不同预处理方式对剩余污泥中活菌菌群及ARGs的影响

剩余污泥作为抗生素抗性基因（ARGs）的储库,对其进行预处理有助于后续厌氧消化（AD）,同时控制ARGs进入AD后的传播风险.本文采用叠氮碘化丙锭（PMA）处理手段,来研究不同预处理方式对活菌菌群及携带ARGs的影响.研究结果显示,热碱、热水解和微波预处理对污泥ARGs去除效果较优,分别为3.32log、3.13log和2.95log;超声波预处理对活菌ARGs仅去除0.58log.在热水解预处理时间延长过程中,菌群大量死亡出现在1~2h间,4h后去除率达2.42log.变形菌门是污泥中最主要的优势菌门,厚壁菌门、绿弯菌门在微波、热水解预处理后实现较大提升.相关性结果显示,sulI与tetC高度相似,且同时与多个科属的微生物成显著正相关,推测其宿主范围较广,且sulI与tetC在预处理中较好的去除率说明其宿主菌对预处理耐受性差;ermB、tetA与占比较高的菌群没有正相关.多数ARGs携带菌对热水解、热碱和微波不耐受,污泥预处理能够降低ARGs丰度,适当延长低温热水解预处理时间,才能有效削减污泥中的ARGs.     

红薯渣和城市污泥混合发酵产酸强化污水脱氮除磷

投加红薯渣促进城市污泥厌氧发酵产酸量,并将所得有机酸应用到污水处理外加碳源,强化污水脱氮除磷效果。实验结果表明,红薯渣和城市污泥混合发酵产酸比单一污泥发酵效果更好,有机酸产量可提高3倍左右,且做补充碳源时品质好,发酵液中COD∶TN∶TP约为160∶1∶1.6。将混合发酵所得有机酸应用到污水脱氮除磷外加碳源,结果表明,混合发酵所得有机酸优于污泥热碱预处理碳源和乙酸钠,污水处理出水中平均COD、TN和TP分别为(32.1±1.45)、(4.8±0.52)和(0.7±0.18)mg/L,TN和TP去除率分别达到(87.2±1.20)%和(90.0±0.18)%。因此,红薯渣的投加,可以大大提高城市污泥发酵产酸效果,优化发酵液碳源的品质。     

丝状真菌Talaromyces flavus S1在污泥中的成球特性及改善脱水性能的研究

从市政污泥中分离出一株丝状真菌Talaromyces flavus S1,分析了该株菌分别在纯培养和污泥环境中的成球特性及对污泥脱水性能的影响.研究结果表明:Talaromyces flavus S1在马铃薯葡萄糖培养液中培养时,在转速150 r·min-1及pH值为3.0~6.5的酸性环境下更容易形成大量的菌丝球.将真菌孢子接种至原始污泥中无法形成明显的污泥颗粒,而将其接种至灭菌污泥中培养,当pH值为6.8时,能够形成大而稳定的真菌污泥颗粒.在原始污泥中,真菌处理使污泥毛细吸水时间最多可降低36.42%,在灭菌污泥中相比对照组下降了78.68%,这主要是由于真菌的生长利用了污泥中的有机物及真菌污泥颗粒的形成使得污泥粒径变大等因素所导致的,本文结果对于未来以该菌为基础开发生物脱水工艺具有重要的意义.     

蒸汽爆破对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的促进效果

鉴于蒸汽爆破（简称"汽爆"）预处理对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的影响还鲜有报道,为探讨汽爆预处理对污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化的促进效果及经济可行性,利用小型发酵罐在35℃下开展了未预处理污泥和餐厨垃圾联合消化、汽爆污泥单独消化、汽爆污泥和餐厨垃圾联合消化的试验,并进行能耗分析.结果表明,未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS（挥发性固体）去除率为33.9%,沼气产率为311.0 mL/g（以投料VS计）;汽爆污泥单独消化阶段,VS去除率和沼气产率均略高于未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,但反应器ρ（NH₄+-N）过高,影响产气稳定性,沼气φ（CH₄）较低.汽爆污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS去除率和沼气产率分别达到49.5%和420.5 mL/g,显著优于未预处理联合消化阶段.能耗分析表明,预处理的升温过程使汽爆预处理整体能耗偏高,但若能有效回收70%的热量,则汽爆预处理可提高污泥-餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺3.34 kW·h/t（以污泥量计）的能量产率.研究显示,汽爆预处理可提高污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺35.2%的沼气产率,但由于预处理能耗较高,预处理过程中热能的有效回收是汽爆预处理应用于污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化经济可行的关键.      

城市污泥脱水速率与泥饼含水率的表征差异性研究

通过试验获得了多种不同来源污泥的脱水表观指标值(比阻和粘度)与脱水性能参数值(脱水速率和滤饼含水率),并对其相关性进行了研究分析.研究结果表明,采用常规的表观指标表征污泥的脱水性能存在差异性,污泥比阻(SRF)可以很好地表征污泥的脱水速率,与其呈良好的负线性关系(调理前:R2=0.914,调理后:R2=0.839),而SRF与滤饼含水率的线性关系不显著,只能进行辅助或定性分析.粘度可以很好地表征污泥滤饼含水率(调理前:R2=0.936,调理后:R2=0.843);但仅在高粘度水平下,粘度与污泥脱水速率才表现出负线性关系,但拟合度较低(R2=0.647),在低粘度污泥体系中,粘度不是影响污泥脱水速率的关键因素.     

基于pH调控的城市污泥厌氧发酵产酸小试研究

本研究设计了热碱预处理-半连续流厌氧发酵污泥处理工艺,探究了p H对热碱预处理污泥产酸性能的影响,同时对发酵液作为碳源回用于污水厂强化脱氮除磷进行了质量衡算.在30 L厌氧发酵罐中考察了偏中性(p H=6.5)和碱性(p H=10.0)条件下热碱预处理污泥发酵的挥发性脂肪酸(VFA)产生及分布、蛋白质及碳水化合物的消耗和氮磷释放情况.结果表明,污泥热碱预处理-半连续流厌氧发酵工艺的VFA产量稳定,在p H为6.5和10.0的条件下,发酵罐中平均VFA产率分别为333.29 mg·g-1(以每g VS产生的COD(mg)计,下同)和250.64 mg·g-1,p H为6.5时产酸更稳定,且产量较高,但碱性条件更适合产乙酸.两种p H条件下的SCOD、溶解性蛋白质、溶解性多糖、氮和磷的释放都无较大差异.质量衡算结果表明,以处理量为50000 m3·d-1的城市污水处理厂为例,其产生的污泥经过热碱预处理-半连续流厌氧发酵产酸工艺,产生的VFA能够满足该污水处理厂脱氮除磷提标改造的碳源需求.     

顶空CO2对有机物厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

研究了不同顶空CO2浓度对有机物厌氧发酵体系中底物转化速率、挥发性脂肪酸(VFA)产率及微生物相变化的影响.结果表明,顶空低浓度CO2有助于葡萄糖底物转化,在16h转化率达到93%以上,顶空高浓度CO2和对照组在20h时转化率分别为88.3%、87.6%.顶空高浓度CO2有助于乙酸积累,乙酸产率达8.2mmol/gCOD,分别是对照组和低浓度CO2组的1.52倍和1.87倍.顶空CO2浓度与同型产乙酸菌数量正相关,顶空低浓度CO2组fhs基因拷贝数为9.83×106/mL,高浓度CO2组fhs基因拷贝数为5.32×108/mL,对照组fhs基因拷贝数为6.97×107/mL.提高顶空CO2浓度有利于在混和培养环境中富集同型产乙酸菌.     

分离高浓度污泥产酸发酵液的自生动态膜形成机制

采用自生生物动态膜分离高浓度污泥发酵液,研究了动态膜的形成过程及其对污泥发酵液的分离效果.结果表明,自生动态膜的形成过程受污泥浓度的影响较小,污泥浓度仅影响初始膜通量,不影响稳定时的膜通量.膜通量随着滤布孔径和搅拌速度的增大而增大.动态膜的形成过程符合死端过滤模型,分别由以下4个过程构成:先通过与膜基材孔径相似的污泥颗粒堵塞膜基材孔,其后在膜基材上形成单层污泥,进而在膜基材上形成多层污泥,最后,大颗粒污泥继续沉积到污泥层上.动态膜形成后,对污泥颗粒和溶解性COD(SCOD)的截留率分别为98%和28%,对挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)的渗透率在82%以上,胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中的蛋白质是动态膜的主要成分.     

连续在线滤袋式淤泥脱水技术

以太湖淤泥为研究对象，研究了絮凝剂和滤袋性质对淤泥脱水性能的影响，并进行了滤袋脱水中试研究。结果表明，淤泥的含水率为90％时，在PAM和PAC最佳添加量55mg／L和1000mg／L条件下，淤泥比阻从8．7×10^7S2／g降低到2．0×10^7S2／g，Zeta电位从-28．77mV变成-4．68mV，滤袋平均过滤速度提高了137．9％，脱水性能显著提升。不同含水率下的实验得出了淤泥的最佳絮凝剂添加曲线；特殊材料滤袋相比于普通材料滤袋，滤袋的脱水综合能力大幅度提升，平均过滤速度达到0．479m^3／（m^2·h），淤泥回收率为98．7％，泥饼含水率为71．6％；中试实验表明，淤泥经过4h过滤后，淤泥的含水率降到较低的65％，最终回收率可达到98．6％，滤液中污染物浓度满足国家排放标准。与传统技术相比，本技术具有脱水周期短、成本低、操作简单、安全性强等优点。     

环境扫描电镜对废水生物样品形态结构的表征研究

采用环境扫描电镜(ESEM)分析颗粒污泥和悬浮填料生物膜的微生物群落形态,并与扫描电镜(SEM)观察结果进行比较.结果表明,ESEM观察悬浮填料生物膜的适宜条件为样品台温度5℃,样品室汽压5.91×102Pa,相对湿度75%,加速电压15.00kV.观察颗粒污泥样品的适宜条件为样品台温度0℃,样品室汽压7.00×102Pa,相对湿度100%,加速电压10.00kV.表面存在的水滴凝聚和含水量高、结构脆弱的样品易因气压和入射电子束轰击收缩变形,是影响ESEM观察样品真实面貌的主要因素.悬浮填料生物膜的ESEM观察说明,相较于SEM,未经任何处理的载体生物膜样品在合适的ESEM条件下可得到的高放大倍数的清晰照片,能更真实的表征生物膜的微生物群落结构.含水量高、结构脆弱,承受能力差的颗粒污泥样品,则需要通过锇酸或者戊二醛等固定剂进行化学固定,降低ESEM的加速电压,并且尽量缩短观察时间,避免因气压和高速入射电子束的轰击而收缩变形,获得其原始形貌照片.