微塑料对序批式生物膜反应器...氮及N_2O释放特征的影响_杨雪梅.pdf

第49卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.49 No.2Feb.,2023水处理技术水处理技术TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT微塑料对序批式生物膜反应器除碳脱氮及微塑料对序批式生物膜反应器除碳脱氮及N2O释放特征的影响释放特征的影响杨雪梅，苏永祥（焦作大学化工与环境工程学院，河南 焦作 454000）摘摘 要要:微塑料是污水中常被检测到的新型污染物，然而微塑料对序批式生物膜反应器同步脱氮及N2O释放特征的探究较少。本工作以实际市政废水为探究对象，建立中试规模的SBBR，考察了不同微塑料浓度（0、0.2、2.0和10.0 mg/L）对SBBR长期运行除碳脱氮效率及N2O释放规律的影响，并揭示了相关影响机制。结果表明，低浓度微塑料对SBBR除碳脱氮效率及N2O释放规律影响不明显，但当进水微塑料浓度超过2.0 mg/L，碳脱氮效率呈现下降趋势，N2O产率增加。当微塑料浓度为10.0 mg/L时，稳定时期出水COD维持在35.337.9 mg/L，COD和NH4+-N去除效率分别下降至82.4%83.5%和80.2%82.3%，低于工况I，此外，N2O产率高达10.2%10.8%。内聚物分析表明高浓度微塑料降低了PHA和糖原质的净合成，进而导致内碳源消耗脱氮动力不足。比耗氧速率（SOUR）分析表明高浓度微塑料降低了全部微生物代谢活性。关键词关键词:微塑料;生物脱氮;N2O;糖原质;比耗氧速率开放科学开放科学（资源服务资源服务）标识码标识码（OSID）:中图分类号中图分类号:TQ028.8;X703.1 文献标识码文献标识码:A 文章编号文章编号:10003770(2023)02-0093-005全球塑料年产量高达3.48亿吨，且呈现持续上升趋势，塑料制品的不合理使用导致其在环境介质中大量积累，并对水生系统产生巨大威胁1。大量塑料制品在环境中长期滞留并被分解成为粒径低于5.0 mm的微塑料颗粒即微塑料。微塑料作为一种新兴的环境污染物已在全球的环境介质中被检测出。微塑料具有毒性及难降解性并能吸附持久性有机污染物及重金属进而对生态系统产生严重威胁2。污水生物脱氮具有投入成本低、运行可靠、便于管理等优点而被污水厂普遍采用3。生物脱氮主要依赖硝化与反硝化过程。序批式生物膜反应器（SBBR）常用生活污水的脱氮过程，SBBR实现生物脱氮主要依赖溶解氧在生物膜上的变化，进而形成了好氧/缺氧/厌氧的区域，并在各区域内分布不同功能的微生物4。生物膜表面分布的异养菌能一定程度保护内部反硝化菌群，进而强化脱氮过程。N2O是生物脱氮过程重要的副产物，其作为重要的温室气体，可破坏大气层。研究表明自然界中约67%的N2O来源于微生物代谢释放5。生物脱氮过程产生N2O的途径主要有自养硝化与异养反硝化。污水中存在的微塑料可能会对SBBR系统除碳脱氮及N2O的释放产生潜在影响。然而，关于微塑料对上述生化过程的探究至今鲜有报道。因此。本工作以实际生活污水为探究对象，构建了SBBR反应器，探究了不同剂量微塑料对SBBR长期运行效率的影响，考察了微塑料对SBBR内释放N2O的变化规律，揭示了微塑料对SBBR长期运行的作用机制。本研究结果为SBBR处理含微塑料实际废水的优化及温室气体的减排提供一定参考价值。1 材料与方法材料与方法1.1实验材料实验材料实验所用的污水为某污水厂初沉池出水，取回后的实际污水经过滤去掉大颗粒杂质后备用。实验用水的主要特征如表1所示。研究中所用的接种污泥为实验室培养的用于反硝化脱氮的污泥，其对NH4+-N去除效率高达90%以上。DOI:10.16796/ki.10003770.2023.02.018收稿日期：2022-02-08基金项目：国家自然科学基金（51908306）作者简介：杨雪梅（1977），女，副教授，研究方向为污染控制及治理；电子邮件：93第 49 卷 第 2 期水处理技术水处理技术实 验 所 用 的 装 置 为 序 批 式 生 物 膜 反 应 器（SBBR），其工作容积为10.0 L，SBR内部配有恒速电动搅拌器，底部设有砂芯曝气器进行好氧曝气。SBBR内装填聚丙烯晴基碳纤维膜，纤维膜的比表面积约为1 0001 500 m2/g，填料率约为30%。SBBR运行过程中实现全封闭，SBBR每日运行两个周期，每个周期的运行模式包括快速进水，缺氧60 min，好氧曝气 380 min，沉淀排水 30 min，闲置期 250 min，SBBR上述运行模块的控制采用PCL在线控制。1.2实验设置实验设置本研究选取市政污水中常检测到聚乙烯（PE）作为目标微塑料。实验设置四个工况（工况I、II、III及IV），各工况除PE的投加量不同外，其他运行参数均一致。各工况运行30 d后进入下一工况。在工况I中，不投加PE以作为对照组，在工况II中投加一定量的PE并控制市政废水中PE总含量为0.2 mg/L，而在工况III和工况IV内，市政废水进水PE的投加量提高 2.0 mg/L和 10.0 mg/L。通过分析各工况下除碳脱氮特征及N2O释放规律判定PE对SBBR的影响。1.3微生物活性测定实验微生物活性测定实验微生物对污染物的降解活性可以用比耗氧速率（SOUR）的变化来表示。活性污泥系统中添加丙烯基硫脲（ATU）和NaClO3可抑制氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性6，具体见表2。1.4分析方法分析方法COD采用重铬酸钾法测定；TN采用硝酸盐采用紫外分光法测定，氨氮采用纳氏试剂法测定；亚硝酸盐氮采用N-（1-萘）-乙二胺光度法测定；蛋白质采用福林酚法测定；多糖采用蒽酮比色法测定；pH及DO采用玻璃电极法测定；MLVSS及MLSS采用重量灼烧法测定。胞内聚合物聚羟基脂肪酸酯（PHA）采用气相色谱法测定，PHA 为聚-羟丁酸（PHB）与聚-羟基戊酸盐（PHV）之和。N2O的测定采用气相色谱法，具体测定步骤见文献 7。2 结果与讨论结果与讨论2.1微塑料对微塑料对SBBR运行性能的影响运行性能的影响SBBR运行稳定后分别进入不同工况，结果见图1。由图1可知，在工况I出水COD基本稳定在1316 mg/L，对应COD的去除率高达91.5%93.2%，说明SBBR运行模式对COD具有良好的去除效率。在工况II内，进水PE浓度提高至0.2 mg/L，但仍处于较低水平，此时出水COD在30 d提高至30.0 mg/L，对应COD去除率骤降至85.6%，说明短期PE暴露能够降低SBBR对COD去除。在工况II随后的时间内，出水COD逐渐降低，并维持在14.517 mg/L，对应COD 的去除率仍高达 91.5%92.6%，与工况 I 中COD去除率相差不显著，说明低浓度微塑料对SBBR去除COD影响不大。在工况III和工况IV内，进水微塑料浓度进一步提高至2.0 mg/L和10.0 mg/L，稳定时期出水COD分别提高至28.233.5 mg/L和 35.337.9 mg/L，COD去除率则分别显著下降至84.5%86.2%和 82.4%83.5%，说明 2.0 mg/L 微塑料已对SBBR去除COD具有一定的抑制作用，且微塑料浓度越高，COD的去除抑制越显著。史文超等8研究表明聚苯乙烯和聚酰胺存在能够降低反硝化菌对碳源的利用。微塑料（含自身的添加剂）被生物摄取后会造成物理损伤、引发生物体的行为、生理学和分子学反应9。本研究进一步证实高浓度微塑料对SBBR系统去除COD具有显著抑制作用。2.2微塑料对脱氮过程的影响分析微塑料对脱氮过程的影响分析图2为不同工况运行下含氮无机盐的出水浓度及去除效率变化。NH4+-N的去除同样受到进水微塑料浓度影响。在工况I和II内，NH4+-N的去除效率均维持着91%以上，且两状况下NH4+-N的去除效率相差不大。而在进水微塑料较高的工况III和工况IV，NH4+-N的去除效率显著被抑制，并分别下降表1实验用水主要特征Tab.1Main characteristics of experimental water项目数值pH6.87.3COD/（mg L-1）180240（NH4+-N）/（mg L-1）3542（NO2-N）/（mg L-1）0.20.5（NO3-N）/（mg L-1）1.25.2表2不同菌种SOUR测定程序Tab.2SOUR determination procedure of different strains实验序号1224添加剂无ATU（2.0 g/L）NaClO3（1.0 g/L）ATU+NaClO3实验目的活性污泥微生物呼吸抑制AOB活性抑制NOB活性抑制AOB和NOBSOURSOUR1SOUR2SOUR3SOUR40204060801001200306090120150180210240 进水 出水 去除率时间/d去除率/%COD/(mgL-1)工况IV工况III工况II工况I7580859095100 图1微塑料对SBBR工艺去除COD的影响Fig.1Effect of microplastics on COD removal by SBBR process至 84.5%86.2%和 80.2%82.3%，说明 2.0 mg/L PE同样对NH4+-N的去除产生抑制作用。高浓度微塑料可能会抑制氨氧化细菌（AOB）的活性并降低胞内相关关键酶的活性。出水NO2-N和NO3-N浓度同样收到微塑料存在的影响。在工况II内，出水NO2-N和NO3-N浓度与工况I内大致相似并分别维持在 0.20.3 mg/L 和 1.31.5 mg/L。而在工况 III和工况 IV，出水 NO2-N 和 NO3-N 浓度出现不同程度的升高，尤其在工况IV，出水NO2-N和NO3-N浓度分别提高至1.21.3 mg/L和1.92.1 mg/L，显著高于工况I。上述实验结果表明高浓度微塑料能够提高出水NO2-N和NO3-N的浓度。低氧条件下AOB的好氧反硝化及异养菌的缺氧反硝化过程存在释放N2O的可能。在工况I和工况II内N2O的释放浓度大致维持在0.80.9 mg/L，N2O的产率约为3.1%5.2%（以氮计算）。在工况III和工况IV内，N2O的释放浓度大幅提高，并分为维持在1.82.1 mg/L和4.14.6 mg/L，对应N2O的产率也得到不同程度提高，尤其在工况IV，N2O的产率高达10.210.8%，上述时实验结果表明高浓度微塑料对SBBR系统内N2O的释放及产率具有促进作用，且微塑料浓度越高，促进效果越显著。本研究中出水 NO2-N/NO3-N随PE浓度呈现出上升趋势，尤其在工况IV中，NO2-N/NO3-N高达50%左右。研究表明高NO2-N/NO3-N易导致污水处理系统中 N2O的释放关键因素 10。反应系统中高浓度NO2-N的存在能够强化亚硝酸盐还原酶（nirK）和一氧化氮还原酶（norB）的活性，进而提高AOB的好氧反硝化过程 11。2.3微塑料存在对微塑料存在对SBBR系统胞内聚合物含量的系统胞内聚合物含量的影响影响糖原质和PHA是脱氮除磷微生物胞内重要的聚合物12。进水初期外源 COD 较多，SBBR 处于“饱食期”，脱氮除磷微生物利用充足的外源COD在胞内合成PHA和糖原质已用于后期内碳源同步脱氮除磷。图4为不同工况条件下PHA和糖原质的增量（记作PHA和糖原质）比较。在工况I内，稳定时期 PHA的大致含量为 25.626.3 mg/g，而在工况II内PHA除了35 d突然增加至28.5 mg/g外，其余时期同样维持在24.626.2 mg/g，与稳定时期工况I相差不明显。在35 d，PHA的大幅度增加主要是由于微生物对外界环境的突然改变会强化合成PHA已抵御外部环境变化13。在工况III和IV内，进水微塑料浓度较高，高浓度微塑料会产生浸出毒性进而对SBBR系统内菌群的活性产生一定抑制作用，降低微生物存贮碳源的能力进而降低PHA的合成。在工况IV内，稳定时期PHA降低至19.620.3 mg/g，显著低于工况I和工况II。糖原质的变化趋势如PHA大致相似。在工况II内，糖原质大约为19.620.5 mg/g。在工况III和工况IV初期，即65 d和95 d，糖原质同样均大于同工况稳定期，这同样是由于SBBR内菌群为了抵御外界环境微塑料浓度突然升高而大量合成内聚物相关。2.4微塑料对微塑料对SBBR典型周期内物质变化的影响典型周期内物质变化的影响为更好分析高浓度微塑料对 SBBR 的抑制机制，对工况I和工况IV稳定运行时典型周期内物质的变化进行分析。如图5所示，在缺氧期内，两工况0204060801001208121620242832工况IV工况III工况II时间/d PHA 糖原质PHA和糖原质合成量/(mgg-1)工况I 图4不同工况下PHA和糖原质的比较Fig.4Effect of microplastics on the N2O release concentration and production020406080100120012345N2O释放质量浓度/(mgL-1)时间/d N2O质量浓度24681012 N2O产率N2O产率/%图3微塑料对N2O释放浓度及产率的影响Fig.3Effect of microplastics on N2O release concentration and yield0204060801001200.00.51.01.52.02.5 出水NO2-N 出水NO3-N NH4+-N去除率时间/d去除率/%/(mgL-1)工况IV工况III工况II工况I7580859095100 图2微塑料对各阶段NH4+-N去除效率及出水NO2-N、NO3-N浓度的影响Fig.2Effect of microplastics on the NH4+-N removal efficiency and effluent NO2-N and NO3-N concentration in each stage94杨雪梅等，微塑料对序批式生物膜反应器除碳脱氮及N2O释放特征的影响至 84.5%86.2%和 80.2%82.3%，说明 2.0 mg/L PE同样对NH4+-N的去除产生抑制作用。高浓度微塑料可能会抑制氨氧化细菌（AOB）的活性并降低胞内相关关键酶的活性。出水NO2-N和NO3-N浓度同样收到微塑料存在的影响。在工况II内，出水NO2-N和NO3-N浓度与工况I内大致相似并分别维持在 0.20.3 mg/L 和 1.31.5 mg/L。而在工况 III和工况 IV，出水 NO2-N 和 NO3-N 浓度出现不同程度的升高，尤其在工况IV，出水NO2-N和NO3-N浓度分别提高至1.21.3 mg/L和1.92.1 mg/L，显著高于工况I。上述实验结果表明高浓度微塑料能够提高出水NO2-N和NO3-N的浓度。低氧条件下AOB的好氧反硝化及异养菌的缺氧反硝化过程存在释放N2O的可能。在工况I和工况II内N2O的释放浓度大致维持在0.80.9 mg/L，N2O的产率约为3.1%5.2%（以氮计算）。在工况III和工况IV内，N2O的释放浓度大幅提高，并分为维持在1.82.1 mg/L和4.14.6 mg/L，对应N2O的产率也得到不同程度提高，尤其在工况IV，N2O的产率高达10.210.8%，上述时实验结果表明高浓度微塑料对SBBR系统内N2O的释放及产率具有促进作用，且微塑料浓度越高，促进效果越显著。本研究中出水 NO2-N/NO3-N随PE浓度呈现出上升趋势，尤其在工况IV中，NO2-N/NO3-N高达50%左右。研究表明高NO2-N/NO3-N易导致污水处理系统中 N2O的释放关键因素 10。反应系统中高浓度NO2-N的存在能够强化亚硝酸盐还原酶（nirK）和一氧化氮还原酶（norB）的活性，进而提高AOB的好氧反硝化过程 11。2.3微塑料存在对微塑料存在对 SBBR系统胞内聚合物含量的系统胞内聚合物含量的影响影响糖原质和PHA是脱氮除磷微生物胞内重要的聚合物12。进水初期外源 COD 较多，SBBR 处于“饱食期”，脱氮除磷微生物利用充足的外源COD在胞内合成PHA和糖原质已用于后期内碳源同步脱氮除磷。图4为不同工况条件下PHA和糖原质的增量（记作PHA和糖原质）比较。在工况I内，稳定时期 PHA的大致含量为 25.626.3 mg/g，而在工况II内PHA除了35 d突然增加至28.5 mg/g外，其余时期同样维持在24.626.2 mg/g，与稳定时期工况I相差不明显。在35 d，PHA的大幅度增加主要是由于微生物对外界环境的突然改变会强化合成PHA已抵御外部环境变化13。在工况III和IV内，进水微塑料浓度较高，高浓度微塑料会产生浸出毒性进而对SBBR系统内菌群的活性产生一定抑制作用，降低微生物存贮碳源的能力进而降低PHA的合成。在工况IV内，稳定时期PHA降低至19.620.3 mg/g，显著低于工况I和工况II。糖原质的变化趋势如PHA大致相似。在工况II内，糖原质大约为19.620.5 mg/g。在工况III和工况IV初期，即65 d和95 d，糖原质同样均大于同工况稳定期，这同样是由于SBBR内菌群为了抵御外界环境微塑料浓度突然升高而大量合成内聚物相关。2.4微塑料对微塑料对SBBR典型周期内物质变化的影响典型周期内物质变化的影响为更好分析高浓度微塑料对 SBBR 的抑制机制，对工况I和工况IV稳定运行时典型周期内物质的变化进行分析。如图5所示，在缺氧期内，两工况0204060801001208121620242832工况IV工况III工况II时间/d PHA 糖原质PHA和糖原质合成量/(mgg-1)工况I 图4不同工况下PHA和糖原质的比较Fig.4Effect of microplastics on the N2O release concentration and production020406080100120012345N2O释放质量浓度/(mgL-1)时间/d N2O质量浓度24681012 N2O产率N2O产率/%图3微塑料对N2O释放浓度及产率的影响Fig.3Effect of microplastics on N2O release concentration and yield0204060801001200.00.51.01.52.02.5 出水NO2-N 出水NO3-N NH4+-N去除率时间/d去除率/%/(mgL-1)工况IV工况III工况II工况I7580859095100 图2微塑料对各阶段NH4+-N去除效率及出水NO2-N、NO3-N浓度的影响Fig.2Effect of microplastics on the NH4+-N removal efficiency and effluent NO2-N and NO3-N concentration in each stage95第 49 卷 第 2 期水处理技术水处理技术下COD均出现大幅度下降，在工况I内COD的减少量约为85 mg/L，而在工况IV内COD的下降量降低至45 mg/L，显著低于工况I。在缺氧期，外源COD充足，异养反硝化会利用外碳源进行脱氮。在缺氧期内，两工况中NH4+-N浓度略有下降，主要用于维持自身代谢。在 60 min 后进入好氧期，两工况内NH4+-N浓度大幅下降，这主要是由于 AOB的氧化作用。约在240 min时，两工况内NO2-N和NO3-N均达到最大值。在工况I内，NO2-N和NO3-N最大值分别为10.6和15.2 mg/L，而在工况IV内，NO2-N和NO3-N的浓度下降至8.5 和12.6 mg/L，说明高浓度PE存在对NH4+-N及NO2-N的氧化具有一定抑制作用。在240 min以后，NO2-N和NO3-N的浓度逐步降低，说明同步反硝化过程存在。在SBBR内由外向内逐渐形成了好氧-缺氧-厌氧的过渡区域，便于同步硝化与反硝化进程。2.5微塑料对不同工况下微塑料对不同工况下SOUR的影响的影响SOUR是表征活性污泥系统内微生物活性的重要指标，其可反映活性污泥的运行状况6，14。本研究同样评估了微塑料对 SBBR 系统内 SOUR 的影响，结果如图6所示。从图6可以看出，与工况I内相比，工况II各菌种SOUR变化不明显，这也与图1和图2中的结果相一致。然而在工况III和工况IV内，进水PE升高导致各菌种SOUR呈现不同程度下降。当进水微塑料为 2.0 mg/L 时，SOUR 下降至11.5 mg/（g h），SOURAOB下降至2.1 mg/（g h），均低于工况I和工况II，说明高浓度PE对微生物的活性产生一定抑制作用。SOURAOB活性下降表明 NH4+-N氧化收到一定抑制，这与图 2 中高浓度 PE 降低NH4+-N去除效率的结果相一致。3 结结 论论1）0.2 mg/L PE 对 SBBR 长期运行去除 COD，NH4+-N及 N2O的释放影响不明显，当 PE浓度超过2.0 mg/L抑制了SBBR脱氮效率并促进了N2O的释放。尤其当PE浓度为10.0 mg/L时，SBBR稳定运行时期COD及NH4+-N去除效率分别下降至82.4%83.5%和 80.2%82.3%，N2O 的释放率高达 10.2%10.8%；2）微塑料能够影响 SBBR 内胞内聚合物 PHA和糖原质的合成，当进水微塑料高达10.0 mg/L时，PHA仅为19.620.3 mg/g，远低于工况I，此外，在高微塑料存在情况下，糖原质的合成量也下降。内聚物合成下降导致后期内碳源消耗产能不足；3）高浓度微塑料降低了 SBBR 典型周期内COD的消耗，并提高了NO2-N的积累，此外，高浓度微塑料降低活性污泥内各菌株的SOUR。参考文献：1方海燕,谢冰寒,侯淼淼,等.PVC微塑料对大型溞繁殖及应激与能量相关基因表达的影响J.环境科学学报,2021,41(5):2056-2062.2周帅,李伟轩,唐振平,等.气载微塑料的赋存特征、迁移规律与毒性效应研究进展J.中国环境科学,2020,40(11):5027-5037.3巩有奎,彭永臻.温度变化对短程生物脱氮及N2O释放影响J.水处理技术,2020,46(8):110-115,120.4DING X,WEI D,GUO W,et al.Biological denitrification in an 0100200300400500600700050100150200250 COD(NH4+-N)(NO2-N)(NO3-N)时间/minCOD/(mgL-1)好氧区缺氧区/(mgL-1)051015202530354045（a）工况I0100200300400500600700050100150200250300 COD(NH4+-N)(NO2-N)(NO3-N)时间/minCOD/(mgL-1)好氧区缺氧区/(mgL-1)051015202530354045（b）工况IV图5微塑料对SBBR典型周期内物质浓度变化的影响Fig.5Effect of microplastics on the concentration change of SBBR in typical cycle02468101214SOUR/(mgg-1h-1)微塑料质量浓度/(mgL-1)SOURT SOUR AOB SOUR NOB SOURC00.22.010.0 图6微塑料对不同菌种SOUR的影响Fig.6Effect of microplastics on sour of different strains96杨雪梅等，微塑料对序批式生物膜反应器除碳脱氮及N2O释放特征的影响anoxic sequencing batch biofilm reactor:Performance evaluation,nitrous oxide emission and microbial communityJ.Bioresource Technology,2019,285:121359.5WUNDERLIN P,MOHN J,JOSS A,et al.Mechanisms of N2O production in biological wastewater treatment under nitrifying and denitrifying conditionsJ.Water Research,2012,46(4):1027-1037.6巩有奎,任丽芳,彭永臻.不同盐度生活污水硝化及N2O释放特性J.水处理技术,2019,45(9):99-103.7PORRAS M A,VILLAR M A,CUBITTO M A.Novel spectrophotometric technique for rapid determination of extractable PHA using Sudan black dyeJ.Journal of Biotechnology,2017,255:28-32.8史文超,桂梦瑶,杜俊逸,等.典型微塑料对好氧反硝化菌群脱氮特性及反硝化相关基因的影响J.环境工程学报,2021,15(4):1333-1343.9刘沙沙,付建平,郭楚玲,等.微塑料的环境行为及其生态毒性研究进展J.农业环境科学学报,2019,38(5):957-969.10 CASTRO-BARROS C M,RODRGUEZ-CABALLERO A,VOLCKE E I P,et al.Effect of nitrite on the N2O and NO production on the nitrification of low-strength ammonium wastewaterJ.Chemical Engineering Journal,2016,287:269-276.11 YU R,CHANDRAN K.Strategies of Nitrosomonas europaea 19718 to counter low dissolved oxygen and high nitrite concentrationsJ.BMC Microbiology,2010,10(1):70-80.12 OEHMEN A,LEMOS P C,CARVALHO G,et al.Advances in enhanced biological phosphorus removal:from micro to macro scaleJ.Water Research,2007,41(11):2271-2300.13 SCHULER A J,JENKINS D.Enhanced biological phosphorus removal from wastewater by biomass with different phosphorus contents,part I:experimental results and comparison with metabolic modelsJ.Water Environment Research,2003,75(6):485-498.14 郑晓英,吴颜科,陈卫,等.Zn()长期作用对好氧颗粒污泥脱氮和微生物活性的影响J.水处理技术,2014,40(6):24-28.Effect of Microplastics on Carbon and Nitrogen Removal and N2O Release Characteristics in Sequencing Batch Biofilm ReactorYANG Xuemei,SU Yongxiang(College of Chemical and Environmental Engineering,Jiaozuo University,Jiaozuo 454000,China)Abstract:Microplastics are novel pollutants frequently detected in wastewater,however,the effects of microplastics on simultaneous nitrogen removal and N2O release in sequencing batch biofilm reactor(SBBR)are less explored.In this work,a pilot scale SBBR was established to investigate the effects of different microplastic concentrations(0,0.2,2.0 and 10.0 mg/L)on the carbon and nitrogen removal efficiency and N2O release in the long-term operation,and the related mechanisms were revealed.The results showed that the effects of low concentration of microplastics on the carbon and nitrogen removal efficiency and N2O release of SBBR were not obvious,but when the concentration of microplastics exceeded 2.0 mg/L,the carbon and nitrogen removal efficiency decreased and the N2O production increased.When the microplastic concentration was 10.0 mg/L,the effluent COD maintained at 35.337.9 mg/L,the removal efficiency of COD and NH4+-N decreased to 82.4%83.5%and 80.2%82.3%,respectively,which was lower than the working condition I.In addition,the N2O production was up to 10.2%10.8%.The analysis of polymer showed that high concentration of microplastics reduced the net synthesis of PHA and glycogen,which led to the consumption of internal carbon source and the lack of denitrification power.Specific oxygen uptake rate(SOUR)analysis showed that high concentration of microplastics reduced the total microbial metabolic activity.Keywords:microplastics;biological nitrogen removal;N2O;glycogen;specific oxygen uptake rateIn Situ Coupling Enhancement of Dye Degradation by Through-Flow Electrolysis-Adsorption and Its Mechanism AnalysisLI Xiaoliang1,XU Hao2,LU Sijia1,YANG Xinyu1,YAN Wei2,ZHENG Xing1*(1.State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region,Xian University of Technology,710048;2.Department of Environmental Science and Engineering,Xian Jiaotong University,710049:Xian,China)Abstract:To improve the efficiency of electrochemical oxidation,an in-situ integrated through-flow electrolysis adsorption coupling reactor(EA-R)was designed by filled different types of adsorption materials in the gap between anode and cathode.The typical dye acid red G(ARG)was selected as the simulated pollutant.The results showed that electrolysis coupled with PANI/TiO2 adsorption presented a better treatment effect on ARG simulated wastewater,and the decolorization rate and COD removal rate were much higher than that of single electrolysis treatment.Meanwhile,a synergistic effect between electrolysis and PANI/TiO2 adsorption was found.Four common fillers(quartz sand,natural zeolite,coke,and activated carbon)were evenly mixed with PANI/TiO2 to reduce the flow resistance of wastewater and improve the water permeability of EA-R.The results showed that all four electrolysis-adsorption modes had synergistic effects,in which EA-R filled with PANI/TiO2+coke showed the maximum synergistic coefficient(Sc)for wastewater decolorization and COD removal with 62.5%and 61.7%respectively.Compared with the single electrolysis,the energy consumption of per unit COD was reduced by 65.3%.Meanwhile,the degradation mechanism of ARG during electrolysis-adsorption process was very complex,including oxidation-reduction,electro-polymerization,and mutual reaction,etc.,among which the azo double bond of ARG molecule is more easily damaged,leading to significant decolorization of wastewater