好氧颗粒污泥系统中溶解性微生物代谢产物的特征及主要组分

采用SBR反应器以絮状活性污泥为接种污泥培养好氧颗粒污泥,主要考察好氧颗粒污泥系统中溶解性微生物代谢产物(SMP)的产生、相对分子质量分布以及主要组成物质.结果表明SMP是出水COD的主要组分,浓度为71~85 mg·L-1,SMP的产生与微生物对基质的利用、微生物衰亡和胞外聚合物(EPS)的水解有关.相对分子质量分布表明大部分SMP相对分子质量小于3×103,所占比例为54.8%~71.7%,而相对分子质量大于100×103的组分只占总SMP的一小部分,所占比例为9.3%~14.5%.三维荧光光谱分析表明,出水SMP具有4个峰,分别属于类芳香蛋白质、类色氨酸蛋白质、类腐殖酸物质和类富里酸物质.气质联用(GC-MS)分析表明SMP主要成分为酯类、短链烷烃、烯烃和醇类,所占质量分数分别为39.0%、14.9%、11.7%和7.6%.其中邻苯二甲酸二酯是出水SMP中主要组成物质,所占质量分数为32.0%.     

EDTA对剩余污泥磷释放及MAP法磷回收影响

探究乙二胺四乙酸（EDTA）的添加对剩余污泥厌氧过程中磷释放及后续鸟粪石（MAP）法磷回收的影响.根据EDTA添加量对污泥上清液中总磷（TP）、蛋白质、多糖、DNA和SCOD的影响确定了最优释磷条件,采用响应曲面法（RSM）构建MAP磷回收的二次多项式模型并验证了模型的有效性.结果表明：EDTA添加量为5mmol/L,厌氧5d时预处理效果最佳.污泥SCOD破解度（DD）和TP、DNA、蛋白质及多糖均有显著相关,其中TP相关性最强,皮尔逊相关系数为0.866.MAP磷回收的最佳工艺参数是：pH=9.5,n（Mg）：n（P）=1.6,搅拌时间22min,此时磷回收率可达95.68%,形成晶体的主要成分为磷酸铵镁（MgNH₄PO₄·6H₂O）,纯度为79.19%.     

好氧-沉淀-厌氧工艺剩余污泥减量性能和机理研究

探讨了污泥衰减、能量解偶联、低污泥产率厌氧反应对OSA工艺污泥减量作用的影响.结果表明,污泥衰减是由微生物死亡及吸附于污泥表面的颗粒有机物水解酸化和微生物内源代谢2部分组成.间歇试验污泥厌氧过程中,上清液SCOD、NH 4-N、TP浓度均随厌氧时间逐渐升高,OSA污泥厌氧16 h后溶解性蛋白质高达33.09 mg/L,上升幅度高于多糖浓度的变化,证实了污泥水解现象.OSA污泥内源SOUR可达8 mg/(g·h),是CAS污泥内源SOUR的1.7倍以上,说明OSA系统中较高的内源代谢促使污泥减量.污泥衰减是OSA工艺污泥减量的决定性原因,可占OSA污泥减量效果的66.7%左右.间歇实验证实了OSA系统由于厌氧一好氧耦合环境,存在能量解偶联现象,但由于这种作用引发的污泥减量仅占7.5%左右.OSA工艺污泥厌氧池释放的SCOD作为缺氧反硝化、厌氧释磷、硫酸盐还原及产甲烷的二次基质,由于这些厌氧反应污泥产率低于好氧代谢,使得系统污泥产率下降,约有23.5%的污泥减量是源于这种因素.OSA污泥减量是由多方面因素综合作用的结果.     

电子受体类型对聚磷污泥胞外聚合物的影响研究

采用3种电子受体(硝氮、亚硝氮、氧),在SBR反应器中分别驯化了具有稳定除磷能力的聚磷污泥。对比研究了不同聚磷污泥胞外聚合物(EPS)的组分与含量,结合三维荧光光谱对EPS中有机物质进行分析。研究表明,以硝氮、亚硝氮为电子受体的聚磷污泥EPS平均浓度较为接近,分别为115.6mg/gVSS、133.5 mg/gVSS,由厌氧段至缺氧段,EPS总浓度有所下降。以氧为电子受体聚磷污泥的EPS平均浓度相对较高,为194.5 mg/gVSS,由厌氧段至好氧段,EPS总浓度略有升高。不同聚磷污泥的EPS组分均以胞外蛋白为主,占EPS总量的53%~65%,多糖与核酸占EPS总量28%~34%、5%~7%。三维荧光光谱显示3种聚磷污泥EPS均具有芳香结构蛋白质、可溶性代谢物的荧光峰,另外,以硝氮为电子受体的聚磷污泥还具有明显的腐殖酸类物质的荧光峰。研究结果表明电子受体对聚磷污泥EPS的组分、浓度、有机质类别有一定的影响。     

不同污泥龄下MBR内SMP对膜污染的影响

采用3套膜生物反应器(MBR)研究不同污泥龄下溶解性微生物产物(SMP)对膜污染的影响。结果表明,随着污泥龄的延长,上清液中SMP的质量浓度逐渐降低,SMP中多糖和蛋白质含量与总SMP的变化趋势相同,也逐渐降低。高分子组分及疏水性有机组分占总SMP比例逐渐升高。而膜污染层中SMP的变化与上清液中SMP存在差异性。通过对上清液及膜污染层中SMP与膜污染速率进行相关性分析,结果表明上清液中SMP含量及性质与膜污染速率相关性不显著,而膜污染层中SMP质量浓度、多糖、高分子组分以及疏水性酸性组分对膜污染有显著影响。     

污水处理厂污泥水溶解性有机物的光谱特性分析

污泥水是污水处理厂污泥浓缩、稳定、脱水等环节产生的废水,具有污染物浓度高、成分复杂的特点.采用三维荧光光谱和红外光谱研究了污泥水中溶解性有机物(DOM)的光谱特性.污泥水荧光性DOM(FDOM)可利用平行因子分析划分为6个荧光组分,分别为类蛋白质组分C1(275/355 nm)、C4(235/350 nm)和C6(275/305 nm),及类腐殖酸组分C2(250,340/440nm)、C3(320/380 nm)和C5(250/465 nm).重力浓缩和机械浓缩污泥水中COD与所有类腐殖酸组分均正显著相关(P0.01),类蛋白质组分对其影响不大.离心脱水污泥水中组分C1、C4和C5含量明显上升.深度脱水污泥水中FDOM荧光峰位置和强度与其它污泥水存在显著差异,C3和C6分别较离心脱水污泥水升高15.63和7.30倍.与浓缩污泥水相比,离心脱水污泥水中多糖和腐殖酸吸收峰增强,而深度脱水污泥水中蛋白质大量释放,金属离子会与腐殖酸和蛋白质络合引起DOM结构变化.     

餐饮废水MBR处理过程中DOM的三维荧光光谱分析

采用三维荧光(EEM)光谱技术,对膜-生物反应器(MBR)处理餐饮废水过程中的各种溶解性有机物(DOM)进行分析,并对比研究不同水质和容积负荷下DOM的EEM光谱的迁移变化特性和DOM中荧光物质对膜污染速率的影响.结果表明,各种DOM的荧光物质中,蛋白质类物质所占的比重最大,且溶解性微生物代谢产物(SMP)和附着型胞外聚合物(EPS)中的蛋白质类荧光物质对膜污染速率的影响最大,而紧密附着胞外聚合物(TB-EPS)中蛋白质类荧光物质强度与膜污染速率呈强烈的负相关性.腐殖酸溯源表明DOM中的腐殖酸以微生物代谢产生的带有荧光基团的腐殖酸类为主.     

生物炭对活性污泥中SMP和EPS的组成及脱氮除磷的影响

采用SBR工艺,研究不同生物质原料制成的生物炭粉末对活性污泥中的溶解性微生物产物（SMP）、胞外聚合物（EPS）的组成[蛋白质（PN）、多糖（PS）]及其含量的影响;分析活性污泥MLVSS/MLSS的变化以及污水氮、磷的含量。结果表明:添加的生物炭起到连接污泥絮体的作用,菌胶团尺寸增大,污泥中微生物量明显增多。添加生物炭的活性污泥溶解性微生物产物（SMP）中蛋白质的含量减少了62.3%~76.6%。胞外聚合物（EPS）中蛋白质的含量增加了17.8%~32.8%,含有更多的氨基酸或蛋白质中的色氨酸、酪氨酸以及苯丙氨酸。猪粪生物炭（PMB）对活性污泥影响最大,污泥EPS的冻干物中含有更多的芳香族化合物及核酸类物质。添加生物炭后,活性污泥对氮的转化效率提高,氨氮更快地转化为亚硝态氮并使其达到较高的浓度,并且对磷也有更好的去除效果。     

不同年限露天煤矿排土场土壤剖面溶解性有机质荧光和吸光特征

露天煤矿开采对土壤剖面各土层溶解性有机质（DOM）组分含量影响巨大.该研究采用三维荧光光谱（3D-EEM）和紫外-可见光谱（UV-vis）对锡林浩特露天煤矿1~7年排土场土壤剖面（0~100 cm）DOM荧光和吸光特征深入分析,解析排土场生态演替过程中土壤剖面DOM组分及来源时空变化.结果表明:①露天煤矿排土场土壤剖面各土层w（DOC）在102.70~475.80 mg/kg之间,荧光组分中蛋白质类组分占比（29.97%~60.39%）最高,类腐殖酸组分占比（16.09%~44.27%）次之.土壤剖面DOM主要来源于微生物代谢产物,芳香性、腐殖化程度较低,且随排土场年限增加,各土层DOM紫外吸光组分芳香环中羰基、羧基、羟基、酯类含量增加,类腐殖酸组分占比先降后增,蛋白质类组分占比先增后降,类富里酸组分占比呈下降趋势.②随土壤深度增加,DOM含量呈上升趋势,DOM自生源特征及土壤微生物活性减弱,次表层（20~40 cm）出现明显波峰.随排土场年限增加,深层土壤DOM荧光组分中蛋白质类组分占比呈下降趋势,类富里酸组合占比垂向变化较小,类腐殖酸组分占比呈增加趋势.随着地表植被由无到有,DOM自生源特征降低,腐殖化程度增强.③排土场土壤剖面pH可作为评估DOM腐殖化程度的良好指标,总氮（TN）含量可作为指示DOM分子量重要指标.研究显示,不同年限露天煤矿排土场土壤剖面DOM荧光和吸光特征能够作为露天煤矿环境治理与生态恢复的评价指标.      

气体分离循环对高温厌氧消化过程的影响

采用厌氧序批式反应器,研究了气体循环(包括气体直接循环和脱除气体中的氢气后循环)对以葡萄糖和乙酸钠配制的模拟废水在高温厌氧消化过程中乙酸代谢速率、出水性质及微生物相的影响,并采用尺寸排除色谱和三维荧光光谱技术,对溶解性微生物产物(SMP)的分子量分布和荧光物质组成进行了分析.结果显示,气体循环使得出水中残余挥发性脂肪酸的浓度由238.2mg/L(未脱氢)和129.6mg/L(脱氢)分别减少至8.5mg/L和8.2mg/L,并最终降低了SMP产量,45d时分别降至气体循环前的36.8%和59.2%.脱氢气体循环促进了乙酸化和乙酸氧化,导致了微生态环境和甲烷化基质浓度的差异,促进了高分子量SMP向低分子量SMP的转化,污泥中的微生物形态亦发生了较大变化.可见气体循环改善了基质与微生物的混合状况,改善了出水水质,而脱氢气体循环加速了乙酸的代谢,有望更快速地解除易降解有机物高温厌氧消化过程中的酸抑制,提高厌氧消化效率.     

盐度冲击下MBR污泥SMP和EPS的三维荧光光谱解析

利用三维荧光(EEM)技术研究了不同盐度冲击下膜-生物反应器(MBR)污泥微生物溶解性产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)的变化规律,分析不同盐度冲击下MBR污泥SMP和EPS的EEM图谱.结果表明,当冲击盐度大于2.5g/L时,SMP的EEM图谱中色氨酸荧光峰B(270nm,350nm)、类胡敏酸荧光峰C(375,475nm)、类富里酸荧光峰D(260,460nm)以及EPS的EEM图谱中色氨酸荧光峰B的荧光强度随冲击盐度的提升而增加,EPS的EEM图谱中类胡敏酸C峰的荧光强度则随冲击盐度的提升而下降.用平行因子分析(PARAFAC)方法确定EEM图谱中存在的4个组分,分别为类蛋白质组分C1(230/280,350nm),类胡敏酸组分C2(290/310,380nm)、C3(290/360,460nm)和C4(270/340,440nm);当冲击盐度大于2.5g/L时,SMP中C1、C3和C4组分的荧光强度与冲击盐度呈正相关,而EPS中C3和C4组分的荧光强度分别与冲击盐度呈正相关和负相关,其相关系数均≥0.90;SMP中类蛋白质荧光组分和类胡敏酸组分的荧光强度之和分别与测定的蛋白质含量和胡敏酸含量呈明显的正相关性,相关系数均＞0.93,可作为荧光组分强度定量计算的依据,而EPS中此相关性并不明显.     

盐度变化对厌氧污泥胞外聚合物的影响

为探讨盐度变化对厌氧污泥胞外聚合物的影响,采用三维荧光(3D-EEM)和傅里叶变换红外(FTIR)技术,研究了不同盐度下升流式厌氧污泥流化床(UASB)中污泥的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,并分析了LB-EPS和TB-EPS与污泥沉降性间的关系.结果表明,进水盐度由0逐渐增加至8%,厌氧污泥LB-EPS和TB-EPS含量分别由4.94和12.25 mg·g~(-1)(以VSS计)增加至41.47和43.04 mg·g~(-1)(以VSS计);LB-EPS和TB-EPS中蛋白(PN)和多糖(PS)含量的比值分别由3.2和3.8降低至1.8和2.3;污泥容积指数(SVI)与LB-EPS、TB-EPS均正相关;3D-EEM光谱显示,色氨酸蛋白和芳环蛋白荧光峰存在于不同盐度下LB-EPS和TB-EPS中,类胡敏酸荧光峰仅存在于盐度高于4%的TB-EPS中;FTIR分析表明,进水盐度的增加导致LB-EPS和TB-EPS中PS的C—O组分相对含量增加.     

Potential acute effects of suspended aluminum nitride (AlN) nanoparticles on soluble microbial products (SMP) of activated sludge

The study aims to identify the potential acute effects of suspended aluminum nitride (AlN)nanoparticles (NPs) on soluble microbial products (SMP) of activated sludge. Cultured activated sludge loaded with 1, 10, 50, 100, 150 and 200 mg/L of AlN NPs were carried out in this study. As results showed, AlN NPs had a highly inverse proportionality to bacterial dehydrogenase and OUR, indicating its direct toxicity to the activated sludge viability. The toxicity of AlN NPs was mainly due to the nano-scale of AlN NPs. In SMP, AlN NPs led to the decrease of polysaccharide and humic compounds, but had slight effects on protein. The decrease of tryptophan-like substances in SMP indicated the inhibition of AlN NPs on the bacterial metabolism. Additionally, AlN NPs reduced obviously the molecular weight of SMP, which might be due to the nano-scale of AlN.     

富磷污泥厌氧发酵过程中乙酸浓度对磷释放的影响

以强化生物除磷(EBPR)污泥为研究对象,考察了不同初始乙酸浓度条件下富磷污泥厌氧发酵过程中磷及相关指标的变化,并探讨释磷机制.结果表明:初始乙酸浓度对污泥最大释磷量影响不大,(73.1±2.2)%的污泥总磷量(TP)以磷酸盐的形式释放到液相中,其主要来自聚磷的分解.聚磷的分解途径包括:1)聚磷菌(PAOs)通过吸收乙酸贮存聚β-羟基烷酸酯(PHA)的厌氧生物释磷机制释放磷酸盐;2)PAOs的维持作用导致的聚磷直接分解过程.当初始乙酸浓度不充足时,生物释磷过程受限制,聚磷以相对较慢的速率直接分解;随着乙酸浓度的增大,生物释磷速率增快,同时随之增加的PHA含量能促进污泥的水解酸化.上清液中PO43--P和Mg2+浓度在达到最大值后出现了下降的现象,其可能形成鸟粪石等沉淀.根据试验数据,本文提出了从富磷污泥中回收磷的策略,即可在厌氧消化开始前向污泥中投加一定量碳源,并在发酵24h内分离上清液进行磷回收,这样不仅可以快速大量地从上清液中回收磷并减少沉淀引起的管道堵塞等问题,还可消除高浓度磷酸盐对厌氧消化的影响.     

低C/N条件下MUCT工艺的反硝化除磷特性

以C/N较低的污水为处理对象,重点研究和分析了MUCT工艺缺氧区的反硝化除磷特性.结果表明,①缺氧区1因为COD浓度相对较高,回流污泥中的硝酸盐氮优先被传统反硝化菌利用,不能作为DPB的电子受体,所以主要发生释磷反应;②缺氧区2内DPB利用厌氧段贮存大量PHB为碳源,以硝酸盐氮为电子受体进行吸磷,且吸磷量逐日提高,从最初的0 .93 mg/Ｌ增加至18 mg/Ｌ,缺氧吸磷率最终稳定在40%左右;③缺氧区3内,由于硝酸盐氮和COD浓度过低,进行无效释磷反应过程,释磷量在0 .27～3 mg/Ｌ之间;④系统对COD、TN、TP的去除率较高,出水TN和TP浓度分别在10 mg/Ｌ和0 .9 mg/Ｌ以下.     

乌江水库水体中有机胶粒的三维荧光特征研究

超滤与三维荧光光谱的结合可以表征不同类型荧光物质相对分子量的分布规律,揭示它们的来源以及组分差异.本项研究用截留相对分子量为1 000和10 000的再生纤维素超滤膜,对乌江水库不同深度水体中的溶解有机质进行了分离,利用三维荧光光谱表征了3种不同相对分子量组分中发荧光有机质的光谱特征.结果表明:荧光物质主要存在于真溶液(＜1 000)中.水体在丰水期和枯水期的荧光峰存在差异.丰水期主要存在4种类型的荧光峰:类富里酸荧光A峰和C峰,类蛋白荧光峰B峰和D峰.枯水期则只表现出3种类型的荧光峰,类富里酸荧光峰C不明显,原因可能是此时水库处于蓄水状态,内部生物活动作用显著,产生的类蛋白荧光物质强度较大从而掩盖峰C的强度.然而72 m以下由于厌氧还原条件的出现,沉积物向水体释放了溶解有机质组分,原本强度被掩盖的荧光峰C明显出现在1 000～10 000组分中.     

Insights on the solubilization products after combined alkaline and ultrasonic pre-treatment of sewage sludge

This work provides insights on the solubilization products after a simultaneous combination of alkaline and ultrasonic(ALK + ULS) pre-treatment of sewage sludge.Soluble chemical oxygen demand(SCOD) increased from 1200 to 11,000 mg/L after such treatment. Organics with molecular weight around 5.6 k Da were solubilized because of the synergistic effect of ultrasound and alkali. Organics with molecular weight larger than300 k Da increased from 7.8% to 60%, 16% and 42.3% after ULS, ALK and ALK + ULS treatment, respectively. Excitation emission matrix fluorescence spectroscopy analysis identified soluble microbial product-like and humic acid-like matters as the main solubilization products. Sludge anaerobic biodegradability was significantly enhanced with the simultaneous application of ALK + ULS pre-treatment. ALK + ULS pre-treatment resulted in 37.8% biodegradability increase compared to the untreated sludge. This value was higher compared to the biodegradability increase induced by individual ALK pre-treatment(5.7%) or individual ULS pre-treatment(20.7%) under the same conditions applied.     

Insights on the solubilization products after combined alkaline and ultrasonic pre-treatment of sewage sludge

This work provides insights on the solubilization products after a simultaneous combination of alkaline and ultrasonic (ALK + ULS) pre-treatment of sewage sludge. Soluble chemical oxygen demand (SCOD) increased from 1200 to 11,000 mg/L after such treatment. Organics with molecular weight around 5.6 kDa were solubilized because of the synergistic effect of ultrasound and alkali. Organics with molecular weight larger than 300 kDa increased from 7.8% to 60%, 16% and 42.3% after ULS, ALK and ALK + ULS treatment, respectively. Excitation emission matrix fluorescence spectroscopy analysis identified soluble microbial product-like and humic acid-like matters as the main solubilization products. Sludge anaerobic biodegradability was significantly enhanced with the simultaneous application of ALK + ULS pre-treatment. ALK + ULS pre-treatment resulted in 37.8% biodegradability increase compared to the untreated sludge. This value was higher compared to the biodegradability increase induced by individual ALK pre-treatment (5.7%) or individual ULS pre-treatment (20.7%) under the same conditions applied.