聚苯乙烯微塑料对菌-藻颗粒污泥的影响机制研究

在成熟的好氧颗粒污泥(AGS)中接种小球藻,成功构建了菌-藻共生好氧颗粒污泥(ABGS)系统.开展了聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)对ABGS系统的影响机制研究.研究表明:低浓度PS-MPs(1mg/L)对ABGS的生物量、藻类生长、沉降性能和污染物去除效率无明显影响.相较于ABGS对照组,高浓度P S-MPs(10mg/L和100mg/L)胁迫作用下ABGS的生物量、藻类生长、沉降性能受到了明显抑制,叶绿素α/MLSS比值降低了0.19mg/g,污泥平均粒径降低了200μm,颗粒污泥结构逐渐松散破碎,有机物、氮和磷等污染物的去除效率分别降低了4.83%、5.06%和4.11%.此外,PS-MPs抑制了ABGS胞外聚合物(EPS)的分泌,降低了EPS中色氨酸和芳香族蛋白质的含量.在微生物群落结构组成方面,PS-MPs提高了ABGS系统内物种多样性,但抑制了疣微菌门(Verrucomicrobiota)、蓝藻门(Cyanobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)等功能细菌的生长,不利于维持系统的长期稳定性.     

不同补料方式对好氧颗粒污泥合成PHA的影响

为提高好氧颗粒污泥(AGS)合成聚羟基脂肪酸酯(PHA)的产量,探究了4种不同补料方式(未补料、好氧0h补料、好氧0.5h补料和好氧1h补料)对AGS合成PHA的影响,同时考察了此过程中AGS的碳氮磷去除效能以及微生物群落结构变化.结果表明,补料能够提高AGS合成PHA的含量,在好氧1h补料时AGS合成PHA的含量最高,为125.06mg/g;同时补料时间会影响AGS的脱氮除磷性能,当补料时间由好氧0h延迟至好氧1h时,AGS的总氮去除率由(87.49±5.49)%降至(67.60±16.24)%,溶解性正磷酸盐(SOP)去除率由(94.08±1.42)%降至(62.91±15.33)%.且不同补料时间条件下,AGS的微生物群落结构变化较大,合成PHA的优势菌群差异较大,在未补料和好氧0h补料条件下,优势菌为既能合成PHA同时能够脱氮或除磷的不动杆菌属(Acinetobacter);在好氧1h补料条件下中,优势菌为能合成PHA的噬氢菌属(Hydrogenophaga)和黄杆菌属(Flavobacterium).     

新一代污水生物处理技术：微藻-菌颗粒污泥

微藻-菌颗粒污泥(ABGS)系统通过微藻和细菌的耦合关系,在污染物去除过程中无需机械曝气供氧,在降低温室效应气体排放的同时还能收获高附加值物质,实现节能、降耗、减污、增效,有助于实现"绿水青山",在近年来得到了广泛的研究与关注。该文综述了ABGS系统中微藻和细菌之间的相互作用及影响ABGS形成的因素,系统总结了ABGS处理污水的机理,并对其发展前景做出展望。     

城镇污水处理厂脱氮除磷好氧污泥颗粒化研究

采用序批式生物反应器(SBR)培养好氧颗粒污泥处理模拟废水,优化好氧颗粒污泥内部好氧-兼氧-厌氧微环境,在反应器的快速启动、稳定运行阶段分别考察不同优化条件下系统的脱氮除磷性能。提出了优化污泥沉降时间、调控曝气方式等好氧污泥快速颗粒化途径,并研究排泥方式对颗粒污泥反应器稳定性的影响,通过强化脱氮除磷功能菌富集,实现氮磷同步高效去除。     

低表观气速间歇曝气AGS-SBR系统处理实际生活污水

实验选用3个SBR反应器接种污水厂活性污泥,R1采用高表观气速（SGV）连续曝气,R2采用低SGV连续曝气,R3采用低SGV间歇曝气,在低碳氮比的实际生活污水中培养好氧颗粒污泥,探究不同SGV曝气条件对好氧颗粒污泥的形成及系统处理效果的影响.经过120d的培养,R1、R2和R3中颗粒粒径分别为（754±78）,（812±86）,（1183±93）μm,R3的脱氮除磷效果优于R1和R2.结果表明,应用低SGV间歇曝气策略在低碳氮比实际生活污水中培养的好氧颗粒污泥脱氮除磷性能良好,且系统中反硝化聚磷菌（DPAO）占聚磷菌（PAO）比例为24.75%.     

两段式曝气对好氧颗粒污泥脱氮性能的影响

基于4个不同进水条件的小试实验探究,得出所接种好氧颗粒污泥表面异养菌在曝气初期阶段大量消耗碳源,对于NO-2-N和NO_3~--N的反硝化效率较低.为此,实验在常温(20~23℃)条件下,在同一周期内先采用低曝气量曝气之后再用高曝气量曝气的两段式曝气方式运行好氧颗粒污泥SBR反应器,低曝气量时长分别取1、2、3 h这3个阶段分别运行,并运用扫描电镜(SEM)和荧光原位杂交技术(FISH)对颗粒污泥进行分析,结果表明AGS粒径增大,反硝化能力提升,NO-2-N的反硝化速率(以LVSS计)在低曝气时长为2 h时升至最高,达9.66 mg·(g·h)~(-1).亚硝态氮积累率不断升高至77.84%,总氮去除率最高达70%.颗粒污泥内部孔隙增多,且细菌多以球菌、椭球状及杆菌为主,氨氧化菌(AOB)占总菌的比例由13.70%升至15.40%.因此,通过两段式曝气过程实现了短程同步硝化反硝化过程并具有较好的脱氮性能.     

好氧颗粒污泥稳定性影响因素分析

在内循环气升式间歇反应器对好氧颗粒污泥颗粒化过程进行了研究,从污泥负荷率和碳源特性分析了好氧颗粒污泥的稳定性。以蔗糖为碳源时,反应器在较低的曝气量下生长有大量的丝状真菌,而在较高的曝气量下有利于污泥形成表面光滑的颗粒,但当污泥负荷过低时,光滑的颗粒污泥表面开始迅速生长丝状真菌而导致颗粒污泥不稳定。试验表明以蔗糖为碳源物质形成好氧颗粒污泥速率快,但其操作条件难控制,容易引起丝状真菌的大量生长;以乙酸钠为碳源物质,形成颗粒污泥速度慢,污泥颗粒化程度不高;而以蔗糖与乙酸钠为混合型碳源进行好氧颗粒污泥的培养证明了形成的好氧颗粒污泥表面光滑,没有丝状菌的存在,并且颗粒污泥易于稳定运行。     

不同碳源种类对好氧颗粒污泥合成PHA的影响

影响好氧颗粒污泥稳定性的因素众多,其中碳源种类的不同会造成好氧颗粒污泥合成聚羟基烷酸酯(PHA)的不同,进而影响其稳定性能.采用混合碳源驯化培养的好氧颗粒污泥进行试验.考察了厌氧条件下,乙酸钠等八种碳源对好氧颗粒污泥合成PHA的影响.结果表明,颗粒污泥对乙酸钠和蔗糖具有较好的转化能力,合成PHA的量分别为102.19mgCOD/g·VSS和70.58mgCOD/g·VSS,显著高于其他碳源的PHA合成量(5~26mg/g×VSS).故以蔗糖和乙酸钠作碳源均有利于颗粒污泥稳定性能的维持,而当以甲醇作碳源时好氧颗粒污泥的贮存能力最差.     

阶梯曝气对城市污水好氧颗粒污泥系统的影响

为实现低C/N城市污水的同步脱氮除磷,采用SBR反应器以厌氧/好氧(A/O)为运行方式,在保持总曝气量900 L不变的条件下调整曝气策略[将均匀曝气2. 81 L·(h·L)-1改为先高强度4. 22 L·(h·L)-1后低强度1. 88 L·(h·L)-1的"高/低曝气"和先低强度1. 88 L·(h·L)-1后高强度4. 22 L·(h·L)-1的"低/高曝气"].试验考察了不同曝气策略下系统的脱氮除磷性能及污泥特性.结果表明,高/低曝气下系统的脱氮除磷效果最佳,出水NH_4+-N、NO_2--N、NO_3--N和TP浓度分别为0、0. 15、8. 12和0. 04 mg·L~(-1),总氮(TN)和总磷(TP)去除率分别为78. 33%和99. 19%,同步硝化内源反硝化(SNED)作用明显,SNED率为77. 08%.且相比于均匀曝气,系统硝化速率及反硝化速率均增加,反硝化速率(以N/VSS计)达到整个运行过程中的最大值,为14. 33 mg·(g·h)-1,同时颗粒污泥密实度、沉降性能及稳定性提高,污泥容积指数(SVI)为23. 49 m L·g~(-1).调整曝气策略为低/高曝气后,系统脱氮除磷性能变差,TN和TP去除率均降至最低,分别为51. 26%和58. 32%,但此时系统硝化性能最佳,氨氧化速率和硝酸盐生成速率均达到整个运行过程中的最大值,分别为14. 92 mg·(g·h)-1和7. 50 mg·(g·h)-1,同时颗粒污泥中丝状菌大量繁殖、结构松散、沉降性及稳定性均变差,SVI升至40. 76 m L·g~(-1).故采取高/低阶梯曝气策略有利于AGS系统高效脱氮除磷及提高稳定性.     

连续流好氧颗粒污泥系统处理低COD/N实际生活污水的工艺优化

在连续流合建式反应器中接种成熟好氧颗粒污泥处理低碳氮比(COD/N)的实际生活污水,研究了曝气量和水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对连续流好氧颗粒污泥系统脱氮除磷和颗粒污泥稳定性的影响.结果表明,当曝气量为300 m L·min-1(表观气速为1.2 cm·s-1)、HRT为7.5 h时,反应器对化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮(total nitrogen,TN)和总磷(total phosphorus,TP)去除率达到最高,分别为76.34%、51.23%和53.70%.整个系统在此条件下能够稳定运行,污泥浓度(mixed liquor suspended solids,MLSS)为2 000 mg·L-1左右,污泥体积指数(sludge volume index,SVI)保持在50 m L·g-1以下,好氧颗粒污泥形态完整,沉降性能良好.低COD/N的实际生活污水促进了好氧颗粒污泥胞外多聚物(extracellular polymeric substance,EPS)的增长,蛋白质(protein,PN)和多聚糖(polysaccharide,PS)的比值高达17.9,相对于PS,PN对颗粒污泥的稳定性有更大的促进作用.     

好氧颗粒污泥形成过程中群感效应的作用研究

通过观察污泥颗粒化过程中胞外聚合物和水解氨基酸的变化情况,同时监测在好氧颗粒污泥形成过程中不同种类酰化高丝氨酸内酯类化合物（AHLs）在AGS形成过程的变化规律,协同研究群感效应对胞外聚合物产生的影响,进而揭示颗粒化过程中污泥变化特征.结果表明,絮状污泥颗粒化过程中,AGS最终平均粒径约为150 μm,胞外聚合物中蛋白质增幅较大且以紧密结合型胞外聚合物及Pellet层胞外聚合物增加为主.污泥胞外聚合物中芳香族类物质及酪氨酸蛋白物质的生成是AGS形成的物质基础;丙氨酸、甲硫氨酸等疏水性物质可促进AGS的生成并维持其稳定.在AGS形成过程中,群感效应整体呈现为加强趋势,其中C4-HSL呈现明显浓度下降趋势,C6-HSL,3OC6-HSL及C8-HSL与胞外聚合物,蛋白质及多糖均呈现正相关趋势,其中C6-HSL和C8-HSL与紧密结合型胞外聚合物中的蛋白质及多糖呈现极显著正相关.     

信号分子在好氧颗粒污泥形成过程中的作用

采用人工配水成功培养好氧颗粒污泥,针对絮状污泥颗粒化过程中污泥的理化性质、污染物去除效率、胞外聚合物和信号分子变化进行相关分析.结果发现,在好氧颗粒污泥的形成过程中,污泥对污染物去除能力明显提高.与接种污泥相比,成熟的好氧颗粒污泥对COD、NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除率分别提高20%、36%和57%.好氧颗粒污泥中胞外蛋白质和多糖含量分别增加了116和31mg/gMLVSS.采用激光共聚焦扫描显微镜对接种污泥和好氧颗粒污泥进行空间表征,发现后者蛋白质含量明显增加,说明蛋白质在污泥颗粒化过程中具有重要作用;磷酸二酯酶活性总体呈现上升趋势,第二信使环二鸟苷酸（cyclic diguanylic,c-di-GMP）含量先增加后降低,与胞外聚合物中蛋白质和多糖的变化规律相似.通过SPSS软件进一步分析得知,c-di-GMP与蛋白质相关系数R²=0.92871,呈极显著相关性;与紧密结合型胞外聚合物中蛋白质相关系数R²=0.89025,呈显著相关性,推测c-di-GMP可能是通过指导紧密结合型胞外聚合物中的蛋白质合成以促进好氧颗粒污泥的形成.     

交替好氧/缺氧运行模式对生物脱氮效能及活性污泥胞外聚合物的影响

以实际生活废水为处理对象,考察了SBR工艺好氧/缺氧(O/A)和缺氧/好氧(A/O)运行模式对生物脱氮性能、胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)及其组分(蛋白质PN、多糖PS和核酸DNA)的影响.结果表明,O/A和A/O运行模式下,SBR工艺均获得了高效稳定的NH_4~+-N去除,去除率分别为97.5%和98.0%,且硝化速率与NH_4~+-N负荷呈现较好正相关性.交替缺氧/好氧运行模式对于EPS影响,A/O模式下EPS产量略高于O/A模式下,且运行模式对TB-EPS及其组分(PN、PS和DNA)产量无显著影响,但A/O模式下LB-EPS及其组分(PN和PS)产量均高于O/A模式下,倍数介于1.38~1.56之间.2种模式条件下,PS是TB-EPS和EPS的主要组分,而PN是LB-EPS的主要成分.EPS含量与污泥沉降性能具有良好的线性正相关.     

处理含油废水的好氧颗粒污泥形成过程及其特性研究

含油废水中因含有较高浓度的油脂类物质和聚合物而对环境造成危害,威胁人类健康,同时,为解决采用传统膜分离工艺运行成本较高的难题,开展了基于好氧颗粒污泥技术的含油废水处理研究.结果表明,以含油废水启动反应器,经35 d好氧颗粒污泥培养成熟,COD和溶解性油的去除率高达86.0%和94.2%;在絮状污泥颗粒化过程中,污泥胞外聚合物中蛋白质类物质含量提高3.7倍,蛋白质类物质与多糖类物质比值升高到2.72,证明胞外聚合物内蛋白质类物质浓度增加是活性污泥颗粒化的重要因素;好氧颗粒污泥荧光光谱结果显示好氧颗粒污泥中蛋白质类物质的稳定存在是好氧颗粒污泥形成的重要因素.选取好氧颗粒污泥技术处理含油废水的效果和成本均优于常规生物处理工艺和膜分离工艺,由于污泥及其胞外聚合物中多糖类和蛋白质类物质含量均较高,适用于回收污泥资源,对含油污泥的资源化利用意义重大.     

纳米氧化铜颗粒和环丙沙星对好氧颗粒污泥的协同胁迫效应

纳米颗粒和抗生素在污水处理厂中的共同存在可产生综合毒性.选择纳米氧化铜颗粒(CuO NPs)和环丙沙星(CIP)作为纳米颗粒和抗生素的代表性物质,探究了CuO NPs和CIP共存胁迫对好氧颗粒污泥(AGS)系统的运行性能、污泥特性和微生物群落的长期影响.结果表明:CuO NPs单独胁迫使脱氮性能轻微提高,对碳和磷的去除性能轻微下降.CIP单独胁迫显著抑制了碳、氮和磷的去除性能.CuO NPs和CIP共存时对碳、氮和磷去除表现出明显的协同抑制效应.CuO NPs和CIP共存胁迫使细胞膜完整性下降,乳酸脱氢酶(LDH)释放量增多,胞外聚合物(EPS)分泌增强,且溶解性EPS(S-EPS)的官能团发生显著变化.CuO NPs和CIP共存胁迫改变了微生物群落结构,对生物多样性具有显著的协同抑制效应,对微生物具有较强的毒性作用.     

基于颗粒污泥的短程反硝化USB反应器启动和运行研究

在2个相同的USB反应器(R1无载体,R2采用多孔生物填料为载体)中构建了短程反硝化工艺,对R1和R2NO₃^--N→NO₂^--N转化性能、短程反硝化颗粒污泥物化特性、胞外聚合物(EPS)产生特性以及微生物功能菌群主要特征进行差异分析.结果表明,反应器运行81d,氮负荷(NLR)为1.2kg/(m³·d)时,NO₃^--N→NO₂^--N转化率(NTR) R2(85%)高于R1(80%);载体颗粒污泥(R2)沉降性能优于自固定化颗粒污泥(R1)且载体颗粒污泥(R2)更容易截留EPS,PN/PS值R1(1.29)>R2(1.15),污泥体积指数(SVI) R1(27.07mL/g MLSS)>R2(19.36mL/g MLSS);扫描电镜发现R1污泥表面聚集长杆菌,R2污泥表面聚集短杆菌和球菌,与R1相比R2颗粒污泥结构更加规则密实.微生物高通量测序结果表明,R2物种丰富度和多样性高于R1,变形菌门、拟杆菌门和绿弯菌门在短程反硝化系统中占主导地位,R1和R2主要NO₂^--N积累功能菌属均为Acinetobacter属(R1-59.18%、R2-46.04%)和Thauera属(R1-6.81%、R2-5.99%).     

c-di-GMP在低温好氧颗粒污泥形成过程中的作用

在低温条件下运行好氧颗粒污泥反应器,絮状污泥颗粒化过程中信号分子可通过传导作用引起各层物质之间的组分变化,通过研究胞外聚合物及污泥相关疏水性的变化规律,并观察此过程中微生物菌群的群落演替特点,揭示环二鸟苷酸（c-di-GMP）在低温好氧颗粒污泥形成过程中的变化规律与影响作用.结果表明：接种污泥在颗粒化过程中,胞外聚合物含量从48mg/gMLVSS增长至139mg/gMLVSS,其中以TB层蛋白质增长为主,在颗粒化过程中,c-di-GMP含量由62μg/gMLVSS增至600μg/gMLVSS,始终影响微生物运动及生物膜形成,促使具备胞外聚合物分泌功能的菌群加快分泌胞外聚合物,促进好氧颗粒污泥的形成.各个阶段污泥中微生物种群存在较大差异,在反应器运行初始阶段与c-di-GMP合成相关的菌群占据优势,同时在后期表现出较好的脱氮除磷能力,在低温条件下好氧颗粒污泥微生物菌群发生演替并最终形成稳定的菌群结构.     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

胞外聚合物和信号分子对厌氧氨氧化污泥活性的影响

为了探究胞外聚合物（EPS）对厌氧氨氧化颗粒污泥活性的影响,分别向厌氧氨氧化颗粒污泥中投加30mg/L的总胞外聚合物（IN-EPS）,松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）和紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）.结果表明,3种EPS均可提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性.对于添加了IN-EPS,LB-EPS和TB-EPS的实验组,厌氧氨氧化颗粒污泥的氨氮去除速率分别增加了6.68%,10.5%和19.29%,厌氧氨氧化菌的生长速率分别增加了18.25%,21%,16.3%.三维荧光光谱法分析发现3种EPS的组成基本相同,以芳香族蛋白质和可溶性微生物产物为主.对EPS中的高丝氨酸内酯类（AHLs）信号分子进行检测,发现EPS中含有3种信号分子,分别是C4-HSL,C6-HSL和C10-HSL,外源投加这3种AHLs到厌氧氨氧化颗粒污泥中,结果发现C4-HSL和C6-HSL可以提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性和生长速率,这是EPS可以提高厌氧氨氧化菌活性的原因.     

Effect of proteins, polysaccharides, and particle sizes on sludge dewaterability

Four batch experiments of hydrolysis and acidification were carried out to investigate the distributions of proteins (PN) and polysaccharides (PS) in the sludge, the PN/PS ratio, the particle sizes, and their relationship with sludge dewaterability (as determined by capillary suction time, CST). The sludge flocs were stratified through centrifugation- and ultrasound-based method into four fractions: (1) slime, (2) loosely bound extracellular polymeric substances (LB-EPS), (3) tightly bound EPS (TB-EPS), and (4) pellet. The results showed that PN was mainly partitioned in the pellet (80.7%) and TB-EPS (9.6%) fractions, while PS distributed evenly in the four fractions. During hydrolysis and acidification, PN was transferred from the pellet and TB-EPS fractions to the slime fraction, but PS had no significant transfer trends. The mean particle sizes of the sludge flocs decreased with hydrolysis and acidification. The pH had a more significant influence on the dewaterability of sludge flocs than temperature. Sludge dewaterability during hydrolysis and acidification processes greatly deteriorated from 9.7 s at raw sludge to 340–450 s under alkaline conditions. However, it was just slightly increased under acidic conditions. Further investigation suggested that CST was a ected by soluble PN, soluble PN/PS, and particle sizes of sludge flocs, but was a ected slightly by total PN, PS, or PN/PS in the whole sludge flocs and other fractions (except slime).