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...     

好氧颗粒污泥在生物强化除磷中的应用

结合近年来好氧颗粒污泥的最新研究成果,分析了好氧颗粒污泥的物理、化学、生物学、结构特征,并从生物除磷、反硝化除磷和沉淀作用三方面对好氧颗粒污泥除磷现象进行探讨。旨在为好氧颗粒污泥在生物强化除磷中的实际应用提供理论知识。     

强化好氧颗粒污泥稳定性的水力条件响应研究

好氧颗粒污泥是一项极具潜力的新型污水生物处理技术,但颗粒结构易失稳是瓶颈问题.本文围绕反应体系水力条件与颗粒污泥稳定性的相互关系,以序批式生物反应器(SBR)运行过程接种污泥(0d)、形成初期颗粒污泥(30d)和稳定颗粒污泥(90d)为研究对象,考察不同水力条件下颗粒污泥聚集形式和表面性质变化规律.结果表明,接种絮体污...     

连续流培养好氧颗粒污泥研究进展

好氧颗粒污泥(AGS)因其沉降性能好,生物量高,抗冲击能力强等优点而受到青睐.相比于传统的序批式反应器(SBR),连续流AGS技术具有易于操作控制以及匹配实际污水厂的大水量,连续流的优势,因而更具有研究价值和应用潜力.通过文献分析和整理,归纳了连续流AGS技术面临的挑战,总结了连续流培养AGS的研究现状和经验教训,并对...     

温度和储存基质对储存后厌氧颗粒污泥特性的影响

温度和储存基质是颗粒污泥储存过程中的重要控制因子.本文选取某IC反应器内典型厌氧颗粒污泥(AGS)为对象,研究了温度和储存基质对储存后AGS理化性质、结构特征和菌群结构的影响.结果显示,常温(20℃)和添加基质可减缓储存过程中AGS粒径下降,维持形状稳定.中温(35℃)利于削减储存液中积累的酪氨酸、色氨酸等芳香性氨基酸,但会增加难降解腐殖酸类物质积累.中温条件适于短期储存(1.5个月)过程中维持颗粒污泥结构稳定,而常温适于长期储存(3个月).不同条件储存后,污泥中的优势菌群在门水平和属水平相似,分别为Chloroflexi、Bacteriodetes、Euryarchaeota、Hyd24-12和Anaerolinea、Bacteroidales、T78、Methanobacterium、Methanosaeta.但功能菌群受温度影响变化显著,常温条件下产甲烷菌群相对丰度下降至2.70%~3.00%,而发酵菌群丰度提高至65.90%~67.40%.中温和基质对污泥菌群结构影响较小.综合而言,常温利于维持AGS理化性能和结构稳定,中温利于维持菌群活性和结构稳定,基质添加利于增强AGS的综合性能,但效果不显著.     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥形成与反应机制的研究

处理实际生活污水添加不同碳源的A(丙酸钠+乙酸钠)、B(葡萄糖)2个单级SBR中的好氧颗粒污泥(aerobic granularsludge,AGS)均能在常温(18～27℃)和低温(9～13℃)条件下稳定维持同步脱氮除磷的去除效果,利用荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)、多重荧光染色技术以及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)技术对2个反应器中好氧颗粒污泥的菌群、细菌凋亡和胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)的分布以及颗粒污泥的微观形态等进行了研究.FISH结果表明,2个反应器的AGS中,氨氧化菌均位于AGS的最外层,约占总菌的12%,聚磷菌则均位于颗粒的内层,约占总菌的40%,2种颗粒对氮、磷的去除机制没有明显区别,受碳源影响较小.硝化是限速步骤,好氧条件下颗粒内部反硝化除磷的存在加速了吸磷的进行.细菌凋亡荧光染色结果表明,A、B中AGS的活细菌多位于外层,而死细菌均匀分布.EPS多重荧光染色结果表明,2种AGS中的蛋白质和脂类均分布均匀,不受碳源的影响,但蛋白质数量较多,脂类较少;而多糖(α吡喃葡萄糖、α甘露糖和β-D-吡喃葡萄糖)在不同反应器的AGS中呈现出不同的分布规律,表明其分布及含量与外加碳源有着密切的关系,多糖与AGS的形成、稳定维持具有直接的联系.SEM显示B中球菌较多,而A中以杆菌为主,该结果表明不同的碳源会对好氧颗粒污泥的菌种产生影响,并且与最终的去除效果相关,以丙酸钠+乙酸钠为外加碳源更容易维持稳定的同步脱氮除磷去除效果.     

好氧颗粒污泥的研究进展

污泥颗粒化(granulation)是指废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下,相互聚集形成一种密度较大、体积较大、体质条件较好的微生物聚集体.按照微生物代谢过程中电子受体的不同,颗粒污泥可分为好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥两类.目前对污泥颗粒化的研究主要集中在两个方面:一方面是从宏观层面探讨颗粒化的形成模式,优化运行参数以达到更好的颗粒化效果;另一方面是从微观层面去研究颗粒化的机理、微生物菌群及其他化学成分在颗粒化过程中所起的作用.本文综述了好氧颗粒污泥近年来的研究进展.主要包括:好氧颗粒污泥的性质(形态及粒径、沉降性能、密度与强度、生物活性、细胞表面疏水性、胞外多聚物等)及结构,颗粒污泥的培养条件、形成机理及影响因素(有机负荷、基质成分、剪切力、沉淀时间、运行周期、进水模式、微生物饥饿期、反应器结构、溶解氧、温度等),以及颗粒污泥的应用(工业废水处理、城市污水处理、有毒污染物降解、脱氮除磷、重金属及放射性核素的去除等).此外,还介绍了全自养颗粒污泥,如硝化颗粒污泥方面的研究.分析表明,随着对好氧颗粒污泥研究的不断深入,将好氧颗粒污泥应用于实际废水处理得到越来越多的关注.好氧颗粒污泥的形成机理、颗粒污泥的微生物特性、颗粒污泥的长期运行稳定性及其工业化应用是今后需要重点关注的研究方向.     

水解酸化对好氧颗粒污泥形成及脱氮除磷的影响

为研究水解酸化对AGS（好氧颗粒污泥）的形成及其脱氮除磷效果的影响,分别采用R1+R2两段式[HUSB（升流式水解酸化池）-SBR]和R3一段式（SBR）方式培养AGS,研究了不同基质下形成的AGS的脱氮除磷效果,并通过高通量测序对水解酸化污泥（R1）和R2、R3运行初期（12 d）与运行后期（97 d）的AGS微生物群落结构进行解析.结果表明,当进水基质为葡萄糖时,R1+R2两段式和R3一段式都能够成功地培养出颗粒致密、沉降性能好的AGS.接种活性污泥后的第13天R2反应器中形成粒径为>1.0~1.6 mm的颗粒污泥,而R3反应器仍以絮状污泥为主;颗粒污泥成熟后,R2中AGS的粒径增长至1.0~2.0 mm间,R3的粒径主要分布在>1.0~1.6 mm间.两种颗粒污泥对COD_Cr和NH₃-N均有很好的去除效果,去除率均接近100%.R2对TN和TP的去除率分别为88.5%和72.8%,明显高于R3（67.2%和60.1%）;R2出水ρ（TN）最低可达3 mg/L,ρ（TP）可达1.1 mg/L.高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes门始终是主要菌种;随着好氧颗粒污泥的成熟,R2和R3的Shannon-Wiener多样性指数均显著增加;R2中成熟后AGS的Shannon-Wiener多样性指数最高（5.40）,表现出良好的生物多样性和系统稳定性.研究表明,水解酸化为AGS的形成提供了关键基质,促进了好氧污泥颗粒化,培养出的AGS运行稳定,脱氮除磷效果好,微生物种群丰富.      

污水处理中的污泥源头减量技术研究及应用进展

污水处理厂中大多采用活性污泥法处理污废水,此法通常会产生大量剩余污泥,而污泥的处理处置费用较高,并且处置不当易对环境造成污染,因此若从源头控制减少污泥的产生则是更为理想的污泥减量方法.本文介绍了几种污泥源头减量工艺技术,如微生物强化技术、微生物固定化技术、解偶联技术(投加解偶联剂、好氧-沉淀-厌氧工艺)、强化隐性生长(物理、化学及生物法溶胞)及微型动物摄取污泥和捕食技术等,并阐述了各技术应用情况,为污泥处理技术人员提供参考方案.在水处理工程中需结合实际情况考虑选用合适的技术.     

提高有机负荷对好氧颗粒污泥形成与稳定过程的影响

本研究在柱形SBR反应器中接种市政污水厂活性污泥,以乙酸钠为碳源,考察了逐步提高进水有机负荷(OLR)对好氧颗粒污泥(AGS)形成的影响,并分析了污泥外观形态、微生物活性与胞外聚合物(EPS)组成的演化规律.结果表明,当进水OLR在3.20~4.84 kg·(m3·d)-1时,污泥粒径的增长速率最快.更高的OLR将导致絮状污泥的大量出现,需辅以应急性排泥,才能保持AGS在反应器中的主导地位.成熟AGS的污泥浓度(MLSS)、污泥体积指数(SVI30)、平均粒径、沉降速率和比耗氧速率(SOUR)分别达到23.9 g·L-1、20 m L·g-1、1.4 mm、102 m·h-1和50.2 mg·(g·h)-1.污泥颗粒化过程不仅使污泥形态发生了根本变化,也显著增强了微生物活性.在此期间,胞外聚合物中PN、PS含量的变化对生物量累积、颗粒生长表现出良好的响应关系.充分发挥EPS组分的指示功能,将有助于优化现有AGS的培养方法.     

硫酸盐还原颗粒污泥对溶液中Cr(Ⅵ)去除特性及总Cr平衡吸附研究

利用小型EGSB反应器培养的硫酸盐还原颗粒污泥进行Cr(Ⅵ)去除实验,考察硫酸盐还原颗粒污泥对Cr(Ⅵ)的去除特性及对总Cr的平衡吸附并进行吸附等温式拟合.结果表明,颗粒污泥对Cr(Ⅵ)的去除是物理、化学及生物过程共同作用的结果,主要包括了还原及吸附作用.颗粒污泥对Cr(Ⅵ)的去除作用与环境因素、颗粒污泥的化学组成和结构的完整程度等密切相关.对Cr(Ⅵ)的去除速率随颗粒污泥投加量及Cr(Ⅵ)初始浓度的增加而提高;提高振荡速度和温度均可提高Cr(Ⅵ)的去除效率及对总Cr的吸附速率,但当振荡速度达到150r·min-1时或温度达到40℃时颗粒污泥会出现结构的离散并降低总Cr的平衡吸附量;pH值越低颗粒污泥对Cr(Ⅵ)的去除效率就越高,但颗粒污泥表面的硫化物在pH值为酸性时会转化成H2S气体逸出,并因此影响对总Cr的吸附效率.颗粒污泥对总Cr的最大吸附量为6.84mg·g-1,其对总Cr的吸附过程符合Langmuir吸附等温式.     

两次污泥颗粒化过程中微生物群落的动态变化

利用序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)培养好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS),在此期间发生了AGS破碎现象,后经培养,破碎污泥再次变为成熟的AGS.因此,采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序技术研究了两次污泥颗粒化过程中微生物群落结构变化的差异,以期揭示有利于AGS形成的优势菌属;此外,利用实时定量聚合酶链式反应(quantitative polymerase chain reaction,q PCR)探究了两次污泥颗粒化过程中硝化微生物的动态变化.结果表明,在两次污泥颗粒化过程中,胞外蛋白质和胞外多糖的含量均增加;氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)在第一次污泥颗粒化过程以及AGS成熟过程丰度增加,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)虽然在第一次污泥颗粒化过程中丰度降低,但是在AGS培养过程中其丰度都一直高于AOA;微生物群落多样性随着AGS的形成而降低;变形菌门(Proteobacteria)相对丰度明显增加,分别增加了12.29%和5.90%;某些属于变形菌门的属其相对丰度也增加,其中,Candidatus Competibacter在两次污泥颗粒化过程中相对丰度增加最明显,并且在成熟的AGS中呈现很高的相对丰度,达到14.20%.总的来说,胞外蛋白质和胞外多糖含量的增加,可能促进了污泥颗粒化;AOA和AOB可能共同参与了AGS的氨氧化作用;Ca.Competibacter的富集可能有利于AGS的形成.     

微藻生物强化对藻-菌颗粒污泥的形成影响及污染物去除研究

为了探究微藻强化好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge, AGS)方式培养藻-菌颗粒污泥(microalgal-bacterial granular sludge, MBGS)的可行性及其关键藻种的潜在作用机理,分别向序批式光生物反应器(光强4 000 lx)中投加小球藻(R1反应器),小球藻和斜生栅藻(R2反应器),小球藻、斜生栅藻和鲍氏细鞘丝藻(R3反应器),并对形成的MBGS理化特性、污染物去除及微生物群落结构进行系统研究. 结果表明:①MBGS均能在30 d左右形成,其稳态下的污染物去除总体优于AGS,对COD、NH₄+-N、TN和TP的平均去除率分别在98%、97%、77%和93%以上,且R2、R3反应器对NH₄+-N、TP的去除率显著高于R1反应器(P<0.05). ②胞外聚合物(EPS)分析表明,与R1反应器相比,R2、R3反应器具有更多的芳香蛋白、可溶性微生物副产物、腐殖酸、类富里酸等成分,有利于MBGS的形成. ③R3反应器中鲍氏细鞘丝藻被淘汰,形成了与R2反应器主要藻种类似的MBGS. ④R1、R2和R3反应器稳态下具有硝化螺旋菌门(Nitrospirae)和红环菌科(Rhodocyclaceae)等脱氮除磷功能微生物. 研究显示,在微藻生物强化形成MBGS的过程中,斜生栅藻可能起到重要作用,提高了氮、磷的去除率,并有利于维持MBGS的稳定性.      

处理实际生活污水短程硝化好氧颗粒污泥的快速培养

以普通序批反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)和气提式序批反应器(Sequencing Batch Airlift Reactor,SBAR)处理低COD/TN的实际生活污水,考察了不同沉淀时间以及反应器类型对快速培养短程硝化好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)的影响.试验结果表明,沉淀时间为15min时,SBR和SBAR系统中均为全程硝化,当将沉淀时间分别改为5min、8min后的第17d和第16d时,两个反应器中均形成AGS,并且AGS与絮状污泥共存;此时两系统均由全程硝化转化为短程硝化,出水NO2-/(NO2- NO3-)平均值分别长期维持在98.7%和85.6%左右.本试验中以沉淀时间作为选择压,快速启动了具有短程硝化功能的序批式AGS反应器.由于AGS固有结构对氧传质的限制,使亚硝酸氮氧化受阻即抑制了亚硝酸氮氧化细菌的活性,从而产生了亚硝酸氮积累现象.DO是造成本研究中出现短程硝化的主要原因,而pH值、游离氨、温度、污泥龄等因素都不是导致短程硝化的关键因素.污泥颗粒化后,两个系统中NH4 -N降解速率分别提高了2.6倍和2.4倍.     

Ni2+对好氧颗粒污泥系统性能的影响

以城镇污水处理厂A²/O工艺的回流污泥作为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中培养好氧颗粒污泥（AGS）,探究Ni²⁺对AGS系统的影响.结果表明：在25℃的条件下,50d左右培养出成熟的AGS,其形态多呈球状或椭球状,外表分布着少量丝状菌,颗粒污泥粒径主要在2~4mm,MLSS达6000mg/L,SVI维持在40~50mL/g.将Ni²⁺作用于培养出的成熟AGS,Ni²⁺在0~2mg/L的浓度范围内会提高AGS的稳定性,使MLSS上升,SVI降低;同时会促进AGS分泌胞外多聚物（EPS）,EPS组成成分中的蛋白质（PN）明显多于多糖（PS）;Ni²⁺对好氧颗粒污泥去除总氮（TN）的抑制程度要大于COD,最终COD去除率可维持在95%以上,TN去除率可维持在70%以上.     

Ni2+对好氧颗粒污泥系统性能的影响

以城镇污水处理厂A²/O工艺的回流污泥作为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中培养好氧颗粒污泥（AGS）,探究Ni²⁺对AGS系统的影响.结果表明：在25℃的条件下,50d左右培养出成熟的AGS,其形态多呈球状或椭球状,外表分布着少量丝状菌,颗粒污泥粒径主要在2~4mm,MLSS达6000mg/L,SVI维持在40~50mL/g.将Ni²⁺作用于培养出的成熟AGS,Ni²⁺在0~2mg/L的浓度范围内会提高AGS的稳定性,使MLSS上升,SVI降低;同时会促进AGS分泌胞外多聚物（EPS）,EPS组成成分中的蛋白质（PN）明显多于多糖（PS）;Ni²⁺对好氧颗粒污泥去除总氮（TN）的抑制程度要大于COD,最终COD去除率可维持在95%以上,TN去除率可维持在70%以上.     

聚苯乙烯微塑料对菌-藻颗粒污泥的影响机制研究

在成熟的好氧颗粒污泥(AGS)中接种小球藻,成功构建了菌-藻共生好氧颗粒污泥(ABGS)系统.开展了聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)对ABGS系统的影响机制研究.研究表明:低浓度PS-MPs(1mg/L)对ABGS的生物量、藻类生长、沉降性能和污染物去除效率无明显影响.相较于ABGS对照组,高浓度P S-MPs(10mg/L和100mg/L)胁迫作用下ABGS的生物量、藻类生长、沉降性能受到了明显抑制,叶绿素α/MLSS比值降低了0.19mg/g,污泥平均粒径降低了200μm,颗粒污泥结构逐渐松散破碎,有机物、氮和磷等污染物的去除效率分别降低了4.83%、5.06%和4.11%.此外,PS-MPs抑制了ABGS胞外聚合物(EPS)的分泌,降低了EPS中色氨酸和芳香族蛋白质的含量.在微生物群落结构组成方面,PS-MPs提高了ABGS系统内物种多样性,但抑制了疣微菌门(Verrucomicrobiota)、蓝藻门(Cyanobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)等功能细菌的生长,不利于维持系统的长期稳定性.     

厌氧氨氧化污泥颗粒化机理及快速形成策略

颗粒污泥可提高厌氧氨氧化菌截留率和反应器抗冲击负荷能力,因此厌氧氨氧化颗粒污泥(anammox granular sludge, AnGS)是实现其工程化应用重要途径之一.然而,目前对其形成机理缺乏系统理解,故综述An GS的菌群结构及微生物群落间相互关系与作用,分析了目前提出的各种颗粒化机理,提出了Anammox颗粒化的4个过程以及几种加快氧氨氧化污泥颗粒化的策略,如选择最佳种泥、剪切力控制和添加金属离子等,最后讨论这些策略存在的问题和未来研究方向.     

厌氧颗粒污泥合成纳米钯及强化降解双氯芬酸性能

为了提高厌氧颗粒污泥(AGS)对难降解卤代有机物的还原降解能力,本文研究了厌氧颗粒污泥原位还原制备纳米钯构建载钯型厌氧颗粒污泥(Pd-AGS)的方法与条件,以及Pd-AGS在不同电子供体及烘干方式下对双氯芬酸(DCF)的降解特性.研究表明,当Pd(II)浓度为50～200 mg·L~(-1),Pd/生物量比为1/40～1/10时,被颗粒污泥还原的Pd(II)超过90%,且Pd/生物量比越高,与污泥微生物结合的纳米钯(Pd NPs)越多;添加氧化还原介体蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)不能加快Pd(II)的还原速率,但可以使与胞外聚合物(EPS)结合的Pd NPs增多.Pd NPs的负载显著强化了AGS对DCF的降解性能,甲酸钠和氢气都能够作为电子供体激活Pd-AGS降解DCF,氢气更为有效.氢气存在下,初始浓度为20 mg·L~(-1) DCF在90 min降解率达到96.47%,而不载钯的AGS最终对DCF的降解率仅为16.19%.烘干处理会降低Pd-AGS对DCF的降解效率,但相比121℃和600℃的烘干方式,冷冻干燥和80℃烘干方法对Pd-AGS的降解性能影响较小.Pd-AGS将微生物降解性能与纳米钯的催化性能相结合,提高了对卤代难降解有机物的降解能力.     

SBR 反应器排水高度与直径比对污泥好氧颗粒化的影响

采用实际生活污水,在排水高度与直径比(H/D)分别为1:1 和5:1 的SBR 反应器(编号分别为A 和B)中培养好氧颗粒污泥(AGS),考察H/D 对污泥好氧颗粒化的影响.结果表明, B 反应器仅用16d 便实现了污泥好氧颗粒化,而A 反应器用了36d 才实现污泥好氧颗粒化.2 个反应器均稳定运行了612 个周期(204d),硝化效果良好.粒径分布、污泥形态观察结果表明, B 反应器中所形成的AGS 比A 反应器的粒径更大,结构更密实,更稳定,形态更规则. B 反应器的AGS 多由球菌和杆菌组成,无丝状菌;而A 反应器的AGS 含有大量的丝状菌.在此基础上,探究了H/D、最小沉速、设计沉淀时间等因素之间的相关关系.