制药废水厌氧氨氧化脱氮性能与毒性机理的研究

采用上流式厌氧氨氧化污泥床反应器考察了制药废水的生物脱氮性能,并采用发光细菌急性毒性试验研究了制药废水、厌氧氨氧化处理进出水的生物毒性,以及制药废水对厌氧氨氧化污泥的蓄积毒性.结果表明,当制药废水稀释30倍以上时,毒性物质浓度低于毒性抑制浓度阈值,厌氧氨氧化反应器运行性能良好,平均氨氮和亚硝氮去除率分别达87.8%和95.6%,平均总氮容积负荷可达10.38 kg/(m3×d);但当进水稀释小于20倍时,毒性物质浓度高于毒性抑制浓度阈值,反应器运行性能恶化,平均氨氮和亚硝氮去除率降至24.6%和26.0%,直到完全消失.制药废水、厌氧氨氧化反应器进出水均具有较强的生物毒性,在相对发光度为50%时,所对应的制药废水、反应器进水、出水的稀释倍数分别为70.5,5.19,7.77倍.经厌氧氨氧化处理后,出水毒性增强,说明制药废水毒性物质可在厌氧氨氧化污泥中蓄积,具有蓄积毒性.     

果蔬废弃物厌氧消化特征及固体减量研究

采用两相厌氧消化工艺处理固体果蔬废弃物,反应液在系统内循环使用,研究了果蔬废弃物产酸发酵类型、产甲烷相对消化产物的利用顺序和果蔬固体减量效果。结果表明,在酸化阶段,挥发酸总量最高达5800mg/L,其中丁酸占45%、戊酸占23%、乙酸占20%、丙酸和乙醇占10%左右,属于丁酸型发酵;产甲烷相对挥发酸的利用顺序为乙醇>丁酸>戊酸>丙酸>乙酸,产甲烷阶段体系ORP为-480mV左右;在厌氧消化处理过程中,反应液中COD由开始时的10000mg/L降至反应后期2000mg/L左右,COD去除率达80%以上;同时,果蔬固体物质去除率达到98.6%,果蔬废弃物减量效果明显。     

不同底物种类对厌氧发酵产氢的影响

在批式培养试验中以人工配置的废水为原料,以厌氧消化污泥作为天然产氢菌源,通过厌氧生物发酵制备生物氢气,研究了不同底物葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、木糖、乳糖对产氢能力的影响,以及生物制氢发酵过程中液相组成的变化,并对产氢动力学和细菌生长动力学进行了分析.结果表明,5种底物中最佳的底物是葡萄糖,氢气含量、累积产氢量和氢气产量最高可达到49.52%、67.21 L/mol、3.23 mol/mol.发酵产氢代谢产物以丁酸和乙酸为主,乙酸的含量占到26.76%～40.49%,丁酸的含量占到37.60%-58.07%.并含有部分丙酸和乙醇,属于丁酸型发酵.丁酸/乙酸比值可作为衡量氢气产生效率的一个指标,比值越大产氢量越高.实验中氧化还原电位均在-300 mV以下,以厌氧为主.Gompertz模型能够很好地拟合其产氢过程和产氢菌生长过程.     

Ce~(3+)对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce3+对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce3+浓度＜1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce3+浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量＜3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce3+的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

Ce3+对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce³⁺对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce³⁺浓度<1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce³⁺浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量<3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce³⁺的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

厌氧生物法处理果胶废水的研究

采用经果胶废水驯化的厌氧污泥处理果胶废水,考察了果胶浓度、温度对厌氧去除果胶和COD的影响,并对降解产物进行了分析.结果表明,与未驯化厌氧污泥处理果胶废水相比,驯化后的污泥对果胶去除率提高了59.2%.果胶浓度分别为100、2 500和4 500 mg·L-1时,果胶降解速率分别为4.5、49.8和74.0 mg·(L·h)-1,说明果胶浓度越高,降解速率越快.果胶浓度低于500 mg·L-1,COD去除率较低,仅为41.6%~82.0%,果胶浓度高于1 000 mg·L-1,COD去除率稳定在91%以上.温度越高,降解果胶所需的时间越短.随着温度在5~35℃范围内变化,厌氧污泥对果胶废水中COD的去除率从38.6%逐渐增加到91.5%,当温度高于35℃时,厌氧污泥对果胶废水中COD的去除率逐渐降低.果胶降解的中间产物主要是乙酸、丙酸、低级酯、烷基醇(C12~C40).     

基于基因组和代谢组学的厌氧消化氨抑制失稳机理研究

氨抑制是影响厌氧消化过程高效稳定运行的常见问题.为系统揭示氨抑制失稳机理，本研究在半连续反应器中加入高蛋白底物诱导氨抑制，结合理化分析、高通量测序及代谢组学分析，研究了失稳进程中理化指标变化、微生物群落演替、潜在功能变化和差异代谢物及代谢途径的响应.结果表明，在厌氧消化氨抑制阶段，乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等挥发性脂肪酸(VFAs)积累，甲烷产率由稳定阶段的0.43 L·g^-1下降至0.14 L·g^-1，指示系统失稳.失稳期间，产氢产乙酸菌相对丰度显著下降.丙酸氧化和乙酸型产甲烷途径中功能基因丰度下调，指示其代谢功能被抑制；丁酸和戊酸氧化方面，其β-氧化功能基因未出现丰度下调但其活化过程的功能基因下调.进一步分析差异代谢物发现，氨抑制阶段辅酶Q、L-精氨酸等343种代谢物的表达量显著变化，涉及新陈代谢、环境信息处理、基因信息处理和细胞生理过程等代谢途径.其中，辅酶Q表达量的显著下调可能会导致能量代谢链的活性下降.能量供应不足会进一步加剧乙酸和丙酸代谢功能的恶化，且由于丁酸和戊酸活化需要三磷酸腺苷(ATP)驱动，造成了丁酸和戊酸的代谢耗能及微生物活...     

多级微氧生物流化床预处理高浓度丙烯酸废水

采用多级微氧生物流化床反应器预处理高浓度丙烯酸废水,考察了进水负荷的影响,并对丙烯酸的降解产物进行了分析.结果表明,反应器在水力停留时间为12 h,水温25℃,进水丙烯酸为3 000～9 000 mg.L-1,丙烯酸容积负荷为6.0～18.0kg.(m3.d)-1的条件下,对丙烯酸去除率在95%以上,COD去除率为15%～30%,出水中丙烯酸浓度<150 mg.L-1.丙烯酸降解的主要中间产物为乙酸和丙酸,平均每1.00 mol的丙烯酸可转化成0.22 mol乙酸和0.36 mol丙酸.多级微氧生物流化床可实现丙烯酸废水的高负荷预处理.     

利用养殖场废水厌氧发酵生物制氢技术研究

在批式厌氧反应器中,以厌氧消化污泥作为天然产氢菌源,通过养殖场废水的厌氧发酵生产氢气,考察了厌氧污泥和碳氮营养物质对养殖场废水产氢的影响,并对液相产物的分布、产氢动力学进行了分析.试验分为4个处理.结果表明,加入营养物质接种污泥的养殖场废水氢气含量、累积产氢量和单位COD氢气产量最高可达到50.65%、334.80mL和287.10mL/g.而未接种污泥的原始养殖场废水累积产氢量和单位COD氢气产量仅为59.24mL和67.05mL/g.污泥和碳氮营养物质对产氢能力均有显著地促进作用,加入碳氮源后微生物群促进了原养殖废水有机物的氢的形成.液相末端产物中,乙酸、丁酸占总挥发酸的61%～86%,产氢过程属于典型的乙酸-丁酸型发酵.总挥发性酸含量的提高,其产氢能力也增大. Gompertz模型能够很好地拟合其产氢过程.     

固定化酶酸化/UASB两相厌氧有机酸代谢特征

以固定化酶酸化相和UASB产甲烷相为两相厌氧系统进行连续流实验,研究了酸化相和产甲烷相中的有机酸和乙醇的变化特征、变化速率,挥发性有机酸组成,发酵类型以及对COD去除率的影响.结果表明:酸化相的酸化率为28.2%,水解产物组成中乙醇>乙酸>丁酸>丙酸,其中乙醇占44.8%,乙酸占38.4%,丙酸为6.9%,丁酸为9.8%,为乙醇型发酵类型.在产甲烷相中乙醇被去除99.8%,乙酸为92.0%,丙酸为59.1%,丁酸为46.2%,呈乙醇>乙酸>丙酸>丁酸;比较有机酸和乙醇的去除速率呈乙醇>乙酸>丁酸>丙酸,其中乙醇在产甲烷相中去除速率最快为0.21h^-1.系统运行稳定,COD去除率达到90%以上,其中对COD去除贡献率顺序为乙醇>乙酸>丁酸>丙酸,     

好氧颗粒污泥处理制糖工业废水厌氧出水的除磷特性研究

制糖工业废水经厌氧生物处理后,COD大幅下降,但是出水中N、P含量仍然较高,严重破坏水体生态平衡.利用好氧颗粒污泥对制糖工业废水的厌氧出水进行脱氮除磷处理,讨论了其除磷过程.经复合底物(乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐)培养的好氧颗粒污泥直径1.7 mm,SVI为38.43 mL.g-1,TP去除率达90.9%,出水磷含量仅为1.3 mg.L-1,单位COD释磷率为0.571,厌氧条件下磷的释放速率达到5.73 mg.(g.h)-1,好氧颗粒污泥表现出较好的沉淀性能和较高的除磷活性.由于底物中丙酸盐、丁酸盐含量增加,使得聚磷菌在反硝化过程中NO3--N的利用率增加,即消耗单位质量的NO3--N可以吸收更多的磷.好氧颗粒污泥及其胞外聚合物中P元素的含量与其中Mg、Ca、Fe元素的含量表现出很高的相关性,胞外聚合物对P的吸附使得体系除磷能力进一步增强.通过对污泥反硝化除磷的研究发现,反硝化聚磷菌占总聚磷菌的61.9%,其吸磷量与消耗硝酸盐的比值[m(P)/m(NO3--N)]为1.14.     

小球藻高效净化猪场废水厌氧发酵沼液研究

为了净化脱除养猪场废水厌氧发酵沼液中的主要污染物,本文利用臭氧氧化对沼液灭菌并且降解其中的大分子有机物(效果优于高压蒸汽灭菌法),然后高效培养小球藻转化为生物质变废为宝.研究了通入不同体积浓度CO_2以及在沼液中补充部分营养盐对微藻生长净化沼液的影响.当CO_2体积浓度从2%逐渐增加到30%时,微藻生物质产量和脱除污染物效率先升后降,并在体积浓度为15%时达到峰值.当沼液中补充添加营养盐10 mg·L~(-1)磷和1 mg·L~(-1)铁时,微藻生物质产量相对未添加条件进一步提高了29.1%,达到了5.81 g·L~(-1),相应的COD、TN、NH_3-N、TP和抗生素替米考星等污染物脱除效率分别提高到88.5%、91.2%、93.6%、98.9%和90.7%.因此,小球藻可高效净化猪场厌氧发酵沼液同时生产高值生物质,具有良好的应用前景.     

硫酸盐在厌氧生物过程中的行为 Ⅱ.硫酸盐还原行为及对体系抑制作用机理

采用半连续实验方法，研究了中温厌氧条件了硫酸盐的还原行为及产生抑制作用的机理。实验结果表明，ＳＯ４＾２－在厌氧体系中被硫酸盐还原菌全部或部分还原为硫化物，其还原率与ＳＯ４＾２－累积加入浓度有关，还原产物的形态与体系中ｐＨ值有关，较高的ｐＨ值（７．６－８．４）使体系中Ｈ３Ｓ含量下降。ＳＯ４＾２－对厌氧体系的抑制与ＳＯ４＾２－还原过程中ＳＲＢ与产甲烷菌的底物竞争及还原产物的毒性相关。前者受ＣＯＤ／ＳＯ     

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.     

日光辐照草酸铁盐体系降解水中低浓度混合药物及产物的生物毒性评价

在太阳光辐照下以三草酸合铁酸钾为催化剂,分解H2O2产生·OH,对水中的甲硝唑、双氯芬酸钠、磺胺甲基异唑和布洛芬4种常见的痕量药物污染物间歇降解与矿化,并且对降解前后水溶液的毒性进行了评价.以体系的总有机碳为指标,探讨了H2O2的初始浓度、三草酸合铁酸钾的投加量、体系的pH值等因素对水溶液中TOC去除率的影响,确定了最佳操作条件,根据4种药物的化学结构解释了它们在水中的降解速度.以药物水溶液对小球藻的EC50值为指标,对4种药物的联合毒性,以及降解中间产物的生物毒性做出了评价.结果表明,当4种药物的初始浓度都为20mg·L-1时,降解过程适宜条件是pH值为3,H2O2的初始浓度为300mg·L-1,三草酸合铁酸钾的投加量为75mg·L-1.4种药物的降解速度为:甲硝唑布洛芬磺胺甲基异唑双氯芬酸钠.随着中间产物的生成与降解,药物水溶液的生物毒性有先增大后迅速减小的趋势.最后给出了Solar/FeOx/H2O2体系降解水中低浓度药物的表达式.     

声电氧化处理扑热息痛的研究

采用电沉积法制备了新型稀土和氟树脂共掺杂二氧化铅电极,并用于声电氧化体系处理扑热息痛(APAP)废水.结果表明,采用稀土掺杂电极后,APAP的去除效率及矿化效率大幅度增加,显示出催化效率的显著提升.工艺因素作用规律结果表明,Ce-PTFE共掺杂PbO2电极在电解质14.2 g.L-1、功率为49.58 W.cm-2、频率50 Hz、pH为3、电流密度为71.43 mA.cm-2的条件下去除APAP效果最佳.反应进行2 h后,500 mg.L-1APAP去除率为92.20%,COD和TOC的去除率分别为79.95%和58.04%,电流效率高达45.83%.结合GC-MS、HPLC、IC等分析手段,检测到了主要中间产物包括苯醌,苯甲酸、乙酸、顺丁烯二酸,乙二酸、甲酸等,推测了APAP的可能降解途径.     

多种抗生素对畜禽废水厌氧消化的联合抑制

为研究各种抗生素组合对猪场废水厌氧发酵的影响以及各种抗生素之间的相互作用关系,根据正交试验方案,通过分批培养,对阿莫西林、金霉素、磺胺二甲基氧、氟苯尼考4种抗生素的联合抑制作用进行了研究.结果表明,阿莫西林210 mg/L、金霉素10 mg/L、磺胺二甲基氧210 mg/L、氟苯尼考130 mg/L的组合对产甲烷的抑制率为87.8%,而4种抗生素浓度均为10mg/L的组合对产甲烷速率不但没有抑制影响,反而有促进作用.4种抗生素对产甲烷抑制作用的显著性依次为:金霉素阿莫西林氟苯尼考磺胺二甲基氧.4种抗生素两两之间呈现不同的互作类型,除氟苯尼考和磺胺二甲基氧、氟苯尼考和阿莫西林呈现相关加关系外,其余2种抗生素之间均表现为拮抗关系.     

Start-up performances of dry anaerobic mesophilic and thermophilic digestions of organic solid wastes

Two dry anaerobic digestions of organic solid wastes were conducted for 6 weeks in a lab-scale batch experiment for investigating the start-up performances under mesophilic and thermophilic conditions. The enzymatic activities, i.e., β-glucosidase, N-α-benzoyl-Largininamide （BAA）-hydrolysing protease, urease and phosphatase activities were analysed. The BAA-hydrolysing protease activity during the first 2-3 weeks was low with low pH, but was enhanced later with the pH increase. β-Glucosidase activity showed the lowest values in weeks 1-2, and recovered with the increase of BAA-hydrolysing protease activity. Acetic acid dominated most of the total VFAs in thermophilic digestion, while propionate and butyrate dominated in mesophilic digestion. Thermophilic digestion was confirmed more feasible for achieving better performance against misbalance, especially during the start-up period in a dry anaerobic digestion process.     

直链烷基苯磺酸盐促进剩余污泥产生短链脂肪酸的研究

采用批试试验的方法研究了十二烷基苯磺酸钠(C12-LAS)对剩余污泥在厌氧发酵过程中产生的短链脂肪酸(SCFAs)的影响.结果表明,C12-LAS的投加极大地提高了剩余污泥厌氧发酵过程中的SCFAs产量.当C12-LAS加入量低于0.1g·g-1时,SCFAs产量随着C12-LAS加入量的增加而增加,然而,当C12-LAS加入量高于0.1g·g-1时,SCFAs产量反而有所降低.从污泥产酸量以及经济成本考虑,C12-LAS的最佳投加量为0.02g·g-1,此时剩余污泥的SCFAs最大产量出现在第6天.进一步的研究表明,C12-LAS不仅促使大量的碳水化合物和蛋白质脱离污泥颗粒并溶解到液相中,而且抑制了产甲烷菌的活性.尽管剩余污泥经历着酸化过程,但由于其释放出大量的NH4 -N,污泥在整个厌氧发酵过程中的pH值逐渐升高.     

碱处理对秸秆厌氧消化的影响

为减少秸秆碱处理的碱用量,提高秸秆的产气量,从产气量、XRD和FTIR等角度对碱预处理与后处理进行了初步比较,并对碱处理前后秸秆浸提液的理化性质以及秸秆的物质结构变化进行了分析.结果表明,秸秆经5%NaOH处理48 h后,细胞中的有机物大量溶出,COD、TN、NO 3--N和NH 4+-N分别从2 311.11、175.40、5.02和117.82 mg/L增至10 488.89、417.84、248.64和141.44 mg/L,表明碱处理不仅破坏木质纤维结构,还破坏核酸、氨基酸等含氮物的结构,将其中的氮以NO 3--N和NH 4+-N的形式释放出来;碱处理破坏了秸秆木质素结构,木质素含量降低,但纤维素的相对结晶度增加,从0.592 3增加到0.662 2.厌氧消化的结果显示,秸秆预处理与后处理的产气能力相当,单位TS产气量分别为382.32 mL/g和375.84 mL/g,较对照分别提高了28.13%和25.96%,但后处理的碱用量仅为预处理的50%;厌氧发酵后对照中的木质素含量增加,而预处理和后处理均降低,后处理对木质素的破坏效果更好;厌氧微生物可破坏纤维素的结晶区,后处理对纤维素结晶区和无定形区的破坏均强于预处理.