好氧活性污泥中的产甲烷菌

通过最可能数(MPN)计数试验,发现在四种好氧活性污泥中存在产甲烷菌,数量在10~3—10~9/gVSS,其中有利用H_2/CO_2的氢营养型产甲烷菌和既能利用乙酸盐、又能利用H_2/CO_2的混合营养型产甲烷菌,可能还有利用乙酸盐的乙酸盐营养型产甲烷菌。活性污泥中存在产甲烷菌可能与污泥絮体内存在厌氧核心和某些产甲烷菌的耐氧性有关。     

高温条件下初始pH值对污泥-餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH4的影响

污泥-餐厨垃圾厌氧消化产氢产CH₄可将城市有机废弃物转化为可再生能源H₂、CH₄,对实现碳减排发挥着重要作用。通过批式试验探究高温条件下(55±1℃),不同初始pH值对污泥和餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH₄的影响。研究结果表明:适度地增加产氢余物的碱度会提高产CH₄效能,而过低的初始pH则抑制了产氢余物产CH₄效能。初始pH=8时,CH₄最高浓度(79.08%)、累积产甲烷量(101 mL/g DS)和最大CH₄生产速率(12.21 mL/d)均达到最大。不同初始pH下,总糖和总蛋白质的降解量跟累积产甲烷量呈正相关,其中总蛋白的降解量及降解率均高于总糖。初始pH=8时,总糖和总蛋白质的降解量及降解率最高,分别为6078 mg/L、55.70%和4710 mg/L、69.67%。不同初始pH值下,产氢余物厌氧消化后的pH都趋于7.5左右。     

UASB反应器中产甲烷菌对温度胁迫的响应

采用间歇培养方式探讨了升流式厌氧污泥床(UASB)反应器中不同营养类型产甲烷菌对温度胁迫的响应规律.研究结果表明,产甲烷螺旋菌(Methanospirillum)是该反应器的主要氢营养型产甲烷菌,而主要乙酸营养型产甲烷菌为产甲烷丝状菌(Methanosaeta).在35℃条件下,氢营养型和乙酸营养型产甲烷菌的累计甲烷产量分别为24.7,11.7mL,而最大产甲烷速率分别为0.74,0.18mL/h.当温度从35℃分别降低至30,25,20,15℃时,导致氢营养型产甲烷菌的累计产甲烷量分别减少了14.2%,34.0%,47.0%,57.5%,而乙酸营养型产甲烷菌的累计产甲烷量分别减少了5.1%,23.9%,45.3%,95.7%.由此可见,在20~30℃时氢营养型产甲烷菌对温度胁迫更加敏感,而在15℃以下时乙酸营养营养型产甲烷菌对温度胁迫更加敏感.     

多因素共同作用对中温条件下污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H2的影响

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂既可减少环境污染,又可制备清洁能源,是一种理想的有机固废处理处置技术。通过4因素5水平正交设计的批式实验及产氢动力学,探究餐厨垃圾C/N、混合体系C/N、含水率、初始pH值4个主要因素共同作用对中温条件下污泥餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂的影响。极差与方差分析结果表明：4个主要因素对联合厌氧发酵产H₂结果影响较明显,而餐厨垃圾C/N和混合体系C/N的交互作用对产H₂结果的影响不显著。不考虑交互作用,以比氢气产量为产H₂效能主要表征指标,最终确定餐厨垃圾C/N为20,联合发酵体系C/N为10,初始pH值为7,含水率为90%时,产H₂效能最佳,此时的累积产氢量为1499.6 mL,比氢气产量为140.96 mL H₂/g DS,最大产氢速率为21.73 mL H₂/h,最大H₂浓度为55.79%。     

ABR发酵产氢系统的控制运行及产氢效能

以稀释糖蜜为原料,通过分阶段提高进水COD的方法,考察了四格式、总有效容积为28.75L厌氧折流板反应器(ABR)的发酵产氢效能和运行特性.结果表明,以好氧和厌氧活性污泥的混合物接种,在水力停留时间(HRT)24h、进水pH为5.3～6.8和35℃等条件下,进水COD从500mg.L-1逐渐提高到6000mg.L-1左右,ABR可在63d内培育出具有产甲烷功能的微生物群落体系,并达到稳定运行状态.此时,4个格室中的液相末端产物以乙酸和丁酸为主,均呈现丁酸型发酵特征,系统的COD平均去除率为37.6%,平均产氢量为3.2L.d-1,去除单位COD的比产氢率平均为45.29L.kg-1(以COD计).随着进水COD的提高,ABR及各格室的运行特征也随之发生变化,在进水COD提高到8000mg.L-1并达到运行稳定状态时,后3个格室中仍有产甲烷活性的残留;前3个格室表现为乙醇型发酵,而最后1个格室的丁酸型发酵特征则得到加强;系统对COD的平均去除率降低为15.4%,平均产氢量和去除单位COD的产氢能力分别提高到12.85L.d-1和360.22L.kg-1(以COD计);由于诸如产甲烷菌和同型产乙酸菌的耗氢活性未被有效抑制,ABR的产氢效能受到了严重影响,虽然总产气速率和活性污泥的比产气率分别达到了61.54L.d-1和232L.kg-.1d-1(以MLVSS计),但总产氢速率和活性污泥的比产氢率分别仅为12.85L.d-1和48L.kg-1.d-1(以MLVSS计).     

双膜曝气生物膜反应器除水中硝氮和高氯酸盐

构建了一种以CO₂为唯一碳源的膜曝气氢基质生物膜反应器（H₂-MBfR）对模拟地下水中2种主要的氧化型无机无污染物（NO₃^--N和ClO₄^-）进行生物还原去除.通过膜曝气方式使CO₂起到提供碳源和调节反硝化过程中pH值跃升的双重作用,克服了传统方法所带来的二次污染和运行成本增加的问题.通过调整H₂和CO₂压力能够实现对反应器出水pH值的较为稳定的控制,当CO₂压力分别为0.05MPa和0.08MPa 2个阶段时,在平均NO₃^--N和ClO₄^-进水浓度分别为20.73mg/L和10.57mg/L条件下,两阶段出水平均pH值分别为8.45和8.06,NO₃^--N和ClO₄^-去除率均大于95%;当第3阶段CO₂压力提升至0.12MPa时,平均出水pH值下降至6.93,此时NO₃^--N和ClO₄^-去除通量明显降低.而提供过量的CO₂会导致在偏酸性条件下甲烷化过程的产生,从而会导致其对H₂的负面消耗进而使目标污染物的还原速率下降.因此,合理控制CO₂压力使反应体系pH值维持在中性偏碱性条件下有利于NO₃^--N和ClO₄^-还原过程的高效进行.     

Ce~(3+)对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce3+对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce3+浓度＜1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce3+浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量＜3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce3+的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

淀粉污泥酸处理产氢特性及微生物多样性研究

以淀粉厂厌氧活性污泥为对象,探讨了经酸处理后污泥的产氢特性.结果表明,酸处理后的活性污泥反应系统,其产氢量均大于未经处理的活性污泥反应系统,其中最适产氢酸处理pH值为4.0、处理时间为0.5 h.通过细胞裂解直接提取活性污泥细菌基因组DNA,PCR扩增细菌16S rRNA基因V3区和变性梯度凝胶电泳分离,获得酸处理活性...     

活性污泥及其与秸秆共基质的厌氧消化特性

为分析秸秆对污泥厌氧消化特性的影响,在中温[（35±1）℃]条件下,研究了活性污泥单基质及其与秸秆共基质在SRT（固体停留时间）分别为10和15 d,以及C/N（质量比）分别为5.5:1、10.0:1的情况下,厌氧消化产沼气量及其组分、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）、ρ（COD_Cr）及ρ（VFA）[以ρ（乙酸）计,其中VFA为挥发性短链脂肪酸]的变化特性.结果表明:活性污泥-秸秆共基质厌氧消化在SRT为10、15 d时,累积沼气产量为5 818.0、9 026.0 mL,比活性污泥单基质的沼气产量（4 930.0、7 760.0 mL）分别提高了15.3%、14.0%;共基质所产沼气中φ（CH₄）最高为69.3%,比活性污泥单基质高出15.4%.此外,在SRT为10和15 d时,活性污泥-秸秆共基质厌氧消化COD_Cr去除率分别为25.0%和28.0%,优于单基质的10.2%和13.1%;共基质平均ρ（NH₄+-N）分别为278.5和254.9 mg/L,单基质平均ρ（NH₄+-N）分别为215.6和213.5 mg/L;活性污泥-秸秆共基质平均ρ（TP）分别为168.6和175.9 mg/L,高于活性污泥单基质的129.2和152.2 mg/L.共基质有利于厌氧消化液中有机物的提高,从而增加ρ（VFA）、提高甲烷产量.研究显示,共基质可优化厌氧消化底物的C/N,促进厌氧消化反应,提高产气量.      

一株稻田土壤梭状芽孢杆菌的分离及其固氮产氢能力研究

为研究水稻土壤中协同固氮产氢菌的固氮产氢特性,拓展协同固氮产氢菌菌种资源,利用厌氧微生物富集培养、亨盖特厌氧滚管等技术,从华南稻田土壤中筛选到一株同时具有产氢和固氮能力的菌株BZ-1. 经形态学观察及16S rRNA基因序列系统发育分析,鉴定菌株BZ-1属于梭状芽孢杆菌属(Clostridium sp.). 通过测定产氢量、生物量、发酵产物及固氮酶酶活等,对菌株BZ-1的产氢能力及协同固氮产氢特性进行分析. 结果表明:菌株BZ-1发酵34.55 mmol/L葡萄糖可产生42.19 mmol/L H₂,主要副产物为丁酸(15.96 mmol/L)、乙酸(7.14 mmol/L)和乳酸(5.09 mmol/L);菌株BZ-1具有固氮酶活性,能够以N₂为唯一氮源进行生长;菌株BZ-1固氮产氢时,相比于添加7 mmol/L氯化铵的试验组,产氢量提高了14.71%,最大生物量降低了33.33%,乙酸产量提升了61.49%. 研究显示,菌株BZ-1在协同固氮产氢条件下固氮能力的提升、生物量的降低以及核心碳代谢途径的改变可能是其产氢量提升的原因. 固氮产氢菌株BZ-1的获得将为提高土壤肥力以及缓解铅、镉等重金属对农作物的胁迫作用提供新的思路.      

厨余垃圾厌氧发酵失稳调控及微生物群落分析

针对厨余垃圾厌氧发酵过程中容易积累丙酸和丁酸导致反应体系酸化失稳的问题,驯化了富集耐丙酸和耐丁酸厌氧发酵菌群的接种菌泥,探究利用其对厨余垃圾干式厌氧发酵酸化失稳体系进行调控后对甲烷产量和微生物群落的影响.酸化失稳厌氧体系中添加耐丙酸菌泥调控后,与空白对照组相比反应体系中丙酸浓度削减6900.81mg/L,累积甲烷产量提...     

电刺激条件下初始pH值对剩余污泥厌氧消化效果的影响

在厌氧消化反应器中施加0.6V电压刺激,考察初始pH值(3,5,7,9,11)对剩余污泥厌氧消化效果的影响.结果表明,当初始pH值为9、厌氧消化至32d时,污泥挥发性固体有机物去除率为38.1%,甲烷产率为224mLCH₄/g VS;同样的消化时间内,初始pH值为7的对照组,其挥发性固体有机物去除率为32.2%,甲烷产率仅为162mLCH₄/g VS.调节初始pH值可加速污泥水解酸化过程,其中pH值为11时,水解酸化效果最好,比其他pH值条件下产生更多的挥发性脂肪酸(VFAs).在产酸高峰期,初始pH值为3、11时,乙酸和丁酸是主要产物;初始pH值为5、7、9时,主要产物是乙酸和丙酸.调节初始pH值能加速氨氮的释放,且pH值为酸性(3,5)时的氨氮浓度高于碱性条件下(9,11)的浓度.     

聚丙烯微塑料对污泥厌氧消化效能作用影响

以聚丙烯（PP）微塑料为研究对象,考察不同浓度PP微塑料对污泥厌氧消化产CH₄和产酸效能的作用影响,同时采用荧光定量PCR方法定量检测了乙酸激酶（AK）和mcrA基因在不同PP微塑料作用下的丰度变化.结果表明,PP微塑料对污泥厌氧消化产CH₄和产酸效能具有促进影响,CH₄和乙酸累计产量随PP微塑料投加量的增大而升高,当PP微塑料投加量为0.2g/g VSS时,CH₄和乙酸累计产量与空白对照相比分别提高148.2%和15.2%,达227.1mL/g VSS和1291.2mg/L.相应地,mcrA基因丰度随之提高98.2%,表明PP微塑料对产甲烷菌的生长和繁殖具有促进作用,进而强化污泥厌氧消化产CH₄效能.     

ABR启动期运行效能及互营产甲烷菌群的分布特征

为探讨厌氧折流板反应器（ABR）启动期运行效能和互营产甲烷菌群的空间分布特征,考察了ABR反应器处理制糖废水启动期的运行特征,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术分析了互营产甲烷菌群在ABR各格室的分布规律.结果表明,在污泥驯化阶段,ABR的COD去除率为61.5%,出水挥发酸总量高达1808mg/L.经过2个阶段的调控运行后,ABR出水挥发酸明显降低,甲烷含量增加至55%以上,COD去除率达到了94.8%.而且ABR第2~4格室形成了沉降性能良好的颗粒污泥.PCR-DGGE检测结果表明,该ABR系统中的主要产氢产乙酸菌为Syntrophobacter和Pelotomaculum,主要分布在ABR系统第3,4格室.ABR第1,2格室的产甲烷菌主要为耐酸的氢营养型产甲烷菌（Methanoregula和Methanosphaerula）,而乙酸营养型产甲烷菌（Methanosaeta和Methanothrix）主要分布在第3,4格室.ABR系统中产甲烷菌的多样性要明显高于产氢产乙酸菌,说明当系统受到冲击时,产氢产乙酸作用比产甲烷作用更易成为限速步骤.     

Ce3+对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce³⁺对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce³⁺浓度<1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce³⁺浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量<3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce³⁺的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

乙酸驯化对厌氧污泥微生物群落结构及发酵特性的影响

采用乙酸对厌氧污泥进行逐步驯化,以富集乙酸营养型产甲烷菌群,解决厌氧发酵过程中的酸抑制问题.对驯化前后污泥中的微生物群落结构及其在高酸浓度和低p H值条件下的发酵特性进行了研究.结果表明:驯化后污泥中乙酸营养型产甲烷菌中的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)得到了明显富集,其相对丰度由原始的4.2%提高到58.1%,成为耐酸污泥中的主导优势古菌群;氢营养型产甲烷菌属的丰度则都有不同程度的下降.污泥中产甲烷菌群由氢营养型为主导转为乙酸营养型和氢营养型共同主导.驯化前后污泥中细菌的优势菌门均为主要降解纤维素和半纤维素的厚壁菌门(Firmicutes)和降解蛋白质的拟杆菌门(Bacteroidetes),其中驯化后Firmicutes的丰度由48.8%提高到61.7%,而Bacteroidetes的丰度则由30.1%降低至16.9%.驯化后的污泥对高VFA浓度和低pH值的耐受性均有较大程度的提高,其在VFA浓度为7500 mg·L~(-1)及pH 6.0条件下仍可以快速产气.     

针铁矿强化剩余污泥与烟草废弃物厌氧发酵的研究

以剩余污泥和烟草废弃物为研究对象,探究了针铁矿对有机物厌氧消化产甲烷的影响.针铁矿投加能提高消化产气率至359.4mL/g,显著高于空白对照组.针铁矿有助于混合气体中甲烷含量的升高并减少CO₂的体积分数.针铁矿利于剩余污泥和烟草废弃物共消化过程有机物溶出,纤维素减量,从而为产甲烷古菌提供充足的消化底物.针铁矿利于酸化代谢过程,在针铁矿投加组中挥发性脂肪酸的最大产量仅为56.2mg/g,显著低于空白组,此外针铁矿促进丙酸的合成.针铁矿促进乙酸降解,在消化第1d,针铁矿投加实验组中乙酸降解率高达65.5%,较高于空白组中的56.6%.酶活性分析表明针铁矿促进水解,酸化及产甲烷过程关键酶.Methanothrix和Methanobacterium是产甲烷阶段重要微生物,454高通量测序表明针铁矿提高Methanothrix和Methanobacterium的相对丰度至59.6%和23.5%,显著高于空白对照组.     

城市污水厂H2S排放浓度与水质和泥质指标的相关性

于2011年7月—2012年11月对某污水厂进水单元(包括进水泵房、格栅和曝气沉砂池)、污泥浓缩池及储泥池中ρ(H₂S)及其对应的污水水质〔温度、ρ(DO)、pH、ρ(COD_Mn)、ρ(硫化物)〕和污泥泥质指标〔w(AVS)(AVS为酸可挥发性硫化物)、ORP(氧化还原电位)、温度、pH〕进行了长期监测,分别采用单因素和多因素统计方法分析了ρ(H₂S)与污水水质、污泥泥质指标之间的相关性. 结果表明:监测期间进水泵房、格栅、曝气沉砂池、污泥浓缩池及储泥池中的ρ(H₂S)分别为0.08~4.27、0.04~111.61、0.16~115.69、0.007~0.04和0.21~4.00mg/m3. 进水泵房、格栅和曝气沉砂池中的ρ(H₂S)与污水温度呈显著正相关,与污水pH、 ρ(DO)呈显著负相关. 当污水温度低于15℃、ρ(DO)高于0.20mg/L或pH高于7.2时,进水泵房、格栅、曝气沉砂池中ρ(H₂S)维持在较低的水平,分别低于0.27、3.90和7.34mg/m3. 污泥浓缩池和储泥池中ρ(H₂S)与污泥w(AVS)呈显著正相关,与ORP呈显著负相关.      

Mg2+、Ca2+对厌氧消化系统中CO2的捕获和营养盐的回收

为探究矿物碳酸化与污泥厌氧消化耦合过程中实现CO₂捕获和N/P营养盐协同回收的可行性,在污泥水解液为底物的厌氧消化系统中,研究不同比例Mg²⁺/Ca²⁺离子添加对厌氧消化系统中CO₂捕获和营养盐的协同回收效果的影响.结果表明,添加Mg²⁺/Ca²⁺离子为（20mmol/L）/（0mmol/L）、（10mmol/L）/（10mmol/L）和（0mmol/L）/（20mmol/L）均可促进有机质降解,使沼气产量分别提升16.97%、21.56%和23.99%,并使CO₂含量由27.27%分别下降至24.81%,22.06%和21.98%.不同比例Mg²⁺/Ca²⁺离子添加可使磷酸根浓度下降63.46%~66.47%,但仅Mg²⁺/Ca²⁺离子以（20mmol/L）/（0mmol/L）和（10mmol/L）/（10mmol/L）添加的实验组中氨氮浓度得到下降.XRD分析揭示,Mg²⁺/Ca²⁺离子以（20mmol/L）/（0mmol/L）、（10mmol/L）/（10mmol/L）和（0mmol/L）/（20mmol/L）添加时分别使厌氧消化系统中形成鸟粪石和碳酸镁、鸟粪石和方解石、方解石和三斜磷钙石.Mg²⁺、Ca²⁺离子等摩尔量联合添加可实现最优的CO₂捕获和营养盐协同回收效果.