微氧折流反应器中产甲烷菌的分布与群落结构分析

为了研究微氧条件下折流反应器处理生活污水的微生物学机理,针对产甲烷菌的MCR基因采用实时荧光定量PCR和构建克隆文库的方法,对反应器中的关键功能微生物产甲烷菌的分布特点与群落结构变化进行了分析。结果表明,微氧条件下折流反应器的环境条件可以保证产甲烷菌的增长,不同格室的产甲烷菌丰度均要高于接种污泥(1 720 copies/ng),其中经过微氧曝气处理的1#(2 864 copies/ng)和2#(2 282 copies/ng)格室产甲烷菌丰度低于厌氧状态的3#(3 508copies/ng)格室;微氧处理后折流反应器产甲烷菌的群落结构发生了明显的变化,接种污泥的产甲烷菌多属于Methanomicrobiales目的 Methanoregulaceae属(6/9),而保持微氧状态的1#格室中产甲烷菌多隶属于Methanomicrobiales目(6/10)的其他类群,2#格室的产甲烷菌则多隶属于Methanobacteriales目(5/10),保持厌氧状态的3#格室的产甲烷菌主要属于Methanomicrobiales目(3/10)和Methanosarcinales目(3/10);产甲烷菌MCR基因的多样性指数表明微氧曝气的引入降低了活性污泥中产甲烷菌的生物多样性。     

pH对活性污泥表面特性和形态结构的影响

采用4个平行的序批式反应器,研究了不同pH下活性污泥絮体表面特性和形态结构的变化.结果表明:酸性条件下(pH=4.0,5.5)污泥产生的胞外聚合物总量较多,其中多糖和蛋白质的含量远大于中性(pH=7.0)和偏碱性条件(pH=9.0).污泥表面Zeta电位随pH的升岛而降低;pH对污泥相对疏水性的影响规律并不明显,EPS组成比例较EPS总量本身更易影响污泥表面相对疏水性;此外,在酸性条件下,丝状菌大量生长,导致污泥絮体的平均粒径增大,并且呈现双峰粒径分布,絮体分形维数较低,结构松散;在中性条件下,无明显丝状菌牛长,絮体平均粒径减小,分形维数较高,结构致密;偏碱性条件下,虽然没有出现大量丝状菌,但絮体平均粒径较中性条件略有增大,分形维数相应减小.     

不同pH控制策略下剩余污泥中NH+4-N、PO3-4-P、COD溶出研究

污水处理厂的剩余污泥中富含氮、磷、COD，在其水解酸化过程中对pH条件进行控制，使污泥中的氮、磷、COD溶出到上清液中并进行回收利用是可行的。在22~25℃的温度条件下,1#反应器中剩余污泥先调节为酸性（pH=3），在实验第8 d氨氮、磷酸盐溶出量最多后调节为碱性（pH=10）；3#反应器中剩余污泥先调节为碱性（pH=10），在实验第8 d COD溶出量最多后调节为酸性(pH=3)； 2#反应器为对照实验，pH不进行调节。结果表明：若要以回收污泥中的氨氮、磷酸盐为主，剩余污泥由碱性（pH=10）调节为酸性（pH=3）优于由酸性（pH=3）调节为碱性（pH=10）；若要回收污泥上清液中的COD为主，剩余污泥由酸性（pH=3）调节为碱性（pH=10）优于由碱性（pH=10）调节为酸性（pH=3）。     

不同pH控制策略下剩余污泥中NH4^＋-N、PO4^3--P、COD溶出研究

污水处理厂的剩余污泥中富含氮、磷、COD,在其水解酸化过程中对pH条件进行控制,使污泥中的氮、磷、COD溶出到上清液中并进行回收利用是可行的。在22～25℃的温度条件下,1#反应器中剩余污泥先调节为酸性（pH=3）,在实验第8 d氨氮、磷酸盐溶出量最多后调节为碱性（pH=10）;3#反应器中剩余污泥先调节为碱性（pH=10）,在实验第8 dCOD溶出量最多后调节为酸性（pH=3）;2#反应器为对照实验,pH不进行调节。结果表明：若要以回收污泥中的氨氮、磷酸盐为主,剩余污泥由碱性（pH=10）调节为酸性（pH=3）优于由酸性（pH=3）调节为碱性（pH=10）;若要回收污泥上清液中的COD为主,剩余污泥由酸性（pH=3）调节为碱性（pH=10）优于由碱性（pH=10）调节为酸性（pH=3）。     

复合生物膜-活性污泥反应器同步脱氮除磷

通过实验研究比较了复合生物膜-活性污泥反应器(HY)和传统活性污泥反应器(AS)的脱氮除磷效果。结果表明,在水力停留时间(HRT)16 h、污泥龄12～15 d、水温19～21℃、pH 6.3～7.8的条件下,复合生物反应器比活性污泥反应器运行更稳定,未发生污泥膨胀。在相同运行条件下,复合生物反应器对COD、TN和TP的去除率分别为95%、91%和98%,而活性污泥反应器对COD、TN和TP的去除率分别为85%、84%和90%。稳定工况下复合生物反应器的比硝化、比反硝化速率,比吸磷、比释磷速率均高于活性污泥反应器,且微生物相更加丰富。通过建立16S rDNA克隆文库发现生物膜和活性污泥的微生物群落结构均具有高度多样性,但生物膜微生物的微生物相比活性污泥更复杂。     

不同pH控制策略下剩余污泥中NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P、COD溶出研究

污水处理厂的剩余污泥中富含氮、磷、COD,在其水解酸化过程中对pH条件进行控制,使污泥中的氮、磷、COD溶出到上清液中并进行回收利用是可行的。在22～25℃的温度条件下,1#反应器中剩余污泥先调节为酸性(pH=3),在实验第8 d氨氮、磷酸盐溶出量最多后调节为碱性(pH=10);3#反应器中剩余污泥先调节为碱性(pH=10),在实验第8 dCOD溶出量最多后调节为酸性(pH=3);2#反应器为对照实验,pH不进行调节。结果表明:若要以回收污泥中的氨氮、磷酸盐为主,剩余污泥由碱性(pH=10)调节为酸性(pH=3)优于由酸性(pH=3)调节为碱性(pH=10);若要回收污泥上清液中的COD为主,剩余污泥由酸性(pH=3)调节为碱性(pH=10)优于由碱性(pH=10)调节为酸性(pH=3)。     

低COD浓度废水启动EGSB反应器

以厌氧活性污泥和好氧活性污泥接种于2个膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中,进水流量为10 mL/min,回流量为180 mL/min,进水COD浓度在180 mg/L左右,有机负荷率(OLR)为1.728 kg COD/m3·d左右,污泥负荷率(SLR)为0.19 kg COD/kg MLSS·d左右,出水COD浓度维持在40mg/L左右,COD去除率达80%以上.控制温度在32～35 ℃,pH在6.8～7.2,反应器内氧化还原电位在-340 mV以下,水力停留时间(HRT)4.2 h,上升流速4.86 m/h以及加入80 mg/L絮凝剂(硫酸铝钾),缩短了启动时间,促进了颗粒污泥的形成.分别经过60 d和120 d运行,反应器启动成功.结果表明,上升流速、絮凝剂和污泥类型对颗粒污泥的形成有影响;接种好氧活性污泥在低浓度COD下,合理控制负荷速率能成功启动EGSB反应器.     

旁路微氧池污泥停留时间对污泥减量化的影响

研究了新型工艺——侧流式旁路微氧污泥减量工艺在不同微氧污泥停留时间下的污泥减量效果,监测了COD去除率、污泥产率和污泥性能的变化,并探索了微氧污泥回流后曝气池内兼性菌溶胞过程。结果表明,新工艺COD去除率高于传统工艺,但随停留时间延长而降低,微氧污泥停留3 d时高达93.59%,11 d时降至89.25%;新工艺表观污泥产率(MLSS/COD)低于传统工艺,其降幅随停留时间延长而增大,停留时间由3 d延长到11 d,降幅由50.14%升到58.59%;回流后第4小时,曝气池内COD骤然上升,MLSS和MLVSS都大幅度增加,推断此时为曝气池内兼性菌大量溶胞时间点;新工艺SVI值低于传统工艺,MLVSS/MLSS值高于传统工艺,改善了污泥沉降性能,提高了污泥活性。综合考虑COD去除率和污泥产率等方面后,确定新工艺微氧池的最佳污泥停留时间为3 d。     

ICSTD反应器处理污泥的启动试验研究

新型内循环污泥浓缩消化反应器（ICSTD）处理污泥的启动运行试验采用某污水处理厂二沉池好氧活性污泥进行驯化培养，使反应器正常启动运行。在日处理量为50 L/d，进泥含水率为99.23％～99.46％，进泥VS/TS为0.65～0.73，进泥COD为4 115～5 780 mg/L，反应器容积负荷为1.31 kg COD/(m³·d)时，排泥含水率在96.2％～97.3％，排泥VS/TS为0.48～0.57，COD去除率在95％以上，出水pH在6.6～7.1，且上清液澄清。试验结果表明： ICSTD反应器处理污泥的启动试验，采用直接培养污泥启动的方式培养厌氧污泥历时66 d，能较快地培养厌氧污泥且运行稳定，对污泥的浓缩消化起到较好的作用，同时对反应器后续运行的消化效果提供了一个良好的条件。     

厌氧颗粒污泥的性能研究

对接种市政消化污泥EGSB反应器内所形成的颗粒污泥在低浓度(100～500 mg/L)、低温(8～15℃)、微氧(氧化还原电位为380～400 mV)等条件下的沉速、粒径、活性、形态等性能进行研究.结果表明:厌氧中温(35℃左右)稳定运行时,颗粒污泥的沉速较大,在低温或微氧时,颗粒污泥的沉速相对较低,但都能维持在15 m/h以上,不会被冲出反应器而造成污泥的流失.低温时大颗粒污泥所占重量百分比在逐渐增加,微氧使得颗粒污泥粒径分配更加均匀.低温时,颗粒污泥的产甲烷活性明显降低,降幅为55.5%;但微量氧的加入并没有使EGSB反应器内颗粒污泥的产甲烷活性降低,反而提高了10%.中温稳定运行时,颗粒污泥规则、密实,微生物菌群中甲烷八叠球菌明显增多.低温时,颗粒污泥的表面和内部微生物排列都比较松散,而且出现大量微生物胞外分泌物;低温中高浓度时,甲烷八叠球菌没有出现,鬃毛甲烷菌属占优势.微氧时颗粒污泥同样是规则、密实的,菌种更加丰富,颗粒表面和内部的优势菌群不同,但在中高浓度时没有出现甲烷八叠球菌的明显优势.     

The effect of heavy metals on the activated sludge process and its microbial community analysis using 16S ribosomal DNA

The effect of heavy metal shock loading on biological treatment systems was studied by traditional methods and molecular biological techniques. Two kinds of SBR (sequence batch reactor) operation units, unacclimated and acclimated activated sludge systems, were studied. The addition of special nutrients and powdered activated carbon (PAC) to stimulate heavy metal uptake and recovery were studied. The kinetic constants could be used to describe the effect of the inhibition of substance utilisation. The results showed that heavy metal shock loading had a greater effect on the unacclimated activated sludge system than on the acclimated one. The special nutrients greatly enhanced the uptake of copper, and the PAC improved sludge settling and decreased the turbidity of the effluent. The variation of dominant species and the diversity of the bacterial community were analysed using 16S ribosomal DNA. Compared with the slight change of dominant species during acclimation by copper, there was a great change in the acclimated system shocked by a high concentration of copper. The results confirmed that the acclimation could improve the resistance of microorganisms to heavy metal toxicity.     

浸渍-碱性微波法载磁活性炭粉对壬基酚的吸附

利用浸渍-碱性微波法制备载磁粉末活性炭,通过等温吸附实验和动力学吸附实验,研究对比了其与原料活性炭、浸渍载铁活性炭对壬基酚的吸附性能。采用氮气吸附仪、FTIR、XRD、国标(GB/T12496.19-1999)邻菲啰啉分光度法及VSM,分别对3种样品进行了物相结构、表面官能团、铁含量及磁性能的分析,并探讨了吸附机理。结果表明,浸渍-碱性微波法载磁活性炭的总孔容及孔隙率均有较大提高;其吸附等温线符合Freundich方程,吸附动力学过程符合准二级动力学方程与孔道内扩散模型,相关系数R2均大于0.900。原活性炭经一定浓度的铁盐溶液浸渍后,铁含量由2%提高到8%。在碱性、N2气氛条件下微波后,铁系物主要存在形式为零价铁和Fe3O4,制得的载磁活性炭饱和磁化强度为1.12 emu/g。     

厌氧系统中碱处理对污泥减量的影响

碱解预处理污泥和原污泥按一定比例进行混合后,投入厌氧反应器中进行消化,研究其对污泥减量化的影响。结果表明,该处理既可以提高污泥减量率,又能改善污泥厌氧消化性能,提高污泥产气量。当碱处理污泥和原污泥混合比为1∶3时,在混合初期由于稀释作用和水解中和作用,溶液的pH能迅速恢复到中性。SS减少48%,较对照组提高了10%;SCOD减少约80%,较对照组提高20%,而空白对照组因未发生溶胞作用,各参数值均处于较低水平,降解率也维持在较低水平。     

多菌群污水生物处理反应器中污泥分布的试验研究

在多菌群污水生物处理反应器处理城市污水的试验中,对反应器主反应区内水平中线及垂直中线上所布设取样点位的混合液悬浮固体(MLSS)、混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)、污泥沉降比(SV30)及污泥容积指数(SVI)进行了检测分析。结果表明,MLSS与MLVSS分布趋势大致相同,在水平方向与垂直方向污泥浓度总体呈现大小交替型分布;SV30与SVI在水平方向总体呈现出周边大、中心小的非对称分布,而在垂直方向由上到下呈现出先增大后减小再增大的分布趋势。污泥浓度与污泥沉降性能的差异分布,对将反应器进水点分布在污泥浓度高值区域、污泥回流点布置在污泥浓度低值区域及出水点选定在污泥浓度较低且沉降性能较好区域有着重要的指导作用,为反应器的优化控制提供了理论依据。     

磺胺和四环素类抗生素对活性污泥性能的影响简

废水处理工艺中抗生素类污染物的存在可能会对生物处理过程产生长期而深远的影响，为探明此类污染物对废水生物处理主体活性污泥性能等方面的影响，采用间歇培养法研究了活性污泥法处理污水时，抗生素类污染物的存在对活性污泥性能如胞外聚合物（EPS）、污染物处理能力、脱氢酶活性和群落结构的影响。结果表明，抗生素的存在会导致活性污泥的胞外聚合物总量及其主要组分蛋白质和多糖增加，以产生保护屏障；且由于污泥絮体解体，细胞破裂导致EPS中DNA和色氨酸含量增加。同时，由于蛋白质大量增加引起的表面负电荷的增加，使污泥疏水性增强，絮凝性能恶化；污泥絮体解体导致污泥颗粒变小，SVI也随之下降；在活性污泥脱氢酶活性急剧下降的同时，出水TOC迅速升高。此外，抗生素类污染物在抑制活性污泥中大部分细菌的同时，对部分菌群也有刺激生长作用，最终导致活性污泥生物群落结构的改变。四环素类抗生素对活性污泥的EPS和絮凝沉降性能的影响大于磺胺类，而对污水处理能力和群落结构的影响则不如磺胺类。抗生素类污染物的长期存在会对活性污泥沉降性能、絮凝性能、脱氢酶活性以及活性污泥群落结构等产生一系列负面影响，进而影响污染物去除效果，导致出水水质恶化。     

牡蛎壳粉末投加UASB反应器的运行特性

采用牡蛎壳粉末作为UASB反应器的辅助介质,探讨了牡蛎壳钙盐的溶出特性,系统考察了运行期中牡蛎壳粉末添加方式、进水有机负荷、水力停留时间等因素对反应器出水COD、碱度与pH的影响,分析了污泥比产甲烷活性变化。结果表明,当初始pH从5到9变化时,牡蛎壳粉末溶出Ca2+浓度为40~65 mg/L,平衡pH稳定在7.7~8.0;当进水COD负荷从3.4 kg/(m3·d)逐渐增至7.0 kg/(m3·d)、牡蛎壳粉末投加量从1.5 g/d逐渐增至3.2 g/d时,与未投加的反应器相比,投加牡蛎壳粉末反应器的启动周期缩短了10%左右,COD去除率与比产甲烷活性分别提高了13.3%和22%。投加牡蛎壳粉末可有效提供碱度,加快污泥的颗粒化进程。     

磺胺和四环素类抗生素对活性污泥性能的影响

废水处理工艺中抗生素类污染物的存在可能会对生物处理过程产生长期而深远的影响，为探明此类污染物对废水生物处理主体活性污泥性能等方面的影响，采用间歇培养法研究了活性污泥法处理污水时，抗生素类污染物的存在对活性污泥性能如胞外聚合物（EPS）、污染物处理能力、脱氢酶活性和群落结构的影响。结果表明，抗生素的存在会导致活性污泥的胞外聚合物总量及其主要组分蛋白质和多糖增加，以产生保护屏障；且由于污泥絮体解体，细胞破裂导致EPS中DNA和色氨酸含量增加。同时，由于蛋白质大量增加引起的表面负电荷的增加，使污泥疏水性增强，絮凝性能恶化；污泥絮体解体导致污泥颗粒变小，SVI也随之下降；在活性污泥脱氢酶活性急剧下降的同时，出水TOC迅速升高。此外，抗生素类污染物在抑制活性污泥中大部分细菌的同时，对部分菌群也有刺激生长作用，最终导致活性污泥生物群落结构的改变。四环素类抗生素对活性污泥的EPS和絮凝沉降性能的影响大于磺胺类，而对污水处理能力和群落结构的影响则不如磺胺类。抗生素类污染物的长期存在会对活性污泥沉降性能、絮凝性能、脱氢酶活性以及活性污泥群落结构等产生一系列负面影响，进而影响污染物去除效果，导致出水水质恶化。     

2种反应器中好氧颗粒污泥培养的比较研究

以絮状活性污泥为接种污泥,采用人工配制的模拟生活污水,分别在气提式序批反应器(SBAR)和序批式活性污泥反应器(SBR)中成功地培养出了成熟的好氧颗粒污泥.SBAR和SBR中的好氧颗粒污泥都具有稳定的基本形态结构,其微生物主要由杆菌和球菌组成,对COD的去除率可达到93%左右.对NH+4-N的去除率可达到98%以上.SBAR中好氧颗粒污泥的粒径主要分布、污泥体积指数(SVI)、比耗氧速率(SOUR)、TN去除率和TP去除率分别为0.45～2.00 mm、19.97 mL/g、47.68 g/(kg·h)、82%和65%;而SBR中好氧颗粒污泥的粒径主要分布、SVI、SOUR、TN去除率和TP去除率分别为0.18～1.00 mm、29.12 mL/g、43.21 g/(kg·h)、58%和50%.相对而言,SBAR更有利于好氧颗粒污泥的培养和运行.