针铁矿强化剩余污泥与烟草废弃物厌氧发酵的研究

以剩余污泥和烟草废弃物为研究对象,探究了针铁矿对有机物厌氧消化产甲烷的影响.针铁矿投加能提高消化产气率至359.4mL/g,显著高于空白对照组.针铁矿有助于混合气体中甲烷含量的升高并减少CO₂的体积分数.针铁矿利于剩余污泥和烟草废弃物共消化过程有机物溶出,纤维素减量,从而为产甲烷古菌提供充足的消化底物.针铁矿利于酸化代谢过程,在针铁矿投加组中挥发性脂肪酸的最大产量仅为56.2mg/g,显著低于空白组,此外针铁矿促进丙酸的合成.针铁矿促进乙酸降解,在消化第1d,针铁矿投加实验组中乙酸降解率高达65.5%,较高于空白组中的56.6%.酶活性分析表明针铁矿促进水解,酸化及产甲烷过程关键酶.Methanothrix和Methanobacterium是产甲烷阶段重要微生物,454高通量测序表明针铁矿提高Methanothrix和Methanobacterium的相对丰度至59.6%和23.5%,显著高于空白对照组.     

UASCB-SMBR处理垃圾渗滤液的试验研究

研究了厌氧污泥复合床 (UASCB) 序批式膜生物反应器 (SMBR)串联工艺 ,处理垃圾渗滤液的工艺性能及影响因素 ,并与单纯的SMBR工艺进行了对比。试验结果表明 ,在进液COD浓度平均为 2 50 0mg/L ,NH+ 4-N平均浓度为 360mg/L ,厌氧反应器COD的负荷为 7～2 0kgCOD/m3·d ,SMBR负荷为 1～ 5kgCOD/m3·d,系统总水力停留时间为 1 4～ 2 8h时 ,该串联工艺COD去除率达到 92 %以上 ,NH+ 4-N的去除率在 80 %以上     

厌氧氨氧化耦合反硝化工艺的启动及微生物群落变化特征

为了解厌氧氨氧化耦合反硝化启动过程中脱氮除碳性能与微生物群落的关系,通过逐步提高进水COD浓度研究了SAD启动过程中脱氮除碳性能和微生物群落变化.结果表明,随着进水COD浓度增加,出水NH_4~+-N和NO_2--N的浓度保持稳定,平均去除率均在98%以上; TN去除率逐渐升高,第3阶段TN平均去除率为95. 6%,比厌氧氨氧化理论TN去除率高6. 8%;ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N明显下降,从0. 15～0. 17逐步降至0. 03～0. 07;厌氧氨氧化脱氮贡献率逐渐下降,反硝化脱氮贡献率逐渐上升,COD去除率逐步增加.污泥活性分析表明SAD启动后污泥反硝化活性明显增加,厌氧氨氧化活性略微降低.高通量测序结果表明,反应器内微生物的优势菌门为绿弯菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、装甲菌门和变形菌门,微生物群落特征与SAD脱氮除碳性能密切相关,与脱氮除碳有关的功能微生物主要有厌氧氨氧化菌、厌氧消化菌和反硝化菌,SAD启动后反应器内厌氧氨氧化菌丰度减少,厌氧消化菌和反硝化菌丰度明显增加.     

UASB反应器处理CMC废水的启动特性研究

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,以高浓度羧甲基纤维素(CMC)废水为处理对象,研究了中温条件下UASB反应器的启动、颗粒污泥特性和废水处理效果.结果表明,采用接种颗粒污泥与消化污泥的混合泥进行培养,并逐步提高进水CMC废水浓度,运行80 d后,可实现UASB反应器的启动;当进水COD值达到4 000 mg/L,容积负荷6.86 kg/(m3.d),COD去除率在80%以上;反应器内污泥实现颗粒化,且颗粒污泥的比产甲烷活性良好.     

基于新型载体AMC/UASB-SCMBBR生物工艺处理印染废水的中试研究

针对泉州某印染厂实际废水(COD 800～1800 mg·L~(-1),NH~+_4-N 20～50 mg·L~(-1),pH=8～14),以两种新型载体分别作为厌氧与好氧单元中微生物固定化载体,考察了中试规模上流式厌氧污泥床反应器(UASB)与柔性悬浮载体移动床生物膜反应器(SCMBBR)组合工艺对该废水的处理效果.4个月的连续试验结果表明:①经过30 d前期调试运行该工艺系统成功启动,处理量为1.5～2.2 m~3·d~(-1)时,AMC/UASB和SCMBBR反应器对COD的去除率分别达到22%和50%,AMC/UASB反应器出现明显的产气现象,SCMBBR中载体挂膜状况良好;②启动完成后经过90 d的连续运行,当AMC/UASB和SCMBBR反应器水力停留时间分别为10.7 h和8.8 h,废水处理量为5 m~3·d~(-1)时,稳定运行阶段整个工艺废水COD去除率达到78%,出水氨氮平均浓度为3.4 mg·L~(-1);此外,整体工艺色度去除率达到65%,其中,厌氧段色度去除率达到50%左右;③通过分析计算,整个系统污泥减量达到67.7%～76.6%,该生物组合工艺具有明显的污泥减量效果.     

SBR系统中好氧颗粒污泥的培养及脱氮除硫研究

采用SBR反应器进行了好氧颗粒污泥的培养和脱氮除硫研究.结果表明,以厌氧颗粒污泥为种泥,通过控制运行条件,在30d内可培养出好氧颗粒污泥.好氧颗粒污泥粒径以1~2mm为主, SVI为30~40mL/g,微生物组成以短杆菌为主,外部包裹大量丝状菌.当COD和NH4+-N负荷分别保持在1.65kg/(m3·d)和0.17kg/(m3·d),硫化物负荷从0.15kg/(m3·d)逐步提高到0.90kg/(m3·d)时,好氧颗粒污泥对硫化物、COD和NH4+-N的去除率分别>99%、>80%和>98%.在高硫化物浓度下,反应器仍然表现出良好的脱氮效果,可能是由好氧颗粒污泥的层状结构和硫化物能先于NH4+-N快速氧化的特点决定的.     

基于ASBR反应器的厌氧氨氧化启动及特性研究

采用ASBR反应器,接种消化污泥和厌氧颗粒污泥的混合污泥,在温度(35±1)℃、HRT为24h、pH为7.3～8.5的条件下经过160d的培养,获得了砖红色的厌氧氨氧化菌菌胶团.试验结果表明:进水NH+4-N和NO-2-N浓度约为180mg·L-1,平均总氮容积负荷为0.38kg·m-3·d-1时.NH4+4-N和NO-2N的去除率平均为93.2%和95.7%,TN平均去除率为86.9%.厌氧氨氧化反应过程出水pH值高于进水,稳定在7.74左右.     

上流式厌氧污泥反应器(UASB)处理榨菜腌制废水的研究

针对榨菜废水高盐度、高有机物浓度的特点,使用UASB厌氧反应器对该废水进行处理,考察了进水盐度和pH值、接种污泥、处理负荷和反应器内温度、碱度、氧化还原电位等因素对COD去除率的影响,通过对进水中上述因素的控制,发现UASB反应器的COD去除率可以达到45%.在有机负荷不超过15.0 kgCOD/(m3 ·d)的情况下逐渐提高负荷培养颗粒化污泥、盐度不超过46.0 g/L条件下逐渐提高进水盐度以驯化和培养耐盐、嗜盐微生物,是UASB反应器高效运行的关键.运行后期,耐盐微生物出现在颗粒污泥中.     

制革废水的厌氧氨氧化ABR脱氮工艺研究

采用小试规模的厌氧折流板反应器(ABR)研究制革废水的厌氧氨氧化脱氮.结果表明,ABR可作为实现厌氧氨氧化的良好反应器,厌氧氨氧化ABR反应器能有效和稳定地处理制革废水.当进水NH+4-N为25.0~76.2 mg·L-1、COD为131~237 mg·L-1,NH+4-N容积负荷为0.05~0.15 kg·(m3·d)-1时,出水NH+4-N为0.20~7.12 mg·L-1、COD为35.1~69.2mg·L-1,去除率分别达到90.8%~99.6%和66.9%~74.7%.此外,厌氧氨氧化ABR反应器污泥在驯化和运行过程中形成了棕红色、棕黄色和红色的颗粒污泥.电镜扫描观察证实在厌氧氨氧化ABR反应器的4个隔室的颗粒污泥中均存在厌氧氨氧化菌.荧光原位杂交(FISH)检测结果显示厌氧氨氧化菌在驯化和运行过程中出现不同程度的增殖,厌氧氨氧化ABR反应器4个隔室的污泥中厌氧氨氧化菌所占比率分别由4%增加到9%、8%、12%和30%,呈现出前段隔室少、后段隔室多的分布规律.     

电化学氧化与厌氧技术联用处理垃圾渗沥水

采用电化学氧化与上流式厌氧污泥床(UASB)结合技术,提出了处理香港垃圾渗沥水的二步法工艺.对含COD和NH₃-N分别为4750mg/L和1310mg/L的垃圾渗沥水,首先进行UASB预处理(消化温度37℃,COD负荷0.78g/(L·d),HRT为6.1d),获得了66%的COD去除率;UASB的出水被引入电化学氧化反应器进行深度处理.在外加Cl 2000mg/L,电流密度为32.3mA/cm²的条件下,经6h的电解间接氧化,COD和NH₃-N的去除率分别达到87%和100%,出水的COD为209mg/L,并且不含NH3-N,此过程的COD电能消耗＜55kW·h/kg.本文讨论了电化学氧化过程中电极反应原理,各实验参数对COD和NH₃-N去除率的影响,以及电能消耗与运行成本评估等.     

厌氧氨氧化反应器菌群动态演替分析

为探明厌氧氨氧化反应器中微生物群落随时间变化的动态演替过程,该研究开展了微生物脱氮性能及微生物群落结构沿程变化分析。结果表明:(1)厌氧氨氧化反应器出水的优势菌群发生了较大程度改变,其中,厚壁菌门和放线菌门丰度变化最大,分别由小于1%增至23.4%和4.07%;(2)反应器沿程的脱氮能力呈上升趋势,NH_4~+-N去除率由74.3%增至79.3%,NO_2~--N去除率由84.9%增至88.4%;(3)厌氧氨氧化菌沿程相对丰度由10.1%逐渐减少至1.5%;厌氧消化菌和反硝化菌沿程丰度有明显的增加,分别由11.28%和22.12%增至23.13%和36.55%;(4)通过冗长分析研究反应器中的微生物群落结构与环境因子的相关性,表明NO_2~--N和NH_4~+-N与Bacilli正相关性最强,与Planctomycetacia负相关性影响最高。可从Planctomycetacia和Bacilli的共生关系调控对微生物菌群进行优化,为工程化应用提供有力的数据支撑。     

盐度对EGSB反应器的运行及厌氧颗粒污泥的影响

高盐废水通常含有高COD浓度,难以处理,引用具有耐盐性能的生物反应器处理高盐废水成为必要.使用模拟高盐废水在3.267 kg·(m~3·d)~(-1)的COD容积负荷下,将Cl~-浓度逐步从0提升至10 000 mg·L~(-1),研究盐度对膨胀颗粒污泥床(expanded granular sludge bed,EGSB)反应器的影响.结果表明,Cl~-浓度小于7 500 mg·L~(-1)时,对微生物的抑制作用较低;Cl~-浓度为7 500 mg·L~(-1)时,反应器的COD去除率能保持在98.1%左右,容积产气率能够基本保持在1.3 m~3·(m~3·d)~(-1)以上,大粒径的厌氧颗粒污泥仍然占据体系的主体;当Cl~-浓度为10 000 mg·L~(-1)时,反应器中的厌氧颗粒污泥受到严重影响.采用高通量测序技术对0和5 000 mg·L~(-1)两个Cl~-浓度下的厌氧颗粒污泥的微生物菌群结构进行分析,结果表明,盐度影响了微生物的种群分布,在5 000 mg·L~(-1)的Cl~-浓度下,主要的优势菌属由Cl~-浓度为0时的Methanoregula与Longilinea变为Methanobacterium、Methanospirillum、Methanothrix和Paludibacter.     

厌氧氨氧化反应器微生态的研究

运用显微技术、常规的分离纯化和分子生物技术的方法研究了厌氧氨氧化系统中微生物群落结构和多样性.在实验室条件下,上流式厌氧污泥床(UASB)反应器和UASB生物膜反应器在无机和黑暗的条件下成功富集了厌氧氨氧化菌,在适宜的温度30-34℃和pH7～8条件下,氨氮和亚硝酸盐氮在UASB反应器的去除率分别为99.99%和99.9%,在UASB生物膜反应器的去除率分别为99.3%和97.4%.通过传统的鉴定方法分析了该系统中的细菌、真菌和放线菌,表明2套反应器中微生物类群基本一致,都以厌氧或缺氧的细菌为主,大部分微生物在污泥中浓度很低.电镜观察发现优势菌是大小为(0.6～0.8)μm × (0.9～1.2)μm的椭圆形菌,占菌群的90%以上.变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)和16SrDNA片段的酶切表明该系统只有1种优势的微生物,微生物多样性不高.     

高通量测序研究酒精废水治理中厌氧活性污泥的微生物菌群

厌氧消化是治理酒精生产废水的主要技术,本实验基于Illumina Mi Seq高通量测序研究了厌氧活性污泥的微生物菌群,在属(genus)水平上分析了污泥中细菌和古菌的种类和相对丰度,探讨了细菌和古菌的功能.结果表明:高温厌氧活性污泥(TAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有10个,包括Coprothermobacter、Longilinea、Levilinea等,它们的主要功能是分解蛋白质、代谢碳水化合物生成有机酸、乙酸氧化、硫酸盐还原.中温厌氧活性污泥(MAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有21个,包括Acinetobacter、Succinibibrio、Meniscus、Longilinea等,它们的主要功能是代谢碳水化合物生成有机酸、脂肪酸和有机酸氧化、分解结构顽固化合物.TAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanosaeta、Methanobacterium和Methanothermbacter,它们的相对丰度分别为57.72%,28.35%和9.90%.MAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanobacterium、Methanosarcina、Methanosaeta和Methanosphaera,它们的相对丰度分别为33.21%、23.70%、16.63%和11.77%.高通量测序研究充分展示了厌氧活性污泥的微生物菌群,可为阐释酒精废水治理中厌氧消化技术的生物机制及其技术改良提供参考.     

同时产甲烷化反硝化系统中丙酸转化能力的研究

厌氧丙酸积累造成的酸败问题一直是制约厌氧反应器稳定运行的重要因素之一。通过建立同时产甲烷反硝化功能的厌氧反应系统,来研究该系统对丙酸转化的能力。试验结果表明:在同时产甲烷化反硝化功能的厌氧反应器中加入10 mmol/L丙酸,该系统能够继续保持稳定运行,COD去除率可达95.5%左右,丙酸去除率达96%以上;而加入丙酸的对照组中,出水COD去除率下降到10%以下,对于丙酸几乎没有任何降解。同时,在实际的UASB厌氧"酸败"反应器中,以ρ(COD)/ρ(NO3-N)=12.5∶1投加硝酸盐能较快降低水中VFA的浓度,使反应器得到快速恢复。     

厌氧消化与SBR组合工艺处理城市垃圾渗滤液

将ASBR和SBR反应器组合起来,形成一种序批式操作的城市垃圾渗滤液处理工艺。ASBR反应器作为厌氧消化反应器,主要完成初步降解有机物的目的,将原水加入ASBR中进行厌氧消化,研究了废水在28.8~72 h四种不同水力停留时间(HRT)下的处理效果,结果表明,将ASBR的HRT控制在36 h,COD去除率保持41.2%的同时,出水ρ(BOD5)/ρ(COD)及ρ(BOD5)/ρ(NH4+-N)分别为0.41和4.6,对有机物和氮的后续好氧生物去除较为有利。经SBR处理后出水NH4+-N含量稳定在11 mg/L左右,但出水COD浓度达不到排放标准,经添加混凝剂聚合硫酸铁(PFS)混凝沉淀处理后废水中COD含量可降至100 mg/L以下。     

不同培养条件厌氧氨氧化颗粒污泥性质及微生物群落结构差异

采用膨胀颗粒污泥床(EGSB)和上升式厌氧污泥床(UASB)反应器在不同运行条件下培养厌氧氨氧化颗粒污泥,对比分析颗粒污泥性质和微生物群落的差异性.研究表明接种厌氧氨氧化絮状污泥经过EGSB和UASB反应器运行384 d后,均能实现颗粒化,颗粒污泥平均粒径分别达到1.17 mm和1.21 mm,各范围(0.2、 0.2～1.5、 1.5～3和3 mm)的粒径占比为6.06%、 60.05%、 25.25%和8.64%, 7.40%、 58.90%、 32.04%和1.66%.扫描电镜结果表明不同运行条件下的污泥菌群均以短杆菌、球型菌为主.高通量测序结果表明,Shannon指数EGSB反应器为7.52高于UASB反应器为7.18;变形菌门(Proteobacteria)是两个反应器各阶段污泥的主要菌门,浮霉菌门(Planctomycetes)从接种时的3.30%增到第384d的12.30%(EGSB)和13.30%(UASB).EGSB反应器中的主要厌氧氨氧化菌属为Candidatus Brocadia占7.53%,其次为Candidatus Kuenenia属占1.61%;而在UASB反应器中Candidatus Brocadia属和Candidatus Kuenenia属分别占比为3.69%和7.54%,Candidatus Kuenenia是其优势厌氧氨氧化菌属.优势菌群丰度与环境因子变化存在联系,Candidatus Brocadia丰度与上升流速(v)、氮容积去除负荷(NRR)呈正相关而与水力停留时间(HRT)呈负相关,Candidatus Kuenenia与氮负荷去除率(NRE)、NRR、HRT呈正相关,而与v呈负相关.     

高碳氮负荷下同时脱氮除碳好氧颗粒污泥研究

在4 L反应器中,以补加葡萄糖和硫酸铵的猪场废水为基质,不接种活性污泥,加入粉末状活性炭对废水土著微生物进行预固定.通过批次进水并控制运行条件（逐渐提高COD、NH 4＋-N负荷、缩短沉降时间、提高曝气量）培养同时脱氮除碳好氧颗粒污泥,研究了该好氧颗粒污泥的脱氮除碳功能及对高碳氮负荷冲击的响应.结果表明,成熟好氧颗粒污泥为土黄色不规则球状,粒径为0.5～3.5 mm.COD和NH 4＋-N负荷分别在4.80～12.6 kg.（m3.d）-1和0.217～0.503 kg.（m3.d）-1时,好氧颗粒污泥对COD的去除率〉94%,对NH 4＋-N的去除率〉98%.当COD和NH 4＋-N负荷分别提高至15.70 kg.（m3.d）-1和0.723kg.（m3.d）-1并运行4 d后,反应器内絮体激增,颗粒沉降变差并开始破碎,NH 4＋-N去除率下降至81.6%.排出部分污泥并降低负荷继续运行,颗粒污泥的NH 4＋-N去除率可迅速恢复至98%以上.本研究培养的好氧颗粒污泥具有良好的同时脱氮除碳功能,可以耐受高COD和NH 4＋-N负荷的双重冲击.     

厌氧氨氧化工艺的启动及有机物浓度对其影响研究

鉴于反硝化菌与厌氧氨氧化菌具有相似的生理特性,采用CSTR反应器研究了以异养反硝化污泥启动厌氧氨氧化系统的可行性,并考察了其对高氨氮废水的处理潜能。反应器运行170 d后,试验结果表明,此方法可快速培育出具有厌氧氨氧化活性的污泥,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别可达99.20%和99.69%。在此基础上考察了有机物浓度对厌氧氨氧化性能的影响,结果表明:低浓度(ρ(COD)≤150 mg/L)有机物可促进厌氧氨氧化活性,而高浓度(ρ(COD)≥200 mg/L)有机物抑制厌氧氨氧化进程,该系统最适ρ(COD)/ρ(NH_4~+-N)为2.14,此时NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为99.41%和99.65%。     

厌氧工艺处理金霉素废水的比较研究

对升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧复合床(UBF)、内循环厌氧反应器(IC)3种厌氧工艺处理金霉素废水进行了比较研究.研究了反应器的结构特点,从反应器内污泥浓度和传质过程、工程投资等方面分析了3种厌氧工艺对金霉素废水的处理效果.结果表明:IC反应器在容积负荷(N_v)为5.5 kg/(m3·d)(以COD_Cr计)时, COD_Cr去除率平均值为84.36%;UBF反应器在容积负荷为3.5 kg/(m3·d)时,COD_Cr去除率平均值为75.04%;UASB反应器在容积负荷为3.0 kg/(m3·d)时,COD_Cr去除率平均值为71.43%.IC反应器与UASB和UBF反应器相比,在容积负荷,COD_Cr去除率和工程投资方面都具有明显的优势,是处理金霉素废水可取的厌氧工艺.