热水解污泥厌氧消化过程中肠球菌抗生素抗性基因与毒力基因的转归

城市污泥中含有大量肠球菌,可携带抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)和毒力基因(virulence gene,VGs),从而具有潜在的耐药性和致病性,对人类健康存在巨大威胁.为此考察了热水解污泥在中温(40℃)/高温(55℃)厌氧消化过程中肠球菌的耐药表型、基因型及携带VGs的变化规律.结果表明,厌氧进泥中肠球菌对阿奇霉素的耐药率均显著高于螺旋霉素和四环素.高温厌氧对肠球菌的数量及耐药性具有更好地控制及削减效果.高温厌氧消化可能会促进四环素类抗性基因在肠球菌的表达.中温、高温厌氧消化可促进ARGs在肠球菌中发生水平转移,导致其潜在双重甚至多重耐药性增加.中温厌氧消化可降低肠球菌同时具有潜在致病性和耐药性的几率,而高温厌氧消化则会增加此风险.     

热水解时间对污泥厌氧消化系统微生物群落结构影响分析

为评估热水解时间对北京市大兴区某污水处理厂污泥厌氧消化系统微生物群落结构的影响,利用Illumina MiSeq高通量测序方法,分析了不同热水解时间（15、30和45 min）对初沉污泥和剩余活性污泥厌氧消化系统中微生物群落结构及其多样性的影响因素.结果表明,消化污泥优势类群主要分布在厚壁菌门（Firmicutes）、阴沟单胞菌门（Cloacimonadota）、绿弯菌门（Chloroflexi）和同力菌门（Synergistota）,相对丰度之和超过60%,相对丰度最高菌属为W5,占比为20.8%~54.5%,表现为少数优势物种的高丰度特征.热水解污泥厌氧消化过程中,高挥发性脂肪酸和氨氮浓度导致嗜乙酸产甲烷菌相对丰度减少,嗜氢产甲烷途径多于嗜乙酸产甲烷途径.环境因子关联分析结果显示,消化进泥可溶蛋白质、消化进泥pH值、消化出泥氨氮和热水解时间是影响微生物群落结构的4个主要环境因子,其中消化出泥氨氮对产甲烷菌属的影响最大,呈负相关关系.热水解时间与Chao指数和Shannon指数均呈负相关,较长热水解时间不利于提高厌氧消化过程微生物菌群丰富度和多样性.     

常温厌氧污泥消化的停留时间分析

通过对25℃下城市污泥常温厌氧消化过程的产气率、pH值、挥发酸、有机物分解率、消化速度常数等的测定,引入“微生物污泥（ActiveBiologicalSolids）”概念,进行了常温厌氧消化过程的动力学分析。结果表明,常温消化的反应速度、产气率、有机物分解率均明显低于高、中温消化。为获得同一程度的产气率和有机物分解率,常温消化需150天以上的停留时间,而中、高温则为12～30天。常温污泥消化的基质浓度与消化速度关系不同于合成基质,呈S型,可采用Moser模型模拟其动力学过程;n＝2时所得各项动力学常数及最小消化时间可用于常温厌氧消化过程的控制。     

高温厌氧消化污泥的培养试验研究

在试验室半连续装置中培养高温厌氧消化污泥,以中温厌氧污泥作为种泥,中温启动运行一段时间后,再逐步升温,经过100d运行可达到高温厌氧消化运行的良好状态。整个试验过程中无需人为调节碱度,pH值比较稳定。45℃以下,升温对厌氧消化系统的扰动比较小,之后继续升温至48℃,厌氧消化系统不稳定。认为45～48℃可能存在着中温和高温厌氧消化的临界温度,在这一温度下,中温细菌可能会大量死亡,但是不适合高温菌生长或对应着较低的生长速率。     

污水处理厂中抗生素去除规律研究进展

人类大量使用的抗生素会随着人畜排泄物进入污水处理厂。然而,目前的污水处理厂主要以去除常规污染物为目的,难以有效去除抗生素,使得这些抗生素进入环境对人类健康产生严重危害。因此明确污水处理厂中抗生素的迁移转化规律及其影响因素对于保护环境以及人类健康具有重要作用。文章总结了国内外相关研究成果,对污水处理厂中几类主要抗生素的进出水浓度、迁移转化过程及其影响因素进行了综述。结果表明,常见抗生素在污水处理厂进水浓度由高到低为:四环素类磺胺类β-内酰胺类喹诺酮类大环内酯类;出水浓度由高到低为:四环素类磺胺类大环内酯类β-内酰胺类喹诺酮类。抗生素在污水处理厂中的去除过程主要有污泥吸附、生物降解、光解和水解。污水处理厂污泥龄、水力停留时间、温度、pH值、溶解氧浓度、金属离子、微生物群落及抗性基因组成和不同处理工艺对抗生素在污水处理厂中的去除均有影响。     

高含固污泥厌氧消化中蛋白质转化规律

采用剩余污泥在含固率(total solid,TS)为12%条件下进行中温(37℃)厌氧消化,通过分析厌氧消化前后污泥蛋白质组分的变化情况,研究了高含固污泥厌氧消化中蛋白质的转化规律,探讨了高含固条件下污泥蛋白质转化效率较低的原因.结果表明,经过45 d的厌氧消化处理,污泥蛋白质的转化率为34.26%.污泥蛋白质转化效率较低的原因主要表现在:(1)高含固条件下污泥的传质较差;同时,污泥蛋白质经水解过程形成大量的氨氮,反应结束后污泥总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)质量浓度达到1 201 mg·L~(-1),导致对厌氧消化过程,尤其对蛋白质的分解表现出一定的抑制作用;(2)三维荧光光谱(three-dimensional fluorescence spectroscopy,3D-EEM)分析表明,部分蛋白质向腐殖质类、富里酸类物质转化,从而更难分解;(3)通过二维电泳(two-dimensional electrophoresis,2-DE)-质谱(mass spectrometry,MS)分析发现,厌氧消化后污泥蛋白质的相对分子质量和等电点(isoelectric point,p I)降低;最终,污泥中残留的大部分蛋白质来源于微生物体内.由于微生物代谢能力随着厌氧消化过程的进行而减弱,难以继续利用这些蛋白质,或消化体系中不具备分解这些蛋白质的酶,从而限制了污泥中蛋白质的分解效率.     

中温厌氧消化与高温厌氧消化对污泥重金属风险及稳定性的影响

通过分析中温厌氧消化+机械脱水以及热水解预处理+高温厌氧消化工艺过程中重金属含量与形态的变化,研究了中温厌氧消化与高温厌氧消化工艺对污泥重金属风险、形态及稳定性的影响.结果表明,中温厌氧消化工艺增加了污泥中Cd、Cr、Cu、Ni和Zn的含量,重金属污染等级和潜在生态风险增强.高温厌氧消化工艺降低了污泥Cd和Cr的含量,重金属污染等级和潜在生态风险降低.其中,N厂污泥主要致污染金属为Cd和Zn,S厂污泥主要致污染金属为Cd;Cd是6种重金属风险系数最高的,是污泥潜在生态危害的最大贡献者.中温厌氧消化后,污泥中Cd、Ni、Pb和Zn的可还原态和可氧化态所占质量分数之和降低;Cd、Cr、Cu和Ni的残渣态所占质量分数降低.可见,中温厌氧消化后,污泥重金属的潜在毒性和稳定态向直接毒性转化.高温厌氧消化后,污泥Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的可交换态所占质量分数降低;Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的残渣态所占质量分数亦降低,可见,高温厌氧消化后,重金属的直接毒性和稳定态向潜在毒性转化.     

不同污泥含固率的高温微好氧-中温厌氧消化工艺研究

为探讨城市污泥高温微好氧-厌氧两级消化耦合工艺(TAD-MAD)中CH_4产气情况,考察了不同污泥含固率条件下TADMAD工艺中的p H、总碱度、VSS去除率、挥发性脂肪酸(VFA)和沼气产量以及沼气中CH_4含量,并与中温厌氧消化工艺(MAD)进行对比。试验结果表明,在未调节污泥初始p H的条件下,在消化过程中污泥p H能维持在6.5~7.8之间,适宜甲烷菌生长。TAD-MAD工艺中高温微好氧消化2 d,VFA含量大幅度增加,最高为8 524.70 mg/L,有利于后续中温厌氧消化产甲烷。TAD-MAD工艺系统中累积单位VSS甲烷产气量和CH_4含量均高于MAD工艺。TAD-MAD工艺最佳进泥TSS为7.12%,污泥经过24 d的消化,VSS去除率能达到40%,而MAD的VSS去除率仅为35.12%。TAD-MAD工艺累积单位VSS甲烷产气量为116.56 m L/g VSS,超过MAD的85.72 m L/g VSS。且TAD-MAD工艺产甲烷持续时间较MAD工艺长,CH_4含量总体高于MAD工艺,表明TAD-MAD工艺在VSS去除、甲烷产气量和甲烷含量方面均优于MAD工艺。     

去除城市生活污泥中有机络合态金属强化其厌氧生物制气

为提高城市生活污泥厌氧消化沼气产率,本文考察了通过金属络合剂EDTA预处理污泥,以去除城市生活污泥中有机络合态金属,强化其厌氧生物制气的效果.结果表明,经EDTA预处理去除金属后的污泥(实验组)较未预处理的污泥(对照组)的有机络合态金属含量减少[(5.09±0.57)%~(1.37±0.20)%,以TS计],溶解性有机质显著提高(SCOD提升627%),暗示该预处理方法能够极大地去除有机络合态金属并强化污泥有机质的溶出.通过测定污泥有机质溶出表观活化能发现,实验组污泥有机质溶出表观活化能比对照组降低36%,表明预处理能够有效降低有机质溶出反应的能量壁垒.污泥厌氧发酵研究发现,在16d的污泥厌氧产酸实验中,实验组VFAs浓度高于对照组,较对照组最大提升42%;在22 d的污泥厌氧产甲烷测试实验(BMP)中,实验组单位有机质累积甲烷产量比对照组增加48%,表明EDTA预处理对提高污泥厌氧消化产沼气具有重要的作用.通过进一步产沼气动力学研究发现,实验组的产沼气限速步骤在产甲烷阶段,而对照组限制于水解阶段,表明经EDTA预处理能有效地破除城市生活污泥厌氧消化过程的水解限速.     

皂角苷和柠檬酸联合去除厌氧消化污泥中重金属的研究

以武汉某污水处理厂未厌氧消化与厌氧消化的污泥(分别为S1和S2)为研究对象,通过振荡淋洗实验,研究了皂角苷(质量分数0.1%~2.0%)和柠檬酸(0~1 mol·L~(-1))联合对2种污泥中Ni、Pb、Zn的去除效果,确定皂角苷和柠檬酸联合淋洗的最佳浓度组合,并采用BCR连续提取法分析淋洗前后3种重金属的形态变化.结果表明,皂角苷和柠檬酸联合对污泥中3种重金属均有较好的去除效果,Ni、Pb、Zn的最高总去除率分别为76.02%、59.93%和15.94%.综合分析,1%的皂角苷与0.4 mol·L~(-1)的柠檬酸联合淋洗的去除效果最好,2种污泥中重金属去除率的大小均为未厌氧消化污泥(S1)厌氧消化污泥(S2).与未厌氧消化污泥相比,厌氧消化污泥Ni的残渣态、Pb的可还原态及Zn的可氧化态含量明显增加,而Ni的可还原态含量减少.联合淋洗后S1、S2中约80%的酸溶态和可还原态的Ni、Zn被去除,Pb的可还原态分别去除67.07%和58.06%;且各重金属残渣态所占比例大幅度增加,其中,Pb的增加最为明显,所占比例超过90%.     

厌氧工艺的发展和新型厌氧反应器

回顾了厌氧技术的发展,着重介绍厌氧反应器的发展趋势。对第三代的典型反应器,如颗粒污泥膨胀床反应器,厌氧内循环反应器和厌氧升流式流化床原理和应用进行了详细的介绍,并且对笔者在城市污水厌氧处理方面的实践也进行了介绍。     

高温厌氧处理酒糟废水影响颗粒污泥化的因素

综合性地论述了高温厌氧处理酒精酒糟废水中颗粒污泥的概念 ,颗粒污泥的形态及其作用 ,着重论述了颗粒污泥的形成机制和影响因素。     

不同负荷餐饮垃圾与城市厌氧污泥混合厌氧消化研究

本实验研究了不同有机负荷下,餐饮垃圾与消化污泥不同方式混合中温厌氧消化的过程。实验结果表明,1#-4#的酸化点均可逆,1#的酸化低值点为4.11,3#的为6.04,通过加入氢氧化钠溶液有效控制系统的酸化过程,防止出现酸抑制现象,使得各有机负荷均能进入正常的产甲烷阶段。1#-4#的单位生物气产量分别为0.18 L/gVs、0.85L/gVs、0.69L/gVs和0.44L/gVs,甲烷含量分别为56%、69%、57%和66%。混合厌氧消化后的剩余物比原消化污泥具有更好的生物降解能力。各负荷氨氮浓度在消化过程中的变化趋势一致,最高含量达1 183.28 mg/L。     

从亚硝酸还原厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化

在UASB反应器内,研究了由亚硝酸盐型厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化的过程及其微生物群落变化.结果表明,历时177 d成功实现了硫酸盐型厌氧氨氧化.进水氨氮和硫酸盐浓度分别为130 mg·L-1和500 mg·L-1下,反应器对氨氮和硫酸盐的去除率分别达到58.9%和15.7%,对氨氮和硫酸盐的去除负荷为74.3 mg·(L·d)-1和77.5 mg·(L·d)-1,氮、硫损失摩尔比约为2,出水p H值低于进水.污泥中细菌从以球菌为主转变成以短杆菌为主,菌群中细菌由Candidatus brocadia为优势种转变为以Bacillus benzoevorans为优势种.说明完成这两种厌氧氨氧化的优势菌不同,两种厌氧氨氧化并非同一种菌参与完成的.     

厌氧反应器的发展

系统地介绍了一种新型超高效厌氧反应器－ＩＣ反应器的构造特点与工作原理，并指出了其技术上的优点。由于ＩＣ反应器的体积小，高径比很大，所以占地面积特别省，非常适应于厂地面积紧张的厂矿企业。     

Anaerobic Degradation of Phenolic Compounds

Mononuclear aromatic compounds are degraded anaerobically through three main pathways, the benzoyl-CoA pathway, the resorcinol pathway, and the phloroglucinol pathway. Various modification reactions channel a broad variety of mononuclear aromatics including aromatic hydrocarbons into either one of these three pathways. Recently, a further pathway was discovered with hydroxyhydroquinone as central intermediate through which especially nitrate-reducing bacteria degrade phenolic compounds and some hydroxylated benzoates. Comparison of the various strategies taken for the degradation of aromatics in the absence of oxygen demonstrates that the biochemistry of breakdown of these compounds is determined largely by the overall reaction energetics and, more precisely, by the redox potentials of the electron acceptor systems used. Nitrate reducers differ in their strategies significantly from those used by sulfate-reducing or fermenting bacteria.     

厌氧氨氧化电子受体的研究

在无机条件下,以该课题组已经培养出来的厌氧氨氧化污泥作为接种污泥,分别以硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体来研究氨的氧化反应。从去除速率的角度来看,以NO2--N、NO3--N和SO42--S为电子受体的反应器,分别在运行的第24.5天、40天和31天时达到0.030 0 kg/(m.3d)NH4+-N去除速率,则氧化氨的能力由大到小依次是:亚硝酸盐>硫酸盐>硝酸盐;从标准吉布斯自由能变化来看,3种反应都是可以发生的;以亚硝酸盐为电子受体的反应过程是一个消耗酸度的生物过程,而以硫酸盐为电子受体的反应过程是一个消耗碱度的生物过程。     

厌氧微网分离反应器（AMSB）系统运行优化研究

对厌氧微网分离反应器进行运行优化研究,AMSB对污染物的去除主要依靠微网对颗粒性污染物的截留实现的,对溶解性污染物的去除并不理想.随着HRT延长,COD去除率略有增加;污泥颗粒化有助于降低膜污染速率;加温并不能显著提高污染物去除效果,但却加重了膜污染;增加搅拌增强了AMSB内部的传质作用,污染物去除率得到提升的同时,膜污染速率显著加快;综合污染物去除、微网抗污染能力和运行维护等方面,最终选择升流式作为推荐的AMSB构型.     

2,4-二硝基酚厌氧生物降解动力学研究

研究了间歇试验条件下,2,4-二硝基酚(2,4-DNP)与葡萄糖共基质时的厌氧降解动力学.结果表明:2,4-DNP与葡萄糖能同时被微生物降解;葡萄糖浓度高低对2,4-DNP的降解影响不大,而2,4-DNP的存在明显影响COD的降解.当2,4-DNP浓度<225 mg/L时,其比降解速率随浓度增大而增大,浓度为225 mg/L时比降解速率达到最大;由于底物抑制,当2,4-DNP浓度>225 mg/L时,其比降解速率呈下降趋势.选用Andrews非竞争性抑制模型描述2,4-DNP厌氧降解动力学,对实验数据进行非线性拟合,求得模型参数q_max、K_s和K_i分别为3.24 mg/(h·g)、196.23 mg/L和165.91mg/L,实验数据与该动力学方程拟合较好.     

ASBR研究进展

厌氧序批式反应器(ASBR)是一种新型的高速厌氧反应器,从促进ASBR快速启动、温度对ASBR的影响、ASBR对多种有机废水废物的处理3个方面,系统地总结、概括了近十来年国内外关于ASBR应用基础和应用研究的结论和成果。