探讨。此外,长时间附着在支撑材料上的污泥增加了膜过滤阻力,可能会引起膜污染的问题,同时反应器的性能也有待提升。因此,向An DMBR中添加外源物质是一种较为新颖的思路。通过研究发现,具有多孔性的生物炭投加到An MBR中,能够起到减缓膜污染,提升反应器运行性能的作用。然而,在不同温度下,对强化An DMBR运行性能的研究相对较少,生物炭的投加对反应器的性能、微生物群落结构以及宏基因组学的分析不足。因此,本文研究了An DMBR对运行温度的响应及作用机制,以及研究生物炭对An DMBR性能的强化作用及机理。得出的主要结论如下:（1）通过考察室温和中温An DMBR在三种OLR条件下的运行效果可知,所有反应器均获得97%以上的COD去除率,而温度的降低限制了微生物活性,使甲烷产量呈现下降趋势。相比于中温条件,室温下的反应器更容易形成致密的动态膜,且膜上污泥的空间分布高度聚集,导致膜污染的速率加快。（2）与中温条件下相比,室温下的微生物种群丰富度较高,而多样性较低。两个反应器中的优势细菌均以拟杆菌门、放线菌门和绿弯菌门为主,而优势古菌主要为甲烷鬃菌属。（3）与对照组相比,投加生物炭后,甲烷产率在高温下提高了12%,而在中温和常温下提高了6-10%左右。此外,生物炭的吸附作用改善了污泥混合液的性质,避免更多的生物聚合物进入膜孔。相应地,三个反应器的总阻力（R_t）减少了约6.2×1011 m-1-7.3×1011 m-1,从而减缓了膜污染。（4）通过宏基因组学分析,生物炭促进了厌氧消化相关代谢途径的绝对丰度,如氨基酸代谢、糖酵解、三羧酸循环等。因此,生物炭的投加能够提高有机化合物的利用和转化率,以释放更多小分子量的中间产物,这些产物再被产甲烷菌高效利用,从而转化出更多的甲烷。

关键词： 振动膜生物反应器   提标改造   污水处理厂   高通量测序  

摘要： 水体富营养化污染是人类面临的最具挑战的难题之一,近年来随着城市化进程的加快和经济的快速发展,水体富营养化污染对水环境的危害越来越大,它是人类所共同面临的非常棘手的问题之一,世界各国大多都设置非常严格污染物的排放标准,提高了污水的排放标准,只为保护水环境,控制水体富营养化,重点是针对于氮和磷的排放。我国的市政污水处理厂将遭到非常严峻的考验,尤其是建设时长较久,运行时间较长的厂区,提标改造必须毫不犹豫地执行下去。武汉市南湖市某市政污水处理厂的提标改造工程为本研究的研究对象。首先,通过研究和评估污水处理厂的现状,分析其有哪些不足,进而在此基础上采用实际工程并进行运行和试验研究,开展的主要工作并且得到的结论如下:(1)根据现状,该厂处理污水采用改良型A2/O生物处理工艺,提标改造前的运行情况较佳,出水能够满足当时的设计标准,但是脱氮除磷效率较差。尾水排放标准由原来的A类升级到地表水准Ⅳ类标准时,主要问题是尾水COD、TN和TP不能达标,因此确定升级的重点是提升污水处理厂对COD、TN和TP的去除能力。(2)在该项目正常运行期间记录跨膜压差(TMP)并关注VMBR池中膜污染是否严重以及是否出现污泥膨胀而导致系统无法正常运行,结果发现池中膜污染程度较轻且未发现污泥膨胀状况的出现。(3)观察记录能耗,着重关注振动MBR单元的吨水耗电量(4)经过提标改造工程的实施,市政污水处理厂的出水水质有很大的改善,目前可以稳定达到地表水准Ⅳ类标准。运行150后,出水COD、TN、TP平均浓度由改造前的42.87 mg/L、11.63 mg/L、0.2 mg/L降低至16.53 mg/L、0.7 mg/L、0.05 mg/L,平均去除率为61.10%、93.77%、72.86%,平均削减量分别为26.33 mg/L、11.22 mg/L、0.15mg/L并且得到较佳工艺参数分别为兼氧池、缺氧池、好氧池污泥浓度7～12g/L,有效水深为2.2 m,VMBR的平均膜通量为18～20 LMH,传动功率为0.75～1.1 kw(5)采用高通量测序技术并用光学显微镜观察该装置各池水样并进行微生物群落多样性分析和微生物群落结构分析,在门、纲、属上各优势菌种进而在微观层面上来解释该项目各池优势物种。