基于呼吸计量法的异养菌动力学参数优化估计

利用双水解模型对活性污泥数学模型(ASM)进行改进,并通过呼吸计量试验和非线性最优化算法建立了异养菌动力学参数的优化估计方案.该方案在上海2个污水处理厂的测定结果表明,经优化求解后,ASM改进模型能够准确模拟批式试验的耗氧速率曲线.26℃下,曲阳厂和白龙港厂活性污泥的异养菌衰减系数分别为0.58,0.55d-1,异养菌最大比增长速率常数(均约为4d-1)和半饱和常数(2.00,2.36mg/L)较为接近.白龙港厂进水中慢速可生物降解有机物的水解速率明显高于曲阳厂,这是由于长距离管道输送显著降低水解组分的粒径所致.     

活性污泥数学模型中异养菌产率系数的测定研究

利用活性污泥数学模型预测污水生物处理系统,首先必须确定其参数和水质组分。采用间歇活性污泥法和呼吸计量法对活性污泥数学模型中异养菌产率系数γ_H进行测定研究。结果表明,间歇活性污泥法测定结果重现性较差,试验控制条件比较严格;呼吸计量法测定结果准确性较高,重现性良好,因而,呼吸计量法是比较可行的γ_H测定方法。     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

上海市供水管网中异养菌生长水平及相关指标变化

以上海市某水厂实际供水管网为研究对象,对其管网水中异养菌生长水平和其它相关物理、化学指标的变化规律进行了检测分析.结果表明,在所研究供水管段中,悬浮水中所含细菌主要是以有机物为营养的异养菌;随着供水距离延长,悬浮水中BDOC逐渐增加,伴随异养菌数量和浊度呈增加趋势;在研究管段中,悬浮水中各形态氮的变化表明水中存在一定的亚硝化作用,而且亚硝酸盐含量同异养菌具有相同的升高变化趋势;管网水中总磷含量与异养菌数量也随供水距离延长同时增加.     

城市河流异养菌耐药状况及微生物群落结构特征

为深入了解城市河流中细菌的耐药状况和微生物群落结构特征,在西安市浐河和灞河河段8个采样点以及某污水处理厂二级出水排放口采集水样,利用细菌培养技术、PCR检测和DGGE(变性梯度凝胶电泳)分析技术,对河流中异养菌耐药率、四环素抗性基因以及微生物群落结构进行研究. 结果表明:浐河和灞河水样中异养菌对SMZ(磺胺甲恶唑)、TET(四环素)、CIP(环丙沙星)和CTX(头孢噻肟)的平均耐药率分别为18.3%、6.2%、2.7%和1.3%,耐药率高低顺序与污水厂排放水中的异养菌相同. 城市河流中异养菌浓度与其耐药率并不存在显著的相关性. 与上游河段相比,污水厂排放口下游河段的异养菌浓度没有明显增加,但对多种抗生素的耐药率却有所升高. 浐河和灞河中四环素抗性基因主要是tetA和tetB,检出率分别为100%和75%,这意味着城市河流中异养菌对TET的耐药性可能主要通过编码外输泵蛋白的抗性机制来实现. 污水厂排放水进入城市河流,并未显著影响河流中的微生物群落结构,但却使某些原有的敏感物种消失,而病原菌或条件致病菌在邻近污水厂排放口的下游河段则有所增加.      

再生水补给对景观湖异养菌耐药性和微生物群落的影响

为了解再生水补给对景观水体微生物组成及其特性带来的影响,该文选取以再生水为补给水源的景观湖采样调查,并构建再生水补给模拟系统进行实验研究。通过抗生素抗性平板检测,研究了再生水补给过程中异养菌含量及其对常见抗生素的耐药率的变化。通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术,分析了可培养异养菌和典型的耐药性异养菌群落在再生水补给过程中的动态变化。结果表明,再生水中的可培养异养菌含量为350 CFU/mL,其对磺胺甲恶唑、氨苄西林和四环素的耐药率分别为11.53%、8.11%和5.42%,接受再生水补给的景观湖中异养菌含量为4.92×106CFU/mL,高出再生水的约4个数量级,而耐药率则显著低于再生水（p<0.05）。再生水补给过程中,随着时间的推移,异养菌对于这3种抗生素的耐药率逐渐降低,但水中的微生物群落相似度则逐步升高,群落结构趋于稳定。假单胞菌是再生水补给过程中持久存在的耐药菌,在再生水补给的景观湖中也是优势异养菌,需要特别注意其导致的健康风险。     

ASMs模型中异养菌减衰系数之间的关系及其测定

国际水协(IAWQ)推出的ASM1、ASM2、ASM2D号模型中描述微生物的衰亡过程采用了死亡-再生模式,而ASM3号模型中描述微生物的衰亡则采用了传统减衰模式,文章从两种减衰模式的机理出发,指出了两者之间的区别与联系,并详细推导了两种减衰模式中各参数之间的关系,以此得出了异养菌传统减衰系数bH'和死亡-再生减衰系数bH的测定计算方法。文中在20℃条件下,对以印染废水为主的实际污水处理厂活性污泥的异养菌减衰系数bH'和bH进行了测定,所得结果分别为0.20和0.50。     

石化废水易降解成分对活性污泥耗氧抑制毒性评价的干扰因素

为评价某石化混合废水的毒性,采用活性污泥耗氧速率抑制试验研究不同φ(石化废水)对活性污泥中不同菌群的抑制及其影响因素. 结果表明,所用石化废水对活性污泥中的硝化细菌具有明显毒性,其EC₅₀(半抑制效应浓度,以φ计)为9%左右;同时,该废水对异养菌的耗氧具有较强的促进作用,φ(石化废水)为100%时I_H(异养菌耗氧速率抑制率,131%)最高,这种促进作用对R_T(总耗氧速率)测定有显著影响(R=0.991,P<0.05),因此,仅以R_T评价废水毒性容易造成对废水真实毒性的低估. 5种常见易降解基质(乙酸钠、葡萄糖、甲醇、生活污水、丙酸钠)中,ρ(甲醇)为15 mg/L时对异养菌促进效果显著(P<0.05),促进率达50%以上;而在高浓度条件下,乙酸钠、葡萄糖、甲醇、丙酸钠对异养菌均有显著促进作用(P<0.05),R_H(异养菌耗氧速率)最高提高了182%. 研究显示,石化废水中的乙酸盐等易降解成分是活性污泥耗氧速率抑制试验的重要干扰因素.      

污泥负荷对生物处理系统耐药细菌的影响研究——以活性污泥法中磺胺嘧啶抗性异养菌为例

为了研究污水生物处理工艺中抗药性细菌生长和分布特性及污泥负荷的影响,构建了不同处理负荷的活性污泥工艺,并以磺胺嘧啶抗性异养菌为例,阐述了污泥负荷对活性污泥系统中典型抗药细菌的生长及排放特性的影响.结果表明,污泥负荷增大有利于磺胺嘧啶抗性异养菌的生长繁殖,负荷提高后净比生长速率和细菌产量分别由0.32d-1和2.3×106CFU/d提高至0.33d-1和3.1×106CFU/d,活性污泥、出水和剩余污泥中抗药菌的浓度也均显著提高(P0.05),但对抗药细菌的相对丰度无显著改变.低污泥负荷下[0.24kg COD/(kg MLSS?d)]抗药细菌主要通过剩余污泥形式排放,排放量比(泥中排放量/水中排放量)为28.4;负荷提高至0.4kg COD/(kg MLSS?d)后,出水抗药细菌排放量显著提高,排放量比为1.1.处理相同水量,高污泥负荷下排放的抗药细菌总量明显降低,提高污泥负荷有利于活性污泥系统抗药性风险的控制.     

ASM3模型的改进和应用

以ASM3原理为基础,引入污染物迁移方程,并加入位移变量,建立了基于ASM3的改进活性污泥模型模拟系统。以序批式呼吸计量试验对ASM3中异养菌好氧产率系数YH1O2、异养菌好氧内源呼吸速率系数bH1O2、异养菌的最大比生长速率μH和自养菌的最大比生长速率μA等4个重要的模型参数进行了确定,其它参数采用IWA推荐的典型值对工艺试验进行模拟。通过对COD,NH4^＋-N以及NO3^- -N进行模拟,模拟结果和实测结果吻合较好。     

ECOSUNIDE工艺中活性污泥生物代谢活性的测定研究

利用差压仪测定原理,设计了在差压瓶中密闭投加基质的试验方法,测定了ECOSUNIDE工艺和其它4个不同工艺的污水处理厂曝气池混合液中活性污泥的生物代谢能力,通过内源呼吸速率和投加基质后的外源呼吸速率来表达生物代谢能力,采用各自的比呼吸速率用来比较单位污泥浓度的生物代谢活性能力。研究结果表明,具有高效脱氮除磷能力的ECOSUNIDE工艺中活性污泥在1～2 d时段内的比内源呼吸速率为43 mg O2(/gVSS.d),投加醋酸钠和氨氮后比外源呼吸分别为450和283 mg O2(/gVSS.d),均高于其它不同工艺的普通进水方式污水处理厂混合液相应的呼吸速率。该工艺在提高活性污泥中异养菌和自养菌代谢能力,缩短污染物去除时间上有较明显的优势。     

短期氮磷添加对祁连山亚高山草地土壤呼吸组分的影响

为探究短期氮磷添加对祁连山亚高山草地土壤呼吸及其组分的影响,于2019年6~8月采用随机区组设计,设置氮添加［10 g ·（m² ·a）^-1,N］、磷添加［5 g ·（m² ·a）^-1,P］、氮磷混施［10 g ·（m² ·a）^-1N、5 g ·（m² ·a）^-1P,NP］、对照（CK）和完全对照（CK''）这5个处理,测定了土壤总呼吸速率及其组分.结果表明,氮添加对土壤总呼吸和异养呼吸的降低速率均低于磷添加［-16.71% vs.（相对照,下同）-19.20%;-4.41% vs.-13.05%］,但对自养呼吸的降低速率高于磷添加（-25.03% vs.-23.36%）,而氮磷混施则对土壤总呼吸速率无显著影响.土壤总呼吸速率及其组分与土壤温度均呈显著的指数相关,其中氮添加降低了呼吸速率的温度敏感性（Q₁₀：-5.64%~0.00%）,而磷添加增加了Q₁₀（3.38%~6.98%）,氮磷混施降低了自养呼吸速率但增加了异养呼吸速率的Q₁₀（16.86%）,从而降低了土壤总呼吸速率的Q₁₀（-2.63%~-2.02%）.土壤pH、土壤全氮和根系磷含量与自养呼吸速率均具有显著相关性（P<0.05）,而与异养呼吸速率无显著相关,且根系氮含量只与异养呼吸速率呈显著负相关（P<0.05）.总体上,自养呼吸速率对氮添加更加敏感,而异养呼吸速率对磷添加更加敏感,氮或磷添加均显著降低了土壤总呼吸速率,而氮磷混施并未显著影响土壤总呼吸速率,此结果可为准确评估亚高山草地土壤碳排放提供科学依据.     

内源呼吸过程溶解性代谢产物的光谱特性分析

微生物内源呼吸期对污水处理过程具有重要意义.为了更清晰地了解微生物内源呼吸过程,采用三维荧光光谱、紫外光谱结合呼吸图谱对微生物内源呼吸过程进行解析.结果表明,三维荧光光谱和紫外光谱在内源呼吸各个阶段有明显的不同:1内源呼吸快速下降期(第1 d):腐殖酸峰的激发波长(Ex)和发射波长(Em)分别出现5 nm、6 nm的蓝移,荧光指数f450/500和HIX(humification index)分别减小了9.3%、0.2%,UV253/203和UV254分别增加了37.5%、200%,预示着混合液中可生物降解有机物的存在;2内源呼吸慢速下降期(第2 d):f450/500增加了0.5%,HIX减小0.2%,UV253/203减小了20%,UV254增加了16.7%,预示着细胞可能出现了水解或自溶;3内源呼吸稳定期(第3~5 d):腐殖酸峰基本保持不变预示了微生物适应了饥饿环境.本研究从代谢产物的角度解析了内源呼吸过程,为污水处理过程控制提供了新的思路.     

黄土丘陵区退耕草地土壤呼吸及其组分对氮磷添加的响应

为探究不同氮磷添加水平对黄土丘陵区退耕草地土壤呼吸及其组分的影响,于2018年5～9月采用田间试验的方法,设置3个施氮(以N计)主区[0、50和100 kg·(hm~2·a)~(-1)]和3个施磷(以P_2O_5计)副区[0、40和80 kg·(hm~2·a)~(-1)].测定每月各处理下土壤总呼吸和异养呼吸速率,以及土壤温度和土壤含水量.结果表明,氮磷添加对土壤温度和土壤水分的影响均不显著(P 0. 05).土壤呼吸速率具明显月份变化特征,在7月达到峰值.未施肥处理的月平均土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸分别为0. 69、0. 39和0. 29 g·(m~2·h)~(-1).未施氮条件下,施磷对土壤呼吸及其组分无显著影响(P 0. 05).施氮条件下,磷添加显著提高土壤呼吸及其组分的呼吸速率(P 0. 05),氮磷配施后月平均土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸最大值分别为0. 93、0. 50和0. 47 g·(m~2·h)~(-1).未施肥的土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的Q_(10)值分别为1. 86、2. 36和2. 24;氮磷添加降低了土壤呼吸及其组分的Q_(10)值.总体上,氮磷添加对黄土丘陵区退耕草地土壤呼吸及其组分的影响与施氮磷量有关.     

溶解氧对单级颗粒污泥自养脱氮系统影响的模拟

为了研究溶解氧对SBR单级颗粒污泥自养脱氮系统的影响,基于活性污泥ASM3模型和短程硝化-硝化-反硝化模型,将颗粒污泥传质过程与氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AAOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNF）的生长过程、好氧内源呼吸及缺氧内源呼吸过程等耦合,建立了单级自养脱氮颗粒污泥动力学模型,并对颗粒内部基质浓度分布进行预测.结果显示,当DO为0.4mg/L时,好氧区和缺氧区（厌氧区）的比例为0.4：1;当DO为0.6mg/L时,颗粒污泥好氧区与缺氧区（厌氧区）的比例为3：1.同时,根据基质反应速率方程,建立了颗粒污泥的单级自养脱氮系统动力学模型,对SBR系统运行效果进行预测,结果显示,DO为0.6mg/L时,氨氮反应完全,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在5mg/L以下,总氮去除率模拟值为89%左右,略低于实际测量脱氮率95%.     

陆地生态系统土壤呼吸时空变异的影响因素研究进展

土壤呼吸是碳循环中的1个重要过程,土壤呼吸作用的过程及其影响因子对理解陆地碳循环极为关键.本文对迄今为止国内外关于土壤呼吸时空变异性影响因素的一些研究进行综述,分析了气候、植被、土壤因素对土壤呼吸变异性的影响规律.以往的研究表明,气候因素中对土壤呼吸具有重要影响的因子为气温和降水,植被因素中对土壤呼吸具有重要影响的因子...     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

中国陆地生态系统土壤异养呼吸变异的影响因素

土壤异养呼吸是生态系统碳平衡估算中的关键因子之一.通过文献调研,收集了中国陆地生态系统中土壤异养呼吸的观测数据,同时收集整理了试验地点气候资料(年总降水量和年平均气温)和环境因子(如树木生长年龄)指标.结果表明,异养呼吸与土壤呼吸的关系可用幂函数方程描述,异养呼吸随土壤呼吸的增大而增大,该幂函数方程可解释异养呼吸73%(R2=0.730,P<0.001)的变异.异养呼吸与年总降水量以及年平均气温的关系均可用一元线性方程描述.异养呼吸占土壤呼吸的比例与年总降水量、年平均气温的关系均可用对数回归方程描述,异养呼吸占土壤呼吸的比例随年总降水量的增大和年平均气温的升高而减小.异养呼吸占土壤呼吸的比例随树龄的增大而增大,两者之间的关系可用幂函数方程描述.进一步的结果表明,经验模型模拟得到的异养呼吸模拟值与实际样地观测结果之间呈显著的线性回归关系,采用的经验统计模型可较好地模拟异养呼吸的变异.