三维荧光光谱结合化学分析评价胞外多聚物的提取方法

采用高速离心法、EDTA法、阳离子交换树脂法(CER)、甲醛法和甲醛 NaOH法提取普通活性污泥和好氧颗粒污泥的胞外多聚物(EPS),结合三维荧光光谱对五种方法进行评价,并对EPS中的成分进行分析.结果表明,5个EPS的三维荧光光谱峰值中,2个是类蛋白峰,2个是类富里酸峰,1个是类腐殖酸峰.匀浆对好氧颗粒污泥EPS的提取必不可少.甲醛严重干扰核酸的化学测定.透析前后的EPS提取液均应作为分析对象.单纯高速离心法无法有效提取EPS.CER法不容易造成细胞破壁,是一种比较有效的方法.虽然甲醛 NaOH法对EPS的提取量最大,但对细胞的破壁程度也最大.EDTA会导致溶胞,并严重污染EPS.甲醛 NaOH法和EDTA法都会严重干扰胞外蛋白的三维荧光光谱分析.     

处理垃圾渗滤液好氧颗粒污泥的培养及其脱氮特性

以垃圾渗滤液为试验用水,通过不断增加氨氮负荷(初始氨氮质量浓度从100 mg/L逐渐增加到180 mg/L)、并且适当投加外碳源的策略,在20 d内形成了好氧颗粒污泥,粒径为0.17 ～ 0.20 mm,到第109 d,好氧颗粒污泥粒径达到0.65 ～ 2.10 mm.在培养过程中由于氨氮质量浓度较高,水中游离氨(Free Ammonia,FA)抑制了亚硝酸氧化细菌(Nitrite-Oxidizing Bacteria,NOB)的活性,形成了短程硝化,并在第20～50d、第89～ 109 d发生了同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification,SN D),其中第89～109 d较为明显,在反应器内部C/N比为3.1～3.9情况下,总氮去除率稳定在70％左右.SEM显示好氧颗粒污泥存在大量孔隙,有利于底物输送.对培养过程中第1d、34 d、54 d、79 d、109 d的荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization,FISH)结果进行统计分析,发现氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)分别占总菌量的2.37％、5.54％、7.26％、16.32％、22.33％.冰冻切片FISH结果表明,AOB主要聚集在好氧颗粒污泥的最外层,有利于AOB利用并消耗液相主体中的溶解氧,同时在好氧颗粒污泥内部形成缺氧区,有利于内部实现反硝化.好氧颗粒污泥的粒径越大,内部缺氧区越大,越有利于实现SND.通过对胞外聚合物(Extracellular Polymer Substances,EPS)染色,发现好氧颗粒内部β-D-吡喃葡萄糖的空间分布为外层较多,并随着颗粒孔隙向内延伸,在次外层与内层不均匀分布,这很好地解释了好氧颗粒污泥反应器在好氧的运行方式下,发生SND的途径及碳源的可能来源.研究表明,利用好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液具有较高的氨氮去除率(97％以上),好氧颗粒污泥的形态及结构有利于AOB的富集,同时在其内部储存了碳源,有利于SND的发生.     

不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥的分形表征

为了表征不同碳源培养的好氧颗粒污泥的密实以及规则程度,试验利用不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥SEM照片,采用Photoshop、Fips2对图形进行处理并且对图像进行分形计盒维数的计算.其中,1号(葡萄糖膨胀颗粒)好氧颗粒的计盒维数最低,达到1.794±0.011,3号(蛋白胨颗粒)与5号(生活污水颗粒)的分形维数较高,达到了1.866±0.018和1.880±0.015,较为致密.不同碳源培养的好氧颗粒污泥的边界计盒维数主要分布在1.14左右,其中6号(啤酒颗粒)的形状较为规则,计盒维数达到1.115±0.003,7号(垃圾渗滤液颗粒)污泥的形状最不规则.结果表明,利用二维分形维数能够较好地表征、区分不同好氧颗粒污泥的密实程度、规则程度,并且能够表征好氧颗粒污泥的状态,如膨胀等.分形表征一定程度上弥补其他现有表征好氧颗粒污泥的理化特性方法的缺陷,为研究好氧颗粒污泥的组成、结构及物化特征的关系提供重要依据.     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥形成与反应机制的研究

处理实际生活污水添加不同碳源的A(丙酸钠+乙酸钠)、B(葡萄糖)2个单级SBR中的好氧颗粒污泥(aerobic granularsludge,AGS)均能在常温(18～27℃)和低温(9～13℃)条件下稳定维持同步脱氮除磷的去除效果,利用荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)、多重荧光染色技术以及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)技术对2个反应器中好氧颗粒污泥的菌群、细菌凋亡和胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)的分布以及颗粒污泥的微观形态等进行了研究.FISH结果表明,2个反应器的AGS中,氨氧化菌均位于AGS的最外层,约占总菌的12%,聚磷菌则均位于颗粒的内层,约占总菌的40%,2种颗粒对氮、磷的去除机制没有明显区别,受碳源影响较小.硝化是限速步骤,好氧条件下颗粒内部反硝化除磷的存在加速了吸磷的进行.细菌凋亡荧光染色结果表明,A、B中AGS的活细菌多位于外层,而死细菌均匀分布.EPS多重荧光染色结果表明,2种AGS中的蛋白质和脂类均分布均匀,不受碳源的影响,但蛋白质数量较多,脂类较少;而多糖(α吡喃葡萄糖、α甘露糖和β-D-吡喃葡萄糖)在不同反应器的AGS中呈现出不同的分布规律,表明其分布及含量与外加碳源有着密切的关系,多糖与AGS的形成、稳定维持具有直接的联系.SEM显示B中球菌较多,而A中以杆菌为主,该结果表明不同的碳源会对好氧颗粒污泥的菌种产生影响,并且与最终的去除效果相关,以丙酸钠+乙酸钠为外加碳源更容易维持稳定的同步脱氮除磷去除效果.     

好氧颗粒污泥对水溶液中酸性淡黄2G的生物吸附

利用好氧颗粒污泥对酸性淡黄2G溶液进行吸附脱色研究,考察了pH值、吸附剂用量、初始酸性淡黄2G的浓度、温度以及NaCl浓度对吸附过程的影响.实验结果表明,吸附过程对溶液pH值具有很高的依赖性,其最佳pH值为2.0.Temkin等温线在整个实验染料浓度范围内能够很好地描述吸附过程.吸附动力学符合准二级动力学模型.内部扩散和边界层扩散都可能影响生物吸附速率.热力学分析表明,吸附过程是一个自发的放热过程.采用FTIR分析的结果进一步揭示了颗粒污泥上官能团(如胺基、羧基和羟基等)可能是染料生物吸附的活跃结合位点.这些结果表明,好氧颗粒污泥可以作为吸附剂以去除水中的酸性淡黄2G。     

好氧颗粒污泥同时脱氮除磷实时控制的研究

为实现以厌氧/好氧方式处理生活污水常低温同时脱氮除磷好氧颗粒污泥(AGS)工艺的实时控制,研究了冬季低温条件下磷负荷变化对系统同时脱氮除磷的影响及DO、pH值和ORP的变化规律;并通过静态实验研究了同时脱氮除磷AGS中聚磷菌(PAO)的组成.结果表明,DO、pH值和ORP的特征点对应反硝化结束、厌氧放磷结束、吸磷结束以及硝化结束等阶段,可以作为AGS同时脱氮除磷的实时控制参数.同时脱氮除磷AGS中,以氧作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的14.19%;以氧和NO3--N作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的74.32%;以氧、NO3--N和NO2--N作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的11.47%.在好氧条件下AGS可以实现同时硝化、反硝化、好氧吸磷和反硝化吸磷.     

响应曲面法优化油茶饼对活性红15的生物吸附特征及机理

基于“以废治废”的理念,以农林业废弃物——油茶饼为原料制备生物吸附剂,吸附去除废水中的RR15(C.I. Reactive Red 15,活性红15)染料,并采用响应曲面法中的Box-Behnken设计对油茶饼生物吸附剂吸附RR15的条件进行优化. 结果表明:pH对油茶饼生物吸附剂吸附RR15的吸附容量和去除率均有显著影响(P<0.000 1);当pH为1.0、初始ρ(RR15)为300 mg/L、吸附温度为20 ℃时,油茶饼生物吸附剂对RR15的吸附效果最佳. 相比于Langmuir和Freundlich吸附等温线模型,Temkin吸附等温线模型可以更好地描述油茶饼生物吸附剂对RR15的吸附平衡数据. 吸附温度为20 ℃时,由Langmuir吸附等温线模型计算得到的Q0(吸附剂的单层饱和吸附量)为74.63 mg/g. 动力学分析显示,油茶饼生物吸附剂对RR15的吸附过程符合准二级动力学模型(R2>0.999 7),支持了限速步骤是化学吸附的理论;内部扩散和边界层扩散都可能影响吸附速率. 热力学分析表明,该吸附过程是一个自发的放热过程. FTIR(fourier transform infrared spectroscopy,傅里叶变换红外光谱)分析发现,油茶饼生物吸附剂上羟基、胺基等官能团可能是RR15染料的主要结合位点. 研究显示,油茶饼生物吸附剂是一种具有潜力的绿色吸附剂,可以有效去除废水中的RR15染料.      

污水生物处理模糊控制的研发现状

20世纪80年代以来,国内外污水生物处理系统中模糊控制的应用及开发进行了简单的回顾。简要分析了废水生物处理工艺难于控制的原因,模糊控制系统的结构和特点。结果表明国外模糊控制发展迅速并且应用领域遍及污水生物处理的各个方面,国内在这方面尚处在起步阶段。简要探讨了废水生物处理模糊控制今后应深入研究的问题及方向。     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥培养过程微生物群落变化

本实验利用生活污水培养具有同步脱氮除磷(simultaneous nitrogen and phosphorus removal,SNPR)功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS).采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序对AGS培养过程中细菌群落变化进行了研究,以期揭示污泥好氧颗粒化成因.采用实时荧光定量PCR对AGS培养过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms,PAOs)的丰度变化进行了研究.结果表明:历时100 d培养出的AGS质地紧实,具有良好的SNPR效果.AGS胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中多糖含量在培养过程中增加明显,而蛋白质含量保持稳定.AGS培养过程中,AOB的丰度略微下降,AOA的丰度明显下降,NOB的丰度无明显变化,而PAOs的丰度在AGS培养初期明显增加.在AGS培养过程中,细菌群落多样性呈现出先升高后降低的趋势,且细菌群落组成发生了明显的变化.持久型OTUs占样品总序列数的92.70%,其中变形菌门(Proteobacteria,31.07%~53.67%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,6.70%~16.50%)和绿弯菌门(Chloroflexi,7.84%~13.36%)是AGS培养过程中的细菌优势门.Candidatus competibacter属在AGS培养过程中大量富集(由种泥中的0.11%增加到35.33%),其可能会分泌胞外多糖,形成黏性EPS,促进絮状污泥团聚成为AGS.     

SBR法反硝化过程模糊控制器的设计和碳源投加方式的选择

在大量试验的基础上构建了SBR法反硝化过程的模糊控制器，并进行了3种碳源投加方式的实时控制试验。结果表明，按较小的速率连续投加碳源是最佳投加方式，它不仅可以满足反硝化速率上的要求，还可以尽量地减少再曝气时间，以pH和ORP作为SBR法反硝化时间和碳源投加的在线模糊控制参数是可行的和可靠的。