NZVI对低有机质污泥厌氧消化系统及微生物群落的影响

采用投加不同剂量纳米零价铁（NZVI）（0,0.1,0.3,0.5 g/g VS）的低有机质污泥进行半连续中温厌氧消化试验,研究了反应器在不同NZVI投加量下的产甲烷特性及微生物群落变化。研究表明:NZVI的投加前期对产甲烷具有促进作用,随着反应器中NZVI累积逐渐对产甲烷产生抑制,且投加量越高抑制效果产生越早,抑制作用也越强。投加NZVI反应器未造成酸化或氨抑制,厌氧消化系统稳定性较好,系统上清液中磷酸盐去除率最高达到97.78%。NZVI的投加可以促进Firmicutes、Proteobacteria等水解产酸菌和Methanosarcina等多数氢营养型产甲烷菌的生长,而对严格的乙酸型产甲烷菌Methanosaeta生长有一定抑制作用。     

上向流厌氧滤池(UAF)处理城市生活污水的运行效能

采用上向流厌氧滤池(UAF)处理实际生活污水,研究中温条件下水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对系统运行效果及优势产甲烷菌群的影响.结果表明,在35℃,HRT为24 h条件下,系统启动28 d后化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率可达75%以上. HRT由24 h降至2. 5 h的过程中,COD去除率呈现先上升后下降的趋势,在HRT为5h时最高,平均去除率为81. 71%,最高可达87. 18%,当降至2. 5 h后,COD去除率降至75. 12%.甲烷产率(每消耗单位质量底物产生的甲烷的量,以CH4/CODre计)及甲烷体积分数随HRT的降低而增高,HRT为2. 5h时为0. 30 L·g-1,甲烷体积分数维持在73%左右,经能耗核算后可得系统产能可满足蠕动泵能耗需求.对系统内主要的产甲烷菌进行定量分析表明,乙酸营养型产甲烷菌Methanosarcinales丰度最高,为优势菌群,随着HRT的逐渐降低,乙酸营养型和氢营养型产甲烷菌的丰度都有大幅度提高.     

ABR启动期运行效能及互营产甲烷菌群的分布特征

为探讨厌氧折流板反应器（ABR）启动期运行效能和互营产甲烷菌群的空间分布特征,考察了ABR反应器处理制糖废水启动期的运行特征,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术分析了互营产甲烷菌群在ABR各格室的分布规律.结果表明,在污泥驯化阶段,ABR的COD去除率为61.5%,出水挥发酸总量高达1808mg/L.经过2个阶段的调控运行后,ABR出水挥发酸明显降低,甲烷含量增加至55%以上,COD去除率达到了94.8%.而且ABR第2~4格室形成了沉降性能良好的颗粒污泥.PCR-DGGE检测结果表明,该ABR系统中的主要产氢产乙酸菌为Syntrophobacter和Pelotomaculum,主要分布在ABR系统第3,4格室.ABR第1,2格室的产甲烷菌主要为耐酸的氢营养型产甲烷菌（Methanoregula和Methanosphaerula）,而乙酸营养型产甲烷菌（Methanosaeta和Methanothrix）主要分布在第3,4格室.ABR系统中产甲烷菌的多样性要明显高于产氢产乙酸菌,说明当系统受到冲击时,产氢产乙酸作用比产甲烷作用更易成为限速步骤.     

污泥超高温(65℃)厌氧消化系统启动方案

以高温(55℃)厌氧消化反应器的污泥为接种泥,以不同比例的牛粪和脱水污泥为基质,通过产甲烷潜力测试实验,对污泥超高温(65℃)厌氧消化系统的启动策略进行了初步的探讨.实验结果表明:污泥超高温(65℃)厌氧消化系统具有其可行性;65℃条件下,由于水解酸化过程加快,易发生VFAs(尤其是乙酸和丙酸)的累积.同时,与中温(37℃)和高温(55℃)污泥厌氧消化系统相比,超高温(65℃)系统的产气量虽然较低,但所产沼气中CH4含量明显升高,可以达到79.0%.对系统细菌和古菌进行的多样性分析结果表明:超高温(65℃)条件下,反应器中的细菌以Coprothermobacter、Caldicoprobacter、Ruminiclostridium等极端嗜热的蛋白质水解菌和木质纤维素水解菌为主,不同反应器之间细菌种群多样性的差异是由所投加物料的不同造成的;所有反应器的古菌中,嗜热的氢营养型产甲烷菌Methanothermabactor成为绝对优势菌群,占古菌的比例均超过96%.在超高温反应器(65℃)的启动初期,可适当提高投加基质中牛粪的比例,加快对嗜热产甲烷菌(氢利用型产甲烷菌)的富集,同时避免系统中的VFAs的积累,保证反应器顺利启动.     

乙酸驯化对厌氧污泥微生物群落结构及发酵特性的影响

采用乙酸对厌氧污泥进行逐步驯化,以富集乙酸营养型产甲烷菌群,解决厌氧发酵过程中的酸抑制问题.对驯化前后污泥中的微生物群落结构及其在高酸浓度和低p H值条件下的发酵特性进行了研究.结果表明:驯化后污泥中乙酸营养型产甲烷菌中的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)得到了明显富集,其相对丰度由原始的4.2%提高到58.1%,成为耐酸污泥中的主导优势古菌群;氢营养型产甲烷菌属的丰度则都有不同程度的下降.污泥中产甲烷菌群由氢营养型为主导转为乙酸营养型和氢营养型共同主导.驯化前后污泥中细菌的优势菌门均为主要降解纤维素和半纤维素的厚壁菌门(Firmicutes)和降解蛋白质的拟杆菌门(Bacteroidetes),其中驯化后Firmicutes的丰度由48.8%提高到61.7%,而Bacteroidetes的丰度则由30.1%降低至16.9%.驯化后的污泥对高VFA浓度和低pH值的耐受性均有较大程度的提高,其在VFA浓度为7500 mg·L~(-1)及pH 6.0条件下仍可以快速产气.     

UASB启动运行特征及互营丙酸氧化菌定量分析

为揭示升流式厌氧污泥床（UASB）反应器启动运行效能与互营丙酸降解菌群数量之间的关系,以稀释的玉米淀粉生产废水为底物,考察了UASB启动期的运行特征,并采用实时荧光定量PCR技术（qPCR）分析了互营丙酸降解菌群（丙酸氧化菌和产甲烷菌）的演替规律.结果表明,在进水COD 2000mg/L和水力停留时间（HRT）24h条件下,经过38d的连续运行,COD去除率达到了91.9%.当HRT分阶段缩短至8h时,比产甲烷速率达到了315LCH₄/（kg COD·d）,且形成了沉降性能良好的颗粒污泥.qPCR检测结果表明,至少有5种已鉴定的丙酸氧化菌存在于UASB反应器中.Pelotomaculum propionicum为接种污泥中的主要丙酸氧化菌,约占检测到丙酸氧化菌总数的45.7%.它的数量随着HRT缩短不断减少.而Syntrophobacter sulfatireducens和S.wolinii的数量随着HRT缩短不断增加,并在启动完成时达到最大值,分别为1.3×10³,5.5×10³个16S rRNA基因拷贝数/ng DNA,演替成为成熟颗粒污泥中的优势丙酸氧化菌群.Methanobacterium和Methanosarcina为接种污泥中的主要氢营养型产甲烷菌和乙酸营养型产甲烷菌,其数量随着HRT的缩短而逐渐减少,而Methanospirillum和Methanosaeta的数量随HRT的缩短逐渐增加,成为成熟颗粒污泥中的优势产甲烷菌群.     

海洋油气田沉积物产甲烷活性及微生物生态

海洋产甲烷古菌是与海洋中甲烷的产生、释放及天然气水合物的形成等密切相关的微生物类群.以产甲烷菌可能利用的底物为碳源,评价了海洋油气田沉积物的产甲烷活性.结果表明,海洋油气田沉积物对于H2/CO2、甲醇、一甲胺、三甲胺,在25℃和37℃两种温度条件下都具有较高的产甲烷活性,少数样品只在37℃对乙酸有产甲烷活性,说明在海洋油气田环境下,主要有氢营养型及甲基营养型发酵途径产生天然气甲烷.利用厌氧培养法对产甲烷菌进行了多样性解析,16S rRNA基因测序显示,优势产甲烷菌主要属于Methanosarcinales目的 Methanosarcinaceae科及Methanomicrobiales目的 Methanomicrobiaceae科,其中Methanococcoides、Methanogenium和Methanosarcina为油气田沉积物的主要菌属.     

渗滤液回灌对厌氧生物反应器产甲烷影响的研究

在不同温度下,通过对3个已进入产甲烷期的厌氧型生物反应器实施不同的回灌操作,并对渗滤液的pH值、TDS、COD、氨氮浓度和产气量的监测数据进行对比分析表明:在温度较高时,高回灌频率1d/次有利于促进产甲烷速率的提高;在温度较低时,适当的低回灌频率5d/次更加有利。同时保持较高的温度(35℃左右)也有利于提高厌氧型生物反应器的产甲烷速率,其中在恒温下的D2柱的平均产甲烷速率高达2314mL/d,而在室温下的D1柱仅为D2柱的40%。     

焦化废水厌氧生物降解影响因素的识别

基于一系列焦化废水处理实地工程考察而尚未发现高浓度焦化废水厌氧产甲烷成功案例的实际问题,以广东韶钢焦化废水工程中COD为(4100±200)mg·L~(-1)的原水为研究对象,通过检测COD、TOC和苯酚等关键水质指标浓度变化及气体产量,以浓度梯度稀释的方法考察影响焦化废水厌氧降解的因素及其浓度阈值,主要涉及硫氰化物、苯酚、硫化物和氰化物,同时分析碳源结构改变所带来的厌氧降解特性的变异.结果发现:在pH为(7.0±0.5)、温度为(35.0±0.5)℃的条件下,当焦化废水COD被稀释至1500~1800 mg·L~(-1),接种活性污泥,能够检测到厌氧产甲烷的现象;在COD稀释至1800 mg·L~(-1)左右的焦化废水中分别投加不同浓度的硫氰化物、苯酚、硫化物和氰化物时,发现其单抑制浓度分别处在500~1500、1100~1250、200~250和30~40 mg·L~(-1);向未解除抑制的焦化废水(COD为2100 mg·L~(-1))中投加等COD浓度的乙酸钠、葡萄糖和甲醇3种常用的工业碳源改变原有的碳源结构时,发现乙酸型产甲烷菌的活性被抑制,而氢营养型产甲烷菌的活性并没受到明显抑制.上述研究结果说明,高浓度焦化废水难以厌氧降解,抑制因素的解除可以使厌氧菌激活,其中,氢营养型产甲烷菌较乙酸型产甲烷菌能够耐受更高的毒性物质浓度阈值.     

寒旱地区填埋场调蓄池新鲜渗滤液稳定化影响因素

为探索寒旱地区填埋场渗滤液实现生物稳定化的简便方法,本试验选择3种代表不同填埋龄期水质特征的渗滤液,在模拟调蓄池的厌氧环境中,按照4因素、3水平的正交规则,试验评估了渗滤液浓度(3.8,15.4,64.0g-COD/L)、污泥接种量(1,2,4g-VS/L)、搅拌频率(0,2,4次/h)、温度(10、20、30℃)4个因素对填埋场渗滤液生物稳定的影响.结果表明,渗滤液浓度和温度是影响稳定的主要因素.浓度最低(3.8g-COD/L)、温度最高(30℃)工况稳定时间最短(58d);浓度最高(64.0g-COD/L)工况仅在30℃下能在试验期(208d)内达到稳定.各试验组微生物群落结构分析表明,中低浓度(3.8和15.4g-COD/L)渗滤液各试验组古菌和细菌的群落结构基本相似,厌氧产甲烷代谢以Methanosaeta专营的乙酸营养型产甲烷途径为主;而高浓度(64.0g-COD/L)、30℃组达到稳定过程中,古菌和细菌群落发生明显演化,氢营养型产甲烷菌Methanofolli和Methanoculleus逐步富集且互营乙酸氧化菌属丰富的Firmicutes菌门的丰度增至80%以上,厌氧产甲...     

OLR对ABR沿程格室甲烷发酵特征的影响

为高效处理玉米淀粉生产废水,启动并持续运行了一个四格室厌氧折流板反应器（ABR）,通过分阶段提升进水COD的方法,探讨了有机负荷率（OLR）对ABR运行效能的影响,并采用间歇培养方式考察了OLR对沿程格室中不同营养类型产甲烷菌群活性的影响.结果表明,在OLR分阶段从2.7提高到8.0 kg·m^-3·d^-1的过程中,ABR前两个格室（C1和C2）始终呈现出典型的产酸发酵特征,其污泥的有机挥发酸（VFAs）比产率为0.54~0.76 kg·kg^-1·d^-1（以每天每千克MLVSS产出的1千克有机挥发酸计,下同）,而后两个格室（C3和C4）则表现出典型的产甲烷特征,其污泥的比产甲烷速率达98 L·kg^-1·d^-1（以每天每千克MLVSS产出的1升甲烷计,下同）以上.活性污泥产甲烷活性测试结果表明,当OLR为2.7~8.0 kg·m^-3·d^-1时,C3中的氢营养型产甲烷菌群保持了较高的产甲烷活性,其最大甲烷产量（P_max）和最大比产甲烷速率分别达到了20.4 mL和16.5 mL·g^-1·h^-1（以每小时每克MLVSS产出的1毫升甲烷计,下同）以上.乙酸营养型产甲烷菌群的累计甲烷产量由大到小依次为：C3 > C4 > C1 > C2.经过144 h的培养后,C3中乙酸营养型产甲烷菌群的累计甲烷产量为15.1~15.2 mL,最大比产甲烷速率为10.0~10.8 mL·g^-1·h^-1.     

温度对FBAR反应器的运行特性及古菌微生物群落影响

为探讨固定床厌氧反应器（FBAR）在不同温度下的运行特性及微生物群落变化,比较了高温（50℃）、中温（35℃）、低温（4℃）3个温度阶段反应器产甲烷特性及古菌群落变化.结果表明;绝对产气量由大至小依次为高（50℃）、中（35℃）、低温（4℃）,单位负荷产气量依次为中温（2.84L/OLR）,低温（2.5L/OLR）,高温（1.8L/OLR）;甲烷含量依次为低温（74.5%）、中温（63.5%）,高温（57.3%）,不同温度阶段对挥发性有机酸含量变化有一定的影响.克隆文库分析表明：不同温度条件下固定床厌氧反应器内部微生物群落的丰富性存在很大的差异.定量PCR分析表明：甲烷鬃毛菌是中温和高温反应器内的优势菌,低温4℃炭纤维载体和污泥中的优势菌都是甲烷微菌.从能耗、经济效益角度分析低温条件更适合沼气发酵,而主要是以嗜氢产甲烷菌代谢途径为主.     

氨三乙酸促进厌氧消化产甲烷的动力学研究

以乙酸钠为碳源,考察了金属离子螯合剂氨三乙酸(NTA)对厌氧发酵产甲烷过程的影响.结果表明,NTA对厌氧消化具有明显的促进作用,在乙酸钠浓度为6,7,10,12g/L,消化温度为35 ℃的条件下,10μmol/L NTA的添加,分别使甲烷产量提高了30.0%,45.2%,64.3%和95.9%.此时, NTA促进厌氧消化反应的动力学常数V max和半饱和常数Ks分别由84.8mLCH4/(gSS×d)和2.95gNaAc/L提高到147. 1mLCH4/(gSS×d)和7.57g NaAc/L.螯合剂NTA的添加,使微量元素的生物可利用性得到增强,产甲烷菌对乙酸盐的利用率相应提高.     

高钙废水颗粒污泥中古菌菌群结构变化的分析

为了解高浓度Ca~(2+)与颗粒污泥中古菌菌群结构的关系,利用高通量测序分析IC(Internal Circulation)反应器(以废纸造纸废水为处理对象)内不同高度处颗粒污泥中古菌菌群组成,并利用SEM(Scanning Electron Microscope)和EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)分析颗粒污泥的形态结构和元素组成,同时借助红外光谱和XRD(X-ray diffraction)分析不同高度处颗粒污泥化学结构中各官能团的分布情况和无机成分.结果表明,随着反应器高度的增加,颗粒污泥中的无机成分CaCO_3也随着增加,而种泥中钙含量只有1.81%.种泥和ICR反应器内的颗粒污泥中古菌在门分类水平上主要包括Euryarchaeota和Bathyarchaeota,两者之和占90%以上.在属分类水平上,主要包括Methanosaeta、Methanoregula、Methanobacterium、Methanosarcina、Methanolinea、Methanospirillum等.种泥中古菌的物种多样性要明显高于IC反应器中,在IC反应器中不同高度处古菌生物多样性由高到低的顺序是5 m2 m7 m,5 m处的古菌物种更加丰富.随着反应器高度的增加,乙酸营养型甲烷菌的相对丰度呈现递增趋势,氢营养型甲烷菌则呈现递减趋势,而种泥中氢营养型甲烷菌相对丰度较大.这表明颗粒污泥在高钙废水的长期作用下,氢营养型甲烷菌的相对丰度减少,乙酸营养型甲烷菌的相对丰度增多,系统中古菌物种的相对丰度和多样性有所下降.CaCO_3沉淀使颗粒污泥的产甲烷活性降低,主要表现为其对氢营养型甲烷菌具有较大的抑制作用.     

好氧活性污泥中的产甲烷菌

通过最可能数(MPN)计数试验,发现在四种好氧活性污泥中存在产甲烷菌,数量在10~3—10~9/gVSS,其中有利用H_2/CO_2的氢营养型产甲烷菌和既能利用乙酸盐、又能利用H_2/CO_2的混合营养型产甲烷菌,可能还有利用乙酸盐的乙酸盐营养型产甲烷菌。活性污泥中存在产甲烷菌可能与污泥絮体内存在厌氧核心和某些产甲烷菌的耐氧性有关。     

qPCR揭示丙酸降解菌群随OLR提高的演替规律

为探讨有机负荷率（OLR）对升流式厌氧污泥床（UASB）反应器运行效能的影响及互营丙酸降解菌群的响应,以稀释的制糖废水为底物,考察了OLR升高对UASB处理效能的影响,并采用实时荧光定量PCR技术（qPCR）分析了互营丙酸降解菌群随OLR提高的演替规律.结果表明,在OLR为6.0~54.0kgCOD/（m³·d）的范围内,UASB处理制糖废水取得了良好的效果,其COD去除率为92.0%以上.qPCR检测结果表明,至少有3种已鉴定的丙酸氧化菌（Pelotomaculum schinkii,P.propionicum和Syntrophobacter sulfatireducens）存在于UASB反应器中.其中,S.sulfatireducens是主要的丙酸氧化菌,其数量为126~1.2×10³ 16S rRNA基因拷贝数/ng DNA,约占检测到丙酸氧化菌总数的47.9%~58.6%.OLR从6.0提高至54.0kgCOD/（m³·d）导致所有丙酸氧化菌数量显著减少.Methanospirillum hungatei和Methanosaeta concilii是该UASB系统中的主要氢营养型产甲烷菌和乙酸营养型产甲烷菌.与丙酸氧化菌的变化趋势相反,这两种产甲烷菌的数量均随OLR的提高而显著增加,并在OLR54.0kgCOD/（m³·d）条件下达到最大值.     

DC反应器处理中药废水过程中出水的光谱分析

采用三维荧光(EEM)与傅立叶红外(FTIR)光谱技术,对不同运行条件下,新型双循环(DC)厌氧反应器处理中药废水的出水情况进行了分析,以期为厌氧反应器的有效监控提供新思路.结果表明,在HRT为24h时,COD去除率为94%左右,平均产气率达到0.37m3CH4/kgCOD,出水的EEM光谱中,Ex/Em=420/470nm处出现了明显的辅酶F420吸收峰;而HRT减少为12h后,虽然COD去除率仍达到90%左右,但出水EEM光谱中,辅酶F420的吸收峰有所降低,并出现了类富里酸的吸收峰,表明不宜再继续减少HRT.当温度由30oC降低为20oC时,温度的变化影响了厌氧污泥的性状,使得出水的FTIR光谱中3400cm-1处的吸收峰由原来的钝峰变为尖峰.而在进水中添加大黄酸后,造成了反应器内有机酸的累积,产甲烷菌活性受到严重影响,出水的EEM光谱中,腐殖酸与类富里酸的吸收峰显著增强.