脉冲曝气活性污泥胞外聚合物的产生特性及其与脱氮效率的关系

为探讨脉冲曝气活性污泥胞外聚合物(EPS)的产生特性及其与脱氮效率的关系,研究了在脉冲曝气装置中曝气时间5 min及停曝时间10 min的条件下,松散结合型胞外聚合物(LB-EPS)与紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)的变化规律,并分析EPS与脱氮效率之间的关系。结果表明:脉冲曝气活性污泥LB-EPS的含量低于TB-EPS含量,且随着脉冲驯化的进行,EPS的含量持续增长。三维荧光图谱(3D-EEM)分析表明脉冲曝气的LB-EPS的色氨酸荧光峰产生红移,TB-EPS的色氨酸荧光强度增大,说明了脉冲曝气驯化过程导致了活性污泥胞外聚合物中色氨酸蛋白类物质含量呈增加趋势。对比研究表明:脉冲曝气氨氮(NH_4~+-N)去除率在80%左右,与连续曝气相近;而总氮(TN)去除率在50%左右,高于连续曝气20%。脉冲曝气下,EPS对于脱氮有抑制作用,EPS与NH_4~+-N及TN的去除率之间呈负相关的关系,LB-EPS与TN去除率之间负相关;TB-EPS与NH_4~+-N去除率负相关且关系显著。     

活性污泥胞外聚合物在污水处理过程中的荧光特性

采用三维荧光光谱法对活性污泥的微生物代谢过程进行了分析。通过分析活性污泥进入内源呼吸过程的EPS中荧光性物质的变化规律,发现疏松结合的胞外聚合物(LB-EPS)荧光光谱的微生物代谢产物峰在内源呼吸前期就开始下降,下降比例为11%,而LB-EPS荧光光谱图中的类蛋白荧光峰和紧密结合的胞外物质(TB-EPS)荧光光谱图的类溶解性微生物代谢产物荧光峰在内源呼吸的后期下降,下降比例分别为18%和14%,在前期分别升高了34%和372%。另外,提出了通过疏松的胞外聚合物(LB-EPS)荧光偏移量来分析污水处理过程特性,得出荧光峰位置的偏移量与污水厂的出水COD、氨氮和污泥内源呼吸比具有很好的相关性,相关系数分别为0.943、0.825和0.941。     

Fe~0/Fe_3C@CS激发PMS调理对活性污泥脱水性能的影响

为研究Fe~0/Fe_3C@CS激发过一硫酸盐(PMS)调理对活性污泥脱水性的影响,采用单因子实验法确定了调理的最佳投药量以及该投药量下调理前后污泥胞外聚合物(EPS)中有机物含量及分布变化。结果表明:当Fe~0/Fe_3C@CS与PMS投加量分别为35.9 mg·g~(-1)(以TSS计)和0.43 g·g~(-1)(以TSS计)时,污泥的抽滤含水率下降至69.45%;调理过程对污泥紧密附着(TB-EPS)与松散附着层(LB-EPS)有破解作用,部分多糖和蛋白质迁移至黏液层,使得黏液层多糖和蛋白质的含量分别从0.12 g·g~(-1)、2.9 mg·g~(-1)升高至0.15 g·g~(-1)、7.75 mg·g~(-1)。腐殖酸从细胞相被释放至TB-EPS和LB-EPS中,其中TB-EPS腐殖酸含量由1.51 mg·g~(-1)升高至3.09 mg·g~(-1)。此外,调理后LBEPS和TB-EPS中的酪氨酸和微生物副产物被降解或迁移至黏液层,污泥EPS中总荧光强度由调理前的760.26×10~7 AU·nm~2降低至调理后的38.43×10~7 AU·nm~2,其中,LB-EPS的总荧光强度降至0.344 2×10~7 AU·nm~2,有利于污泥脱水性能的提高。调理后各典型有机物的荧光强度占比变化不同,其中酪氨酸的占比增加,而微生物副产物的占比下降。Fe~0/Fe_3C@CS激发PMS调理可有效提高活性污泥的脱水性能。     

荧光光谱与OUR联用表征内源呼吸过程

采用荧光光谱与耗氧速率(OUR)相结合的方法,探究了内源呼吸过程中微生物代谢状态变化的典型特征。结果表明,OUR变化率曲线中的拐点可以将内源呼吸划分为3个阶段。通过荧光光谱监测发现,在2~4 d时胞外聚合物(EPS)出现了突然增多的现象,疏松结合的胞外聚合物(LB-EPS)中峰A(Ex/Em=230 nm/(334~338)nm)、峰B(Ex/Em=(280~285)nm/(334~344)nm)的荧光强度分别升高了447%、128%,紧密结合的胞外聚合物(TB-EPS)中峰A、峰B的荧光强度分别升高了471%和128%,且COD的去除率在第4天达到最大为91.7%,表明位于此区域的微生物活性高、代谢状态好且污染物去除率高。LB-EPS和TB-EPS的荧光特性及OUR变化率可以指示内源呼吸3个不同阶段的变化,但TBEPS对内源呼吸过程的划分更为准确,而OUR变化率在实际操作中更具有意义。     

微生物制剂强化SBR处理系统

应用固定化生物催化剂(IBC)进行SBR处理系统强化实验,考察了IBC的投加对SBR的处理效果和活性污泥的影响。结果表明,投加IBC能够提高SBR的污染物处理效率,相对于对照组,实验组的COD、NH3-N、BOD5和TP去除率分别提高了9.75%、19.36%、6.28%和28.09%。实验组和对照组SVI变化不大,投加微生物制剂IBC并没有显著提高活性污泥的沉降性能。但实验组活性污泥的OUR、SOUR和SBI均高于对照组,这表明IBC的投加提高了SBR中污泥活性,且优化了活性污泥中微生物群落结构。     

膜生物反应器—O_3催化氧化—曝气生物滤池处理化工园区综合废水的中试研究

以某化工园区污水处理厂综合废水为对象,采用"膜生物反应器(MBR)—O_3催化氧化—曝气生物滤池(BAF)"组合工艺进行深度处理。结果表明:(1)MBR适宜的DO、混合液悬浮固体质量浓度(MLSS)分别为3、3 000~4 000 mg/L。粉末活性炭(PAC)的投加对COD的去除有明显促进作用,并可提高系统的抗冲击负荷,延缓MBR膜通量的下降速率,减少溶解性微生物产物和胞外聚合物的积累,有效缓解膜污染。(2)采用O_3催化氧化作为BAF的前处理单元,可节约30%(质量分数)的O_3投加量,BAF出水COD和氨氮平均去除率分别提高9.9、5.1百分点。(3)在PAC投加量100mg/L、O_3投加量50mg/L、O_3接触氧化时间2h、BAF水力停留时间6h的条件下,组合工艺出水COD、氨氮、TP平均分别为76.5、3.6、0.4mg/L,达到江苏省《化学工业主要水污染物排放标准》(DB 32/939—2006)一级标准。而且,废水中特征有机污染物得到有效降解,应急毒性有较大程度降低。     

CuO NPs短期暴露对SBR水处理效果的影响

研究了不同浓度氧化铜纳米颗粒(CuO NPs)对序批式活性污泥工艺(SBR)中化学需氧量、氨氮、总磷、硝态氮和亚硝态氮去除率的影响。实验结果表明,当环境中浓度为1 mg/L和10 mg/L的CuO NPs短期暴露时(1 d),其对活性污泥生存能力和周期内有机物去除、脱氮除磷都没有造成急性影响。经过20 d的短期运行,对SBR系统出水COD、氨氮、总磷、硝态氮和亚硝态氮也没有造成明显的影响。活性污泥呼吸抑制实验结果显示,CuO NPs对活性污泥的呼吸抑制作用与浓度呈正相关性,浓度越高呼吸抑制现象越明显,低浓度CuO NPs对活性污泥活性并没有明显的抑制作用。     

纳米氧化锌粒径效应对人工湿地运行性能的影响

为考察ZnO NPs粒径效应对人工湿地运行性能的影响,在进水COD约为216.00 mg·L-1、总氮约为11.10 mg·L-1和总磷约为3.84 mg·L-1的条件下连续运行126 d,对暴露于不同粒径ZnO NPs(10.00mg·L-1)的人工湿地脱氮除磷性能、填料渗透系数、胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)产量和特性以及微生物群落结构和多样性的变化进行了研究.结果表明:与对照组(未投加ZnONPs)相比,进水中投加15、50和90nm ZnO NPs后,人工湿地对COD的去除率分别下降了8.73％、7.55％和6.97％;氨氮和总氮的去除率分别下降了21.96％和10.95％、17.75％和10.00％以及15.34％和3.78％.高通量测序结果表明,ZnO NPs粒径越小,对硝化菌属Thauera的抑制作用越明显.投加Zn ONPs后,其释放的Zn2+会与水中磷酸盐结合生成磷酸锌等不溶物,同时会增加异养硝化菌Acinetobacter的相对丰度,从而导致总磷的去除率比对照组提高了42.49％～56.38％.此外,与对照组(97.18 mg·g-1)相比,投加15、50和90 nm的ZnO NPs后EPS的产量分别增加到212.97、156.30和128.53 mg·g-1.EPS分泌量的增大,导致填料渗透系数快速降低,在运行83 d后分别下降了71.17％、67.83％和37.50％.     

固定化硝化细菌去除生活污水中的氨氮

以聚乙烯醇-海藻酸钠作为包埋载体固定硝化细菌,制备固定小球,对生活污水中的氨氮去除效果进行研究。采用平行实验考察了载体不同包菌量、载体与污水量比、活化时间、温度、DO以及载体循环次数对氨氮去除率的影响。结果表明,用包埋载体处理污水的氨氮和COD去除率明显高于传统活性污泥,且得出最佳反应条件:包埋载体的最佳活化时间为20 h,最适温度为25℃,最佳DO为3~4 mg/L。投加包埋载体比传统活性污泥法对氨氮去除效果和COD去除能力具有强化作用,投加20%的包埋载体时,反应器出水氨氮去除率提高了20%,菌体与载体比值小于1∶2.5时氨氮去除率超过90.12%,固定化包埋载体去除氨氮过程比较符合一级动力学模型。     

超顺磁性纳米Fe_3O_4的制备及其类Fenton反应性能

以二甘醇/乙二醇醇热法制备了超顺磁性纳米Fe_3O_4,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)以及磁滞回线等手段对制备的纳米Fe_3O_4进行表征,并通过纳米Fe_3O_4/H_2O_2类Fenton反应降解罗丹明B废水考察了纳米Fe_3O_4/H_2O_2的性能及其稳定性。研究表明,制备的纳米Fe_3O_4不仅分散性好、规整球状结构,磁性强且粒径比较均匀,平均粒径约为80 nm;从单因素实验(纳米Fe_3O_4投加量、H_2O_2/Fe_3O_4的摩尔比、pH以及反应时间)与正交实验获得了最佳反应条件:纳米Fe_3O_4投加量为2 g·L~(-1),pH=4,H_2O_2/Fe_3O_4摩尔比为4∶1,反应时间为3 h,此时罗丹明B与TOC去除率分别为100%和35%。重复4次使用纳米Fe_3O_4,通过表征发现纳米Fe_3O_4颗粒的晶体结构不变但是发生了团聚,纳米Fe_3O_4的催化性能有所下降。     

半胱氨酸改性Fe3O4纳米材料对Pb (Ⅱ) 的吸附研究

为了解决水体中Pb(Ⅱ)污染问题,利用SiO_2和半胱氨酸(Cys)对Fe_3O_4纳米粒子进行表面修饰,并用于水中Pb(Ⅱ)的去除研究。实验结果表明,Fe_3O_4@SiO_2@Cys的吸附效果明显优于另外两种未修饰Cys的磁性纳米材料(Fe_3O_4和Fe_3O_4@SiO_2)。当Fe_3O_4@SiO_2@Cys投加量为1.0g/L,pH=6.0,Pb(Ⅱ)初始质量浓度为100mg/L,吸附时间为30min时,水中Pb(Ⅱ)去除率可达到95%以上。在Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)共存条件下,Fe_3O_4@SiO_2@Cys对Pb(Ⅱ)的吸附效果明显优于其他3种金属离子。经5次循环使用后,Fe_3O_4@SiO_2@Cys对Pb(Ⅱ)的去除率仍保持在80%左右。     

非规范堆放剩余污泥的脱水性能改善试验研究

以无锡市某生活垃圾卫生填埋场自然堆积的污泥为研究对象,探讨了Fenton试剂-聚合氯化铝(PAC)复配调理剂对污泥脱水性能改善的潜力。通过响应面法(RSM)和中心复合设计法(CCD)确定了调理剂投加量(以每克绝干污泥中的量计)的最优配比:Fe~(2+)为85mg/g,H_2O_2为70mg/g,PAC为68mg/g。借助Malvern MS3000激光粒度仪、三维荧光光谱(3D-EEM)、扫描电子显微镜(SEM)及傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等分析技术揭示Fenton试剂-PAC复配调理剂的污泥脱水机制。结果表明,Fenton试剂-PAC复配调理剂促使污泥中胞外聚合物(EPS)氧化分解,污泥中溶解性胞外聚合物(S-EPS)、松散附着型胞外聚合物(LB-EPS)和紧密附着型胞外聚合物(TB-EPS)含量均大幅降低。按最优配比的调理剂投加时,抽滤后污泥含水率由90.57%降至77.31%。     

生物铁修复Cr(Ⅵ)污染土壤的性能及机理

以活性污泥与生物铁作为修复剂,对比时间、pH、污泥投加量、Cr(VI)初始浓度对活性污泥、生物铁去除土壤中Cr(VI)的影响;考察生物铁对土壤中Cr(VI)的还原率;采用SEM、XRD、XPS对生物铁修复前后的Cr(VI)污染土壤进行表征分析。实验结果表明:在土壤中,生物铁对Cr(VI)的修复效果优于活性污泥,当pH为6.0,Cr(VI)初始浓度为300 mg·kg~(-1),生物铁和活性污泥的投加量均为19.57 mg·g~(-1),修复时间为45 d时,土壤中Cr(VI)经活性污泥与生物铁修复后浓度分别为31.42、19.69 mg·kg~(-1),去除率分别为89.52%、94.12%。生物铁修复土壤Cr(VI)以还原作用为主,吸附为辅。Cr(VI)污染土壤被生物铁修复后出现了FeOOH、Fe_3O_4以及Fe_3O_4与FeCr2O4的混合物,部分Cr(VI)被还原为Cr(III),铁被氧化为Fe~(2+)、Fe~(3+)。     

磁性硅球对SBR活性污泥脱氮除磷性能的影响

为研究磁性硅球(Fe_3O_4@SiO_2)对序批式活性污泥反应器(SBR)污水处理系统中脱氮除磷性能的影响,建立了3个相同的SBR(编号依次为1号、2号和3号),在2号和3号反应器中分别投加0.5 g·L~(-1)的纳米Fe_3O_4和Fe_3O_4@SiO_2,1号反应器为不投加任何磁性材料的对照组。结果表明:Fe_3O_4@SiO_2对SBR中的污泥性能有显著的影响,3号反应器在运行20 d时,反应器内活性污泥结构完整,饱满密实,污泥粒径多集中分布在0.3～1.0 mm,颗粒化现象明显,而1号反应器无明显颗粒污泥,2号反应器虽能看到有少部分的颗粒污泥,但分布不均匀;Fe_3O_4@SiO_2对污泥胞外蛋白(PN)、胞外多糖(PS)的含量有促进作用,并能改善污泥的沉降性能,第70天时,3号反应器内PN和PS含量分别为318.89 mg·g~(-1)和28.51 mg·g~(-1),污泥沉降指数(SVI)为35.22 mL·g~(-1),性能优于1号和2号反应器;在除污方面,2号和3号反应器对污水总氮(TN)和总磷(TP)去除率比1号反应器分别提升了10.80%、15.20%和9.40%、12.40%,3号反应器表现出最高的脱氮除磷性能;此外,在典型周期内,3号反应器对氮素及磷的去除速率明显高于1号反应器,在240 min内,1号和3号反应器对TN去除速率分别为4.56 mg·(L·h)~(-1)和5.84 mg·(L·h)~(-1),对TP去除速率分别为0.44 mg·(L·h)~(-1)和0.51 mg·(L·h)~(-1)。由此可见,经SiO2包覆后所制备的Fe_3O_4@SiO_2,提高了其在水体的分散性,增大了与污泥的接触程度,极大促进了污泥经磁聚、吸附作用富集到其表面形成颗粒污泥,并利于脱氮除磷等微生物截留和附着,提高活性污泥反应系统的脱氮除磷效果和去除速率。以上结果可为进一步探索磁性纳米材料对SBR活性污泥脱氮除磷性能影响提供参考。     

电渗透耦合Fe2+-过硫酸钠污泥脱水过程中EPS的变化特性

为了考察电渗透耦合Fe~(2+)-过硫酸钠污泥深度脱水的机制,采用自制装置对市政污水处理厂的污泥进行了脱水研究。系统研究了在不同电压梯度、机械压力、过硫酸钠投加量、Fe~(2+)与过硫酸钠比例、阴阳极间距等操作条件下,污泥中胞外聚合物(EPS)的组成及分布对污泥脱水效果的影响。结果表明,电渗透耦合Fe~(2+)-过硫酸钠可以改善污泥的脱水效果,过硫酸钠经过Fe~(2+)和热活化作用产生的硫酸根自由基对污泥中EPS的破坏作用明显,从而造成EPS特性改变。其中,紧密型胞外聚合物(TB-EPS)中的蛋白质和多糖、松散型胞外聚合物(LB-EPS)中的蛋白质及各层EPS中的蛋白质/多糖与污泥脱水效果存在显著相关性;黏性胞外聚合物(S-EPS)和LB-EPS中的多糖与污泥脱水效果存在显著相关性。TB-EPS、LB-EPS及其中含有的蛋白质和多糖含量是影响污泥电渗透耦合Fe~(2+)-过硫酸钠脱水效果的主要因素。     

复合酶生物促进剂强化生物处理模拟PVA废水研究

采用连续流活性污泥系统(以下简称系统)处理模拟聚乙烯醇(PVA)废水,对比了投加复合酶生物促进剂的加药系统与对照系统对PVA降解效果的差异,讨论了复合酶生物促进剂强化作用的原因,并通过动力学角度深入分析了PVA降解过程.结果表明,投加复合酶生物促进剂可以有效提高PVA的去除率.加药系统平均PVA去除率为94.4%,平均COD去除率为92.8%,较对照系统分别提高了2.1%和2.6%.模拟PVA废水在系统内的降解过程符合Monod模型,胞外聚合物降解PVA模拟废水遵循一级反应动力学.加药系统PVA半饱和常数和最大比降解速率为112.4 mg/L和0.589 h-1,对照系统PVA半饱和常数和最大比降解速率分别为142.6 mg/L和0.509 h-1.投加复合酶生物促进剂可以减少胞外聚合物糖类含量,强化PVA降解酶等胞外蛋白质的分泌.胞外聚合物构成的改变是复合酶生物促进剂强化生物降解模拟废水中PVA的根本原因.     

Fe_3O_4/石墨烯-H_2O_2预处理对污泥脱水性能的影响及其作用机理

采用共沉淀法制备四氧化三铁/石墨烯(Fe_3O_4/GE)材料,并对其进行表征,将其与H_2O_2组成非均相类Fenton体系用来预处理污泥,发现此类Fenton体系能显著降低污泥比阻(SRF),并深入分析其作用机理。研究了pH、反应时间、反应温度以及Fe_3O_4/GE-H_2O_2投加量对污泥胞外聚合物(EPS)破解的影响。结果表明,适宜反应条件为:pH 4.0,反应时间为90 min,反应温度为50℃,Fe_3O_4/GE投加量为1 g·L~(-1),H_2O_2与Fe_3O_4/GE投加量之比控制在8~12之间。在该条件下,污泥上清液中的SCOD、多聚糖和蛋白质浓度分别由56.47、11.48和8.21 mg·L~(-1)增加到498.31、406.72和286.29 mg·L~(-1)。Fe_3O_4/GE-H_2O_2非均相类Fenton体系在有效破解EPS的同时,对于污泥的脱水性能也有明显的改善作用,促进了污泥的后续处理。     

微波强化Cu/Fe_3O_4/活性炭-过硫酸钠催化氧化邻苯二甲酸二丁酯的研究

为探索微波、过渡金属对过硫酸盐的活化效应,采用微波强化活性炭负载铁铜(Cu/Fe_3O_4/AC)催化过硫酸钠(SPS)处理邻苯二甲酸二丁酯(DBP)废水,研究了影响DBP降解效果的主要因素,并比较了不同工艺对DBP的降解效果。结果表明,微波强化Cu/Fe_3O_4/AC-SPS体系降解DBP的主要影响因素有反应温度、反应时间、SPS投加量以及初始pH。最佳反应条件下(温度为70℃、反应时间为25min、SPS∶DBP(摩尔比)为50∶1、初始pH为7.0),投加0.1g Cu/Fe_3O_4/AC,DBP去除率达到96.96%,微波、Cu/Fe_3O_4/AC和SPS发生协同效应。     

不同添加剂强化低丰度厌氧氨氧化菌群的比较

以来源于一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化(combined partial nitrification-anammox,CPNA)序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)工艺的活性污泥为对象,通过厌氧批式实验,比较3种添加剂(Fe~(2+)、氧化石墨烯、Fe~(3+))投加后对厌氧氨氧化菌的脱氮效果、活性、关键功能基因数量、群落结构和功能丰度的影响。实验结果表明:经过42 d的厌氧培养后,3种添加剂对厌氧氨氧化脱氮性能都有一定的强化作用,投加氧化石墨烯提高效果最好,它的总氮去除率最高能达到76.01%,平均总氮去除率高于对照组22.71%;而投加Fe~(2+)和Fe~(3+)组的平均总氮去除率分别仅高于对照组5.69%和1.72%。投加3种添加剂均能提高厌氧氨氧化菌活性,其中氧化石墨烯组的活性比对照组提高8.08%,Fe~(3+)组的活性比对照组提高10.02%。投加氧化石墨烯对厌氧氨氧化菌代谢过程中hzo基因数量的提高效果最好,比对照组提高6.83倍,投加Fe~(2+)和Fe~(3+)分别比对照组提高5.14倍和4.90倍;且投加氧化石墨烯对浮霉菌门富集扩培效果最好,其丰度比对照组提高44.51%,而投加Fe~(2+)和Fe~(3+)后丰度结果分别比对照组提高1.03%和稍低于对照组。投加氧化石墨烯对微生物代谢功能的提升效果最佳。     

好氧污泥强化造粒过程中EPS的分布及变化规律

通过在好氧颗粒污泥生长前期投加混凝剂的方式,考察混凝剂的投加对颗粒生长的影响,用三维荧光光谱法分析胞外多聚物(EPS)在颗粒生长过程中的变化规律及其与污泥特性的相关性。结果表明,强化造粒条件下的污泥完全颗粒化的时间比对照组提前12 d,其强度和比重也分别比对照组高出2.05%和0.032。对各形态EPS三维荧光光谱分析,发现生长期松散型胞外多聚物(LB-EPS)的峰点为溶解性微生物代谢产物,及少量的芳香蛋白类物质和腐殖酸类物质,颗粒成熟后溶解性微生物代谢产物和蛋白类物质的荧光强度均减小,腐殖酸类物质消失,而溶解型胞外多聚物(S-EPS)和紧密型胞外多聚物(TB-EPS)的峰点及强度在两阶段无明显变化。在颗粒生长过程中,LB-EPS中的蛋白质含量随颗粒生长逐渐升高,颗粒成熟后逐渐降低至稳定,而多糖含量基本保持在1~5 mg/g MLSS。与S-EPS、TB-EPS相比较,LB-EPS和污泥颗粒化有密切关系,且与SVI呈正相关性(相关系数r=0.812),与相对疏水性呈负相关性(相关系数r=-0.973)。