微曝气条件下S-TE剩余污泥溶解性研究

研究了微曝气、不同温度条件下S-TE预处理对剩余污泥溶解和各种化学组分变化的影响.结果表明,S-TE污泥溶解存在2种反应(酶催化反应和热解反应)和2个过程:嗜热菌胞外酶(主要为蛋白酶和淀粉酶)首先解聚污泥胶团,进而溶解细菌的细胞壁,水解胞内有机物质.接种嗜热菌Bacillus stearothermophilus sp.AT06-1比不接种促进了污泥悬浮固体的溶解,接种条件下最适宜的溶解温度为65℃,此温度下,污泥VSS和TSS溶解率相对于不接种试验提高程度最大,2 d时VSS、TSS溶解率分别达到34.09%和24.16%,比不接种试验同期分别提高了7.57%和6.87%;微曝气条件下SCOD和VFA得到累积,最大累积量达到4 531 mg/L和2 319 mg/L,有利于厌氧消化;此时蛋白酶活性提高也最大.污泥溶解产生的蛋白质被蛋白酶水解,蛋白质浓度先升高后降低.     

S-TE污泥溶解过程中主要固形物质的变化及动力学分析

筛选出一株能分泌胞外酶、促进污泥溶解的嗜热脂肪芽孢杆菌Bacillus stearothermophilus sp.AT06-2,将AT06-2培养液接种入不同浓度(TSS约为7、14和21 g·L-1)的剩余污泥,于60℃进行嗜热菌溶解试验,并与未接种试验进行对比.结果表明,接种后TSS和VSS溶解率都得到提高60h后接种试验VSS溶解率分别达到58.76%、50.17%和39.38%,而未接种试验VSS溶解率仅为34.00%、28.63%和25.22%.在固形物质溶解机理方面,VSS的溶解主要受酶催化效应和热水解效应的影响,TSS的溶解减量取决于VSS和FSS的组成比例.VSS溶解在初始阶段(t=3d)符合准一级反应动力学模型,接种后溶解速率常数Kd显著提高,分别从未接种的0.14 d-1,0.10 d-1、0.10 d-1相应提高到接种条件下的0.30 d-1、0.23 d-1和0.16 d-1.     

1株转座子插入突变菌株TB34的筛选及产氢分析

以分离自红树林污泥的厌氧发酵产氢细菌Pantoea agglomerans BH18为出发菌株,利用转座子Tn7构建突变体文库.通过卡那霉素抗性筛选与PCR扩增,鉴定转座子插入突变菌株.通过初筛和复筛,获得1株突变菌TB34,其产氢量较野生菌株明显提高.在初始pH为7.0和葡萄糖浓度10 g.L-1的海水培养条件下,产氢量(H2/葡萄糖)为(2.04±0.04)mol.mol-1,相比野生菌株产氢量提高43%.经过5次连续传代培养,突变菌株TB34表现出稳定的产氢特性.测定突变菌株TB34在不同碳源培养条件下的产氢量.结果表明,突变菌株TB34和野生菌株BH18都能利用蔗糖、葡萄糖和果糖发酵产氢.与野生菌株BH18不同,突变菌株TB34在以木糖为底物培养条件下仍能够发酵产氢,产氢量(H2/木糖)为(1.34±0.09)mol.mol-1,扩大了底物利用范围.     

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.     

初始pH对酸性预处理污泥厌氧发酵产氢的影响

对污泥进行不同pH值的酸性预处理,用HCl将污泥pH值分别调到2.0、3.0、4.0、5.0,在4℃条件下放置24 h,然后再用NaOH分别调到2.0～12.0用于批量试验,系统考察了不同初始pH值对酸性预处理污泥厌氧发酵产氢的影响.研究表明,初始pH为2.0～4.0以及12.0时对产氢菌及耗氢菌有抑制作用,总体产氢量少;初始pH为5.0～9.0时,甲烷菌及产氧菌均活跃,产氢滞后时间短.但总体产氢量少;初始pH为11.0时,甲烷菌受到明显抑制,而产氢菌仍然活跃,总体产氢量较高,发酵后期pH恒定在7.0～8.0,经pH为2.0、3.0、4.0和5.0酸性预处理的污泥(干重)累积产氢量分别为0.59、1.83、0.50和0.56 mL/g.     

g 辐照预处理促进剩余污泥发酵产氢的研究

为降低能耗,提高辐照技术的经济性,探讨了在0~9.5kGy范围内,γ辐照剂量对生活污水处理厂二沉池剩余污泥中耗氢菌的抑制效果和对发酵产氢的影响,建立了描述发酵产氢过程及辐照影响的动力学模型.结果表明,γ辐照剂量从0增加至9.5kGy时,污泥溶解率从0增加至4%,上清液中可检测出一定的蛋白质和多糖等物质,其中蛋白质中的氮素占溶出总氮素的90%,表明较低剂量辐照即对污泥菌体造成较明显的破解,这可在一定程度上抑制无法形成芽孢的耗氢菌活性;与之相对应的是污泥发酵产氢能力的明显提升,以葡萄糖为底物(1.0g/L),在35℃和初始pH值为7.0时,当辐射剂量仅为0.5kGy时,累积产氢量即比未辐照时有70%的提升,进一步增加辐照剂量至5kGy,累计产氢量和产氢得率均继续增长且达到最大值,分别为240mL/g葡萄糖和1.93mLH2/mol葡萄糖(发酵液的污泥量达2.0g VSS/L);此后,污泥发酵产氢能力随辐射剂量的增加而降低.修正的Logistic模型能很好地描述本研究中累积产氢量随时间的变化规律,而修正的Han-Levenspiel模型能很好地描述辐照剂量对平均产氢速率的影响.     

热反硝化地芽孢杆菌水解催化剩余污泥提取蛋白质

为实现剩余污泥无害化处理以及资源化利用,采用从高温堆肥基质中筛选出的可产蛋白酶、淀粉酶等胞外酶的嗜热菌—热反硝化地芽孢杆菌对污泥氮源进行提取,分析反应时间、污泥含固率以及嗜热菌粗酶液接种量对蛋白质提取的影响,并确定最佳反应条件.结果表明：水解过程中各因素对蛋白质回收率作用大小为：接种量>时间>含固率,得出最优工艺条件为：pH=7、T=60℃、t=8h、污泥含固率为4%以及嗜热菌接种量为20%,在此条件下污泥蛋白质提取率达到32.05%,氨基酸含量为359.6mg/L,多肽含量为1060.1mg/L,且污泥上清液粒径随着反应的进行逐渐减小.     

污泥厌氧发酵产氢的影响因素

污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 通常采用厌氧发酵处理并获取甲烷气体. 产氢产酸是污泥厌氧消化过程中的一个中间阶段. 本研究考察了原污泥和经碱处理的污泥在不同初始pH(3.0～12.5)条件下的产氢效果, 以及污泥性质和污泥浓度等对产氢效果的影响. 结果表明, 当初始pH为11.0时污泥发酵的产氢率达到最大值.采用原污泥发酵产氢时, 在初始pH为11.0的条件下发酵产氢获得的最大产氢率为8.1 mL/g, 而经碱处理的污泥在同样初始pH的条件下发酵产氢可将其产氢率提高一倍左右, 达到16.9 mL/g. 污泥经碱处理后厌氧发酵4d无甲烷产生, 且可有效地降低氢气消耗的速率. 另外, 污泥的VSS/SS值过低时会大大降低污泥的产氢率, 而污泥浓度对产氢率无明显影响.     

土著PHA合成菌回注法提高活性污泥积累聚羟基脂肪酸酯能力

在活性污泥驯化之初加入少量土著聚羟基脂肪酸酯(PHA)合成菌(0.10～0.25 g/L),通过10 d厌氧-好氧或好氧-沉淀方式进行污泥驯化后,以葡萄糖或乙酸钠为碳源进行PHA发酵.研究了驯化前后土著PHA合成菌回注组和对照组驯化过程中的总菌数,PHA合成菌数的变化,以及对PHA发酵产率的影响.结果表明:在回注组污泥中PHA合成菌的增长速率和增长量均高于对照组,各种污泥积累PHA占挥发性悬浮固体的比例提高了21.44%～43.18%.      

不同热处理时间对污泥厌氧发酵产氢的影响

为寻求适宜的污泥热处理方法富集产氢菌群,利用摇瓶发酵试验,考察了城市污水处理厂活性污泥在65℃下经不同时间的热处理后,其利用葡萄糖发酵产氢的特性。结果表明,在初始葡萄糖浓度为10 gL,接种量为1.6 gL(以MLVSS计),p H为7.0条件下,35℃培养64 h,经65℃热处理15和30 min的种泥发酵系统表现出较好的发酵产氢性能,其氢气转化率分别为1.06和1.09 molmol(以葡萄糖计),比产氢率分别为8.2和8.4 mmolg(以MLVSS计)。不同热处理时间下种泥中的微生物种群存在差异,各发酵体系形成了具有不同产酸发酵产氢功能的顶级群落,其中经15~75 min热处理的种泥发酵体系表现为丁酸型发酵特征;而经90~120 min热处理的种泥发酵体系则呈现混合酸发酵特征。     

Enhancement of thermophilic anaerobic digestion of thickened waste activated sludge by combined microwave and alkaline pretreatment

Pretreatment of thickened waste activated sludge (TWAS) by combined microwave and alkaline pretreatment (MAP) was studied to improve thermophilic anaerobic digestion efficiency. Uniform design was applied to determine the combination of target temperature (110–210°C), microwave holding time (1–51 min), and NaOH dose (0–2.5 g NaOH/g suspended solids (SS)) in terms of their effect on volatile suspended solids (VSS) solubilization. Maximum solubilization ratio (85.1%) of VSS was observed at 210°C with 0.2 g-NaOH/g-SS and 35 min holding time. The effects of 12 different pretreatment methods were investigated in 28 thermophilic batch reactors by monitoring cumulative methane production (CMP). Improvements in methane production in the TWAS were directly related to the microwave and alkaline pretreatment of the sludge. The highest CMP was a 27% improvement over the control. In spite of the increase in soluble chemical oxygen demand concentration and the decrease in dewaterability of digested sludge, a semi-continuous thermophilic reactor fed with pretreated TWAS without neutralization (at 170°C with 1 min holding time and 0.05 g NaOH/g SS) was stable and functioned well, with volatile solid (VS) and total chemical oxygen demand (TCOD) reductions of 28% and 18%, respectively, which were higher than those of the control system. Additionally, methane yields (L@STP/g-CODadded, at standard temperature and pressure (STP) conditions of 0°C and 101.325 kPa) and (L@STP/g VSadded) increased by 17% and 13%, respectively, compared to the control reactor.     

Autoheated thermophilic aerobic sludge digestion and metal bioleaching in a two-stage reactor system

A two-stage process has been developed for stabilization of sludge and removal of heavy metals from the secondary activated sludge with high rate of energy and time conservation.The first stage of the process involves autoheated thermophilic aerobic digestion at 55-60°C inoculated with less-acidophilic thermophilic sulfur-oxidizing microorganisms(ATAD).The results show that it is possible to maintain the autoheated conditions(55-60°C) in the ATAD reactor up to 24 hr,leading to reduction of 21% total solids(TS),27% volatile solids(VS),27% suspended solids(SS) and 33% volatile suspended solids(VSS) from the sludge.The sludge pH also decreased from 7 to 4.6 due to the activity of less-acidophilic thermophilic microorganisms.In the second stage operation,the digested sludge(pH 4.6,TS 31.6 g/L) from stage one was subjected to bioleaching in a continuous stirred tank reactor,operated at mean hydraulic retention times(HRTs) of 12,24 and 36 hr at 30°C.An HRT of 24 hr was found to be sufficient for removal of 70% Cu,70% Mn,75% Ni,and 80% Zn from the sludge.In all,39% VSS,76% Cu,78.2% Mn,79.5% Ni and 84.2% Zn were removed from the sludge in both the stages.     

不同温度下高温好氧消化工艺的溶氧特性

为探索ATAD(自热式高温好氧消化)污泥系统中ρ(DO)及其对污泥稳定化的影响,分别考察了在不同消化温度下不同成分污泥(初沉泥、二沉泥和混合泥)的E_h(氧化还原电位)、污泥溶胞效果和污泥稳定化效果. 结果表明:在消化的24 d中,尽管曝气充足,但消化前期E_h仍处于0 mV以下,并且随着消化时间的延长,E_h逐渐升至0 mV以上,说明ATAD工艺系统并不是全程好氧状态,消化前期处于兼氧或厌氧状态,后期才呈好氧状态. 65 ℃下容易使细胞破裂发生分解,污泥上清液中ρ(SCOD)(SCOD为可溶性化学需氧量)和ρ(TP)维持较高值,至消化结束时,ρ(SCOD)仍高达13 708 mg/L,ρ(TP)为126.4 mg/L,ρ(PO₄3+-P)为106 mg/L. 尽管消化前期E_h较低,但在15 d时VSS去除率仍超过38%,满足US EPA(美国国家环境保护局)A级污泥VSS去除率的标准. 消化初期的兼氧和厌氧状态没有减缓污泥达到稳定化,因此在合适范围内减少曝气量有利于ATAD工艺的工程化应用.      

污泥高温好氧发酵技术在沈阳市污水处理厂污泥处理工程中的应用

对沈阳市污水处理厂污泥处理工程设计进行了介绍,包括污泥量的估算以及污泥处理工艺的确定。将现行污泥处理工艺包括高温好氧发酵、热干化、焚烧等通过经济投资、运行成本、占地、能耗、碳排放量、产品出路、工艺安全、成熟度、空气污染等方面进行方案比选,最终沈阳市污水处理厂污泥处理工程采用高温好氧发酵工艺作为处理工艺。     

Isolation and characterization of a strain with high microbial attachment in aerobic granular sludge

Aerobic granule is a special microbial aggregate associated with biofilm structure. The formation of aerobic granular sludge is primarily depending on its bacterial community and relevant microbiological properties. In this experiment, a strain with high microbial attachment was isolated from aerobic granular sludge, and the detailed characteristics were examined. Its high attachment ability could reach 2.34 (OD_600nm), while other low attachment values were only around 0.06-0.32, which indicated a big variation among the different bacteria. The strain exhibited a very special morphology with many fibric fingers under SEM observation. A distinctive behaviour was to form a spherical particle by themselves, which would be very beneficial for the formation and development of granular sludge. The EPS measurement showed that its PN content was higher than low attachment bacteria, and 3D-EEM confirmed that there were some different components. Based on the 16S rRNA analysis, it was identified to mostly belong to Stenotrophomonas. Its augmentation to particle sludge cultivation demonstrated that the strain could significantly promote the formation of aerobic granule. Conclusively, it was strongly suggested that it might be used as a good and potential model strain or chassis organism for the aerobic granular sludge formation and development.     

一株溶藻细菌的分离鉴定及其溶藻特性

从对藻类及藻毒素有良好去除作用的海绵固定化微生物系统中分离到一株溶藻细菌P0 7,对该菌溶解铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)、栅藻(Scenedesmus)及小球藻(Chlorella)的效果、溶藻方式进行了研究,利用16SrDNA序列分析对其进行了鉴定.结果表明,该菌株不但对铜绿微囊藻具有良好的溶解效果,而且对淡水中常见的栅藻及小球藻也具有良好的去除作用.初始菌浓度越大,溶藻效果越明显,达到最佳溶藻效果的时间越短.当菌浓度为2 . 4×10 7个·mL- 1 时,3d后铜绿微囊藻的去除率可达到81 .67% .该菌溶藻无需菌体与藻细胞直接接触,是通过分泌某种非蛋白质类物质溶藻.该菌革兰氏染色呈阳性,可运动;不能利用大多数常见碳源.16SrDNA序列分析表明,P0 7菌株与多株芽孢杆菌的16SrDNA核苷酸序列的同源性均在99. 7%以上,归属于芽孢杆菌属.     

高温好氧消化污泥对生物除磷的强化作用初探

由于高温好氧消化(TAD)后的污泥中常含有一定浓度的挥发性脂肪酸(VFA),为考察其对生物除磷系统的影响,通过将TAD污泥上清液与乙酸钠进行磷去除作用的对比试验。表明在厌氧条件下,加入TAD污泥的上清液,会使大量的P释放,磷释放规律及其释放速度均与乙酸钠造成的磷释放相当,因此,可以考虑将高温好氧消化污泥或上清液回流作为一种补充碳源,以强化生物除磷系统的除磷效果。但实际应用中,还要考虑到VFA降解以及回流污泥中的氮磷负荷,而且长期回流还需要进一步的试验验证。     

高温菌的生理生化及其16S rDNA序列分析

利用高温菌耐热嗜热的特性和有机物好氧分解的基本原理,从厨余垃圾处理系统中分离筛选到6株在65℃能产生淀粉酶、脂肪酶、蛋白质酶及纤维素酶的高温高效菌种,并对其生理生化和16S rDNA进行了分析。结果表明:筛选出的6株高温菌,经鉴定都有芽孢,并具有兼氧性;对其进行16S rDNA区段序列测定显示,6株高温菌属于Geobacillus thermog lucosidasius菌种中的不同亚种;分离筛选出的高温菌经过2h的迟缓期后很快进入对数生长期,且持续时间较长,生长速度尤以HB6最快;6株高温菌株全部具有淀粉、纤维素、蛋白质降解活性,5株有脂肪降解活性。可见高温菌具有更高的有机物降解活性和更快的代谢速率,可提高有机物质的降解速率,缩短工艺运行时间,有利于工业化生产,在厨余资源化利用上具有广泛的应用前景。     

耐盐好氧反硝化菌筛选及其反硝化特性的研究

为了筛选耐盐好氧反硝化菌,对活性污泥进行耐盐与好氧反硝化驯化后,分离得到具有很强反硝化能力的菌株GQ-42,经菌落形态特征观察、生理生化测定及16S rDNA测序及同源性比较等过程,鉴定为蜡状芽孢杆菌.通过对菌株GQ-42进行反硝化特性的研究,确定适宜的反硝化条件为:碳氮比≥6,温度26～38℃,pH6.0～9.0,溶...