登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《刘洪波团队：微生物 大作用 弱电强化助力污水深度脱氮》

  • 来源专题：水体污染治理
  • 编译者： wangyang
  • 发布时间：2020-12-29

  • 近年来，经济快速发展的同时环境污染问题日益凸显，水环境恶化。城市污水中含有大量的有机物和氮、磷等无机污染物，未经处理的污水排入环境中容易污染受纳环境，如黑臭水体形成、土壤及地下水的污染以及生态失衡。生物处理法无疑是各种污水处理方法最为经济有效的方法，而污水处理脱氮过程中碳源不足已成为普遍的现象，在碳源不足的条件下，大多数污水厂即使采用前置缺氧生物强化脱氮工艺，出水总氮仍然偏高，且主要以硝酸盐形式存在。在生物污水处理中，除外加碳源、对传统污水生物处理工艺的改进以及引进新工艺等方法应对污水处理碳源不足的问题外，电极固定化酶、MFC、MEC、BER 等多种形式的生物电刺激方法逐步应用于低C/N 污水生物反硝化处理以增强微生物代谢活性，提供自养反硝化脱氮电子供体等形式提升脱氮效率。研究证明微生物弱电刺激能够增强微生物代谢活性，但其作用机制目前尚不明确，许多科学问题亟待解决

    其中几个关键问题为：（1）由于微生物弱电产电的不稳定性，导致其在实际污废水处理应用上存在一定的困难，如何优化微生物电化学与传统污水处理系统的结合方式？（2）如何提升微生物电化学产电稳定性？其机理机制是什么？（3）微生物电刺激电流强度与处理效果之间的关系目前争议较大；（4）对弱电刺激脱氮效果的现有研究大多停留在去除效果分析上，弱电刺激如何影响含氮废水的处理效果？它的具体作用途径是什么？（5）弱电刺激对含氮废水中的微生物产生了哪些具体的影响？

    针对以上问题，课题组对微生物弱电应用于含氮废水的处理进行了作用效果与机理方面的研究，并将其与传统污水生物处理工艺相结合，计划为污水处理提供微生物弱电刺激方面的技术支持。

    主要研究内容

    构建了一种微生物电化学结合传统污水处理方式的耦合系统：ABR-MFC-MEC来处理污废水，系统地研究了ABR-MFC-MEC处理污水的工艺构型优化和快速启动条件（电刺激电压，进水基质浓度，单室/双室MFC）。

384浏览量
原文链接
相关报告

  • 《固相反硝化系统中微生物结构及代谢途径的宏基因组分析：基于污水处理厂废水深度脱氮的中试研究》
    • 来源专题：水体污染治理
    • 编译者：王阳
    • 发布时间：2021-06-17
    • 由于农业施肥的不合理使用和生活污水、工业污水、养殖污水、农田径流的直接排放，大量氮、磷等营养物质被排入自然水体，对水生生态系统的结构和功能构成严重威胁。目前，污水处理厂被认为在控制污染和改善水质方面起着举足轻重的作用。然而，经过生物处理后的污水处理厂废液中仍有约10-15 mgL−1的氮残留，如果不经任何深度处理直接排放，可能导致富营养化。因此，迫切需要有效的污水处理厂废液深度脱氮技术。本文以新型生物高分子3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物（PHBV）和PHBV-锯末共混合体为载体，构建了固相反硝化系统，通过中试试验对污水处理厂（WWTPs）废液进行深度脱氮，并通过宏基因组测序分析共混物碳源对微生物群落结构、功能和代谢途径的影响。与PHBV系统相比，PHBV-锯末共混物系统的反硝化处理效果更优：NO3−-N去除率更高（96.58%）、DOC释放量（9.00±4.16 mgL−1）和NH4+-N积累量（0.37±0.32 mgL−1）更低。宏基因组分析证实了两个系统间微生物群落结构存在显著差异，并发现了四种厌氧氨氧化菌的存在。与PHBV系统相比，PHBV-锯末共混物系统的利用降低了产NH4+-N相关酶编码基因的相对丰度，增加了参与厌氧氨氧化相关酶编码基因的相对丰度，这有助于降低废液中的NH4+-N的含量。另外，在PHBV-锯末共混物系统中，产生电子的糖酵解代谢过程的酶编码基因的相对丰度更高。在PHBV-锯末共混物系统中，多种木质纤维素酶编码基因显著富集，保证了该系统的稳定供碳和连续运行。本研究结果有望为固相反硝化技术的推广提供理论依据和数据支持。 论文ID 原名：Metagenomic analyses of microbial structure and metabolic pathway in solid-phase denitrification systems for advanced nitrogen removal of waste water treatment plant effluent: Apilot-scale study 译名：固相反硝化系统中微生物结构及代谢途径的宏基因组分析：基于污水处理厂废水深度脱氮的中试研究 期刊：Water Research IF：9.130 发表时间：2021.3.17 通讯作者：吴为中 通讯作者单位：北京大学环境科学与工程学院环境科学系 实验设计 本研究在宁波南区污水处理厂，以PHBV和PHBV-锯末共混合物为生物膜载体和碳源，构建固相反硝化系统。具体构建方法为：PHBV和PHBV-锯末共混合体分别与8-10 mm的陶粒以3:7的体积比混合均匀，将混合后的基质填充于高100 cm的多孔支撑盘上，以此建立了两个直径20 cm、高140 cm的圆柱形聚氯乙烯固相反硝化系统。该系统启动阶段，将污水处理厂废液与二沉池活性污泥混合后，以1:1的体积比进入固相反硝化系统，进行生物膜培养。之后每天对固相反硝化系统的水质进行分析，5天后，废液中的NH4+-N和NO3−-N浓度分别低于1.0和2.0 mgL−1时，标志着固相反硝化系统正式启动。该系统共计连续运行150天，1-76天固相脱氮系统的水力停留时间（HRT）为3h，77-150天将HRT降至1.5h，以评估脱氮性能的持久性。测得污水处理厂废液的溶解氧（DO）和pH值分别为4.1-8.0 mgL−1和5.68-6.95。 每两天采集一次进水和出水水样。通过0.45μm醋酸纤维素膜过滤后，分别对水样中的NH4+-N、NO3−-N、NO2−-N、溶解有机碳（DOC）等水质指标进行分析。 在系统稳定运行150天时，分别从PHBV和PHBV-锯末共混物系统中的5个采样点采集生物膜样品，每个采样点取2g均匀混合成一个样本，分别命名为P和PS。每个样本有三个生物学重复。提取相应样品的DNA进行宏基因组测序及分析，以进行微生物群落结构和代谢途径的研究。 结论 以PHBV-锯末共混物为载体的中试规模的固相脱氮系统成功地实现了污水处理厂废液的深度脱氮，其负面影响小于PHBV系统。宏基因组分析表明，在PHBV-锯末共混物系统中，调节NH4+-N产生的编码基因丰度相对减少，而调节厌氧氨氧化作用的编码基因丰度相对增加，最终导致系统出水中NH4+-N积累减少。与PHBV相比，PHBV-锯末共混物系统中GAPDH（EC 1.2.1.59）编码基因的相对亲和力显著提高，促进了微生物的反硝化作用。PHBV-锯末共混物系统中木质纤维素酶编码基因的显著富集表明木质纤维素酶的降解更为活跃，从而保证了碳源的持久供应和固相反硝化系统的稳定运行。本研究首次以PHBV-锯末共混物为载体构建固体反硝化系统，通过中试试验对污水处理厂废液进行深度脱氮，并对该系统中微生物代谢机理进行了研究，为天然生物材料的高效利用以及生物共混合碳源对氮代谢的影响提供了新的思路。
    283浏览量
    原文链接

  • 《Nature：新方法揭示了海洋微生物在碳循环中的巨大作用》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-01-04
    • 毕格罗海洋科学实验室（Bigelow Laboratory for Ocean Sciences）的研究人员领导的一项新研究表明，小部分海洋微生物负责海洋中大部分氧气的消耗和二氧化碳的释放，这项研究发表在《Nature》杂志上。 来自毕格罗实验室、维也纳大学、西班牙海洋学研究所和普渡大学的13名研究人员共同开展了这项研究，该研究分析了被称为原核浮游生物的海洋微生物，这是一大群细菌和古细菌，占海洋细胞的90%以上。该团队发现，不到3%的原核浮游生物细胞占该组微生物消耗的所有氧气的三分之一。 原核浮游生物利用有机物通过称为细胞呼吸的过程产生能量，该过程消耗氧气并释放二氧化碳。为了估计海洋微生物的呼吸量，研究人员通常将它们的呼吸总和除以微生物的数量。然而，这种方法并没有考虑到构成海洋原核浮游生物的绝大多数不同类型的生物，每种生物的功能可能不同。这项新研究揭示了其中的一些差异并提出了新问题。 研究人员认为，最多产的原核浮游生物可能从阳光中汲取能量，这将有助于解释它们在开阔海洋生态系统中的丰富性。为了了解这些单细胞生物，该团队开发了一种新方法来辨识单个细胞的功能和遗传密码。通过将细胞的功能和基因联系起来，研究人员深入了解了微生物在环境中的独特作用。 新方法使用荧光探针来观察原核浮游生物的实际行为。研究人员将探针应用于微生物，根据它们的活动对它们进行染色。它们呼吸得越多，它们就变得越亮。然后他们测量了这种荧光信号，并用它来对细胞进行分类，以进行后续的遗传分析。他们将该技术应用于缅因湾以及大西洋、太平洋和地中海的几个地点的原核浮游生物。这项研究可以帮助了解微生物在全球碳循环过程中的作用。（王琳 编译）
    646浏览量
    原文链接