结合态磷化氢在厌氧微生物产酸过程中的释放行为

通过动态实验分别研究了在产甲烷和酸化阶段厌氧污泥中结合态磷化氢的变化,并采用静态厌氧实验进一步阐明在酸化阶段有机酸的积累对磷化氢的影响及消失速率.结果表明,产甲烷阶段,厌氧颗粒污泥磷化氢浓度随高度升高呈下降趋势;酸化阶段,当pH达到4～5时会导致厌氧反应器颗粒污泥中结合态磷化氢消失.静态模拟实验研究表明,随着酸化程度的增加,厌氧污泥中结合态磷化氢消失速率加快.厌氧污泥在葡萄糖浓度2000mg·L^-1培养2d后,结合态磷化氢浓度从最初的1.76ng·kg^-1降低到0.09ng·kg^-1,磷化氢消失速率最高达到0.84ng·(kg·d)^-1;而葡萄糖浓度400mg·L^-1培养2d后,结合态磷化氢消失速率仅为0.27ng·(kg·d)^-1;随着进一步培养,当磷化氢浓度降低到一定程度后,消失速率也相应下降.     

颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO2的影响

采用批试验方法,研究了颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO₂的影响.用Haldane模型描述厌氧氨氧化反应动力学,得到最大氨氮反应速率6.65×10^-3 mg·(mg·h)^-1、氨氮半饱和常数87.1 mg·L^-1和抑制常数1 123 mg·L^-1,亚硝态氮半饱和常数15.39 mg·L^-1和抑制常数159.5 mg·L^-1.微量NO₂对厌氧氨氧化具有强化作用,基于Haldane模型建立了厌氧氨氧化的NO₂强化函数,估计了强化函数中的最大强化系数48.79、NO₂半饱和常数2 480 mg·m^-3、NO₂抑制常数4.22 mg·m^-3和基础速率系数0.018 2.试验中大部分的NO_x出现损失.     

环境因子对水蚯蚓呼吸速率的影响研究

水蚯蚓能通过摄食剩余污泥而使污泥减量.因此,本文以颤蚓科蠕虫 (Tubificidae)为研究对象,考察环境因子(水质、水蚯蚓投加量、温度、pH、溶解氧)对水蚯蚓呼吸速率的影响,以探明水蚯蚓生长和新陈代谢的最佳条件,揭示环境因子影响水蚯蚓污泥减量的机理.结果表明,水蚯蚓在"水蚯蚓-微生物"共生系统污泥减量装置出水中的呼吸速率最大,为81.72 mg·g^-1·h^-1·L^-1(以单位体积内每g干重水蚯蚓每小时消耗的O₂质量计(mg)),在蒸馏水中的呼吸速率最小,仅为18.31 mg·g^-1·h^-1·L^-1;在容积为1 L的系统中,水蚯蚓呼吸速率随着投加量增加而逐渐减小,当水蚯蚓投加量为0.25 g (以湿重计)时,呼吸速率最大,为81.72 mg·g^-1·h^-1·L^-1;在8~22℃范围内,水蚯蚓呼吸速率随温度升高而增大,在22~30℃范围内趋势则相反;当pH=8.00±0.05时呼吸速率最大,比其他pH值条件下测得的呼吸速率高1倍多;溶解氧在3.5~4.5 mg·L^-1范围内,水蚯蚓的呼吸速率较高,在此溶解氧范围之外时,水蚯蚓呼吸速率均较低. 该研究结果可为污泥减量中水蚯蚓的培养和应用提供可靠的理论依据,从内在层次上揭示了环境因子影响水蚯蚓生长及代谢,进而影响污泥减量的本质原因.     

剩余污泥为燃料的微生物燃料电池产电特性研究

利用厌氧污泥作为接种体在不加入任何营养元素的条件下,经过20　d成功地启动了单室无膜微生物燃料电池.启动成功后对剩余污泥作为燃料产电特性以及底物的变化进行了研究.结果表明,微生物燃料电池产生的最大电压为495　mV(外电阻为1 000　Ω),最大功率密度达到44 mW·m^-2,稳定期间内阻约为300　Ω.在1个运行周期中,污泥SS和VSS的去除率分别为27.3%和28.7%,pH值的变化范围为6.5～8.0, COD的起始浓度为617 mg·L^-1,浓度随时间的增加而增大并稳定在1 150 mg·L^-1左右,随后逐渐下降,糖的起始浓度为47 mg·L^-1,逐渐增大到60 mg·L^-1之后浓度逐渐下降.微生物燃料电池可以将剩余污泥中的化学能转化为最清洁的电能,为污泥资源化提供了新的思路.     

膜序批式间歇反应器的膜污染特性及控制

采取厌-好氧交替运行、实验室人工配水的方式,连续运行300 d,研究膜序批式间歇反应器运行过程的膜污染特性及其控制.结果表明,在运行初期的75 d内,污泥处于絮体状,SVI值64.6～110.6 　mL·g^-1,膜污染呈快速指数增长趋势,TMP平均增长速率为0.309　kPa·d^-1,膜阻力变化在0.393×10¹¹～1.298×10¹¹ m^-1·d^-1之间,比膜通量从4.4 　L·(m²·h·kPa)^-1下降为0.52 　L·(m²·h·kPa)^-1,75　d时的临界膜通量为20 　L·(m²·h)^-1.从75～120　d对系统进行了调控,反应器培养出好氧颗粒污泥,SVI值逐渐下降,从170　d开始,SVI一直保持在40 　mL·g^-1左右,污泥粒径逐渐增大,220　d时污泥粒径分布大多在500～1 000　μm.120～300　d运行过程中的膜污染呈缓慢增长趋势,TMP平均增长率仅为0.062 　kPa·d^-1,膜阻力变化率在0.291×10¹¹～0.404×10¹¹m^-1·d^-1,比膜通量从4.4 　L·(m²·h·kPa)^-1下降为1.4 　L·(m²·h·kPa)^-1,220 d时的临界膜通量为40 　L·(m²·h)^-1.这些数据表明好氧颗粒污泥的培养对减缓膜污染发生具有极大作用.曝气强度为100 m³·(m²·h)^-1时,比膜通量最大,曝气强度为69 m³·(m²·h)^-1时,膜污染速率最小.     

反硝化除磷污泥聚集体内原位除磷活性及有机物浓度的影响

以SBR系统反硝化除磷污泥为对象,利用氧化还原电位、溶解氧和磷酸盐微电极定量研究了污泥聚集体内除磷菌的原位除磷活性及有机物浓度的影响.结果发现,厌氧初期污泥聚集体内最大净体积释磷速率为3.29mg·（cm³·h）^-1,是缺氧初期最大净体积吸磷速率的3倍左右;厌氧末期释磷速率明显降低,最大净体积释磷速率仅为厌氧初期的一半.在缺氧末期,最大净体积吸磷速率降至0.14mg·（cm³·h）^-1,且在1800 μm以下深层区域发生了"二次释磷"现象.随着COD浓度由350 mg·L^-1降至250 mg·L^-1和150 mg·L^-1,反硝化除磷菌的最大净体积释磷速率由3.27 mg·（cm³·h）^-1降至2.44 mg·（cm³·h）^-1和2.01 mg·（cm³·h）^-1,且快速吸磷区域整体向污泥聚集体表层收窄.     

好氧颗粒污泥膜生物反应器的运行特性

以人工合成模拟废水对好氧颗粒污泥膜生物反应器(MBR)的运行特性和膜污染进行了研究.结果表明:在HRT为6h,溶氧浓度为4～6mg.L^-1,COD的容积负荷为7.24kg·(m³·d)^-1的条件下,COD的去除率可达96%以上.当NH₃-N的容积负荷为0.17kg·(m³·d)^-1时,NH₃-N的去除率可达60%.COD/N比的变化,对好氧颗粒污泥MBR的COD及NH₃-N去除率基本没有影响.稳定运行过程时,MBR中好氧颗粒污泥浓度(MLSS)基本维持在14～16mg·L^-1.较高的污泥浓度和颗粒污泥内部缺氧和厌氧环境的存在,使MBR中硝化和反硝化过程能同时存在.同时,比较了2种不同形态的活性污泥(颗粒污泥和絮状污泥)在MBR运行过程中膜通量的变化趋势,结果表明,颗粒污泥MBR膜通量的下降速度明显比絮状污泥MBR的下降速度慢很多,且通过空气反冲或用水清洗即可使通量基本恢复.     

进料负荷调控培养好氧颗粒污泥的试验研究

采用厌好氧交替的SBR反应器,以进料负荷（即进水浓度）作为主要控制参数,研究了好氧颗粒污泥的关键培养技术.结果表明,在30 min的较长污泥沉降时间下,通过进料COD 0～900 mg·L^-1的负荷调控,可以有效控制反应器内污泥生长.初始接种污泥的沉降性能对颗粒污泥产生很重要,SVI值保持在20～50 mg·L^-1才能有助于颗粒污泥形成和培养.应用“空曝”这种强力负荷调控方式可大大改善污泥沉降性能,并促进颗粒污泥的形成.通过进料减负荷运行可很好实现污泥的“完全颗粒化”培养.颗粒化转变出现在进料浓度COD 400～500 mg·L^-1,污泥浓度约8～10 g·L^-1.“完全颗粒化”污泥的性能优异,粒径约1.0 mm,SVI值25～35 mg·L^-1,最大沉降速率60 m·h^-1.污泥颗粒过程的发生可能决定于SBR的独特间歇式运行,即基质浓度的贫富交替,减负荷运行可强化基质贫富交替并增大颗粒化过程的驱动力.     

污泥龄及pH值对反硝化除磷工艺效能的影响

以SBR成功富集后的反硝化聚磷菌（DPBs）为研究对象,分别考察了污泥龄（SRT,35、25、15 d）及pH值（7.5、8.0、8.5）对反硝化除磷过程的影响.结果表明,SRT从35d缩短至25d,使活性污泥浓度（MLVSS）从2821 mg·L^-1降低为2301 mg·L^-1,而污泥负荷（F/M,以COD/MLVSS计）从0.256kg·（kg·d）^-1增加至0.312 kg·（kg·d）^-1,虽然净释磷量及净吸磷量有所下降,但是由于污泥活性的增加,此阶段厌氧释磷、缺氧吸磷及比反硝化速率均达到最高,分别为25.07、15.92及9.45 mg·（g·h）^-1,污泥含磷率从4.78%升为5.33%,出水PO₄^3--P浓度保持在0.5 mg·L^-1以下,即PO₄^3--P去除率稳定在95%以上;当SRT进一步缩短为15d时,MLVSS低至1448 mg·L^-1,污泥中DPBs占聚磷菌（PAOs）的比例从82.4%骤降为65.7%,表明过短的SRT使得DPBs逐渐从系统中流失,此阶段污泥含磷率降至3.43%,释磷、吸磷及比反硝化速率亦出现不同程度的降低.随着pH值的升高（7.5~8.0）,厌氧释磷及缺氧吸磷速率也升高,pH值为8.0时分别达到25.86mg·（g·h）^-1和16.62 mg·（g·h）^-1;当pH超过8.0后,除磷效率快速下降,推测为磷化学沉淀导致.     

好氧-沉淀-厌氧工艺处理效能及抗冲击负荷研究

以传统活性污泥法（CAS）为参照,系统研究了好氧-沉淀-厌氧（OSA）污泥减量工艺连续运行240 d,污水处理效果、污泥性能、温度波动和难降解有毒物质的冲击对系统稳定性的影响.结果表明,OSA工艺废水处理效率整体上优于CAS工艺,COD去除效率略高于CAS,总氮、总磷去除率分别比CAS高出42 .58%和53 .84%.OSA和CAS工艺每100 g好氧污泥中生物结合的磷分别是2 .69 g和1 .11 g,进一步证实了OSA工艺有生物除磷功能.由于厌氧-好氧耦合,OSA污泥沉降性能和污泥活性都得到改善,SVI稳定在97左右, SOUR和脱氢酶活性均高于CAS污泥.OSA污泥胞外多聚物中蛋白质浓度比CAS高出1 .69 mg·g^-1,多糖浓度要比CAS低6 .7 mg·g^-1,解释了OSA污泥沉降性能改善的原因,也证实了污泥厌氧池的插入对污泥性能、微生物种群结构的影响.OSA工艺对温度波动的影响滞后于CAS工艺3～4 d,出水COD、NH^＋₄-Ｎ、SS均升高,污泥产率Y_{（ＭＬＳＳ/COD)}降低至0 .403 mg·mg^-1和0 .227 mg·mg^-1.OSA受对-硝基苯酚（PNP）的冲击比CAS更敏感,PNP浓度为10 mg·L^-1,系统完全失去脱氮除磷功能.OSA系统受温度和PNP冲击后,比CAS更难修复.     

零价铁对厌氧消化过程中氨氮抑制解除的影响

氨氮抑制是影响高含固有机固体废弃物厌氧消化产甲烷效率的重要因素.本研究通过实验室批量实验,考察了微米级零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化的影响以及对高氨氮抑制解除的影响.结果表明,投加4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化过程中的产甲烷速率、迟滞时间和产甲烷潜势等动力学特征均未有影响.但是,在高氨氮抑制的厌氧消化过程中, 4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)的零价铁投加可使厌氧消化受氨氮抑制的产甲烷迟滞时间由对照组的18.61 d分别缩短为17.22 d和16.18 d,最大产甲烷速率(以VS计)由对照组的6.34 mL·(d·g)~(-1)提升为7.84 mL·(d·g)~(-1)和7.39 mL·(d·g)~(-1).零价铁并未通过化学反应对厌氧消化的pH缓冲体系产生直接影响,而是使氨氮抑制后的产甲烷优势古菌Methanosarcina的相对丰度(27 d)由对照组的30.71%提升到53.50%和60.30%.本研究证明了零价铁并不能提升污泥产甲烷潜势,而只是在受抑制影响的厌氧消化过程中,刺激产甲烷微生物的代谢活性,强化如氨氮抑制影响的快速解除.     

基于厌氧膜生物反应器的剩余污泥-餐厨垃圾厌氧共消化性能

采用厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)进行剩余污泥与餐厨垃圾的共消化,研究其有机物的去除特性、产气性能和微生物群落组成等运行性能.结果表明,反应器运行过程中有机负荷(organic loading rate,OLR,以VS计)稳定在0.59～0.64 kg·(m~3·d)~(-1),挥发性固体(volatile solids,VS)降解率由单消化17.5%上升至共消化40%,COD截留率为95.3%.消化液含固率提高了3.9倍,最终CH_4体积分数稳定在60%,CH_4产量(以COD_(added)计)为78.7 mL·g~(-1).跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)和平均Flux分别维持在-3.1～-2.7 kPa和0.106 L·(m~2·h)~(-1),膜污染较轻.16S rRNA微生物多样性分析表明,AnMBR内部厌氧消化细菌主要是Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)和Cloacimonetes(阴沟单胞菌门),产甲烷菌中的优势菌科为Methanobacterium(甲烷杆菌科),优势菌属为Methanosaeta(甲烷鬃毛菌属)和Methanolinea(甲烷绳菌属).这将为AnMBR处理污泥及其它高含固率废物流的稳定性和运行性能研究提供有力的理论参考依据,进而为生物质资源化和能源危机提供有效解决途径.     

ABR耦合CSTR一体化工艺好氧颗粒污泥形成机制及其除污效能研究

本研究通过对厌氧折流板反应器(ABR)改进,使其成为厌氧与好氧组合一体化工艺,实现耦合运行.对连续流条件下其好氧颗粒污泥形成机制进行了研究.将ABR末端隔室分别改为曝气池与沉淀池,并分别在厌氧区和好氧区接种厌氧颗粒污泥和普通活性污泥,保持好氧区C/N为2,COD容积负荷逐渐由1.5 kg·(m3·d)-1提高至2.0 kg·(m3·d)-1,沉淀池HRT逐步由2.0 h缩短至0.75 h.研究表明,经110 d的运行,在好氧区中成功培养结构致密、沉降性能良好(平均沉降速率为20.8m·h-1)的淡黄色颗粒污泥.在好氧区沉淀时间为0.75 h、COD容积负荷为2.0 kg·(m3·d)-1的条件下,系统稳定运行时具有较好的脱氮除磷效果,COD、NH+4-N、TP和TN的去除率分别为90%、80%、65%和45%.研究表明,因沉淀时间缩短而不断提高的选择压、维持较高的有机负荷是好氧颗粒污泥形成的主要驱动力.     

MBR污水处理工艺中活性污泥动力学参数测定

缺乏可靠的污泥动力学设计参数是膜-生物反应器（membrane bioreactor,MBR）工艺在实际应用中遇到的主要问题之一.以某座处理城市污水的实际规模MBR工程的好氧活性污泥为对象,采用耗氧速率表征方法,测定计算得到以下动力学参数值：异养菌产率系数Y_H＝0.693、自养菌产率系数Y_A＝0.263、异养菌衰减系数K_dH＝0.108 d^-1、自养菌衰减系数K_dA＝0.089 d^-1、COD最大比去除速率v_mS＝1.94 mg·(mg·d)^-1、COD去除半饱和常数K_S＝34.6 mg·L^-1、氨氮最大比去除速率v_mN＝0.18 mg·(mg·d)^-1、氨氮去除半饱和常数K_N＝1.06 mg·L^-1.以上结果与传统活性污泥法工艺（CAS）中污泥的文献报道值相比,Y_H和K_dH较高,而v_mS和v_mN较低.MBR的高污泥浓度条件可能是导致上述差异出现的主要原因.     

厌氧氨氧化启动过程及微生物群落结构特征

采用UASB反应器以体积比1∶2接种实验室培养的具有厌氧氨氧化(ANAMMOX)功能的厌氧污泥和城市污水厂的好氧污泥,耗时17 d成功启动ANAMMOX反应,启动阶段分为菌体水解期、活性提高期和稳定运行期.稳定运行后,逐步提高反应器容积负荷富集厌氧氨氧化菌,当容积负荷由0.10 kg·(m~3·d)~(-1)增至0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,总氮(TN)去除负荷也随之由0.09 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.42 kg·(m~3·d)~(-1),反应器污泥逐渐由浅红色加深,粒径大于0.2 mm的污泥所占比例由10.90%增至38.37%.采用高通量测序对接种污泥和负荷提高期的污泥进行检测,其中绿曲挠菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、WWE3门、放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)等占据主导.随着厌氧氨氧化菌富集程度的增大,脱氮功能菌中的变形菌门所占比例逐渐减少,从21.60%降至14.20%,而浮霉菌门随之增多,相对丰度由0.73%升至15.50%.当反应器的容积负荷增到0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,浮霉菌门中,Candidatus Brocadia属、Candidatus Jettenia属和Candidatus Kuenenia属是主要菌属,Candidatus Brocadia属占13.40%,是主要的厌氧氨氧化菌属.     

降解DMF引起污泥毒性及其毒性空间分布特性研究

以处理有毒难降解有机污染物N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的序批式好氧活性污泥系统(SBR)为对象,在进水化学需氧量(COD)为300 mg.L-1左右,各初始DMF浓度(40、80、120 mg.L-1)驯化阶段皆为30 d,运行周期为12 h,溶解氧(DO)为2.0～3.0 mg.L-1的条件下,研究了DMF在水、泥相的分布及污泥有机毒性变化趋势;探讨了单个运行周期内,出水COD、水相和泥相DMF浓度及毒性随时间的变化趋势.研究表明,各DMF浓度运行阶段的污泥毒性都体现为先升高后降低的趋势,污泥毒性随初始DMF浓度的升高而升高,污泥有机毒性主要由DMF降解过程引起,且主要集中在内层胞外聚合物(EPS)以及胞内区域.     

硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能影响研究

为了研究硝酸盐对厌氧生物膜系统同时产甲烷反硝化反应的影响及其机制,拓展生物膜工艺在高氮有机废水中的应用,采用生物膜-污泥厌氧复合反应器和上流式厌氧污泥床培养具备同时产甲烷反硝化反应的功能微生物系统,并以间歇实验方法,对比研究硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响.结果表明,硝酸盐对生物膜和颗粒污泥系统去除COD和反硝化反应均有影响,但硝酸盐浓度变化对颗粒污泥系统的影响比生物膜系统更大,生物膜表现出更强的降解能力和更高的耐性阈值.随着硝酸盐浓度从75 mg·L-1增加到600 mg·L-1,颗粒污泥对COD的降解速率从273.26mg·（h·g）-1降到0.1 mg·（h·g）-1,而生物膜从95 mg·（h·g）-1降至1.7 mg·（h·g）-1;同时,生物膜和颗粒污泥对硝酸盐的降解速率分别从21.43、22.31 mg·（h·g）-1增加到83.72、61.06 mg·（h·g）-1,随着硝酸盐的降解,生物膜表现出更强的恢复能力,最大值为712.44 mg·（h·g）-1.研究还发现亚硝酸盐积累是影响生物膜和颗粒污泥同时脱氮除碳功能的主要原因,在相同的硝酸盐浓度下,生物膜中亚硝酸盐的最大积累量仅为的颗粒污泥的1/10.因此,生物膜-污泥厌氧复合反应器可以作为高浓度含氮有机废水实现同时产甲烷反硝化工艺反应器一种重要选择.     

利用固定化藻菌耦合系统同步去除污水中的COD和氮磷

利用活性污泥和莱茵衣藻建立了一套固定化藻菌耦合系统同步去除污水中的COD和氮磷.系统污水日处理量为6 m3,水力停留时间为12 h.对于活性污泥部分,当厌氧槽搅拌转速为15 r.min-1,好氧槽DO值为5 mg.L-1时COD由150 mg.L-1左右降到50 mg.L-1,氨氮从20～30 mg.L-1降到0.5 ...     

零价铁对污泥高温厌氧消化过程中四环素抗性基因及第一类整合子的消减影响

为研究污泥高温厌氧消化过程中零价铁(Fe0)对抗生素抗性基因的消减影响,采用荧光定量PCR方法定量检测了7种四环素抗性基因(TC-ARGs,包括tetA、tetC、tetG、tetM、tetO、tetW和tetX)及第一类整合子int I1基因在厌氧消化过程中的丰度变化,同时检测分析了挥发性脂肪酸(VFAs)的质量浓度变化,并探讨了目标基因与VFAs之间的相关关系.结果表明,适量Fe0(如0.10 g·g~(-1),以Fe0/VSS计)不仅可以强化污泥厌氧消化进程,显著提高总VFAs和乙酸的产生量,而且能够增强TCARGs和int I1基因的消减效果.尽管如此,过量Fe0(如1.17 g·g~(-1),以Fe0/VSS计)对污泥高温厌氧消化过程中TC-ARGs和int I1基因消减的增强效果并不显著,推测可能是由于基因水平转移的发生所导致的.通过相关性分析可知,TC-ARGs(除tetO基因外)和int I1基因与乙酸之间存在显著负相关性,表明乙酸可能对TC-ARGs和int I1基因的消减具有促进作用.