不同培养模式对钝顶螺旋藻生长和固碳速率的影响

为提高钝顶螺旋藻的生长速率和CO_2固定效率,从钝顶螺旋藻的培养方式,无机碳和有机碳的添加方式两方面进行优化。对比光自养、混养、异养3种培养方式的结果表明,混养培养能获得最高的生物量和固碳速率,分别为1.612g/L和105.431 mg/(L·h)。考察自养-异养的混合培养下3种碳源添加方式的影响,对比2种无机碳源结果得到自养培养每8 h通入5%浓度的CO_2,螺旋藻最高固碳速率和生物量分别达到265.455 mg/(L·h)和2.007 g/L,远大于添加16 g/L Na HCO_3的生物量(1.648 g/L);且自养培养阶段添加1 g/L葡萄糖组较不添加组,生物量和固碳速率分别减小了0.370 g/L和17.902 mg/(L·h);无机碳源的存在对异养培养阶段的影响结果表明,暗培养过程鼓入5%浓度CO_2,培养液的p H下降较快,影响生物量和固碳速率。因此,在自养-异养混合培养螺旋藻时,光暗培养阶段的两种碳源添加量要适当,保证螺旋藻生长和固碳最优。     

高浓度发酵废水生产单细胞蛋白的菌种筛选

为了回收高浓度发酵废水中的有用资源,以近平滑假丝酵母(C.parapsilosis)、热带假丝酵母(C.tropicalis)、产朊假丝酵母(C.utilis)、汉逊德巴利酵母(D.hansenli)、酿酒酵母(S.cerevisiae)、皮状丝孢酵母(T.cutaneum)、白地霉(G.candidum)和黑曲霉(A.niger)8种常见工业菌种为研究对象,通过摇瓶发酵,考察了不同菌种利用高浓度发酵废水生产单细胞蛋白(SCP)的能力,同时比较废水灭菌和不灭菌两种条件对SCP产量的影响。结果表明,在废水COD浓度69 600 mg·L~(~(-1))、TN浓度4 048 mg·L~(~(-1))、初始pH 6.5、28℃、150 r·min~(-1)、灭菌条件下发酵40 h,C.parapsilosis的菌体生物量和粗蛋白含量最高,可达7.04 g·L~(-1)和1.87 g·L~(-1),对废水中COD和TN的去除率分别为33.5%和20.1%;C.parapsilosis和G.candidum可作为废水生产SCP并高效回收氮素和有机质的优势菌种。在不灭菌条件下,各菌种生产SCP的能力明显高于灭菌条件,且不同菌种产量差异不大,生物量和粗蛋白含量平均高达8.0 g·L~(-1)和4.0 g·L~(-1),废水COD和TN的去除率分别为47%和33%。     

脱水淋滤-UBF工艺处理餐厨垃圾中试研究

以常州市餐厨垃圾为研究对象,采用脱水淋滤-UBF工艺,通过现场实验研究该工艺处理餐厨垃圾过程中厌氧工艺参数(SCOD、p H值和VFA)的变化及产气效能。结果表明:脱水淋滤厌氧反应阶段餐厨垃圾减量率在84%以上,SCOD和VFA浓度先升高后降低,最高达到120 000 mg·L~(-1)和900 mmol·L~(-1)以上;UBF反应阶段p H逐渐上升,运行稳定后维持在7.0~7.5;SCOD逐渐降低,出水在8 000 mg·L~(-1)以下,去除率90%以上;VFA逐步降低,出水降低至100 mmol·L~(-1)。UBF运行稳定后,每吨餐厨垃圾产气量达到83 m3以上,产气效率较为理想。可见脱水淋滤-UBF工艺处理餐厨垃圾是可行的,具有较好经济效益和社会效益。     

电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

以小型生物电化学反应器为发酵装置,考察外加电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)产量的影响。实验结果表明,餐厨垃圾协同污泥厌氧发酵,有利于体系中蛋白质和糖类的溶解消耗,提高VFA的产量。0.5 V微电刺激可增强厌氧体系中微生物的活性,有利于VFA的产出。第144和192小时,外加0.5V的实验组VFA浓度分别为24 342 mg·L~(-1)和21 291 mg·L~(-1),高于其他实验组,较空白分别提高了30.8%和4.1%;其组成主要是乙酸、丙酸和戊酸。发酵进行第24 h和96 h时,0.5 V微电刺激厌氧发酵体系中溶解性糖类和溶解性蛋白质分别为722.4 mg·L~(-1)和1.49 g·L~(-1),且有机物水解酸化过程中,厌氧体系内糖类先于蛋白质被消耗。     

纳米零价铁和零价铁对餐厨垃圾暗发酵制氢过程铁离子和酶活性的影响

通过投加不同浓度的纳米零价铁(NZVI)和零价铁(ZVI),考察了暗发酵制氢过程中铁离子组成和浓度变化、氢化酶和脱氢酶活性,研究了2种添加剂强化餐厨垃圾高温((55±1)℃)暗发酵制氢的作用机制。结果表明:投加NZVI和ZVI均可提高餐厨垃圾暗发酵制氢性能;当投加100 mg·L~(-1) ZVI时,产氢效果最佳,最大产氢潜力和最大产氢速率分别为425.72 mL和66.32 mL·h~(-1),是投加NZVI实验组的1.64倍和1.34倍,代谢途径是以乙醇型发酵为主的混合型发酵;在投加NZVI和ZVI后,暗发酵制氢末端产物的Fe~(2+)和Fe~(3+)浓度升高,投加300 mg·L~(-1)NZVI和100 mg·L~(-1) ZVI实验组Fe2+浓度最大,是未投加实验组的2倍和1.87倍;与反应前相比,Fe~(2+)显著升高,Fe~(3+)由于微生物利用与转化浓度降低,同时可有效提高氢化酶活性。投加100 mg·L~(-1) ZVI不仅可提高氢化酶活性,还可提高脱氢酶活性。以上结果可为提高餐厨垃圾等复杂有机废物的高效能源化提供参考。     

影响钝顶螺旋藻固碳的环境因子优化

为了提高钝顶螺旋藻生长过程中的固碳速率,从CO2浓度、温度和光周期3个主要环境因子进行优化。实验结果表明,钝顶螺旋藻在2 L三角瓶中培养时,最佳培养条件为10%CO2,温度30℃,光周期16/8。最佳培养条件下,钝顶螺旋藻对数生长期内比生长速率与固碳速率均达到峰值0.512 d-1和42.506 mg/(L.h)。此外,钝顶螺旋藻的底物消耗表明培养液中的N、P足量,其初始添加量可以满足藻体的生长需要;生长过程中补加10%CO2一方面补充钝顶螺旋藻可吸收碳源,另一方面有利于缓解培养液pH升高对藻生长的影响。     

生物表面活性剂烷基多苷对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性酸的影响

通过向餐厨垃圾厌氧发酵系统中投加生物类表面活性剂烷基多苷(APG)的方式,探究了APG对餐厨垃圾研究发酵生产挥发性脂肪酸的影响。结果表明,APG的最佳投放量为0.12 g·(g TSS)~(-1)(总悬浮固体),最佳挥发性脂肪酸(VFA)的产量为18.9 g·L~(-1),相应的发酵时间为6 d。机理研究表明,APG能够促进餐厨垃圾中多糖和蛋白质的释放,抑制甲烷的产生。进一步研究发现,APG自身分解会产生VFA,但VFA的产量远远小于对餐厨垃圾厌氧厌氧分解值。     

PESA对高钙废水中污泥酶活性的影响

鉴于聚环氧琥珀酸钠(PESA)对高钙废水中酶活性研究不足的问题,在SBR反应器中研究了不同ρ(Ca~(2+))和ρ(PESA)对过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶、蛋白酶、灰分和F值的影响及其变化规律。结果表明:在ρ(Ca~(2+))由0升至1 920 mg·L~(-1)过程中,过氧化氢酶从2.3下降至0.5 mg·(g·min)~(-1),磷酸酶变化为2 325→4 579→2 394μg·(g·h)~(-1),脲酶变化为:105→56.5→70.6→39.51μg·(g·h)~(-1),蛋白酶变化为:6.81→14.28→3.49→14.22→0.73 mg·(g·h)~(-1),F值从0.86降至0.69,灰分从402 mg·L~(-1)上升至1 890 mg·L~(-1);当系统中ρ(Ca~(2+))达到1 920 mg·L~(-1)时,保持系统ρ(Ca~(2+))不变,向其中等梯度加入PESA(ρ为5~25 mg·L~(-1)),过氧化氢酶从0.5降至0.3 mg·(g·min)~(-1),磷酸酶从2 394.8上升至9 336.7μg·(g·h)~(-1),脲酶从39.51升至82.31μg·(g·h)~(-1),蛋白酶基本不变,F值保持在0.7左右,ρ(灰分)从1 890降至1 358 mg·L~(-1)。研究表明高浓度钙离子严重影响生物酶、生物量和灰分;而PESA可与钙形成可溶性的螯合物分散在水中,具有使沉积钙盐减少和酶活性恢复的作用。     

城市餐厨垃圾前处理的工艺优化

为提高餐厨垃圾资源化,利用自动化分选设备组合处理餐厨垃圾,考察餐厨垃圾快速减量化和资源化的可行性,对自动化分选前后餐厨垃圾成分进行分析,发现分选前其总量为243.05 t·d~(-1),TS为12.69%,VS为93.26%,分选后总量为242.00 t·d~(-1),TS为10.97%,VS为91.93%,其有机物含量稳定,利于厌氧发酵处理的工艺控制;对分选后餐厨垃圾进行厌氧发酵处理,考察其pH和NH_4~+-N变化,发现反应初期pH值出现弱酸性,NH_4~+-N浓度较低;随着反应进行,pH稳定在7.6~7.8,NH_4~+-N浓度约为1 200 mg·L~(-1)左右。最后对厌氧发酵产气量进行考察发现,反应前期受到pH、NH_4~+-N以及温度等反应条件影响,产气量和甲烷含量较低;随着实验趋于稳定,产气量为22 000 m3·d~(-1)左右,甲烷含量范围在65%~72%。结果表明,使用新型餐厨垃圾预处理设备,其分选效率较高,能提高后续厌氧发酵产气量和甲烷含量,较大程度实现餐厨垃圾资源化。     

餐厨垃圾废水制备液态固氮菌肥

探讨餐厨垃圾废水用作发酵基质生产液态褐球固氮菌肥的可行性。结果表明,餐厨垃圾废水培养的褐球固氮菌在第4~5天活菌数达到最大(Ⅰ类废水3.0×1012CFU·m L~(-1),Ⅱ类废水3.3×1012CFU·m L~(-1)),餐厨垃圾湿热处理对褐球固氮菌生长的促进作用十分有限。废水的pH和盐分对褐球固氮菌的生长代谢影响极为显著:Ⅰ类废水褐球固氮菌生长的最佳pH为7,Ⅱ类废水最佳pH为7.5,其他pH将对褐球固氮菌的生长代谢活性造成不同程度的抑制;随着Na Cl含量的增加,固氮菌活菌数先升高后快速降低,最利于菌种培养的Na Cl浓度为3 g·L~(-1)。温度、摇床转速和接种量对菌株培养的影响不显著,正交实验确定的较优培养条件为pH=7、T=28℃、转速150 r·min-1、接种量2%(体积分数)。餐厨垃圾废水制备的固氮菌肥可提高土壤总氮水平(线性相关性R2=0.979),施用0.025‰~2.5‰质量比例固氮菌剂的土壤生长的黄豆苗干重可达到按照5‰质量比例施加无机复合肥生长的黄豆苗的55.2%~67.2%。     

栅藻和小球藻在4种养殖废水中的生长及净化效果对比研究

利用经过处理的鸡场养殖废水、猪场沼液(简称猪沼)、池塘养殖废水和BG-11培养基分别培养斜生栅藻和普通小球藻,对比2种微藻在各培养液中的生长、对废水中氮磷的净化效果以及微藻油脂的积累情况。结果表明:经过23 d的培养,小球藻处理组中,小球藻+猪沼培养液中可收获藻粉0.353 1 g·L~(-1),小球藻+BG-11中可收获藻粉0.189 8 g·L~(-1),高于其他3种培养液中的收获量。栅藻处理组中,栅藻+BG-11中收获的藻粉最多,为0.168 5 g·L~(-1),其次为栅藻+猪沼培养液(0.131 1 g·L~(-1))。2种微藻对不同废水培养液的净化效果不同,但总体来说,栅藻和小球藻对总磷的去除效果最好,去除率在89.32%~98.69%。对硝氮的去除率也在60%以上。另外,利用猪沼培养的小球藻油脂含量最高,达到50.34%;培养的栅藻油脂含量与BG-11中相近,并高于其他培养液。因此,利用猪场沼液培养栅藻和小球藻具有可行性。     

pH对蛋白类餐厨垃圾发酵产酸的影响

为了将蛋白类餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)用作强化生物除磷过程中的碳源,实现其资源化利用,考察了在35℃条件下,pH的改变对其产酸的影响。结果表明:将起始pH调节为碱性,VFAs的产量显著高于酸性,且随着发酵时间的增加,VFAs的产量也逐渐增加,在pH=10,第8天时达到最高值36 193 mg·L~(-1),此时是初始值的28倍。其中,乙酸占50.3%,其次为丙酸30.9%。同时发现,pH调节为碱性也有利于溶解性COD(SCOD)、溶解性蛋白质(SPN)和溶解性碳水化合物(SPS)的溶出;在pH=10,第3天时SCOD和SPN分别达到最大值135 680 mg·L~(-1)和44 188 mg·L~(-1),此时是对照组的17倍和8倍。只有在强碱性条件下,SPN产量才明显提高。酸碱调节对SPS的溶出影响并不是太大,其在较短时间1 d内达到最大,然后减少并逐渐趋于稳定。通过分析可知,起始pH调节为强碱性有利于蛋白类餐厨垃圾的发酵产酸及有机质溶出的过程。     

盐度对模拟餐厨垃圾发酵液产聚羟基脂肪酸酯工艺的影响

利用餐厨垃圾发酵液生产聚羟基脂肪酸酯(PHA)可以在废物处理的同时实现有价资源回收。为探究发酵液中盐分对产PHA菌群富集过程的影响,以模拟餐厨垃圾发酵液为底物,研究了盐度存在下污泥理化性质、富集过程主要指标及菌群PHA合成能力等变化。结果表明,未经盐度富集的菌群易受到盐度抑制,在15 g·L~(-1)的盐度条件下,污泥PHA最大合成量可降至39.9%。富集过程中盐度的增加有利于污泥沉降性的提升,低盐度(5 g·L~(-1))下菌群分泌胞外聚合物量最多,达49.8 mg·g~(-1)(以VSS计),对菌群保护能力最强。不同盐度条件下的富集系统皆能保持较好的生态选择压力,但盐度对微生物生长的抑制随着浓度的增大而增强。经过盐度存在下长期富集后的污泥,在高盐度(10、15 g·L~(-1))底物条件下,仍能获得较高的PHA最大合成能力,但其较低的生长活性不利于最终PHA产量的提升,短期富集下,高盐度会抑制PHA的合成;而低盐度(5 g·L~(-1))有助于提高PHA合成能力,最高达50.5%。     

藻菌共培养对小球藻生长及苯酚降解的影响

工业苯酚废水无序排放会对环境造成极大危害,构建既能去除苯酚又能积累微藻生物质的藻菌组合对实现苯酚废水净化及其资源化利用具有重要意义。首先,研究了小球藻对苯酚的耐受性和降解性能;然后,构建了其与简单芽胞杆菌Bacillus simplex的共培养体系;最后,测试了藻菌比、藻菌接种浓度和苯酚浓度等对小球藻生长及苯酚降解的影响。结果表明:小球藻能耐受400 mg·L~(-1)的苯酚,但其对100～600 mg·L~(-1)苯酚的降解率仅为1.21%～11.66%;对于藻菌共培养体系,在固定小球藻接种浓度为0.2 g·L~(-1)、藻菌比为1∶4～4∶1条件下,3～5 d完全降解了400 mg·L~(-1)的苯酚,小球藻叶绿素(a+b)含量较单藻组增加了0.14～2.21倍,且随着藻菌比降低,苯酚降解效率及小球藻生物量逐步提高;在固定藻菌比为1∶1、小球藻初始接种浓度为0.05～0.4 g·L~(-1)条件下,4～5 d完全降解400 mg·L~(-1)苯酚,且在藻接种浓度为0.2 g·L~(-1)条件下,小球藻具有最高的比生长速率;在藻菌接种浓度0.2 g·L~(-1)、藻菌比1∶1条件下,6 d内完全降解500 mg·L~(-1)的苯酚,且在各苯酚浓度(200～600 mg·L~(-1))下,小球藻叶绿素(a+b)含量较初始接种值增加了1.54～4.71倍。与简单芽胞杆菌共培养可以促进小球藻生长并提高其苯酚降解能力,在苯酚废水净化及资源化利用领域展现了一定的应用潜力。     

Fe~0/S_2O_8~(2-)异相芬顿与生物组合工艺处理煤化工废水尾水

为实现煤化工废水尾水低成本达标排放,采用零价铁/过硫酸盐(Fe~0/S_2O_8~(2-))异相芬顿与气升环流反应器(ALR)组合工艺对其进行深度处理并分析处理成本。结果表明,在pH为6.8、Fe~0和S_2O_8~(2-)投加量分别为2g·L~(-1)和15 mmol·L~(-1)的条件下,Fe~0/S_2O_8~(2-)体系对COD和色度去除率分别为56%和50%。气相色谱-质谱和气相色谱分析显示,尾水中难降解芳香化合物被转化成小分子有机酸,这些小分子有机酸虽然在异相芬顿反应中难以进一步降解,但容易被好氧微生物吸收和利用;出水经ALR处理后,COD和色度进一步从150 mg·L~(-1)和75倍降到48 mg·L~(-1)和25倍,总去除率达到86%和83%。由于异相芬顿反应不需调节pH且出水铁离子浓度小于9mg·L~(-1),该组合工艺在避免大量铁泥产生的同时可低成本地实现煤化工废水尾水达标排放。     

基于物化生化耦合的污水深度脱氮除磷新工艺

为了解决常规污水处理技术无法进行完整的硝化反硝化过程,污水厂出水中氨氮、总氮、总磷偏高以及运行成本较高的问题,以某污水厂排水为研究对象,通过物化与生化耦合,构建化学催化生物耦合床(CCBF)脱氮系统,研究CCBF系统对污水厂排水中氨氮、总氮、总磷和COD的去除效能。结果表明:当DO为5.5～6.0 mg·L~(-1)、RT为8 h、C/N为1.5∶1时,CCBF可将NH_4~+-N从48.5 mg·L~(-1)降至4.58 mg·L~(-1)、TN从51.2 mg·L~(-1)降至6.5mg·L~(-1)、 TP从6.6mg·L~(-1)降至0.48mg·L~(-1)、 COD从78.5mg·L~(-1)降至33mg·L~(-1),去除率分别达到89.5%、85.7%、92.5%和57.9%;污水经处理后,氨氮、总氮、总磷、COD均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A排放标准。利用Eckenfelder方程对系统脱氮过程进行模拟,求得n_(NH_4~+-N)=0.314 764,n_(TN)=0.282 21,K_(NH_4~+-N)=0.128 024,K_(TN)=0.218 59,与水力负荷为0.000 8～0.007 m~3·(m~2·min)~(-1)的常规生物处理相比,系统内部生物量充足、活性高,物化与生物耦合强化效果明显。     

沉积物溶解性有机氮藻类的可利用性

采用DAX-8树脂和732氢型阳离子交换树脂将山口湖沉积物中溶解性有机氮(DON)分成亲水组分和疏水组分,在室内培养条件下,研究了其对羊角月牙藻的可利用性。结果表明:通过DAX-8树脂后,N4和N14沉积物DON回收率分别为98.96%和104.34%。原水和亲水DON组分通过阳离子交换树脂后会吸附类蛋白物质,降低藻类生物量。培养过程中,N4原水和亲水组分DON消耗量分别为0.34 mg·L~(-1)和0.36 mg·L~(-1),低于N14原水和亲水组分DON消耗量0.94mg·L~(-1)和0.82 mg·L~(-1),表明N14亲水组分藻类可利用较N4亲水组分多。由于阳离子交换树脂对N4原水和亲水组中DON去除率较高,其藻类的生物量低于N14原水组和亲水组。N4疏水性组分DON的利用量和藻细胞生物量分别为0.80mg·L~(-1)和15×104个·m L~(-1),高于N14组,这是因为N4接收了长水河农场生活污水和周围农田径流中易降解DON。利用PARAFAC模型对培养过程中三维荧光光谱数据解析出1种类蛋白物质和2种类腐殖质物质。培养初期,类蛋白物质先被藻类所利用导致其含量降低,而随着藻类生长进入对数期,释放到水体中类蛋白物质导致其相对荧光强度的增加。在整个培养过程中,类腐殖质物质相对荧光强度的增加主要来源于死亡藻类的释放。     

餐厨垃圾废液制备高效解磷菌肥

从小麦土中筛选出2株高效解磷菌P1和P7,其解磷能力在10 d内达到117.57 mg·L~(-1)和219.59 mg·L~(-1)。经16S rDNA测序鉴定及构建系统进化树,鉴定P1为Enterobacter cloacae,P7为Kosakonia cowanii。通过正交实验及单因素实验,对解磷菌在餐厨废液中生长条件进行了优化。结果表明,Kosakonia cowanii生长条件影响程度的顺序依次为温度pH摇床转速接种量,最优的培养条件为温度25℃,pH=7,摇床转速140 r·min~(-1),接种量1.0%。将筛选的解磷菌制备成解磷菌肥,并进行大蒜盆栽实验。结果表明,30 d后,土壤有效磷相比空白提升了16.32%,大蒜叶宽与叶数相比空白分别提升了63.16%和60.00%。     

3,4,5-三甲氧基苯甲醛生产废水的厌氧可生化性及UASB处理

为了能经济有效地处理山东某一化工厂的3,4,5-三甲氧基苯甲醛生产废水,首先采用间歇式实验对车间生产废水进行厌氧可生化性评价。然后以此为基础,采用单级中温UASB,用二沉池的污泥为接种污泥,保持水力停留时间(HRT)不变,通过逐步提高进水COD的方式,考察在COD容积负荷(OLR)从1.0 g·(L·d)~(-1)逐步升高至10.0 g·(L·d)~(-1)的情况下,反应器处理效果的变化。在140 d的连续实验过程中发现,最优的OLR在6.0 g·(L·d)~(-1)(进水COD6 000 mg·L~(-1)左右),COD去除率能稳定在60.3%,出水pH值稳定在7.4到8.0之间,VFA在500 mg·L~(-1)左右。实验结果表明,UASB处理该制药厂废水是可行的。     

猪粪沼液的磁混凝预处理工艺优化及评估

以高悬浮物、高氮磷与高有机物的猪粪沼液为研究对象,采用磁混凝进行预处理,以浊度去除率为主要考察指标,结合单因素实验和正交实验,优化磁混凝工艺参数,并简要分析磁混凝机制及评估其作为沼液资源化利用的预处理工艺的效能。研究结果表明,优化的磁混凝条件是PAC、PAM、磁种的投加量分别为5 g·L~(-1)、120 mg·L~(-1)、3 g·L~(-1),转速为250 r·min-1。经磁混凝处理后,猪粪沼液的浊度、SS、COD、TP与PO34--P浓度降为2 235 NTU、 3.84 g·L~(-1)、10 302 mg·L~(-1)、133 mg·L~(-1)和62.58 mg·L~(-1),去除率分别为92.90%、84.42%、70.63%、91.90%和50.3%。同时,磁混凝对氨氮与K的去除率较低,分别为6.49%和16.12%,浓度分别为4 072.5 mg·L~(-1)和4 176 mg·L~(-1),利于后续的沼液资源化利用。磁种加载后在混凝过程中被絮体包裹,形成密实的磁絮体,显著提高了沉降性能,沉降时间由传统混凝的25 min降为5 min,同时污泥量显著减少。综上,磁混凝可高效削减沼液的悬浮物,且保留氮与钾等营养物质,促进沼液资源化利用。