利用污泥水解酸化液合成PHAs菌株的分离和鉴定

该实验模拟污泥水解酸化出水有机酸,通过饱饥驯化法,苏丹黑和尼罗蓝染色初筛,傅立叶变换红外光谱法(FT-IR)复筛,得到一株能以城市污泥水解酸化出水混合有机酸为唯一碳源生长并积累中长链聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHAs)的菌株X-3。经分子生物学鉴定该菌为芽孢杆菌(Bacillus sp.)。培养实验表明碳氮比对菌株PHAs积累率有较大影响,碳氮比增高有利于菌株积累PHAs。该菌以实际污泥水解酸化液为培养基正常生长并积累PHAs。     

聚烃基烷酸转化对强化生物除磷影响研究

通过丙酸和乙酸C-mol比为0.5和2的合成废水驯化微生物的SBR反应器(SBR1和SBR2)批式实验,研究了强化生物除磷系统中聚烃基丁酸(PHB)和聚烃基戊酸(PHV)的转化对磷吸收/释放及去除率的影响.结果显示,磷的释放/吸收和去除率与PHB和PHV的转化有很好的相关性(R²>0.90).回归系数表明,特定废水驯化的污泥,磷的吸收和释放主要受PHB转化的影响,但磷的去除率却主要依赖于PHV的合成与降解;对于不同比例丙酸/乙酸废水驯化污泥,SBR2比SBR1污泥的PHB合成和降解能力增强,PHV合成和降解能力减小,生物除磷效果平均增加16.69%.因此,进水丙酸/乙酸比例及驯化影响聚磷微生物的PHB/PHV转化量,进而影响对磷的吸收/释放和除磷效果,PHB与PHV的转化量应作为生物除磷系统的关键调控因素考虑.     

外加碳源的活性污泥合成生物降解塑料PHAs的试验

聚羟基脂肪酸酯(PHAs)是许多污泥微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质,是一种新型的可完全生物降解的热塑性塑料.以污泥微生物作为PHAs的合成菌,采用乙酸钠、丙酸钠及丁酸钠作为单一碳源在好氧条件下合成得到占污泥干重5.58%、3.90%及4.98%的PHAs和在厌氧条件下合成得到占污泥干重12.32%、9.55%及11.35%的PHAs.实验表明,污泥微生物里广泛存在PHAs合成菌,厌氧条件比好氧条件的PHAs产率要高;最佳的实验条件下得到PHAs的量占污泥干重的12.32%,此时碳源转化率为30.65 %.此外,1HNMR谱图证明了同一污泥微生物用不同的碳源培养PHAs时其产物结构与组成均有变化.     

微生物利用食品废物合成聚羟基烷酸酯

为了降低聚羟基烷酸酯(PHAs)的生产成本,以麦芽、豆类、糖果、冰激凌、牛奶、芝麻油和食醋废物为底物,研究了产碱弧菌(Alcaligenes latus)、表皮匍萄球菌(Staphylococcus epidermidis)和活性污泥合成PHAs的工艺可行性和产物的物化性质.结果表明,通过两段式间歇补料发酵.3类微生物利用麦芽废物合成的聚羟基丁酸酯(PHB)产量最大,分别达细胞内含量的70.1%、16.0%和43.3%.A.latus适应食品废物开始细胞生长和PHAs合成的延迟短,在缺氮阶段合成PHB的产量、产率高.微好氧时,从芝麻油提取出的S.epidermidis可以合成分子量超过1×106的PHB.活性污泥可利用豆类废物合成聚羟基丁酸-羟基戊酸酯(PHBV)共聚物,其中羟基戊酸比例(HV%)占21%.多数食品废物适合合成具有不同物化性质的PHAs.PHAs产物的组分及物化性质受微生物种类、底物类型、发酵条件的影响.     

热水解污泥酸化液碳氮磷对PHA合成的影响

基于热水解污泥酸化液定向驯化得到了稳定的PHA合成混合菌体系,分析了菌群特征与结构,研究了限制氮、磷、非挥发性脂肪酸(non-VFAs)物质和补料方式对PHA合成率以及相关组分对菌群活性的影响.结果表明,利用热水解污泥酸化液合成PHA的特有混合菌体系中优势菌属短枝单胞菌属(Brachymonas)占45%.限制酸化液中NH₄⁺-N浓度PHA合成率从22wt%提高至25wt%,限制non-VFAs不仅PHA合成率可提升27%同时合成速率也提升了25%.酸化液中的NH₄⁺-N、PC₄^3--P和non-VFAs未对PHA合成菌群活性造成显著影响,但是高浓度挥发性脂肪酸(VFAs)会对菌群活性造成抑制.为降低高浓度VFAs的抑制采取分批补料策略可提高PHA合成率,分批补料(5次)PHA最大合成率较一次补料的28wt%提升至34wt%.因此,通过提高酸化液中VFAs占比及优化补料方式均可提升PHA合成率,热水解污泥酸化液生物合成PHA在未来工业化生产时具有很大发展前...     

正交定向调控VFAs奇偶数比率对合成PHAs的影响

为了定向调控挥发性脂肪酸(VFAs)中奇偶数碳比率,在合成聚羟基链烷酯(PHAs)过程中改变PHB和PHV的比率,从而改变可生物降解塑料的内在性能。以淘米水为单一发酵对象,将pH值、温度、发酵天数作为影响因素,通过L9(33)正交试验观察VFAs中奇偶数脂肪酸变化,和污泥中聚磷菌合成PHAs的变化规律。结果表明当温度为35℃,pH值为8,第7天时奇偶数碳比率约为1∶1;当温度为25℃,p H值为8,第9天时奇偶数碳比率约为1∶2;当温度为45℃,pH值为6,第7天时奇偶数碳比率约为1∶3。将这3种不同比率的组合等量投加至污泥中,PHAs含量有显著增加,其中发酵液奇偶数碳比率为1∶1时PHAs积累量最高,为80.69 mg/L。研究表明pH值对偶数脂肪酸影响最大,发酵天数对奇数脂肪酸影响最大。而且发酵液比化学碳源更有利于PHAs的合成,使厌氧阶段PHB的质量分数显著增加,好氧阶段PHV的质量分数显著增加。     

活性污泥利用混合碳源合成PHAs的工艺条件优化

利用SBR反应器驯化具合成聚羟基烷酸酯(PHAs)能力的活性污泥,以乙酸∶丙酸=1∶2为混合碳源,通过调控pH、COD浓度、改变碳源投加方式,对活性污泥合成PHA的工艺参数进行优化。实验结果表明:pH控制为5、7、9时,pH=7的中性环境更有利于剩余污泥贮存PHAs,贮存量可达51.9 mg/g;COD浓度为200、400、600 mg/L条件下,COD=400 mg/L时剩余污泥贮存PHAs的能力较强,最高产率约为60.27 mg/g;采用3次投加碳源的方式使PHAs的产率提高到初始量的3.7倍以上,高于一次性投加碳源方式。     

好氧瞬时供料法合成生物可降解塑料的研究进展

聚羟基烷酯(PHAs)作为一种可以完全生物降解的合成塑料替代品而受到越来越多的关注。好氧瞬时供料法由于高的PHAs合成能力及可利用混合菌群(如活性污泥)和有机废弃物合成PHAs显著降低成本而成为目前最具应用前景的PHAs合成技术。文章阐明了好氧瞬时供料法合成PHAs的代谢机制及工艺过程,并就采用该方法合成PHAs的过程中诸多的影响因素进行分析和探讨。     

活性污泥合成生物可降解塑料的研究进展

PHAs(polyhydroxyalkanoates,聚羟基脂肪酸酯 )是许多原核微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质 ,作为完全可生物降解的热塑性聚酯而倍受关注。介绍了利用生物处理污水中活性污泥的混合碳源及微生物群体发酵合成PHAs的有关研究成果 ,包括微生物的种类、碳源及合成途径等 ,重点分析厌氧 好氧法活性污泥积累PHAs的量化关系 ,指出合理的工艺及适当的营养条件可以提高污泥中PHAs的积累量。此工作为污水处理资源化及污泥减量化、实现清洁生产提供了非常有潜力的研究方向。     

残留过氧化氢对微波-过氧化氢-碱预处理后污泥水解酸化的影响

前期研究发现,由于残留过氧化氢的影响,经过微波-过氧化氢-碱MW-H2O2-OH(p H=10)预处理的污泥进行水解酸化时存在产酸滞后期.因此,本研究通过批量试验,考察了残留过氧化氢对MW-H2O2-OH(p H=10和p H=11,MHO10和MHO11)预处理后污泥水解酸化的影响.结果表明,过氧化氢酶比二氧化锰具有更高效率的过氧化氢分解能力,能够在10 min内完全降解过氧化氢.水解酸化的8 d时间内,四组试验的SCOD(溶解性COD)浓度和总挥发性脂肪酸(VFA)浓度均呈现先增加后降低的趋势,优化水解时间均为0.5 d;MHO10组、MHO10+过氧化氢酶组(MHO10C)和MHO11+过氧化氢酶组(MHO11C)的优化水解酸化时间均为3 d,MHO11组的优化水解酸化时间为4 d.残留过氧化氢对MHO10预处理后污泥的水解酸化有抑制作用,存在产酸滞后期.与MHO10预处理相比,MHO11预处理释放的SCOD提高了19.29%,释放了更多的有机物,进而显著提高了总VFA产量,5 d时总VFA产量显著提高了84.80%,且MHO11组可以轻微缩短产酸滞后期.投加100mg·L-1过氧化氢酶,明显缩短解除了MHO10组和MHO11组0.5 d的产酸滞后期,并提高了总VFA产量,3 d时,MHO10C组、MHO11C组的总VFA浓度分别比MHO10组提高了23.61%、50.12%.MHO10组、MHO10C组和MHO11C组VFA的主要组分均为乙酸、异戊酸、正丁酸,而MHO11组VFA的主要组分为乙酸、丙酸、异戊酸,在各组的优化水解酸化时间,3种主要的VFA组分之和均占总VFA的75%以上,其中乙酸所占比例均在41%以上.     

剩余污泥微波-淘洗及零价铁强化发酵性能

为解决微波预处理高含固率污泥存在碳源溶出率低和释放的碳源有效性低的问题,本文选用淘洗的方法,同时将零价铁（ZVI）添加到淘洗污泥的混合液和上清液中进行厌氧发酵以强化碳源的有效性.结果表明,淘洗显著提升了微波预处理高含固率（TS=11%~17%）污泥的碳溶出率,水淘和碱淘较未淘洗时碳源溶出率分别提高了13%~68%、146%~308%.ZVI的加入不仅显著提高了挥发性脂肪酸（VFAs）溶出率,还能将大分子碳源定向转化为乙酸、丙酸等低分子碳源.混合液+ZVI、上清液+ZVI发酵的VFAs溶出量分别为317和354mg/g VSS,超过微波污泥VFAs溶出量的30倍.添加ZVI发酵后,丙酸、乙酸、丁酸等小分子碳源的比例有所上升,混合液中的占比分别为34%、26%、18%,上清液中的占比分别为39%、27%、20%,提升了污泥碳源的利用价值.研究表明,微波-淘洗预处理联合ZVI发酵技术能够有效提高剩余污泥中高效碳源的溶出率,这为剩余污泥的碳源化提供了一条新思路.     

游离亚硝酸预处理对剩余污泥电解及微生物群落结构的影响

为打破传统厌氧发酵周期长,有机质利用率低等瓶颈,增强污泥的资源利用和能源回收,探讨了游离亚硝酸（FNA）预处理对剩余污泥电解效果及微生物群落的影响.对比分析了FNA预处理前后剩余污泥在微生物电解池（MEC）中的电流和氢气产生、溶解性有机物和挥发酸的释放和利用及功能菌群的变化情况.结果表明,FNA预处理能有效地促进剩余污泥在MEC系统中的水解和酸化,其溶解性糖类、蛋白和挥发酸的含量远高于未预处理组,进而促进了水解发酵菌、产电菌及反硝化菌的生长和富集,最终挥发酸利用率均在97%以上,表现为电流（1.9mA）和氢气（0.86mL/g VSS）的增强,分别是空白组的3.8倍和5.1倍.     

活性污泥合成聚羟基烷酸(PHAs)的研究进展

聚羟基烷酸(PHAs)是微生物合成的作为碳源和能源的贮存物。PHA同时也是一种可完全生物降解的塑料,由于其良好的环境效应及机械性能,受到广泛关注。使用活性污泥及廉价基质合成PHA以降低生产成本有很好的应用前景。文章综述了活性污泥合成PHA的最新研究进展,包括活性污泥合成PHA的工艺、影响因素及提高PHA合成量的策略。     

不同HRT下污水中有机物在ABR中的转化过程及污泥形态特征

采用效果检测、粒径分布与电镜扫描等方法,研究厌氧折流板反应器（ABR）在不同水力停留时间（HRT）下污水中有机物（COD）的转化过程及污泥形态变化特征.结果表明,HRT从15 h到4 h的各运行阶段,COD去除率稳定在90.0%以上.沿程分析表明,当HRT为10、7.5、5和4 h时,ABR第一隔室分别承担约90%、78.56%、74.18%及58.91%的去碳比重,且承担COD去除的主要功能隔室由第一隔室过渡到第一、二隔室.随着HRT缩短,ABR第一隔室中挥发性脂肪酸（VFAs）总量显著上升.组成分析知,乙酸在总VFAs的比重由51.36%逐渐升高至58.77%,丁酸、丙酸含量相对较少,变化较小.随着运行时间推移,ABR中污泥形态发生显著变化,到111 d时,基本实现颗粒化;同时,沿水流方向颗粒化程度呈递减趋势.扫描电镜（SEM）观察显示,ABR一定程度上存在生物相分离现象,各隔室分别以丝状菌、甲烷多球菌、单球菌和杆菌为主.     

pH值调控柠檬酸污泥厌氧发酵产酸及碳源潜力研究

以柠檬酸废水厌氧颗粒污泥为接种物,在不同pH值调控条件下开展柠檬酸生产废水剩余活性污泥厌氧发酵产酸研究.通过对发酵液挥发性脂肪酸(VFAs)、有机质、氮磷和污泥脱水性能的分析,探讨了柠檬酸污泥厌氧产酸机制.结果表明,pH≥10的碱性条件更有利于有机质的溶出从而促进VFAs的产生.三维荧光光谱分析发现在恒定pH值下腐殖酸(HA)和富里酸(FA)会大量溶出降低VFAs的产量.初始pH=10是柠檬酸污泥厌氧产酸的最佳p H值,发酵4d的VFAs浓度最高达(6681.47±126.82)mgCOD/L,是文献报道中市政污泥产酸量的近2倍,其中乙酸占比49.8%,发酵后产酸功能菌Chloroflexi、Bacteroidota的相对丰度分别由初始的9.52%、10.87%增至16.84%、14.39%,污泥归一化毛细吸水时间(nCST)为(11.34±0.27)s·L/g,脱水性能良好,发酵液TP浓度为(20.45±0.33) mg/L.研究表明,利用柠檬酸剩余活性污泥碱性厌氧发酵产酸作为污水处理过程中的外加碳源具有较大潜力.     

污泥停留时间对餐厨垃圾与剩余污泥中温厌氧混合发酵系统的影响

采用连续搅拌釜式反应器(CSTR)成功启动了餐厨垃圾与剩余污泥混合发酵平行系统,重点探究了不同污泥停留时间(SRT)缩减幅度对于餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统的影响.结果表明,较大幅度地缩减SRT( 8. 3 d)提升反应器运行负荷,不利于反应器的稳定运行;随着反应器运行负荷的增加,SRT缩减幅度应逐渐降低(5～0. 9 d),能够取得餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统的高负荷稳定运行.经过282 d的运行,CSTR混合发酵系统能够在SRT为9. 1 d,进料负荷(以COD计)为(12. 9±1. 5) g·(L·d)~(-1)的条件下稳定运行,相应的甲烷产量为3. 94～4. 25 L·(L·d)~(-1),甲烷产率(以COD计)为288～302 m L·g-1,p H和挥发性脂肪酸(VFA,以COD计)分别稳定在7. 80～7. 83和0. 32～0. 39 g·L-1.此外,还探究了高负荷条件下餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵污泥特性,结果表明,餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统甲烷转化途径以乙酸转化途径为主,具有较高的乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的产甲烷活性和辅酶F420的质量摩尔浓度.     

不同电解质对电化学预处理剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

电化学预处理剩余污泥(waste activated sludge, WAS)厌氧发酵(anaerobic fermentation, AF)产挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFAs)具有良好的应用价值和环境效益,然而不同电解质对电化学预处理剩余污泥以及厌氧发酵的效果具有较大影响。因此,实验考查了不同电解质(空白对照,NaCl,Na₂SO₄和CaCl₂)在电流强度为1 A、预处理时间为60 min的电化学处理条件下,对剩余污泥厌氧发酵产VFAs的影响。结果表明:当0.05 mol/L NaCl作为电解质时,在电化学预处理阶段污泥有机质(溶解性COD、多糖、蛋白质等)溶出效果较其他电解质更好。在厌氧发酵阶段,该条件下VFAs最大累积量可达到2625.8 mg COD/L,相比空白对照组提升了51.6%,表明NaCl作为电解质的电化学预处理不仅能够有效促进剩余污泥中有机质溶出,而且有利于产酸微生物(如Firmicutes和Bacteroidetes)的富集,从而促进厌氧发酵产VFAs,达到提高污泥资源化利用率的目的。     

城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸工程示范研究

鉴于污泥厌氧发酵产酸技术的生产规模性研究较少,为深入了解城镇剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAs）工程的长期运行特征,基于0.3 t/d规模的生产线平台进行了为期240 d的稳定运行研究,考察了长期运行条件下的污泥预处理效果、产酸水平、VFAs回收和经济可行性.结果表明:污泥经热-混碱预处理后溶解性有机物浓度〔ρ（SCOD）,以溶解性COD计〕比原污泥提高了29倍,水解率达到56%.当ρ（TSS）（TSS为总悬浮固体）分别为30和70 g/L时,污泥预处理水解率分别为56%和59%;厌氧发酵产酸率〔以每g污泥有机物生产多少mg VFAs计,R_VFAs〕分别为277和256 mg/g;ρ（TVFAs）（TVFAs为总挥发性脂肪酸）最高可达9.1 g/L,其中乙酸占61.6%.采用聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）联合调理能够有效提高发酵污泥的脱水性能,与对照组相比,泥饼的含水率由84.8%降至64.0%,发酵液的回收率由33.7%升至75.7%.经济效益分析表明,设置处理规模为100 t/d时,运行成本为346.6元/t,收益为451.4元/t.研究显示,城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸生产线运行稳定,能够实现较好的有机物生物转化与资源化效果,经济可行,具有显著的应用前景.      

蒸发过程早期渗滤液中有机酸挥发规律研究

对早期填埋场渗滤液进行了常规和载气蒸发实验,通过定时分批截留冷凝液并测定其TOC和挥发性脂肪酸（volatile fatty acids, VFAs）浓度,研究了不同pH条件下早期渗滤液中有机污染物的挥发规律.结果表明,pH=4时蒸发冷凝液中TOC呈由高而低的变化趋势,pH=7时TOC变化趋势截然相反.冷凝液中VFAs（乙酸除外）浓度变化规律与TOC相似,并且结构越复杂相对挥发速率越大.分析表明,早期渗滤液蒸发冷凝液中有机物主要由VFAs组成.是否具有载气及载气量多少对早期渗滤液有机物蒸发的影响不明显.