群感效应与信号分子在污泥颗粒化过程中的作用研究进展

好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能和较好的污水处理效果等优点.本文综述好氧颗粒污泥的形成过程,重点分析在污泥颗粒化过程中群感效应和细胞信号分子的作用.研究发现,群感效应和细胞信号分子在污泥颗粒化过程中发挥着重要作用,群感效应可以加快污泥胞外聚合物合成和提高微生物表面附着能力,信号分子可以促进微生物分泌胞外聚合物并影响生物膜的形成.举例说明信号分子中的c-di-GMP作为第二信使在污泥颗粒化过程中的重要作用,c-di-GMP可以将细菌从单细胞游走型转变为多细胞黏附型——生物膜状态.投加钙离子会促进能够分泌c-diGMP的菌群生长从而加快好氧颗粒污泥的形成,投加锰离子会减少好氧颗粒污泥中c-di-GMP的含量导致好氧颗粒污泥解体.最后进行前景展望,认为从群感效应和信号分子的角度去解析好氧颗粒污泥形成机理,可为确立好氧颗粒污泥形成机制奠定理论基础,对其进一步的工程化应用具有现实意义.     

以黏土为载体的好氧颗粒污泥培养及其对番茄废水的处理

针对新疆番茄酱加工废水排放量大、有机物浓度高等问题,采用好氧颗粒污泥技术处理.为了解黏土对于污泥好氧颗粒化进程的影响,在SBR反应器中接种絮体污泥并投加黏土,以人工合成番茄酱加工废水为基质培养好氧颗粒污泥,并采用扫描电镜、激光共聚焦(CLSM)、死活细菌染色以及高通量测序等技术表征活性污泥的颗粒化过程.结果显示,在反应器中投加黏土运行20 d时获得平均粒径0.54 mm左右的好氧颗粒污泥.颗粒污泥成熟后,污泥沉降性能较好,COD、NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P的平均去除率分别达到90%、85%、40%以上.扫描电镜下,颗粒污泥轮廓清晰,结构密实. CLSM显示,α-多糖、β-多糖和蛋白质作为胞外聚合物(EPS)的组成部分在颗粒中分布广泛,贯穿整个颗粒截面.添加黏土培养的颗粒污泥死活细菌染色显示其死细菌数量积累程度更高,活细菌多位于外层并包裹着死细菌.高通量测序结果显示,黏土投加后微生物多样性提高,Shannon指数由4.50增至4.79,动胶菌属和产黄菌属的相对丰度分别为37.87%和8.79%.本研究表明投加黏土可促进好氧颗粒污泥形成,维持体系稳定运行及有机物降解效果主要源于微生物群落的共同作用.     

好氧颗粒污泥研究进展

好氧颗粒污泥具有厌氧颗粒污泥与活性污泥不可比拟的优势,成为目前的研究热点,通过从好氧颗粒污泥的形成机理、混凝强化培养、连续培养及好氧颗粒污泥微生物检测与流体CFD模拟等方面进行综述,提出混凝强化与连续培养相结合是快速培养好氧颗粒污泥的发展方向,现阶段高能量测序与CFD技术是研究好氧颗粒污泥形成的重要有效手段.参32.     

好氧颗粒污泥工艺强化脱氮研究进展

好氧颗粒污泥是微生物通过自凝聚作用形成的一种特殊的生物聚集体,具有结构致密、沉降性能优异、抗冲击负荷能力强、多功能微生物分区定殖等特点,其在废水强化脱氮除磷与难降解有机物去除方面具有明显的技术优势.针对目前工业和养殖废水及城镇生活污水等碳氮比低、处理出水总氮达标压力大等突出问题,综述基于好氧颗粒污泥的全自养、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化、异养硝化-好氧反硝化等强化脱氮工艺,介绍其脱氮机制及技术优势,阐明不同好氧颗粒污泥脱氮工艺的特点与颗粒污泥特性,同时总结各种工艺的启动条件及富集相应功能菌的好氧颗粒污泥的形成因素,评估不同工艺应用于实际废水生物处理的可行性.在此基础上进一步分析进水基质组成(不同碳氮比)、运行模式(连续曝气和间歇曝气)、运行条件(溶解氧浓度、温度和pH)等对好氧颗粒污泥工艺强化脱氮性能与稳定运行的影响.最后提出应进一步优化好氧颗粒污泥强化脱氮工艺的运行参数,解析好氧颗粒污泥微生物菌群功能,揭示好氧颗粒污泥形成与结构稳定的微生物学机理.     

好氧颗粒污泥耐受高碳氮负荷过程中的群体感应

为了探究好氧颗粒污泥耐受高负荷碳氮的生物学机制,对比分析了不同负荷条件下好氧颗粒对污染物的去除、形体结构和群体感应现象.结果表明,好氧颗粒污泥具有同时耐受高碳氮负荷的能力,当进水COD负荷为12.9 kg m-3 d-1时去除率为90%以上,NH4+-N负荷为0.455 kg m-3 d-1时去除率在80%以上.随着负荷的提高,颗粒的粒径不断减小,这可能增强颗粒的传质传氧作用.在进水负荷COD 8.9-10.9 kg m-3 d-1、NH4+-N 0.355-0.455 kg m-3 d-1时,AI-2活性较强,微生物之间相互交流比较活跃,并且保持较好的COD和NH4+-N去除效果.好氧颗粒污泥内部的AI-2活性高于出水溶液.研究表明,群体感应可能在好氧颗粒污泥同时耐受高碳氮负荷中发挥着重要的作用.     

聚糖菌颗粒污泥的反硝化特性与微生物群落分布

为了解聚糖菌在污泥颗粒化中的脱氮能力及其微生物生态特性,采用反应器工艺、批式试验、显微技术和荧光原位杂交技术来评估其反硝化能力,揭示其微生物群落的微观结构,探索聚糖菌和聚磷菌在不同粒径污泥中的分布特征.结果表明,污泥对有机物的吸收率稳定在90%以上.颗粒污泥的沉降指数(SVI10)稳定在30-50 mL g-1,远低于接种污泥的108.2 mL g-1.聚醣菌颗粒污泥对硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的反硝化去除率分别达到了65%和70%,氮气为主要气态产物.聚糖菌颗粒污泥被大量的四联球菌结构所充斥,丝状菌在其中起到了重要的构架和搭桥的作用.荧光原位杂交结果表明聚糖菌可生存于各尺寸颗粒化污泥内;而聚磷菌受到严重抑制只能较少地分布在颗粒污泥的外围空间.上述结果表明,在SBR反应器中采用厌氧搅拌—排水—好氧曝气的处理模式成功培育出具有聚糖特性的颗粒化微生物聚集体,培育成功的颗粒污泥对硝酸盐氮和亚硝酸盐氮均具有良好的反硝化特性.在整体颗粒污泥微生物群落中聚糖菌为优势种群.图8表1参19     

投加甲烷鬃菌对厌氧颗粒污泥培养的影响

通过在中温条件下向EGSB(Expanded Granular Sludge Bed,膨胀颗粒污泥床)反应器中加入竹节状甲烷鬃菌6Ac,研究其对颗粒污泥形成的影响以及形成的颗粒污泥性质和反应器运行的情况.在(35±1)℃下,利用实验室相同规模的反应器,对照组(R1)接种厌氧絮状污泥,R2组接种厌氧絮状污泥的同时加入甲烷鬃菌,培养颗粒污泥.结果显示:当有机负荷(以COD计)逐步提高到11.1 kg m-3 d-1时,R2的COD去除率达到85.9%,高于R1的75.0%.运行到第46天(d 46)时两个反应器均可观测到颗粒污泥,R2中污泥粒径大于0.1 mm的颗粒污泥已经达到62.3%,d 28-46时,0.1-0.3mm颗粒的比例从10.0%增加到49.8%,对照组R1只从10%增加到33.3%,仍主要以絮状污泥为主.研究表明,颗粒污泥培养过程中投加甲烷鬃菌有利于促进颗粒污泥的形成、增殖与稳定,改善其沉降性能,提高有机物的去除效果,加快EGSB的启动.     

潜流人工湿地中有机污染物降解机理研究综述

人工湿地是一种完整的生态系统,它是利用系统中发生的物理、化学和生物等多重协同作用实现对污水的净化功能.开展潜流人工湿地中废水处理的机理、湿地内部有机污染物的迁移转化、湿地工艺设计及其水力学、动力学参数的研究,对环境废水中有机污染物的去除及生态安全具有重要意义.文章主要从化学、生物、设计参数等方面论述了人工湿地废水处理中有机污染物的降解及其机理研究进展.化学因素主要包括溶解性有机质(DOM)对有机污染物的迁移转化、氧化还原环境(Redox)及废水中电子受体的存在对有机质的分解状况、不同溶解氧(DO)水平为厌氧、好氧细菌对有机物的生物降解及湿地内反应动力学模型建立等因素对废水中有机污染物降解的作用及影响;生物因素主要涉及植物和微生物的作用,湿地中的生物降解是有机污染物的主要去除方式;在工艺参数方面,主要就水流特性、孔隙度、停留时间(HRT)、水力负荷(HLR)和水位等因素对湿地中有机污染物去除的影响进行了探讨.     

好氧颗粒污泥胞外聚合物的产生及其分布

考察了不同操作条件和基质条件对好氧颗粒污泥中胞外聚合物(EPS)产生的影响及其在污泥和体系上清液中的分布.结果表明:随体系操作条件和基质条件的变化,好氧颗粒污泥内部和上清液中的EPS含量呈规律性变化.相对而言,好氧颗粒污泥中EPS含量的变化幅度较小,过多的EPS则释放到上清液中.大量EPS的释放只发生在颗粒污泥解体时,而酸性条件和不适当的C/N比不利于好氧颗粒污泥的形成及形态保持.体系溶解氧为4.5 mg·l-1,pH为中性,污泥负荷小于等于0.37kgCOD·kg-1MLSS·d-1,碳氮比为20∶ 1时,好氧颗粒污泥中EPS的含量约占污泥总质量的9%-12%,与厌氧颗粒污泥(0.6%-20%)相近,但远低于絮状活性污泥(80%),此时,EPS在上清液中的含量最低或接近最低,为14-26 mg·l-1.     

污泥造粒颗粒好氧培养特性研究

为了探究污泥造粒颗粒在曝气中培养过程中形态、粒径、含水率、污泥沉降比(SV)、污泥体积指数(SVI)、悬浮物固体含量(MLSS)的变化,以污水处理厂活性污泥为材料,进行人工造粒,对造粒颗粒进行好氧培养.结果表明:培养20 d,颗粒污泥粒径由450.21μm增加到598.60μm,MLSS由5 373.01 mg/L上升到5 576.02 mg/L,颗粒污泥的SV由24.31%下降到19.31%;SVI由45.23 mg/L下降到37.41 mg/L;含水率由96.10%下降到95.19%.说明污泥造粒颗粒在曝气中培养过程中稳定性增强.     

用三维荧光和红外技术分析好氧颗粒污泥形成初期胞外聚合物的变化

为了研究聚合氯化铝(PAC)的投加在好氧颗粒污泥培养初期的作用,本研究分别在污泥培养的第1—7天(R1)和第8—14天(R2)投加PAC,并采用三维荧光光谱(3D-EEM)和傅立叶红外光谱(FTIR)技术分析好氧颗粒污泥形成初期胞外聚合物(EPS)各组分的含量及变化规律.结果表明,PAC投加时间推迟后,污泥沉降性能良好,且反应器中胞外聚合物和蛋白质含量明显增多,松散附着的EPS(LB-EPS)中蛋白含量变化趋势明显,多糖含量保持在较小范围内波动,与溶解性胞外聚合物(S-EPS)和紧密黏附的胞外聚合物(TB-EPS)相比较,LB-EPS和污泥颗粒化有密切关系;三维荧光光谱分析结果显示,R2中荧光类蛋白物质(峰A和峰B)强度均大于R1,而腐殖酸类物质(峰C)强度小于R1,说明A和B这两种荧光类蛋白物质在微生物聚集体形成过程中的作用更加重要;红外光谱表明,1636 cm-1、1654 cm-1分别属于蛋白质二级结构中C=O伸长振动引起的,分别存在于S-EPS和LB-EPS、TB-EPS中,且在投加PAC的时间推迟后1654 cm-1处的吸收峰吸收较弱,和三维荧光分析共同表明LB-EPS中的蛋白类物质是好氧颗粒污泥形成初期加入PAC进行强化造粒的核心原因之一.     

接种污泥源对厌氧氨氧化启动效能的影响

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)菌生长缓慢是影响其实际应用的主要问题之一,选取合适的接种污泥十分重要.本研究采用好氧污泥、厌氧颗粒污泥和厌氧消化污泥3种接种污泥,分别经过61、70和85 d的运行均实现了厌氧氨氧化过程,氨氮去除率分别为82%、92%和91%,总氮去除率达76%、82%和80%.分别接种3种污泥源的厌氧序批式反应器(ASBR)R1、R2、1t3出水pH值最终稳定在8.4、8.5、8.5.好氧污泥呈絮状,但沉降性比接种前好,厌氧颗粒污泥解体后最终形成粒径集中在0.5～1.0 mm的污泥,厌氧消化污泥则呈沙化状态,有细小颗粒出现.根据厌氧氨氧化细胞产率系数及NH4+-N、NO2--N去除量和NO3--N生成量之间的计量学关系,估算出厌氧氨氧化菌产率系数(以1 mol NH4+产生的CH2O0.5N0.15量计)分别为0.080、0.105和0.114 mol·mol-1,说明反应器内厌氧氨氧化菌有不同程度的衰减.总体而言,厌氧颗粒污泥是富集厌氧氨氧化菌的最适污泥源.     

降解五氯酚的微好氧颗粒污泥的培养及其微生物种群分析

在微好氧的条件下培养出颗粒污泥并用含五氯酚(PCP)的废水对颗粒污泥进行驯化,研究了培养过程中颗粒污泥的MLSS、SVI、粒径以及对COD和PCP处理能力的变化.颗粒污泥培养成熟后, PCP和COD的去除率分别达到85.3%和86.1%.用扫描电镜观察了颗粒污泥的结构,颗粒污泥内细菌种群丰富,大多数为短杆菌和球菌.同时采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对培养出的微好氧颗粒污泥以及用PCP驯化后的颗粒污泥中微生物的种群进行了初步分析和对比,用PCP驯化后的微生物种群发生了较明显的动态变化,新增了某些菌群,如不动杆菌(Acinetobacter)、变形杆菌(Proteobacterium)和硫酸盐还原菌等.图6表2参20     

低碳氮比废水好氧颗粒污泥系统稳定性及微生物种群多样性研究

低碳氮比(C/N)废水处理是含氮废水处理中的难题之一.本实验在C/N为4:1和2:1(COD和NH₄⁺-N浓度分别为400 mg·L^-1和100 mg·L^-1,400 mg·L^-1和200 mg·L^-1)条件下,考察好氧颗粒污泥系统对低碳氮比废水的处理效果、长期运行稳定性,研究C/N对好氧颗粒微生物结构变化的影响.研究结果表明,在C/N为4:1的废水中接种活性污泥培养好氧颗粒污泥,形成的颗粒沉降性能良好,MLSS为4.94 g·L^-1,SVI30为40 mL·g^-1,COD去除率90%以上,氨氮去除率接近100%.降低碳氮比,即C/N为2:1后,好氧颗粒的物理及硝化性能无明显变化,MLSS为11.38 g·L^-1,SVI₃₀/SVI₅维持在1左右,COD去除率大于85%,氨氮去除率98%.碳氮比降低使颗粒微生物多样性减少,其中陶厄氏菌受影响较小,而硝化功能菌出现更替:噬氢菌、食酸菌、里德拜特氏菌消失,鞘氨醇单胞菌、束缚杆菌等成为优势菌种.实验表明,该低碳氮比条件下好氧颗粒污泥系统能够稳定运行,且具有优良的处理性能.     

高浓度絮状颗粒污泥生物处理技术及其传质模型

从宏观角度提出了高浓度絮状颗粒污泥的传质物理模型,该模型指出：利用高分子有机药剂使形成的絮状颗粒污泥,在适当剪切条件下始终雏持”包裹-破裂-再包裹”不断循环的过程,絮状颗粒污泥内部微生物与氧气、有机物等物质的接触、吸附和捕获的几率大大提高,既增加了絮体的比表面积,又提高了其微生物的活性．从而解决了高浓度生物处理技术传质效率低的问题,并通过实验验证了该模型．图5,参16．     

利用下水管网系统净化城市污水的模拟试验

用固定化细胞技术进行了下水管网系统污水净化的模拟试验,比较研究了厌氧、好氧、厌氧缺氧好氧、缺氧好氧４ 种工艺净化污水的效果．结果表明,在管网系统中设置固定化细胞,采用缺氧好氧工艺流程,可使污水中的污染物去除６０％ 以上,出水水质可达国家污水综合排放二级标准．     

好氧颗粒污泥对水溶液中酸性淡黄2G的生物吸附

利用好氧颗粒污泥对酸性淡黄2G溶液进行吸附脱色研究,考察了pH值、吸附剂用量、初始酸性淡黄2G的浓度、温度以及NaCl浓度对吸附过程的影响.实验结果表明,吸附过程对溶液pH值具有很高的依赖性,其最佳pH值为2.0.Temkin等温线在整个实验染料浓度范围内能够很好地描述吸附过程.吸附动力学符合准二级动力学模型.内部扩散和边界层扩散都可能影响生物吸附速率.热力学分析表明,吸附过程是一个自发的放热过程.采用FTIR分析的结果进一步揭示了颗粒污泥上官能团(如胺基、羧基和羟基等)可能是染料生物吸附的活跃结合位点.这些结果表明,好氧颗粒污泥可以作为吸附剂以去除水中的酸性淡黄2G。     

COD与DO对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的影响

COD和DO浓度对好氧颗粒污泥的同步硝化反硝化反应有明显影响．COD浓度在400～1200mg／L范围内，好氧颗粒污泥去除COD的能力均在85％以上．颗粒污泥能吸附有机物，使废水中COD浓度快速下降．COD浓度小于800mg／L，好氧颗粒污泥具有良好的脱氮能力，氮去除率最高达85．3％．在溶氧浓度为1-4mg／L条件下，颗粒污泥对COD去除率均在90％以上．不同的溶氧浓度对氮的去除率有一定影响，在溶氧浓度3mg／L时，氮去除率最高，达83％．图7参7     

好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化

采用人工配制的模拟生活污水，通过对运行条件的调控，在序批式反应器(SBR)中培养出了高活性的好氧颗粒污泥，颗粒污泥浓度达到4．55g/L以上，SVI值在32.5左右，反应器对于COD、NH3—N的去除率分别在83.6％—92.8％和82.3％—98.5％之间。实验结果表明：由于好氧颗粒污泥的存在，SBR反应器内发生了同步硝化反硝化(SND)反应，而不是通常所认为的顺序式硝化反硝化(SQND)反应。     

三种工业废水颗粒污泥的化学及微生物学组成

对ＵＡＳＢ反应器中处理酒精废醪、木材纤维板热压废水及石灰法造纸黑液颗粒污泥的化学及微生物组成进行了比较研究，结果表明：无机元素在颗粒污泥中的沉积与废水组成及运行条件密切相关；接种污泥中加入少量的颗粒污泥可作为新生颗粒污泥的生长核心；胞外多聚物有利于颗粒污泥的形成与稳定，其产量与颗粒污泥的生物量有关，其分布有一定的区域性；颗粒污泥的微生物组成与废水水质、运行温度及颗粒污泥所处的生理阶段等因素密切相关；丝状细菌，特别是索氏甲烷丝菌类似菌在颗粒污泥中起着重要作用；污泥颗粒化过程中各类生理菌群的增殖次序与其在厌氧消化过程中的功能次序一致。当发酵细菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌和产甲烷菌在每ｍＬ颗粒污泥中分别达到１０７－１０、１０５－７、１０６－８和１０５－６个时，可构成一个较稳定的厌氧微生态系统。