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.     

UASB反应器处理生活污水的自接种启动

本试验利用未沉淀的生活污水(COD在432mg/L左右)在7℃～22℃温度下自接种启动容积为5L的升流式厌氧污泥层反应器.初始有机容积负荷为1.75kgCOD/m~3·d,水力停留时间为5.9h.运行57天时出现了颗粒污泥,此时污泥负荷为0.33kgCOD/kgVSS·d.106天后反应器达到稳定的处理效果.当温度在20℃左右,HRT为6h,COD去除率达81.2%,出水COD低于100mg/L.培养出的颗粒污泥呈黑色,粒径在0.5mm～3mm之间,比重为1.04, SVI在15左右,有较好的沉降性和产甲烷活性.污泥中产甲烷菌主要是素氏甲烷丝菌.     

COD对颗粒污泥厌氧氨氧化反应性能的影响

研究了COD对颗粒污泥厌氧氨氧化反应的影响,并对颗粒污泥的厌氧氨氧化脱氮性能进行了分析.厌氧颗粒污泥取自实验室长期运行的EGSB生物脱氮反应器,实验用水为人工配水,以葡萄糖为有机碳源;主要考察了COD对NH4 -N、NO2--N、NO3--N和TN去除的影响.结果表明:当进水不含COD时,反应器对NH4 -N、NO2--N和NO3--N和TN的去除率分别为12.5%、29.1%、16.1%和16.3%;当COD浓度分别为200mg/L、350mg/L和550mg/L时,反应器对NH4 -N的去除率分别为14.2%、14.2%和23.7%,对NO2--N的去除率均接近100%,对NO3--N的去除率分别为94.5%、86.6%和84.2%,对TN的去除率分别为50.7%、46.9%和50.4%,COD去除率分别为85%、66%和60%.分析发现,在反应初期,氨氮的去除主要通过厌氧氨氧化过程实现,随着反应的进行,反硝化菌活性逐渐提高,传统的反硝化过程占优势.同时还观察到,在反应初期COD对氨氮去除的抑制作用非常明显.图2参21     

ABR反应器的启动及颗粒污泥特征的研究

在20-30℃条件下,对ABR反应器进行了169d 5个阶段的启动实验,进水COD容积负荷达到4.38kgCOD·m-3·d-1,出水COD,挥发性脂肪酸(VFA)和pH值达到要求;形成了大量的性能良好的颗粒污泥,其尺度介于2-3.8mm之间,沉降速度大于20m·h-1,MLVSS/MLSS值均大于65%;但各格室厌氧污泥的污泥指数(SVI)差异较大.显微分析表明,不同格室内呈现出种群配合良好的厌氧微生物分布,第一格室存在大量的优势发酵细菌,并有代谢乙酸的丝状甲烷细菌,然后颗粒污泥中的微生物逐渐向以产甲烷细菌优势菌群过渡,并存在许多浮游的原生和后生动物.另外,各格室中的颗粒污泥形状各异,表面凸凹不平,存在气孔,且颗粒污泥愈靠近核心,微生物数量愈少,细菌分泌物和无机质愈多.     

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。     

降解2,4-二氯酚的厌氧颗粒污泥-悬浮载体生物膜反应器中古细菌的种群结构

采用古细菌特异性引物ARC21F/ARC958R对污泥样品的总DNA进行聚合酶链式反应(PCR)、克隆、序列分析等,研究了降解2,4-二氯酚(2,4-dichlorophenol, 2,4-DCP)的厌氧颗粒污泥-悬浮载体生物膜反应器(Anaerobic granular sludge-suspended carrier biofilm reactor, ASBR)中古细菌的种群分布.结果表明,接种污泥和ASBR各层污泥中存在共有的古细菌: Methanothrix soehngenii和Uncultured archaeon等, M. soehngenii、uncultured archaeon TA05和uncultured archaeon TA04在接种污泥和ASBR各层污泥中的分布为:接种污泥的丰度＜上层的丰度＜中层的丰度＜下层的丰度. uncultured archaeon 44A-1、uncultured archaeon 39-2、uncultured archaeon 46-1和uncultured archaeon 69-1的分布为:接种污泥的丰度＞上层的丰度＞中层的丰度＞下层的丰度.经2,4-DCP驯化后, ASBR上层悬浮填料区出现特有的古细菌unidentified crenarchaeote等,下层厌氧颗粒污泥区特有的古细菌为uncultured archaeon ZAR106等.接种污泥特有的6种古细菌Methanosaeta concilii等经2,4-DCP驯化后消亡,污泥中古细菌多样性减少,以下层颗粒污泥中古细菌种群丰度的变化最为明显.图2表2参21     

斜板式ABR水力特性及生活污水的处理

采用六隔室斜板式厌氧折流反应器(ABR)对生活污水进行处理,考察了反应器水力特性、化学需氧量(COD)去除效果、挥发性脂肪酸(VFA)和反应器内污泥性状的变化,与传统ABR相比,斜板式ABR能够有效防止污泥流失,ABR对生活污水有良好的处理效果,耐冲击负荷强,COD去除率可以达到70%左右,VFA含量随着进水c0D的提高而增加,主要成分为乙酸,浓度沿流程降低,不同隔室污泥性状差异表明产酸发酵段由于污泥有机负荷较高,厌氧颗粒污泥会发生解体.     

UASB和EGSB反应器中厌氧颗粒污泥生物学特性的比较

测定了实验室规模的２Ｌ ＥＧＳＢ和ＵＡＳＢ反应器中培养的厌氧颗粒污泥在不同基质中的比产甲烷活性、辅酶Ｆ４２０含量和胞外多聚酶物含量，结果表明，ＥＧＳＢ反应器颗粒污泥在葡萄糖上的比产甲烷活性、利用乙酸的甲烷菌和产氢产乙酸菌的活怀和胞外多聚物／含量高于ＵＡＳＢ反应器颗粒污泥，而ＵＡＳＢ反应器颗粒污泥中利用甲酸和氢的甲烷菌的活性以及辅酶Ｆ４２０的含量较ＥＧＳＢ反应器颗粒污泥更高，辅酶Ｆ４２０可以指示同种     

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     

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.     

不同温度下氨对疫病动物尸骸废水厌氧消化的影响

采用厌氧折流板反应器处理疫病动物尸骸废水,研究了反应器由中温(35℃)逐步升至高温(55℃)时的运行特性.结果表明,升温至45℃和55℃时,厌氧处理效率显著降低,将有机负荷由35℃时的6.0 kg COD·(m~3·d)~(-1)降至55℃时的2.4 kg COD·(m~3·d)~(-1)并没有得到恢复,高温厌氧COD去除率相比中温下降了24%,甲烷产率下降了33%,出水挥发性脂肪酸(VFAs)增加了1.9倍.升温过程中,厌氧产甲烷菌受到了游离氮(FAN)的抑制导致甲烷产率显著降低.当温度由35℃升至55℃时,反应器p H值由7.63升至8.22,FAN由98 mg·L~(-1)升至340 mg·L~(-1),VFAs由235 mg·L~(-1)积累至684 mg·L~(-1),p H、FAN和VFAs三者的协同作用导致反应器在高温状态下处于"抑制稳态".与中温厌氧相比,高温菌对FAN的耐受性更强.当p H值为8.2时,FAN对中温菌的IC50为324 mg·L~(-1),对高温菌则达到453 mg·L~(-1),但这一优势不能抵消升温所引起的FAN抑制效应.这是疫病动物尸骸废水高温厌氧消化效率显著低于中温的主要原因.     

厌氧好氧一体化生物反应器处理发酵废水的研究

采用新型厌氧好氧一体化生物反应器对发酵废水进行了中试处理研究.试验结果表明,系统总有机负荷最高可达到8.88kg(COD)m-3d-1,系统去除率稳定在88.10%~96.88%,说明反应器处理效率高,抗冲击能力强.反应器结构合理,利于保持丰富、高活性的微生物,反应器厌氧区颗粒污泥TS高达83.9gL-1,VS/TS为56.9%~57.4%,比产甲烷活性为280~350mL(CH4)gvss-1d-1;好氧区固定化微生物TS高达64.03gL-1载体,VS/TS为94.02%~94.30%.反应器各功能区对废水的降解过程分析,说明反应器厌氧区和好氧区一体化结构合理,可将废水逐级降解,从而保证整个系统的处理效果.图8表4参11     

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.     

厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB）反应器处理高硫酸盐有机废水的厌氧生物脱硫试验

采用人工配制的高硫酸盐有机废水模拟青霉素废水,研究其经过EGSB反应器厌氧处理后的出水,在厌氧条件下采用生物法将其转化为单质硫的脱硫工艺.当保持S2-/NO3-在1.7—1.8时,S2-保持高去除率且不会进一步生成硫酸盐.脱硫反应器与EGSB反应器联合运行,处理系统运行参数为：进水COD浓度为6000 mg·L-1,硫...     

厌氧-好氧一体式折流板反应器处理淀粉废水的启动运行

采用厌氧-好氧一体式折流板反应器,处理马铃薯淀粉废水,以淀粉废水排放口底泥作为接种污泥,可以实现快速启动。启动过程的结果表明:在温度为2 5℃～35℃,总水力停留时间(HRT)为5 4h ,容积负荷从0 .5kg/ (m3 ·d)逐渐升高到3.0 8kg/ (m3 ·d)时,第11d就将反应器启动成功,前3级厌氧反应器总的去除率达到75 % ,厌氧-好氧一体式折流板反应器总的去除率达到96 %。而后逐渐提高容积负荷,当容积负荷为10 .0kg/ (m3 ·d)时,COD去除率最高为96 % ,出水水质达到或接近国家污水排放二级标准(GB 8978- 96 )。     

UASB反应器处理味精生产废水的研究

用厌氧颗粒污泥接种的UASB反应器经驯化后,仅一个月处理味精生产废水容积负荷,由1.87kg COD/m~3·d提高到18.9kg COD/m~3·d,进料浓度COD4500—5000mg/L,去除率约80％,产气正常,抗负荷变化性能良好。 反应器工艺设计参数:进料浓度COD 5000mg/L,容积负荷10—15kg COD/m~3·d,去除率80％,操作温度38±1℃。提出了处理味精生产废水的整个工艺流程和有待进一步试验解决的问题。     

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.     

微量金属对硫酸盐有机废水厌氧处理颗粒污泥活性的影响

采用厌氧反应装置,接种取自UASB反应器的硫酸盐有机废水厌氧处理颗粒污泥,以人工配制的含硫酸盐有机废水(蔗糖提供有机物)为原水,分别添加不同质量浓度的微量金属(Fe2+、Co2+、Ni2+),通过间歇试验,研究了不同质量浓度的微量金属(Fe2+、Co2+、Ni2+)条件下,厌氧反应装置中COD和硫酸盐的去除率及产甲烷情况。试验结果表明,在Fe2+质量浓度0~12 mg·L-1、Co2+质量浓度0~0.5 mg·L-1、Ni2+质量浓度0~0.6 mg·L-1范围内,厌氧颗粒污泥的COD去除率和产甲烷速率分别随Fe2+、Co2+、Ni2+浓度的增加而增高。在Fe2+质量浓度0~12 mg·L-1范围内,厌氧颗粒污泥对SO42-去除率随Fe2+浓度的增加略有增高,但在Co2+质量浓度0~0.5 mg·L-1、Ni2+质量浓度0~2.0 mg·L-1范围内,厌氧颗粒污泥的SO42-去除率分别随Co2+和Ni2+浓度的增加而降低。因此,在一定浓度范围内,Fe2+的投加能同时激活MPB和SRB,Co2+和Ni2+的投加能激活MPB但对SRB活性产生抑制作用,为硫酸盐有机废水厌氧处理提供一定的理论指导。     

硝酸盐生物氧化沼气硫化氢及微生物群落结构

沼气中的硫化氢(H2S)是一种具有腐蚀性的有毒气体,因此在使用前必须对沼气进行人工脱硫处理.以硝酸盐作为电子受体,设置两个反应器研究在不同沼气进气速率下微生物对H2S去除能力的影响,并分析厌氧污泥的菌群结构和关键微生物种群类型.结果表明在接种污泥的反应器A中,在低进气H2S负荷下,即沼气流速为0.5 L/min时,H2S的去除率在96%以上;在高进气H2S负荷下,即沼气流速为2 L/min、3 L/min和4 L/min时,H2S去除率在20%-35%之间.即随着沼气流速加快,气体停留时间缩短,H2S去除率逐渐下降.未接种污泥的反应器B前6 d H2S去除率逐渐升高,6 d后去除率逐渐下降.厌氧污泥中的微生物生化作用对H2S的去除率有显著影响.微生物群落结构分析结果表明,在反应器运行过程中污泥的微生物种类变化较小.厌氧污泥中微生物群落的优势门是变形菌门(Proteobacteria),优势属是硫杆菌属(Thiobacillus).Sulfurimonas在微生物群落中的相对丰度变化与H2S去除率的变化呈显著正相关.故Sulfurimonas可能是本反应系统中的主要脱氮脱硫菌.     

异养硝化微生物菌剂及其好氧颗粒污泥的脱氮试验

在3个相同的反应器(No.1、No.2、No.3)中,向活性污泥中投加异养硝化微生物菌剂,以批次试验和SBR试验的方式,研究了异养硝化微牛物菌剂对模拟废水的处理效果.结果表明,该菌剂可以大幅度提高活性污泥对氨氮和COD的去除率.批次运行试验中,反应器No.1运行3 d,氨氮去除率大于98.11%,COD去除率大于99%.该投加菌剂的活性污泥每克干污泥的脱氮能力为15.77 mg d-1.以SBR方式运行16 d的试验中,可能是由于功能菌株的流失导致3个反应器的脱氮效果有逐步降低的趋势.采用该异养硝化脱氮微生物菌剂培育出的异养硝化好氧颗粒污泥对模拟废水进行了脱氮试验.在较低运行温度(11～13℃)下以SBR方式运行10 d,反应器处理效果稳定,氨氮去除率70.75%～76.42%,COD去除率在90%以上.该异养硝化好氧颗粒污泥每克干颗粒的脱氮能力为372.00 mg d-1.以上试验都没有发现硝酸氮和亚硝酸氮的积累.图5表1参19