论文标题：Mechanistic insight into the biofilm formation and process performance of a passive aeration ditch (PAD) for decentralized wastewater treatment（对分散式废水处理的被动曝气沟的生物膜形成和工艺性能的机制研究)

期刊：Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者：Jibin Li, Jinxing Ma, Li Sun, Xin Liu, Huaiyu Liao, Di He

发表时间：15 Jul 2022

DOI：10.1007/s11783-021-1494-3

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https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-021-1491-3

文章出版：Front. Environ. Sci. Eng. 2022, 16(7): 86

原文信息

题目：

Mechanistic insight into the biofilm formation and process performance of a passive aeration ditch (PAD) for decentralized wastewater treatment

作者：

Jibin Li¹, Jinxing Ma^1,2, Li Sun¹, Xin Liu³, Huaiyu Liao¹, Di He ()^1,2

作者单位：

1 Guangdong University of Technology, China

2 Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou), China

3 Southern University of Science and Technology, China

通讯作者邮箱：

di.he@gdut.edu.cn

关键词：

Decentralized wastewater (分散式废水);

Passive aeration ditch (被动曝气沟);

Biofilm formation (生物膜形成);

C/N ratio (碳氮比);

Salinity (盐度);

Model simulation (模型模拟)

文章亮点

•开发了一个被动曝气沟来处理分散的废水；

•开发了一个模型来描述工艺性能；

•高C/N比有利于微生物生长，但硝化作用会减弱；

•高盐度可减少有机物和氮污染物的去除。

文章简介

本文提出了一种被动曝气沟（PAD），使用无纺布聚酯织物作为一种可行的无气泡曝气器和生物膜载体来处理废水。首先考虑了PAD在处理盐水分散废水方面的功效，然后考虑了碳氮比（C/N）和盐度对生物膜形成的影响。已经开发了一种包含盐度效应的多物种模型，以描述系统性能并预测微生物群落。结果表明，PAD系统具有很强的污染物去除能力。由于好氧异养生物和反硝化细菌的增殖，生物膜厚度在较高的C/N比下增加，从而改善了化学需氧量和总氮的去除。然而，这导致了氨去除的恶化。此外，虽然较高的盐度有利于生物膜的生长，但污染物去除效率降低，因为盐度抑制了好氧异养生物的活性并降低了生物膜内硝化细菌的丰度。基于模型模拟，盐度低于2%、C/N比在1^~3范围内的给水形成生物膜，可达到相对较高的有机物和氨去除率。这些发现不仅表明了PAD在处理盐分散废水方面的可行性，而且还为预测和优化工艺性能提供了系统的策略。

文章摘要图

编委点评

由于缺乏废水收集系统，分散的废水广泛分布在发展中国家的农村地区，近年来，人们越来越关注分散式废水的管理。未经处理的分散废水排放到水生环境中造成了许多生态问题，并对农村地区的人类健康构成了威胁，亟需为农村寻找一种低成本、有效的工艺来处理分散废水。本文提出的被动曝气沟能够在一定程度上减少含有高盐浓度的人工分散废水中的有机物和氨。并且考虑了进水废水特性（例如，有机物、氨和盐的浓度）对生物膜形成的影响。另外，本文开发了一种数学模型预测底物和微生物的变化，获得了生长动力学的关键参数，并评估了盐度对动力学的抑制作用。该模型还可以为生物膜系统提供优化策略。本文的研究结果有望为开发低能源成本改善水质的可行技术提供见解，这些技术对于农村地区的卫生和废水处理尤为重要。

编者 | 曹曼曼

点评 | 王飞

致 谢

王飞，北京师范大学教授，FESE青年编委。研究方向为污染物的环境行为及生物学效应、纳米材料在土壤修复中的应用、催化氧化技术，主持国家优秀青年基金等项目，以第一/通讯作者在Environmental Science & Technology、Geochimica et Cosmochimica Acta、Journal of Hazardous Materials等国际环境领域主流期刊上发表论文70余篇。个人主页：http://envfaculty.bnu.edu.cn/Public/htm/news/5/132.html

曹曼曼，女，22岁，北京科技大学能源与环境工程学院2020级环境科学与工程硕士生，导师为王飞教授，研究方向为污染物的环境行为及生物学效应。

摘要

Decentralized wastewater containing elevated salinity is an emerging threat to the local environment and sanitation in remote coastal communities. Regarding the cost and treatment efficiencies, we propose a passive aeration ditch (PAD) using non-woven polyester fabric as a feasible bubbleless aerator and biofilm carrier for wastewater treatment. Consideration has been first given to PAD’s efficacy in treating saline decentralized wastewater, and then to the impact of chemical oxygen demand-to-nitrogen (C/N) ratio and salinity on biofilm formation. A multispecies model incorporating the salinity effect has been developed to depict the system performance and predict the microbial community. Results showed that the PAD system had great capacity for pollutants removal. The biofilm thickness increased at a higher C/N ratio because of the boost of aerobic heterotrophs and denitrifying bacteria, which consequently improved the COD and total nitrogen removal. However, this led to the deterioration of ammonia removal. Moreover, while a higher salinity benefited the biofilm growth, the contaminant removal efficiencies decreased because the salinity inhibited the activity of aerobic heterotrophs and reduced the abundance of nitrifying bacteria inside the biofilm. Based on the model simulation, feed water with salinity below 2% and C/N ratio in a range of 1 to 3 forms a biofilm that can reach relatively high organic matter and ammonia removal. These findings not only show the feasibility of PAD in treatment of saline decentralized wastewater, but also offer a systematic strategy to predict and optimize the process performance.

期刊简介

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