OLR对ABR沿程格室甲烷发酵特征的影响

为高效处理玉米淀粉生产废水,启动并持续运行了一个四格室厌氧折流板反应器（ABR）,通过分阶段提升进水COD的方法,探讨了有机负荷率（OLR）对ABR运行效能的影响,并采用间歇培养方式考察了OLR对沿程格室中不同营养类型产甲烷菌群活性的影响.结果表明,在OLR分阶段从2.7提高到8.0 kg·m^-3·d^-1的过程中,ABR前两个格室（C1和C2）始终呈现出典型的产酸发酵特征,其污泥的有机挥发酸（VFAs）比产率为0.54~0.76 kg·kg^-1·d^-1（以每天每千克MLVSS产出的1千克有机挥发酸计,下同）,而后两个格室（C3和C4）则表现出典型的产甲烷特征,其污泥的比产甲烷速率达98 L·kg^-1·d^-1（以每天每千克MLVSS产出的1升甲烷计,下同）以上.活性污泥产甲烷活性测试结果表明,当OLR为2.7~8.0 kg·m^-3·d^-1时,C3中的氢营养型产甲烷菌群保持了较高的产甲烷活性,其最大甲烷产量（P_max）和最大比产甲烷速率分别达到了20.4 mL和16.5 mL·g^-1·h^-1（以每小时每克MLVSS产出的1毫升甲烷计,下同）以上.乙酸营养型产甲烷菌群的累计甲烷产量由大到小依次为：C3 > C4 > C1 > C2.经过144 h的培养后,C3中乙酸营养型产甲烷菌群的累计甲烷产量为15.1~15.2 mL,最大比产甲烷速率为10.0~10.8 mL·g^-1·h^-1.     

高含固厨余垃圾垂直流厌氧处理系统的构建与启动

我国厨余垃圾产量巨大，含固率在25%左右，不适于填埋，厨余垃圾处理亟待寻找其他出路.本研究在中温（（37±1）℃）条件下，构建了垂直流厌氧处理系统处理高含固厨余垃圾，并对其启动阶段运行效能及启动后系统微生物群落结构进行了分析.稳定运行后，系统容积负荷为9.79 g·L^-1·d^-1，挥发性固体（VS）降解率为80.57%±4.10%，比产气率（SBP）和比甲烷产率（SMP）分别为（0.748±0.078）L·g^-1·d^-1和（0.405±0.052）L·g^-1·d^-1，系统缓冲能力强，具有良好的产气能力，不存在酸抑制和氨抑制的情况.对不同位置的微生物群落结构进行分析，细菌在反应器主体的优势菌为Chloroflexi菌门中的Levilinea菌属，参与碳水化合物水解酸化的细菌分布较广；古菌的优势菌属则为Methanothrix、Methanobacterium和Methanolinea，均与产甲烷有关.     

有机负荷和进料频率对高含固厨余垃圾厌氧消化系统性能的影响

以系统降解效能和产甲烷量最大化为目标,分别考察不同有机负荷（8.93、10.71、13.39 kg·m^-3·d^-1）及进料频率（1、2、3次·d^-1）下厨余垃圾中温厌氧消化系统运行过程中甲烷产量、SCOD、氨氮、pH和挥发性脂肪酸（VFAs）的变化,旨在明确系统负荷边界及进料频率对系统稳定性的影响.结果表明,系统的有机负荷存在最优值,系统累计产甲烷量随负荷的增加而升高,随后降低,有机负荷为10.71 kg·m^-3·d^-1时获得最大累计产甲烷量37.17 L,VS降解率72.58%.负荷增加系统稳定性下降甚至失稳,各物质出现积累,不利于反应的进行.增加进料频率可优化系统运行参数,显著提高系统产气和产甲烷量,进料频率较高时,运行周期内系统的甲烷产量及产率最高,分别达到45.03 L和0.738 L·g^-1,呈线性增长,增加进料频率可提高系统对氨氮的耐受能力,显著提高系统稳定性,明显改善VFA和丙酸积累问题.     

基于臭氧旁路处理的污泥原位减量技术工艺

探究基于臭氧旁路处理的污泥原位减量技术在不同臭氧含量以及不同污泥龄条件下的工艺参数和污泥性质.本研究发现75 mg·g^-1（以O₃/MLVSS计）为实现污泥减量并维持污水处理系统正常处理能力较为适宜的臭氧含量,该含量下的臭氧旁路处理后污泥产率系数Y_h从0.331 g·g^-1减少到0.326 g·g^-1,衰减系数K_d从0.046 d^-1增加到0.050 d^-1,污泥产生速率减小,衰减速率增大,且污泥龄为10 d时SBR系统出水水质良好.即臭氧含量75 mg·g^-1、污泥龄为10 d条件下的臭氧旁路处理为适宜的工艺条件,此时剩余污泥减量12%.该工艺条件下的臭氧旁路处理改变了剩余污泥中微生物在门和属上的种群丰度,臭氧旁路处理后拟杆菌门相对丰度增加1.2倍,与硝化和反硝化相关的变形菌门相对丰度从24%降低到18%,硝化细菌相对丰度的减少影响了污水处理系统的脱氮能力,但出水总氮仍满足一级B排放标准;在属上Lactococcus等乳酸菌的种群相对丰度从0.4%增加到21.6%.同时,剩余污泥胞外聚合物（EPS）中蛋白质与腐殖质类等大分子有机物比例增加,使CST值从15 s升高至17 s,Zeta电位从-10.04 mV下降至-15.20 mV,剩余污泥的SVI由54 mL·g^-1升高至62 mL·g^-1,说明沉降性能和脱水性能受到一定影响,但系统的出水SS含量以及抽滤后泥饼含固率变化不明显,系统仍能够稳定运行,未明显影响剩余污泥的后续脱水.     

臭氧投量对SBR系统污泥沉降性能及脱氮除磷的影响

以污水厂冬季膨胀期污泥（SVI=280 mL·g^-1）为对象,研究了臭氧投量对SBR系统污泥沉降性能及脱氮除磷效果的影响.结果表明,低浓度投加臭氧（0.085 g·g^-1,以O₃/MLSS计）20 d后,菌丝体被打断,SVI降至125 mL·g^-1,消除了污泥膨胀,且硝化、除磷效果不受影响.高浓度投加臭氧,污泥的沉降性能反而开始恶化,除磷效率也降至60%左右.进一步研究表明,PS/PN与SVI呈正相关关系（R²=0.9381）,可表征污泥的沉降性能;臭氧除打断菌丝体外,还通过改变EPS的含量及组分影响着污泥的沉降性能.     

亚热带河口陆基养殖塘底泥甲烷产生动力学研究

河口区陆基围垦养殖塘是重要的温室气体排放源,但其底泥甲烷产生动力学特征目前尚未厘清.本研究对我国东南沿海亚热带闽江河口、木兰溪河口和九龙江河口的6个南美白对虾（Penaeus vannamei）养殖塘底泥进行了为期60 d的室内厌氧培养,并对甲烷累积产量曲线利用一阶动力学模型及改进的岡珀茨模型进行拟合和分析.结果表明,所有河口陆基养殖塘底泥产甲烷过程是一个动态变化过程,可分为延滞、产生和稳定3个阶段.延滞期发生在培养初期1~4 d,产生期主要集中在4~25 d,在培养25 d后,所有养殖塘底泥的甲烷累积产量曲线趋于平衡.盐度和孔隙水DOC浓度均能够影响养殖塘底泥甲烷产生动力学拟合参数.随着养殖塘底泥盐度的增加,甲烷最大产生潜力由5961 ng·g^-1减少至559 ng·g^-1,甲烷最大产生速率由674 ng·g^-1·d^-1减少至84 ng·g^-1·d^-1.研究表明,一阶动力学模型更适合低盐养殖塘底泥甲烷产生动力学过程的拟合,而改进的岡珀茨模型更适合高盐养殖塘底泥甲烷产生动力学过程的拟合.选择近海养殖塘进行南美白对虾养殖及在甲烷产生期来临之前清除底泥可极大程度地减少养殖塘底泥温室气体CH₄的产生潜力.     

滤池滤料上细菌数的预处理方法优化

为优化生物活性炭滤池活性炭上细菌数的流式细胞术定量分析的预处理方法,本研究考察了4种物理预处理方式（机械振荡、低能量超声、高能量超声、机械振荡耦合高能量超声）以及4种化学预处理方式（含10%的柠檬酸（Citric Acid,CA）和2.5%的羟基乙酸（Glycolic acid,GA）混合液（CA+GA）、溶菌酶、吐温20、乙二胺四乙酸）对流式细胞术测定活性炭滤料上细菌数的影响,结果表明,在无菌超纯水为提取液时,机械振荡耦合高能量超声预处理后测定的细菌数最高（9.7（±1.2）×10⁷ cells·g^-1（以WW活性炭计,下同））,是最佳的物理预处理方式.0.1% CA+GA为最优的化学分散剂,耦合机械振荡与1次高能量超声预处理后细胞累积回收率较空白组（无菌超纯水）提高了21%±17%,其活细菌数也最高（约1.0×10⁷ cells·g^-1）;耦合机械振荡与3次高能量超声预处理后,分离的生物膜细菌量最高（1.5（±0.2）×10⁸ cells·g^-1）,证明0.1% CA+GA耦合机械振荡与3次高能量超声是利用流式细胞术测定活性炭生物膜的细菌数的最佳预处理方式.     

温度对一体式厌氧流化床膜生物反应器运行效能及微生物群落结构的影响

本研究采用一体式厌氧流化床膜生物反应器（integrated anaerobic fluidized-bed membrane bioreactor,IAFMBR）处理含苯并噻唑的高浓度合成废水,考察了温度变化（35、25和15℃）对反应器运行效能,膜污染情况和微生物群落结构的影响.结果表明,温度下降对反应器运行效能和膜污染情况产生不利影响.当温度从35℃下降到15℃时,COD去除率下降7.4%,苯并噻唑去除率下降49.2%,挥发酸总量上升225.66 mg·L^-1,甲烷产率（以CH₄/COD_removed计）下降0.118m³·kg^-1.膜污染周期从5.2 d下降到2.5 d.对于滤饼层而言,达到膜污染时,SMP（soluble microbial product）的质量浓度从42.47 mg·L^-1上升到70.62 mg·L^-1,EPS（extracellular polymeric substance）的含量（以VSS计）从46.30 mg·g^-1上升到82.22 mg·g^-1;对于混合液而言,SMP的质量浓度从36.46 mg·L^-1上升到69.35 mg·L^-1,EPS的含量从47.47 mg·g^-1上升到81.63 mg·g^-1.蛋白质是EPS和SMP的主要成分,约占总成分的80%.微生物群落结构表明,Firmicutes（厚壁菌门）和Chloroflexi（绿弯菌门）始终是最优势的菌门,占全部菌门相对丰度的42.6%~61.0%.随着温度的下降,优势菌属分别是Clostridium（13.7%）,Levilinea（15.2%）和Lactococus（17.9%）.产甲烷古菌的优势菌属始终是Methanosaeta.     

稻田土壤氧化亚氮产生潜势、反硝化功能基因丰度和群落结构的垂向分布

土壤中氧化亚氮（N₂O）的释放量占全球N₂O释放总量的60%.其中，稻田土壤是N₂O最主要的释放源.反硝化过程是稻田土壤N₂O生成的主要微生物过程之一.本研究选取广东韶关稻田垂向土壤（0~100 cm）为研究对象，通过乙炔抑制剂法测定了N₂O产生潜势和反硝化潜势，并利用针对特异性功能基因的实时荧光定量和高通量测序技术分别分析反硝化功能基因丰度和反硝化微生物群落结构.结果显示：0~10 cm深度的土壤样品N₂O产生潜势最高，可达（0.020±0.0035）μg·g^-1·h^-1.反硝化功能基因中，nirK基因的丰度峰值（（1.51±0.0015）×10⁸ copies·g^-1）出现在0~10 cm深度，而nosZ和nirS基因的丰度峰值（（4.29±0.0015）×10⁷ copies·g^-1和（8.86±0.0010）×10⁷ copies·g^-1）均出现在10~20 cm深度.稻田垂向土壤中N₂O产生潜势和相关的反硝化功能基因（nosZ、nirK和nirS）丰度均随土壤深度的增加而逐渐降低.其中在所有深度的土壤样品中nirK基因的丰度均高于nirS.基于nirK基因的高通量测序结果发现慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）的相对丰度最高（44.06%±6.14%，n=6）.相关性分析表明，稻田土壤中N₂O产生潜势与环境因子（TN、TC和含水率）、反硝化功能基因丰度以及慢生根瘤菌（Bradyrhizobium），罗河杆菌属（Rhodanobacter）和亚硝化螺菌属（Nitrosospira）的相对丰度呈正相关.上述结果表明稻田土壤中环境因子和反硝化功能基因丰度影响了N₂O产生潜势的垂向分布.     

叶酸对厌氧氨氧化细菌脱氮性能的影响研究

考察了叶酸对厌氧氨氧化细菌对污水脱氮性能的影响,并从胞外聚合物（EPS）、血红素及细胞合成等方面进行了机理分析.结果表明,在叶酸添加量分别为0.5、1.0和1.5 mg·L^-1时,均可提高厌氧氨氧化细菌的污水脱氮性能,且当叶酸浓度为1.5 mg·L^-1时,脱氮性能最好.与对照组相比,在1.5 mg·L^-1的叶酸添加量时,总氮去除率（TNRR）提高到45.3 mg·g^-1·d^-1,增加了32.1%;总EPS提高到175.9 mg·g^-1,增加了66.6%;血红素含量提高到2.35 mg·g^-1,增加了26.4%;厌氧氨氧化细菌功能基因总拷贝数提高到（2.87×10⁸±1.79×10⁷）copies·g^-1,增加了11.1%.经叶酸刺激培养后,污泥系统中的浮霉菌门相对丰度增加了3.5%,系统中占主导地位的厌氧氨氧化细菌为Candidatus Brocadia.     

醋糟高效厌氧消化体系构建

运用高固态厌氧消化模式,通过提高反应体系均质程度和沼液回流等手段,逐步提升物料负荷,对未经预处理的醋糟进行厌氧消化处理,成功构建了醋糟高效厌氧消化体系.结果表明,在反应体系物料负荷达到6.15 g·(L·d)~(-1)时表现出最佳的厌氧消化性能,单位干物料产沼气量为396 m L·g~(-1),单位干物料产甲烷量为211 m L·g~(-1).该物料负荷下半纤维素降解率达到63.66%,是醋糟厌氧消化性能提高的主要原因.纤维素、木质素的降解率分别为21.46%、24.43%,较低的降解效率主要是由于木质素中的苯环结构难以降解,并阻碍纤维素酶的水解作用,对纤维素降解产生屏蔽效应.     

F/M及HRT对果蔬垃圾厌氧发酵产氢的影响

通过中温半连续厌氧消化实验,考察了果蔬垃圾在不同食微比(0.5、0.75、1.0和1.5)及不同水力停留时间(2、3和4d)下的产氢性能.结果表明,当食微比较低(0.5和0.75)时,各水力停留时间下均不适宜连续产氢,且在水力停留时间为3 d和4 d时容易产生大量甲烷;当食微比较高(1.0和1.5)时,可以实现稳定连续产氢,发酵过程中几乎无甲烷产生.当食微比及水力停留时间分别为1.0及3 d时可获得最佳连续产氢效率,其最高容积产氢量和平均容积产氢量分别为451m L·(L·d)~(-1)和(186±29)m L·(L·d)~(-1),最高挥发性固体产氢率和平均挥发性固体产氢率(以VS计)分别为133 m L·g~(-1)和(27±5)m L·g~(-1),氢气含量可达20%~30%.     

零价铁对厌氧消化过程中氨氮抑制解除的影响

氨氮抑制是影响高含固有机固体废弃物厌氧消化产甲烷效率的重要因素.本研究通过实验室批量实验,考察了微米级零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化的影响以及对高氨氮抑制解除的影响.结果表明,投加4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化过程中的产甲烷速率、迟滞时间和产甲烷潜势等动力学特征均未有影响.但是,在高氨氮抑制的厌氧消化过程中, 4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)的零价铁投加可使厌氧消化受氨氮抑制的产甲烷迟滞时间由对照组的18.61 d分别缩短为17.22 d和16.18 d,最大产甲烷速率(以VS计)由对照组的6.34 mL·(d·g)~(-1)提升为7.84 mL·(d·g)~(-1)和7.39 mL·(d·g)~(-1).零价铁并未通过化学反应对厌氧消化的pH缓冲体系产生直接影响,而是使氨氮抑制后的产甲烷优势古菌Methanosarcina的相对丰度(27 d)由对照组的30.71%提升到53.50%和60.30%.本研究证明了零价铁并不能提升污泥产甲烷潜势,而只是在受抑制影响的厌氧消化过程中,刺激产甲烷微生物的代谢活性,强化如氨氮抑制影响的快速解除.     

初始pH值和物料配比对高温混料厌氧发酵进程的影响

为了研究高温条件下初始p H对厌氧发酵进程的影响,以猪粪、玉米秸秆为发酵原料,设置3种比例(干物质质量比30∶70、50∶50、70∶30)下6个水平(6.0、6.5、7.0、7.5、8.0的初始p H值以及一个不调控初始p H的处理作为对照)进行批次发酵试验.结果表明,初始p H值和物料配比都会显著影响厌氧发酵过程的启动时间和甲烷产量.当初始p H值为7.0时,VS降解率趋于稳定.COD去除率随着粪便含量的增加而逐渐降低.高温猪粪玉米秸秆混合发酵最佳挥发性脂肪酸(VFA)/碱度比值范围为0.05~0.3;猪粪可以作为一种缓冲材料,适量添加可增大消化系统的缓冲能力.通过建模优化,预测出当初始p H值为6.95、猪粪/玉米秆为70∶30时,可得到每克挥发性固体最大理论单位甲烷产量169.22 m L·g-1.     

亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化过程强化新视角:排泥及其微生物机制研究

亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化(Nitrite-dependent anaerobic methane oxidation, n-DAMO)是微生物在厌氧条件下利用甲烷还原亚硝酸盐的过程.本研究通过排泥的策略对n-DAMO过程进行强化,并比较分析了反应器中微生物的群落结构及功能微生物数量.结果发现,与对照组相比,排泥后实验组反应器的脱氮速率从17.00 mg·L~(-1)·d~(-1)提高到73.10 mg·L~(-1)·d~(-1).排泥后反应器中n-DAMO细菌的相对丰度从38.3%上升到67.7%,功能微生物的基因拷贝数由1.404×10~8 copies·g~(-1)增长到4.854×10~8 copies·g~(-1),污泥比活性提高了2.95倍.与之相反,初始反应器中其余优势微生物Unclassified_GCA004、Unclassified_Rhodocyclaceae、Unclassified_Fimbriimonadaceae与Methylosinu相对丰度分别下降为原来的27.66%、32.65%、4.35%、20.27%.结果表明,排泥可以有效地强化n-DAMO过程,同时促进功能微生物的生长,主要原因在于排泥排出了非目标微生物,使得目标微生物大量生长.本研究为强化n-DAMO过程及加快n-DAMO微生物的富集提供了一条新思路,并为进一步推动n-DAMO过程的工程应用提供了理论基础.     

零价铁和微波预处理组合强化污泥厌氧消化

以中温(100℃)常压的微波预处理结合零价铁投加为对象,考察了低投加量5. 19～41. 51 g·kg~(-1)(以TS计)、高投加量83. 35～853. 46 g·kg~(-1)(以TS计)下的零价铁对微波预处理污泥厌氧消化的进一步强化作用.结果表明,微波预处理与零价铁组合可使污泥厌氧消化产甲烷潜势提升17%～23%.零价铁对微波预处理后污泥厌氧消化具有一定的促进作用,且提升了厌氧消化初期(1～4 d)产甲烷速率,零价铁投加量为31. 13 g·kg~(-1)(以TS计)时,产甲烷潜势提升了7. 42%,反应第2 d的产甲烷速率提高了11. 02%.高投加量的零价铁并未表现出更好的强化效果.零价铁促进了厌氧消化初期溶解性有机物的释放,投加量为31. 13 g·kg~(-1)(以TS计)时,溶解性蛋白质较单独预处理组提高21. 16%,并且零价铁投加加快了乙酸、异丁酸、异戊酸的消耗.零价铁的投加,导致上清液中的磷酸根和硫酸根浓度降低,相应地,上清液中铁元素的浓度反而下降,说明零价铁的形态转化后,易与磷酸盐、硫反应形成沉淀,这可能是铁投加作用效果不明显的重要原因.     

微米零价铁对剩余活性污泥和餐厨垃圾厌氧联合消化的加强效果及机制

针对剩余活性污泥和餐厨垃圾厌氧联合消化产气效率不高的问题,通过投加微米零价铁,研究其对厌氧联合消化的强化效果及作用机制.结果说明,零价铁的添加强化了厌氧联合消化的产甲烷阶段,但对溶解、水解及酸化阶段没有明显影响.当零价铁的投加量为10 g·L-1时,经过15 d的厌氧消化,累积甲烷产量(以VS计)达到238.68 mL...     

超声波预处理对牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵特性的影响

为了探索超声波预处理提高厌氧发酵产气量的机理、优化超声波预处理工艺及分析超声波预处理的能量效益,利用因子分析法和通径分析研究不同发酵阶段各环境因子对发酵过程的影响,以及发酵初始环境与甲烷产量之间的关系.同时,用响应面优化法优化超声波预处理工艺,并且分析了超声波预处理的能量效益.结果表明,在40 k Hz和0.20 k W下,适宜的超声波预处理能显著提高厌氧发酵总产气量(p0.05),牛粪预处理17.68 min后与玉米秸秆预处理19.94 min混合发酵,甲烷产量最高为177.20 L·kg-1(以TS计),显著高于CK(未经预处理组,p0.05),其能量效益也最高,为1835.14 k J·kg-1(以TS计).超声波预处理通过改变发酵初始环境之间的相互关系和发酵过程环境的主要影响因素来使发酵系统更加稳定从而提高产气量.超声波预处理是一种能量输入的预处理方式,产气量高于CK处理组,但其能量效益不一定大于零.因此,在优化超声波预处理条件时必须对其能量效益进行分析.研究结果能为超声波预处理条件的优化方式提供理论依据.     

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.