高氢分压下厌氧颗粒污泥演变过程研究

为了探究厌氧颗粒污泥用于氢辅助原位生物法沼气提纯的可行性，在高氢分压ASBR中对厌氧颗粒污泥演变过程进行了考察，包括反应器性能和厌氧颗粒污泥特性变化情况.结果表明，在进水COD负荷低于5g/（L·d）时，氢辅助原位生物法沼气提纯中高氢分压、高进水COD负荷和高剪切力新环境促使厌氧颗粒污泥向小粒径方向演变，系统运行性能良好、高效，此时厌氧颗粒污泥可以通过营造具有极低氢分压的微环境强化基于HIT（种间氢传递）途径丙酸降解；但随着进水COD负荷进一步提高，超过6g/（L·d）时，系统出现不可控的丙酸积累.因此，需要寻求其他技术手段来缓解更高进水COD负荷条件下氢辅助原位生物法沼气提纯系统中丙酸积累问题.     

中温和高温厌氧生物产氢反应器连续运行的研究

采用2个厌氧生物产氢反应器分别在中温(37℃)和高温(55℃)下连续运行.以河底沉积物接种,葡萄糖为基质,在CSTR中成功实现了连续中温厌氧产氢,最高产氢量达8.6L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/葡萄糖)为1.98.以厌氧产甲烷颗粒污泥接种,蔗糖为基质,在UASB反应器中成功实现了连续高温厌氧产氢过程,最高产氢量达6.8L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/蔗糖)为3.6.在高温UASB反应器中培养获得了灰白色的产氢颗粒污泥,平均粒径为0.8～1.2mm,沉速为30～40m/h,电镜观察发现其表层生长大量杆状细菌.对2种产氢污泥的总DNA进行提取和纯化,通过PCR扩增和DGGE分析,发现高温和中温厌氧产氢污泥中的大部分真细菌种类相同,但各自的优势菌种明显不同.     

载体好氧预挂膜处理对厌氧消化反应器启动的影响

研究了生物膜载体经好氧预挂膜处理对厌氧附着膜膨胀床反应器 (AAFEB)启动的影响。载体经10天好氧预挂膜处理后的反应器比对照提前 15天完成启动。载体经好氧预挂膜处理的反应器中生物膜比对照反应器较早出现厌氧丝状菌 ,而且占据优势 ,而对照反应器则以球状细菌较多。前者厌氧颗粒污泥致密、结实 ,生物膜结构良好 ,滞留于反应器中的性能较佳 ,比后者较不易随水流失     

Ce~(3+)对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce3+对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce3+浓度＜1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce3+浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量＜3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce3+的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能影响研究

为了研究硝酸盐对厌氧生物膜系统同时产甲烷反硝化反应的影响及其机制,拓展生物膜工艺在高氮有机废水中的应用,采用生物膜-污泥厌氧复合反应器和上流式厌氧污泥床培养具备同时产甲烷反硝化反应的功能微生物系统,并以间歇实验方法,对比研究硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响.结果表明,硝酸盐对生物膜和颗粒污泥系统去除COD和反硝化反应均有影响,但硝酸盐浓度变化对颗粒污泥系统的影响比生物膜系统更大,生物膜表现出更强的降解能力和更高的耐性阈值.随着硝酸盐浓度从75 mg·L-1增加到600 mg·L-1,颗粒污泥对COD的降解速率从273.26mg·（h·g）-1降到0.1 mg·（h·g）-1,而生物膜从95 mg·（h·g）-1降至1.7 mg·（h·g）-1;同时,生物膜和颗粒污泥对硝酸盐的降解速率分别从21.43、22.31 mg·（h·g）-1增加到83.72、61.06 mg·（h·g）-1,随着硝酸盐的降解,生物膜表现出更强的恢复能力,最大值为712.44 mg·（h·g）-1.研究还发现亚硝酸盐积累是影响生物膜和颗粒污泥同时脱氮除碳功能的主要原因,在相同的硝酸盐浓度下,生物膜中亚硝酸盐的最大积累量仅为的颗粒污泥的1/10.因此,生物膜-污泥厌氧复合反应器可以作为高浓度含氮有机废水实现同时产甲烷反硝化工艺反应器一种重要选择.     

载体好氧预挂膜处理对厌氧生物颗粒性能的影响

研究了生物膜载体经好氧预挂膜处理对厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)反应器中生物颗粒性能的影响.载体经10 d好氧预挂膜处理后,形成了7～8 μm厚的生物膜,在起动运行过程中,处理反应器中载体的挂膜进程比对照要快.在整个运试期间,处理反应器中的生物膜厚度和污泥浓度值均高于对照.前者厌氧生物颗粒致密、结实,生物膜结构良好,滞留于反应器中的性能较佳,比后者较不宜随水流失.处理反应器厌氧生物颗粒的一些性能指标值,如最大比产酸活性、最大比产甲烷活性、脱氢酶活性、辅酶F₄₂₀含量等均高于对照.另外,厌氧生物颗粒内微生物相也有明显的差异.      

多相内循环厌氧反应器内颗粒污泥特性分析

该文对处理柠檬酸废水的多相内循环厌氧反应器中颗粒污泥的理化特性和微生物特性进行了实验研究。扫描电镜下厌氧颗粒污泥呈黑色、球形、表面光滑且有空隙;筛分法得到90%的污泥粒径分布在0.45~2.0 mm范围内;重力沉降法得到90%以上颗粒污泥的沉降速度大于50 m/h,沉降性能良好;高温灼烧法测得颗粒污泥的挥发分占总固体的64.56%,有机物含量高。采用454高通量测序的方法对厌氧颗粒污泥中的微生物进行鉴别,细菌中共有约30个菌门和100个菌属,其中Anaerofustis、Anaerolineae、Spirochaeta和Longilinea是优势菌属,分别占细菌总量的4.91%、4.78%、4.41%、3.98%。这些细菌的共同特征是可以将大分子有机物水解并转化成酸。古生菌中广古菌门(Euryarchaeota)占92.48%,其中甲烷鬃菌属(Methanosaeta)占7.81%,甲烷杆菌属(Methanobacterium)占49.35%,主要作用是产甲烷。微生物的多样性指数较高,表明厌氧颗粒污泥中微生物种类丰富,有利于厌氧反应器的稳定运行。     

C/N对污泥厌氧发酵产酸类型及代谢途径的影响

研究了污泥的初始C/N对污泥发酵产酸类型的影响及产酸代谢途径.初始C/N在12时,形成的是乙酸型发酵类型;当初始C/N在56左右,可实现丙酸型发酵类型;而当C/N处于156时,则形成丁酸型发酵.不同发酵产酸类型的形成是由优势产酸菌群的改变导致的.末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)微生物种群的结果表明,构成乙酸型发酵类型的主要优势菌群为消化链球菌属;而丙酸型发酵类型中的优势菌群则为丙酸杆菌属;梭菌属则是丁酸型发酵类型中的优势产酸功能菌.有机酸代谢途径中关键酶活性检测结果表明,在低C/N条件下,乙酸的累积主要是通过氨基酸之间的Stickland反应形成,而随着C/N值的增大,导致丙酸和丁酸累积的主要代谢途径转变为糖酵解的丙酮酸途径.     

厌氧污泥颗粒化中微生态形成过程表征

采用荧光原位杂交（FISH）和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术,表征了厌氧污泥颗粒化过程中微生物种群多样性及群落相似性的变化,解析了关键微生物中产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌及产甲烷菌的动态演替,初步探讨了颗粒污泥微生态群落的形成过程.结果表明,正常启动的厌氧反应器中,颗粒污泥生长周期超过180 d...     

低溶解氧胁迫下生物膜-颗粒污泥anammox工艺生物富集特性及脱氮功能菌群和基因的演变研究

为探究低溶解氧(DO<0.5 mg·L^-1)条件对厌氧氨氧化（anammox）工艺脱氮性能、生物膜及颗粒污泥特性、菌群结构及其功能基因的影响,试验构建了试验室规模的上流式载体生物膜-颗粒污泥 anammox系统 .结果表明,反应器在长达 175 d的运行过程中脱氮性能良好且运行十分稳定,系统平均 NH₄⁺-N、NO₂^--N 和 TN 去除率分别为 95.0%±2.1%、99.0%±1.0% 和 87.0%±2.1%. 在紧密结合型 EPS（TB-EPS）中,颗粒污泥与载体生物膜的蛋白（PN）/多糖（PS）值分别为 0.094 和 0.048,有利于颗粒污泥和生物膜的形成 . 粒径大于 0.5 mm 的 anammox 颗粒污泥占比达到72.0%,有利于系统持留脱氮菌群 .菌群结构分析中发现,生物膜的优势菌门分别为变形菌门（29.6%）、浮霉菌门（10.7%）和绿弯菌门（10.7%）,颗粒污泥具有相似的优势菌门,对应相对丰度（RA）分别为 25.6%、24.3% 和 7.6...     

产氢产乙酸和产甲烷反应对厌氧消化的限速作用

为明晰厌氧消化过程的主要限速步骤,分别以丁酸、乙酸、H₂/CO₂为基质,在37℃和pH 5.00~9.00条件下对厌氧活性污泥进行培养,依据Shelford耐受定律对食丁酸产氢产乙酸菌（SBOB）、乙酸营养型产甲烷菌（ACM）和氢营养型产甲烷菌（HTM）的pH值生态幅及基质转化速率进行分析.结果表明,SBOB、ACM和HTM的pH值生态幅分别为6.19~8.59、5.50~7.74和4.39~9.23,其代谢最适pH值分别为7.39、6.62和6.81.在最适pH值条件下,厌氧活性污泥对丁酸、乙酸、H₂/CO₂的转化速率分别为0.86、1.04和1.09gCOD_equ/（gMLVSS·d）.可见,与产甲烷菌相比,产氢产乙酸菌的pH值生态幅更窄,基质转化速率更慢,对厌氧消化过程具有更为显著的限制作用.     

双膜曝气生物膜反应器除水中硝氮和高氯酸盐

构建了一种以CO₂为唯一碳源的膜曝气氢基质生物膜反应器（H₂-MBfR）对模拟地下水中2种主要的氧化型无机无污染物（NO₃^--N和ClO₄^-）进行生物还原去除.通过膜曝气方式使CO₂起到提供碳源和调节反硝化过程中pH值跃升的双重作用,克服了传统方法所带来的二次污染和运行成本增加的问题.通过调整H₂和CO₂压力能够实现对反应器出水pH值的较为稳定的控制,当CO₂压力分别为0.05MPa和0.08MPa 2个阶段时,在平均NO₃^--N和ClO₄^-进水浓度分别为20.73mg/L和10.57mg/L条件下,两阶段出水平均pH值分别为8.45和8.06,NO₃^--N和ClO₄^-去除率均大于95%;当第3阶段CO₂压力提升至0.12MPa时,平均出水pH值下降至6.93,此时NO₃^--N和ClO₄^-去除通量明显降低.而提供过量的CO₂会导致在偏酸性条件下甲烷化过程的产生,从而会导致其对H₂的负面消耗进而使目标污染物的还原速率下降.因此,合理控制CO₂压力使反应体系pH值维持在中性偏碱性条件下有利于NO₃^--N和ClO₄^-还原过程的高效进行.     

MBBR及UVC高级氧化技术深度处理典型医药品微污染物效能

研究了移动床生物膜反应器(MBBR)对废水中6种典型医药品微污染物的生化去除特性,对比探究了短波紫外光(UVC)活化H₂O₂、HSO-₅和S₂O2-₈工艺在连续流模式下对MBBR生化出水中残余目标医药品的深度处理效能。结果显示:MBBR能有效降解避蚊胺、吉非罗齐和布洛芬,其平均降解速率分别为835.5,889.2,653.3μg/(L·d),但难以有效去除卡马西平、克罗米通和甲氧苄啶。目标医药品微污染物对MBBR中有机碳源去除和氨氮的硝化过程影响较小。高通量基因测序结果表明:MBBR中的优势菌群包括变形菌门(65.6%)、浮霉菌门(14.8%)、拟杆菌门(7.4%)和绿弯菌门(4.2%);优势菌属包括生丝微菌属(31.6%)、甲基娇养杆菌属(10.7%)、SMIA02(9.6%)和OLB12(4.9%)。UVC活化H₂O₂、HSO-₅和S₂O2-₈工艺能够有效降解MBBR出水中残余的目标医药品微污染物,在氧化剂浓度为1.0 mmol/L的条件下,目标医药品去除率达到92.7%~99.4%。与UVC/H₂O₂工艺相比,UVC/S₂O2-₈和UVC/HSO-₅工艺对目标医药品微污染物的去除具有更明显的选择性。     

UV和UV/H2O2工艺对水中二嗪磷的降解

在低压汞灯（LPUV,253.7nm）光照条件下,研究了过氧化氢（H₂O₂）加入量对二嗪磷降解动力学、产物生成和降解途径的影响规律与作用机理.结果表明,二嗪磷水溶液在单独UV和UV/H₂O₂工艺中的降解反应均符合准一级反应动力学,且反应速率常数（k）随H₂O₂加入量的增加而增大,H₂O₂加入量为0,5,10mg/L时的k分别为0.0234,0.0301,0.0341min-1.在UV光照处理条件下,二嗪磷水溶液中的溶解性有机碳（DOC）随H₂O₂加入量的增加而降低,但其矿化度均相对较低（光照120min时的DOC去除率均低于20%）.此外,UV光照处理时,H₂O₂的加入对二嗪磷光氧化降解产物的种类及生成量均存在显著影响.二嗪磷水溶液单独UV光照处理60min时检出了8种中间/降解产物,但经UV/H₂O₂工艺处理60min时仅检出了6种中间/降解产物,且不同H₂O₂加入量时的光氧化降解产物生成量或浓度及随UV光照处理时间的变化幅度与趋势均存在较大程度的差别.基于二嗪磷及其降解产物的定性、（半）定量分析结果,提出了二嗪磷水溶液在单独UV和UV/H₂O₂工艺中的降解途径与机理.     

Impact of undissociated volatile fatty acids on acidogenesis in a two-phase anaerobic system

This study investigated the degradation and production of volatile fatty acids(VFAs)in the acidogenic phase reactor of a two-phase anaerobic system.20 mmol/L bromoethanesulfonic acid(BESA)was used to inhibit acidogenic methanogens(which were present in the acidogenic phase reactor)from degrading VFAs.The impact of undissociated volatile fatty acids(un VFAs)on"net"VFAs production in the acidogenic phase reactor was then evaluated,with the exclusion of concurrent VFAs degradation."Net"VFAs production from glucose degradation was partially inhibited at high un VFAs concentrations,with 59%,37% and 60% reduction in production rates at 2190 mg chemical oxygen demand(COD)/L undissociated acetic acid(un HAc),2130 mg COD/L undissociated propionic acid(un HPr)and 2280 mg COD/L undissociated n-butyric acid(un HBu),respectively.The profile of VFAs produced further indicated that while an un VFA can primarily affect its own formation,there were also un VFAs that affected the formation of other VFAs.     

KOH和NH3·H2O联合固态预处理对青稞秸秆厌氧发酵特性的影响

为提高青稞秸秆的综合利用率,选用KOH和NH₃·H₂O作为青稞秸秆固态预处理试剂进行中温批式厌氧发酵产甲烷试验研究,并通过Box-Behnken响应面法来考察不同含量的KOH、NH₃·H₂O及预处理时间对青稞秸秆累积甲烷产量的交互影响. 结果表明:各因素对青稞秸秆累积甲烷产量的影响程度表现为NH₃·H₂O含量>KOH含量>预处理时间;通过响应面模型验证试验得到最优预处理条件为KOH含量5.13%、NH₃·H₂O含量3.35%、预处理时间13.87 h,该条件下累积甲烷产量实测值为282.34 mL/g(以VS计),与预测值(286.4 mL/g)非常接近,相对误差小于5%,证明验证模型有效. KOH和NH₃·H₂O联合预处理能够显著提高青稞秸秆厌氧发酵产甲烷能力(P<0.05),累积甲烷产量较7% KOH和5% NH₃·H₂O单一预处理及未处理分别提高了7.59%、20.82%和70.78%;二者联合预处理还能够有效降解木质素(降解率为29.21%),提高发酵液营养价值;同时,可减少回收预处理试剂的成本,降低对环境的污染. 研究显示,Box-Behnken响应面法能较好地优化青稞秸秆厌氧发酵的预处理条件,KOH和NH₃·H₂O联合预处理是高效生产生物甲烷和环境友好的木质纤维素类废弃物的处理方法.      

两相厌氧系统中产甲烷相有机酸转化规律

研究了两相厌氧系统产甲烷相中有机酸转化规律.以产酸相、产甲烷相COD负荷分别为41.5 kg/(m³·d)、6.05kg/(m³·d)的连续流试验装置培养种泥,运行稳定后,进行静态试验采用气相色谱仪(GC-122型)分析有机酸组成及含量结果表明,反应器相同位置的微生物降解转化有机酸速率快慢依次为:乙酸＞乙醇＞丁酸＞丙酸;利用乙醇产乙酸的微生物与产甲烷菌所需最佳pH值范围相近;乙醇型发酵是充分发挥两相厌氧系统功能的最佳发酵类型;在产甲烷反应器中,大部分挥发酸的最终降解都要经历乙酸降解途径才能完成,造成乙酸的降解转化相对缓慢,成为厌氧工艺中的限速步骤.     

悬浮填料对厌氧氨氧化MBR运行的影响特性及机理

向厌氧氨氧化（anammox）膜生物反应器（MBR）投加悬浮填料,考察其对反应器脱氮性能和膜污染的影响特性,并探究了相关机理.试验结果表明,投加填料后,反应器脱氮性能良好.当进水氨氮（NH₄⁺-N）160mg/L、亚硝态氮（NO₂^--N）180mg/L时,出水NH₄⁺-N和NO₂^--N均在15mg/L以下,硝态氮（NO₃^--N）在30mg/L以下,总氮去除率可达90%.投加填料显著减轻了膜污染,跨膜压差（TMP）稳定在8kPa左右.混合液中溶解性微生物产物（SMP）和胞外聚合物（EPS）成分分析结果表明,在第67~149d,蛋白质总量、多糖总量和总有机碳总量分别下降了49%、43%和61%,它们浓度的下降有利于延缓膜污染;此外,悬浮填料对膜组件的机械碰撞也起到了物理清洗作用.高通量测序结果显示,悬浮填料生物膜在anammox菌相对丰度方面显著高于混合液污泥,说明anammox菌更适宜于附着生长,投加填料可以为其提供更加稳定的生长环境.     

抗坏血酸强化含水层介质Fenton降解PNP研究

为解决Fenton技术在地下水有机污染的原位修复中铁基材料难注入、降低二次污染的问题,并拓宽适用的pH范围. 以含水层介质(aquifer medium,简称“AM”)中的铁矿物为铁源,综合考虑区域地下水系统分区、地质类型和地质时代,采集京津冀5处典型地区浅层含水层介质,以天然还原剂/配体-抗坏血酸(ascorbic acid,简称“AA”)为强化试剂,构建了AM/AA/H₂O₂体系,并探究该体系对硝基苯酚(PNP)的降解效能以及环境pH对PNP降解的影响,同时揭示了AM/AA/H₂O₂体系降解污染物的机制. 结果表明:①五处含水层介质主要为长石类介质和碳酸盐类介质,表面都均匀分布了一定量的铁矿物,且以长石类介质催化H₂O₂分解降解PNP效果较好. ②抗坏血酸可显著促进含水层介质催化H₂O₂分解降解PNP,反应40 h内PNP的去除率最高可在89.00%以上(TOC的去除率为84.03%),与未加抗坏血酸的体系相比提升了6.82倍. ③降解PNP的主要功能自由基为·OH,是由液相中经抗坏血酸络合的铁离子催化H₂O₂分解产生的. ④与传统Fenton体系相比,抗坏血酸可有效拓宽AM/H₂O₂体系适用的pH范围,初始pH在5~10的范围内对PNP的降解无显著影响. 研究显示,AM/AA/H₂O₂体系在地下水有机污染的原位修复中具有较大的应用潜能.