贫营养条件下膜生物反应器污泥混合液可滤性分析

采用膜生物反应器(MBR)运行16d,未向反应器内活性污泥投加营养物质,对溶解性微生物代谢产物(SMP)、污泥颗粒粒径分布(PSD)、胞外聚合物(EPS)、SMP相对分子量分布(MWDs)进行了定期监测.修正的污染指数(MFI)用来考察与SMP和EPS相关的污泥混合液可滤性.结果表明,MFI值由1.8′104迅速增加到7.3′104s/L2,说明长时间的内源代谢过程对MBR内污泥混合液可滤性有负面的影响.污泥混合液上清液中SMP相对分子量>10kDa的大分子有机物和污泥絮体中1~10μm细小颗粒的增加,将严重恶化污泥混合液的可滤性.     

曝气强度对膜生物反应器污泥混合液可滤性的影响

主要研究了曝气强度对膜生物反应器(MBR)膜污染的影响.2套MBR采用恒流出水模式连续运行60 d,曝气强度分别为500及100 L/h,应用死端过滤装置来检测不同阶段污泥混合液的可滤性.实验中对不同曝气强度下的溶解性微生物代谢产物(SMP)分子质量分布、颗粒粒径分布、胞外聚合物(EPS)含量进行了测定.结果表明,过高的曝气强度将恶化污泥混合液的可滤性,增加了膜污染速率.进一步研究表明,曝气强度的增加导致了污泥混合液上清液中相对分子质量>10000的SMP浓度的增加,此部分大分子有机物浓度直接影响了污泥混合液的可滤性.过高的曝气强度也导致了污泥絮体中1～10μm细小颗粒和EPS含量的增加.     

膜生物反应器中贫营养条件下SMP的产出研究

文章为考察膜生物反应器微生物在贫营养条件下,溶解性微生物产物(SMP)的产出规律和特性,为优化MBR反应器的运行、延缓膜污染提供理论依据。对天津大学游泳馆MBR系统中的污泥混合液进行贫营养实验。研究表明贫营养条件下SMP产出可以分为两个阶段:EPS溶解产生SMP阶段和死亡细胞胞内物质溶出产生SMP阶段。伴随营养物质的匮乏,SMP中大分子物质所占比例显著增加,从第3天的20.2%(占TOC总量的比例),到第8天上升为39.2%,从而会加剧膜污染,并且不同阶段产生的SMP都可以刺激微生物提高对基质的降解速率,SMP浓度与污泥的比好氧速率呈正相关关系。     

生物污泥对染料的吸附及胞外聚合物的作用

对比研究了4种生物污泥（包括活性污泥、厌氧污泥、干活性污泥、干厌氧污泥）对染料酸性湖蓝A的吸附,并考察了胞外聚合物（EPS）以及外层溶解性胞外聚合物（SEPS）和内层固着性胞外聚合物（BEPS）在此过程中所起的作用．结果表明,4种污泥吸附量与染料平衡浓度之间均既符合Freundlich模型（R²为0.921～0.995）,又符合Langmuir模型（R²为0.958～0.993）,但不符合BET模型（R²为0.07～0.863）．干厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附性能最好,干活性污泥的吸附性能最差．从Langmuir等温方程来看,干厌氧污泥的最大吸附量最高,为104 mg/g,其次为厌氧污泥的吸附（86 mg/g）、活性污泥（65 mg/g）,干活性污泥的最大吸附量最低,仅为20 mg/g．EPS的吸附量占整个活性污泥和厌氧污泥的吸附量的比例均大于50%,活性污泥和厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附主要是EPS的吸附所贡献. 厌氧污泥吸附染料酸性湖蓝A时, BEPS起主要作用; 而活性污泥吸附时,SEPS起主要作用.对2种污泥而言,SEPS的单位质量吸附量均远大于BEPS的单位质量吸附量, 活性污泥平均为52倍, 厌氧污泥为10倍. 厌氧污泥BEPS的吸附用Langmuir模型拟合,效果最好（R²为0.998 6）．     

MBR中SMP的累积及其对反应器运行的影响

研究了膜生物反应器(MBR)中溶解性微生物产物(SMP)的累积及其对反应器运行的影响。试验结果表明:在MBR稳定运行的情况下,多糖是SMP的主要成分。而且,MBR内的SMP浓度高于普通活性污泥处理工艺(CAS),这是源于MBR中微滤膜对于部分分子量较大污泥EPS的截留作用。MBR中SMP的积累会对污泥的MLVSS/MLSS和脱氢酶活性产生不利影响,抑制生物代谢活性。稳定情况下,蛋白质和多糖的含量总和分别约占出水和混合液上清液TOC的95%和64%,由此可知SMP是出水和混合液上清液中污染物中的重要组成部分。     

臭氧-活性炭投加对MBR混合液特性及膜污染的影响研究

通过对比实验考察了O_3和PAC投加对MBR工艺中陶瓷膜污染及污泥混合液特性的影响,并探讨了O_3/PAC投加抑制陶瓷膜污染的机理。结果表明:单独O_3、单独PAC及O_3/PAC的联合投加将MBR系统的单周期运行时间分别延长了30%、22%、43%,有效降低了MBR系统跨膜压差的增长速率;O_3和PAC的单独作用及协同作用均有效控制了MBR混合液中EPS、SMP的累积,降低了混合液黏度,在一定程度上减缓了陶瓷膜污染;此外,O_3/PAC的投加改变了膜表面上由EPS和SMP形成的凝胶层特性,从而有效地抑制了MBR系统陶瓷膜污染。     

活性污泥性质对短期膜污染影响的解析研究

采用统计分析方法研究了16种不同性质活性污泥混合液对膜生物反应器膜污染的影响机理.结果表明,胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)、溶解性有机物(soluble microbial products,SMP)、上清液胶体颗粒(suspended solids insupernatant,SS_s)、污泥混合液粘度(μ)、相对疏水性(relative hydrophobicity,RH)、Zeta电位(Zeta potential)均对膜生物反应器膜渗透性能有显著的影响作用,其与膜污染阻力的皮尔逊相关系数r_p分别为:0.898、0.712、0.810、0.691、0.837、-0.881;同时发现,胞外聚合物是影响活性污泥中溶解性有机物含量(r_p=0.682)、污泥粘度大小(r_p=0.633)、上清液胶体颗粒含量(r_p=0.783)、Zeta电位(r_p=-0.953)及相对疏水性大小(r_p=0.877)的主要因素;在活性污泥性质中胞外聚合物是影响膜污染的根本原因,是膜生物反应器膜污染的重要影响因素.     

污泥增活剂影响MBR处理效果试验研究

向一体式膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)中投加污泥增活剂,与普通MBR进行试验对比,考察了污泥增活剂-MBR复合工艺对污染物去除的强化作用及对混合液污泥特性的影响。结果表明,污泥增活剂不仅提高了COD和氨氮的去除效果,而且由于增活剂与污泥形成的生物团粒的有效作用使系统总氮去除率提高10%以上。污泥增活剂-MBR中污泥混合液胞外聚合物(extra-cellular polymeric substances,EPS)含量高于MBR,上清液溶解性微生物产物(soluble microbial products,SMP)和Zeta电位相对较低,及EPS与SMP和Zeta电位的变化对应规律,说明污泥增活剂使EPS含量升高,促进了污泥活性的提高。较低的SMP浓度将降低膜自身污染的程度,活性炭的作用可使泥饼层结构疏松,能够减缓泥饼层带来的膜通量下降。     

全程自养颗粒污泥快速启动及混合营养型脱氮性能分析

在连续流条件下,基于颗粒污泥全程自养脱氮（CANON）工艺的快速启动和混合营养条件下高效脱氮,是CANON工程应用的重要环节.本研究在气提内循环反应器（AIR）中,以老化的CANON颗粒污泥经机械破碎至0.3 mm作为种泥,实现混合营养型单级颗粒污泥同步脱氮除碳.启动26 d,通过控制DO,系统出现稳定的部分硝化,再缩短HRT提升氨氮负荷至5.65 kg ·（m³ ·d）^-1,促进颗粒化和厌氧氨氧化;第68 d,总氮去除率达到58%之后,进水加入有机物,C/N从0提升到0.25和0.5,促进AOB、AMX和异养微生物的协同,氨氮去除率达95%,总氮去除率达85%,COD去除率达80%左右.COD浓度增加,能较好地抑制Nitrospira菌属等NOB的活性,q（NH₄⁺-N）和q（TN）稳定在0.4 g ·（g ·h）^-1和0.34 g ·（g ·h）^-1,q（NO₃^--N）约为0.02 g ·（g ·h）^-1.采用MiSeq高通量测序对微生物多样性分析,表明有机物对污泥中Nitrosomomas和Candidutus_Kuenenia丰度未产生显著影响,增加了Candidutus_Brocadia菌属以及具有反硝化功能Denitratisoma等菌属的丰度.这对于快速启动连续流CANON颗粒污泥工艺处理低C/N比废水提供思路.     

温度对一体式厌氧流化床膜生物反应器运行效能及微生物群落结构的影响

本研究采用一体式厌氧流化床膜生物反应器（integrated anaerobic fluidized-bed membrane bioreactor,IAFMBR）处理含苯并噻唑的高浓度合成废水,考察了温度变化（35、25和15℃）对反应器运行效能,膜污染情况和微生物群落结构的影响.结果表明,温度下降对反应器运行效能和膜污染情况产生不利影响.当温度从35℃下降到15℃时,COD去除率下降7.4%,苯并噻唑去除率下降49.2%,挥发酸总量上升225.66 mg·L^-1,甲烷产率（以CH₄/COD_removed计）下降0.118m³·kg^-1.膜污染周期从5.2 d下降到2.5 d.对于滤饼层而言,达到膜污染时,SMP（soluble microbial product）的质量浓度从42.47 mg·L^-1上升到70.62 mg·L^-1,EPS（extracellular polymeric substance）的含量（以VSS计）从46.30 mg·g^-1上升到82.22 mg·g^-1;对于混合液而言,SMP的质量浓度从36.46 mg·L^-1上升到69.35 mg·L^-1,EPS的含量从47.47 mg·g^-1上升到81.63 mg·g^-1.蛋白质是EPS和SMP的主要成分,约占总成分的80%.微生物群落结构表明,Firmicutes（厚壁菌门）和Chloroflexi（绿弯菌门）始终是最优势的菌门,占全部菌门相对丰度的42.6%~61.0%.随着温度的下降,优势菌属分别是Clostridium（13.7%）,Levilinea（15.2%）和Lactococus（17.9%）.产甲烷古菌的优势菌属始终是Methanosaeta.     

盐度对膜-生物反应器污泥表观硝化速率的抑制机理

为研究盐度对膜-生物反应器(MBR)污泥表观硝化速率的抑制机理,采用批次试验模拟不同盐度条件下MBR活性污泥的硝化反应并测定其表观硝化速率、自养菌活性和SMP、EPS中脱氧核糖核酸和蛋白质的含量变化.结果表明,随着盐度的不断提高,污泥表观硝化速率逐渐下降,当盐度大于12.5g/L时,污泥体系出现NH4+-N含量上升的现象.自养菌的活性逐渐被抑制,抑制程度和盐度正相关,当盐度大于2.5g/L时,SMP和EPS中DNA的含量逐步上升,细胞结构被破坏是微生物活性被抑制的原因.SMP和EPS中蛋白质含量随着盐度的提升明显增长,蛋白质在污泥系统水解并发生氨化释放NH4+-N也是表观硝化速率下降的原因;当盐度小于12.5g/L,系统释放NH4+-N对表观硝化速率抑制作用随着盐度的提高而不断提升.     

Purification and molecular weight distribution of a key exopolysaccharide component of Bacillus megaterium TF10

Extracellular polymeric substances (EPS) are organic metabolic compounds excreted by microorganisms. They largely impact microbial aggregate structures and functions. Extracellular polysaccharides (EP) in EPS are responsible for the formation of microbial aggregates. In this work, we successfully separated and characterized EP from EPS of the bacterium Bacillus megaterium TF10. Extraction of EP from EPS was optimized using Sevag''s reagent. Chemical characteristics, functional groups, and molecular weight (MW) distribu-tion of EP were compared with the harvested EPS and soluble microbial products (SMP). We found that the polymers of lower MW and free proteins were successfully removed by Sevag''s reagent. The higher MW components of EPS were predominantly polysaccharides, while the polymers of lower MW tended to secrete to the supernatant and were described as SMP. A part of the proteins in the EP was polysaccharide-bonded. Our results can be further used in elucidating the complex flocculation mechanisms in which EP play a major role.     

两级序批式反应器运行模式下平板膜污染机理研究

从膜污染物分析、微生物代谢产物EPS、SMP对膜污染的影响等方面,对两级序批式反应器运行模式下的平板膜污染机理进行了试验研究.结果表明,膜表面及膜孔内部存在以球菌、杆菌为主的生物污染,膜表面的无机污染物主要是Fe、Na、Zr、Rb、Ca等化合物在浓差极化的作用下超过其溶解度极限后结晶形成的盐垢,膜表面的有机污染物主要是蛋白质,是形成膜表面凝胶层的主要原因,而蛋白质在膜面为伴随有电子转移的化学吸附,从而引起膜通量严重下降.     

胞外聚合物与溶解性微生物产物的关系

通过活性污泥内源呼吸试验,发现胞外聚合物与溶解性微生物产物之间存在相互转化、吸附与被吸附的关系。内源呼吸初期(0~19h),bound EPS水解生成BAP,细胞自溶过程也释放部分SMP。19~43h,微生物利用SMP中易降解部分生成bound EPS和UAP,大分子量的SMP被bound EPS吸附,并存在一定程度的细胞水解。43~162h为SMP分泌、溶出阶段,内源呼吸加强,微生物脱氢酶活性几乎丧失,细胞水解、自溶。bound EPS表面出现SMP解吸-吸附的交替过程。162~210h期间bound EPS水解及细胞自溶为主要过程。并且产出的SMP可生物降解性较差,对微生物表现出毒性作用,抑制其脱氢酶活性,而在毒性环境下,微生物又产出更多的SMP。     

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%.     

MBR和CAS工艺污泥在贫营养培养条件下的微生物群落结构研究

采用聚合酶链式-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术,研究了膜生物反应器（MBR）和传统活性污泥工艺（CAS）反应器中微生物在贫营养条件下的总细菌群落结构.结果表明,在培养过程中,污泥的微生物种群经历了一个比较明显的变化过程,且以CAS污泥微生物种群的变化更为明显,演替过程中既有原始优势种群的消亡,又有新的优势种群...     

温度对膜生物反应器运行特性及膜污染的影响

温度对膜生物反应器（MBR）污染物去除效果和膜污染速率都有很大的影响。采用两套相同的MBR蓑置在冬季运行,其中一套维持20℃的恒温,另一套水温与周围环境相同。对两套装置处理效果及膜污染速率进行对比,并通过反应器中溶解性微生物产物（SMF）、胞外聚合物（EPS）含量、污泥粒径分布扣膜面污染物的比较,分析温度对MBR运行的影响。研究结果表明膜对污染物的截留能有效补偿低温时微生物作用的不足,因此低温对出水水质并没有显著的影响。此外,低温时虽然SMP和EPS的释放增加,但并没有引起膜污来的加剧。相反地,低温时污泥粒径较高温时小,而粒径较大的颗粒更易沉积于膜表面,因此低温时膜面固体物质含量较低,膜污染速率反而比高温时低。     

菌-藻共生好氧颗粒污泥的稳定性机理

在非曝气条件下接种好氧颗粒污泥(AGS)和绿藻藻种,经过18d的培养,成功构建了菌-藻共生好氧颗粒污泥系统(ABGS).研究表明,在非曝气条件下,与传统的AGS相比,ABGS具有更高的生物活性、除污染效能和机械强度,说明ABGS的稳定性更优.对ABGS的稳定性机理进行分析,发现在颗粒化过程中,胞外聚合物(EPS)特别是紧密结合层EPS(TB-EPS)中蛋白质(PN)含量明显增加,实验末期其含量增加至114.4mg/g MLSS,约为AGS的2.8倍.采用三维荧光光谱进一步分析EPS的组分,结果表明TB-EPS中氨基酸、色氨酸、芳香族蛋白质、络氨酸和色氨酸类物质是维持颗粒结构稳定性的重要原因.在微生物群落结构方面, ABGS的物种多样性和群落丰富度更高,原核生物绿弯菌门(Chloroflexi)和浮霉菌门(Planctomycetes)、真核生物绿藻门(Chlorophyta)的富集有利于加强系统的稳定性.