降解五氯酚厌氧生物反应器微生物种群结构的分子特性研究

采用PCR—DGGE技术，对降解PCP厌氧生物反应器污泥颗粒化过程微生物种群结构的时空分布变化特性进行了初步研究．结果表明，随着PCP负荷增加与污泥的颗粒化，污泥真细菌、古细菌组成均发生明显变化．当反应器稳定运行时，反应器内上下层污泥微生物种群结构组成相似，真细菌相似性Cs在71．4～77．6之间，古细菌Cs在70．4～76．7之间．反应器一旦受污染物负荷冲击干扰，反应器上下层污泥真细菌组成相似性Cs降至43．3，古细菌降至35．2．测序表明，颗粒污泥中存在不可培养的脱氯细菌，优势产甲烷细菌为Methanosaeta concilii、Methanobacterium sp．、Methanobrevibacter sp．和Methanothfix soehngenii．     

运行负荷对酶制剂废水厌氧颗粒污泥形成的影响

通过逐步提高污泥负荷和一步提高污泥负荷2种方法,研究了UASB反应器中运行负荷对酶制剂废水厌氧颗粒污泥形成的影响．结果表明,逐步提高污泥负荷,有利于颗粒污泥的形成．对酶制剂废水厌氧处理而言,在一定程度上,脱氢酶活性的变化可以反映出处理体系中微生物活性的变化,辅酶F420含量变化可定性地判断污泥的产甲烷活性．同时,还从运行良好的反应器中分离到1株优势产甲烷细菌M3菌,依据其形态和生理生化特征,将该菌鉴定为甲烷球形菌属(Methanosphaera sp．)．     

厌氧处理含氯酚废水的颗粒污泥形成过程研究

在选择适宜的接种污泥前提下，即使有毒物五氯酚 存在，也完全可以使氯酚驯化污泥在模拟上流式厌氧消化反应器的启动、运行过程中颗粒化，形成降解并矿化ＰＣＰ的颗粒污泥，反应器运行性能随污泥颗粒化进程而逐步得到改善；分析了反应器内不同高度的颗粒污泥中不同营养类群细菌的数量垂直变化规律，并通过光学，电子显微镜观察了颗粒污泥的表面结构和主要微生物形态，发现丝状菌和杆菌是该颗粒污泥的优势菌。     

五氯苯酚对污泥性能和功能基因表达水平的影响

氯酚废水是一类广泛存在于环境的典型工业废水,具有显著的生态毒性,为探讨废水中氯酚类化合物对污泥性能和功能基因表达水平的影响,采用HRT（水力停留时间）为8 h、SBR（间歇曝气的序批式生物反应器）处理进水浓度为2 mg/L的PCP（五氯苯酚）废水,并与处理不含PCP的废水作对比分析,探讨PCP对污染物去除和微生物菌群的影响,并分析PCP诱导下污泥中Pseudomonas功能基因的表达水平.结果表明:①1~90 d,进水浓度为2 mg/L的PCP严重抑制污泥活性,出水ρ（COD_Cr）超过100 mg/L,PCP降解去除缓慢,而对照组出水ρ（COD_Cr）在31.6 mg/L左右波动.90 d后,降解PCP的优势菌群富集,水相、泥相PCP被降解去除,但PCP的毒性作用使其出水ρ（COD_Cr）仍高于对照组.②经PCP长期驯化污泥富集的优势菌属为Chondromyces、Ignavibacterium、Thauera、Pseudoxanthomonas、Bosea、Achromobacter、Comamonas和Salimesophilobacter,均归属于变形菌门和厚壁菌门,在降解氯酚类污染物方面起着重要作用.③当处理PCP的SBR处于稳定运行阶段时,SBR运行周期末污泥中降解PCP的菌属Pseudomonas调控ATP水解酶（ATPase）、过氧化氢酶（CAT）和细胞色素p450（CYP450）的功能基因表达被激活,而调控超氧化物歧化酶（SODb）、氨单加氧酶（AM）、脱氯水解酶（HDLH）和甘油三磷酸脱氢酶（GAPDH）的功能基因表达被抑制,即活性污泥中微生物调控不同基因的表达受进水PCP的抑制或激活.研究显示:进水PCP诱导SBR富集的优势菌属可实现废水中PCP的去除,起到削减废水毒性的作用;通过分析不同优势菌属的相关功能基因表达,可加强对不同微生物降解污染物机理的认识.      

固定化好氧菌和厌氧颗粒污泥在不同供氧条件下降解氯酚的研究

将厌氧颗粒污泥和4种氯酚的高效降解菌种固定化后,通过批处理实验较系统地研究了其在有限供氧、完全厌氧及好氧条件下在初始浓度为28和87μmol·L-1五氯苯酚(PCP)的降解过程.结果表明,完全厌氧过程尽管能有效降解低初始浓度PCP,但在高初始浓度下由于厌氧微生物本身缺乏吸收、同化其代谢产物单氯酚(MCP)和二氯酚(DCP)的能力,而导致了有毒代谢产物的积累,阻碍了其完全降解;在有限供氧条件下,通过厌氧颗粒中的厌氧菌群与好氧或兼性菌的协同作用,借助于好氧或兼性菌消除五氯苯酚厌氧过程中产生的抑制性的低氯酚等中间产物,从而使其较完全降解;与完全厌氧过程相比,混合固定化颗粒污泥在有限供氧系统具有较低的残留TOC值.厌氧好氧微生物菌群通过固定化在微环境中有效的结合在有限供氧条件下能完全彻底降解高氯代芳香化合物.     

微生物絮凝剂促进厌氧污泥颗粒化及其机制的研究

以市政污水消化污泥为种泥,一组投加微生物絮凝剂MBF21,另一组不投加MBF21作为对照,研究了微生物絮凝剂MBF21在低浓度下UASB反应器启动过程中厌氧污泥颗粒化的作用机理．在为期102d的实验中,对厌氧污泥颗粒的形成期、成长期、成熟期进行了系统的考察．至实验结束时,投加微生物絮凝剂组的厌氧颗粒污泥平均直径比对照组大0．3mm,产甲烷活性比对照组高31％以上．对厌氧颗粒污泥的扫描电镜及荧光显微照片观察中均发现了大量产甲烷菌．对微生物絮凝剂的红外光谱分析及污泥性能的测定结果确定了微生物絮凝剂促进厌氧污泥颗粒化的作用主要是吸附架桥．     

亚硝酸盐对厌氧产甲烷反硝化反应的抑制机理

为了研究亚硝酸盐作为反硝化底物时的厌氧同时产甲烷反硝化的反应机理,拓展厌氧同时脱碳脱氮理论在高氮有机废水中的实际应用,文章采用批式实验方法,对比研究亚硝酸盐对厌氧颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响。结果表明,亚硝酸盐浓度对厌氧颗粒污泥的活性有影响,在适宜的浓度条件下,随着亚硝酸盐的降解,颗粒污泥的活性会逐渐恢复,当亚硝酸盐浓度达到一定的抑制阙值时,例如试验条件下的400和600 mg/L,其对颗粒污泥的活性抑制是不可逆的;亚硝酸盐浓度对其本身参与的反硝化反应也有影响,但影响不大;亚硝酸盐浓度从20 mg/L增加到600 mg/L,其降解速率由22.26 mg/(h·g)增加至44.07 mg/(h·g)。在产甲烷活性恢复试验中,当反应样中的亚硝酸盐浓度分别为100、200、400、600 mg/L时,厌氧颗粒污泥的产甲烷活性比之前分别降低了4%、10%、100%、100%。     

不同好氧颗粒污泥中微生物群落结构特点

为了探讨活性污泥好氧颗粒化过程对微生物种群的影响、不同底物及不同颗粒化方法培养的好氧颗粒污泥中微生物群落结构的差异,以接种污泥、模拟废水好氧颗粒污泥和分别投加粉末活性炭和硅藻土的实际生活污水好氧颗粒污泥为研究对象,利用PCR-DGGE对比分析了接种污泥和好氧颗粒污泥中的微生物群落结构.结果表明:活性污泥好氧颗粒化过程会减少微生物种群多样性,影响颗粒污泥稳定性的细菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、难降解有机物降解菌等污水处理功能微生物都在颗粒化过程中得到保留.活性污泥好氧颗粒化过程中能够实现亚硝化细菌(AOB)一定程度的富集.与接种活性污泥相比,好氧颗粒污泥中AOB的多样性指数与均匀性指数均有提高.好氧颗粒污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).     

好氧颗粒污泥处理高含盐废水研究

试验采用序批式摇床反应器(SSBR)在高含盐废水中利用不同类型接种污泥培养出了好氧颗粒.结果表明,好氧颗粒污泥能够有效处理高含盐废水并且具有很好的抗盐度冲击能力.当废水盐度小于10 g/L NaCl并且进水基质为葡萄糖时,利用好氧颗粒污泥处理该废水可以取得70.3%～97.6%的TOC去除率.当进水盐度达到35 g/L NaCl并且进水基质为难降解Vc废水时,利用好氧颗粒污泥处理该含盐废水能够取得与相同基质相同运行条件下淡水废水中相似的70%的TOC去除率.试验在含盐废水中得到了粒径为0.5～3 mm的好氧颗粒污泥,其沉降速度大大高于淡水对照组中得到的好氧颗粒污泥沉降速度.相对淡水对照组中好氧颗粒污泥,含盐废水中好氧颗粒具有污泥产率更低、污泥活性(OUR)更高、颗粒稳定性更好的优势.从不同接种污泥类型来看,好氧絮状污泥和厌氧颗粒污泥接种都能快速实现污泥好氧颗粒化,但絮状污泥接种实现好氧颗粒化所需的时间更短.另外,在相同运行条件下,接种好氧絮状污泥反应器取得的TOC去除效果优于接种厌氧颗粒污泥反应器,但厌氧颗粒污泥接种具有更强的抗盐度冲击能力.     

UASB反应器处理CMC废水的启动特性研究

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,以高浓度羧甲基纤维素(CMC)废水为处理对象,研究了中温条件下UASB反应器的启动、颗粒污泥特性和废水处理效果.结果表明,采用接种颗粒污泥与消化污泥的混合泥进行培养,并逐步提高进水CMC废水浓度,运行80 d后,可实现UASB反应器的启动;当进水COD值达到4 000 mg/L,容积负荷6.86 kg/(m3.d),COD去除率在80%以上;反应器内污泥实现颗粒化,且颗粒污泥的比产甲烷活性良好.     

厌氧颗粒污泥对五氯苯酚的吸附、解吸和生物降解研究

在以氯苯酚驯化污泥接种的上流式厌氧反应器中可形成降解ＰＣＰ的厌氧颗粒污泥。在ＨＲＴ２０－２２ｈ,ＰＣＰ负葆率２００－２２０ｍｇ／（Ｌ．ｄ）时,该反应器可有效地处理含ＰＣＰ１７０－１８０ｍｇ／Ｌ的废水,ＰＣＰ去大于９９．５％ＰＣＰ在砂氧颗粒污泥上的吸附和解吸均符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温方程,吸附是部分不可逆的,该方程可较好地描述厌氧反应器内颗粒污泥对ＰＣＰ的吸附量的变化规律。试验表明厌氧颗粒污泥去     

厌氧颗粒污泥反应器修复模拟受PCP污染地表水的性能研究

研究了用于修复模拟受ＰＣＰ污染地表水的厌氧颗粒污泥反应器降解ＰＣＰ活性的维持条件和修复性能．结果表明，降解ＰＣＰ活性可通过连续提供电子供体和选择压力来维持，操作条件为ＣＯＤ进水／ＰＣＰ进水＞３０，此时反应器具有稳定的ＰＣＰ去除和产甲烷性能；颗粒污泥反应器修复受ＰＣＰ污染地表水的性能与过程稳定性受电子供体类型、数量的影响．当ＣＯＤ／ＰＣＰ＞１５０—２００，ＨＲＴ为０５ｄ时，含ＰＣＰ１２９１ｍｇ／Ｌ的模拟受污地表水经厌氧反应器修复后，其ＰＣＰ浓度可低于１ＰＰｂ，生物毒性明显降低．     

厌氧反应器中污泥迅速颗粒化研究

以实验室规模的厌氧膨胀污泥床反应器(简称EGSB)内的活性污泥为研究对象，主要讨论影响活性污泥迅速颗粒化的因素，以加快絮状污泥的颗粒化进程。采用对比的实验方法，分别在反应器内加入小球藻和活性炭为载体进行对照实验。结果表明，小球藻和活性炭的加入在迅速提高COD去除率，污泥粒径增大和增强颗粒污泥沉降性方面有明显优势，胞外多聚物的含量均比接种时和对照实验中的相关数据有明显增加，颗粒污泥表面以产甲烷丝状菌和杆状菌为主。小球藻和活性炭的加入有助于加快活性污泥的颗粒化进程。     

运行调控方式对好氧颗粒污泥特性的影响

采用厌好氧交替的SBR反应器培养好氧颗粒污泥,研究不同运行调控方式形成的好氧颗粒污泥性质的差异。结果表明,通过进料负荷和沉降时间的调控,都可以实现好氧污泥完全颗粒化。通过进料负荷调控培养出的好氧颗粒,污泥浓度大,颗粒周围原后生动物丰富,颗粒存在核心,从中心到表面有明显分层;使用短沉降时间调控培养出的好氧颗粒污泥,颗粒粒径均匀,表面有丝状微生物伸出,污泥浓度较小,颗粒周围少见原后生动物,颗粒从中心到表面无明显分层。两种颗粒的微生物分布具有相似性,即颗粒表面多为杆菌,中心以球菌为主。两种颗粒形成过程中,污泥浓度变化很大,但污泥均保持较高的沉降性,污泥良好的沉降性是形成好氧颗粒污泥的必要前提。     

Production and application of anaerobic granular sludge produced by landfill

Sludge granulation is considered to be the most critical parameter governing successful operation of an upflow anaerobic sludge blanket and expanded granular sludge bed(EGSB)reactors.Pre-granulated seeding sludge could greatly reduce the required start- up time.Two lab-scale and a pilot-scale EGSB reactors were operated to treat Shaoxing Wastewater Treatment Plant(SWWTP) containing wastewater from real engineering printing and dyeing with high pH and sulfate concentration.The microbiological structure and the particle size distribution in aerobic excess sludge,sanitary landfill sludge digested for one year,and the granular sludge of EGSB reactor after 400 d of operation were analyzed through scanning electron microscopy (SEM) and sieves.The lab-scale EGSB reactor seeded with anaerobic sludge after digestion for one year in landfill showed obviously better total chemical oxygen demand (TCOD)removal efficiency than one seeded with aerobic excess sludge after cation polyacrylamide flocculation-concentration and dehydration.The TCOD removed was 470.8 mg/L in pilot scale EGSB reactor at short hydraulic retention time of 15 h.SEM of sludge granules showed that the microbiological structure of the sludge from different sources showed some differences.SEM demonstrated that Methanobacterium sp.was present in the granules of pilot-scale EGSB and the granular sludge produced by landfill contained a mixture of anaerobic/anoxic organisms in abundance.The particle size distribution in EGSB demonstrated that using anaerobic granular sludge produced by sanitary landfill as the seeding granular sludge was feasible.     

基于不同接种污泥复合型厌氧氨氧化反应器的快速启动特征

为获得快速启动厌氧氨氧化的最佳污泥源及厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成工艺,采用本实验室自主研发复合型CAMBR反应器(厌氧折流板反应器(ABR)+膜生物反应器(MBR),分别接种厌氧颗粒污泥(R1)和絮状反硝化污泥(R2),考察不同接种污泥的厌氧氨氧化启动特征和颗粒化程度.结果表明,R1与R2反应器分别耗时45 d和60 d均成功快速启动厌氧氨氧化,其启动过程均可分为活性停滞期、活性提高期、活性稳定期3个阶段,但每个阶段氮素的去除规律略有不同,稳定运行期内,R1和R2反应器内NH_4~+-N和NO-2-N的平均去除率均高达95%以上;此外,R1反应器中形成了直径0.8~1.6mm为主的厌氧氨氧化红色颗粒污泥,R2反应器则以不规则块状和絮状为主,颗粒化程度较低,两个反应器内均可观察到红色颗粒污泥上浮现象;稳定运行期内NH_4~+-N、NO-2-N和NO_3~--N之间的定量关系分析表明:R1反应器内可能存在着硝酸盐型厌氧氨氧化,致使NH_4~+-N过量转化,R2反应器内则为典型亚硝酸盐型厌氧氨氧化.     

Production and the application of anaerobic granular sludge produced by landfill

Sludge granulation is considered to be the most critical parameter governing successful operation of an upflow anaerobic sludge blanket and expanded granular sludge bed (EGSB) reactors. Pre-granulated seeding sludge could greatly reduce the required start-up time. Two lab-scale and a pilot-scale EGSB reactors were operated to treat Shaoxing Wastewater Treatment Plant containing wastewater from real engineering printing and dyeing with high pH and sulfate concentration. The microbiological structure and the particle size distribution in aerobic excess sludge, sanitary landfill sludge digested for one year, and the granular sludge of EGSB reactor after 400 d of operation were analyzed through scanning electron microscopy (SEM) and sieves. The lab-scale EGSB reactor seeded with anaerobic sludge after digestion for one year in landfill showed obviously better total chemical oxygen demand (TCOD) removal efficiency than one seeded with aerobic excess sludge after cation polyacrylamide flocculation-concentration and dehydration. The TCOD removed was 470.8 mg/L in pilot scale EGSB reactor at short hydraulic retention time of 15 h. SEM of sludge granules showed that the microbiological structure of the sludge from different sources showed some differences. SEM demonstrated that Methanobacterium sp. was present in the granules of pilot-scale EGSB and the granular sludge produced by landfill contained a mixture of anaerobic/anoxic organisms in abundance. The particle size distribution in EGSB demonstrated that using anaerobic granular sludge produced by sanitary landfill as the seeding granular sludge was feasible.     

高浓度Vc生产废水培养好氧颗粒污泥的试验研究

采用高浓度难降解的Vc生产废水可以在SBR反应器中培养出好氧颗粒污泥.转化母液反应器中污泥实现完全颗粒化,得到的好氧颗粒污泥粒径为0.2～1 mm,平均沉降速度为31.2 m·h^－１;精制或提取母液反应器中污泥部分颗粒化,得到的颗粒粒径为0.5～2.5 mm,平均沉降速度为26.3 m·h^－１.由于形成好氧颗粒污泥,反应器系统表现出良好的运行性能,在进水COD 1 000～1 500　mg·L^－１时去除率达到80%左右.如果反应器进水中补充加入一定浓度的易降解有机物,处理系统的去除效率还可进一步提高并能缩短启动时间.通过观察和比较不同进水反应器中的生物相发现,好氧颗粒污泥中出现的原后生动物种类及生物相丰富程度不仅与反应器运行状态有关,更重要的是取决于反应器中的进水水质.实验中好氧颗粒污泥的形成过程经历了污泥复活、污泥驯化和污泥颗粒化3个阶段.在运行控制过程中通过将沉降时间作为培养好氧颗粒污泥的一个关键控制参数,它既可以去除反应器中沉降性差的污泥还可以在短时间内调节反应器中的运行负荷,从而促进反应器中好氧污泥快速实现颗粒化.     

升流式厌氧污泥床处理含五氯酚废水的研究

研究了升流式厌氧污泥床反应器(UASB)在中温条件下处理含五氯酚(PCP)模拟废水时工艺特点及PCP降解机理。结果表明:①在以处理啤酒废水的厌氧颗粒污泥为接种物(VSS接种量约15 g /L),运行温度为(35±1) ℃,水力停留时间为20～24 h,进水COD浓度为2 500～2 800 mg/L;进水PCP浓度由1.0 mg/L上升至8.0 mg/L条件下,120 d左右完成启动,PCP和COD去除率分别为94%及86%以上。②高效液相色谱仪检测结果分析表明,PCP厌氧降解的途径是首先经间位脱氯生成四氯酚和2,4,6－三氯酚,再经邻位和对位脱氯生成2,4－二氯酚和邻氯苯酚,最后矿化为CH₄和CO₂。