氨氮浓度对猪粪厌氧消化及产甲烷菌群结构的影响

氨氮抑制是影响高含固厌氧消化推广应用的主要因素之一。通过批式实验,采用外源氨氮投加方式,考察了厌氧消化过程中不同氨氮浓度对鲜猪粪产甲烷效果和产甲烷菌群结构的影响。结果表明:氨氮添加量为2 000 mg·L~(-1)(TAN≈3 596.7 mg·L~(-1))时,日产甲烷速率及累积产甲烷量均明显下降;添加量大于4 000 mg·L~(-1)(TAN≈5 618.7 mg·L~(-1))时,氨氮抑制加剧,出现VFAs累积、产甲烷高峰期后移、丙酸降解失败。不同氨氮投加量下猪粪中挥发性固体(VS)产甲烷率分别为(369.0±17.3)、(318.5±7.6)、(234.7±2.5)、(165.4±19.4)mL·g~(-1),产甲烷效率较对照组分别下降14%、36%和55%。超过4 000 mg·L~(-1)的外源氨氮投加促使产甲烷菌群结构发生显著变化,乙酸利用型产甲烷优势菌Methanosaeta逐渐被Methanosarcina代替,而氢利用型产甲烷菌属中Methanospirillum的优势性逐渐被Methanoculleus和Methanomassiliicoccus取代,说明后者均有较强的氨氮耐受性。主成分分析和冗余分析表明,高浓度氨氮会促使产甲烷途径由乙酸利用型为主向氢利用型为主转变。     

热电厂双膜法中水深度处理系统运行效果与问题分析

中水已成为热电厂的重要水源,其深度处理是影响电厂水处理系统的关键。为评估双膜法在电厂深度处理中的潜力与稳定性,考察了山东某热电厂石灰混凝-超滤(UF)-反渗透(RO)系统不同季节的处理效果及污染物去除特征与各工段贡献率。研究表明:双膜法对浊度、色度、电导、碱度、COD和TOC的去除率分别达95.82%、96.62%、96.73%、98.22%、96.42%和89.13%,在夏季严重膜污堵的条件下,也可保障产水达标,是一种有效的中水深度处理技术。预处理仅去除某些大分子腐殖酸类有机物、硬度类物质、悬浮物,富里酸类有机物、氮等其他溶解性物质主要由RO去除(去除率均60%),因此,存在膜结垢和污堵的风险。不同季节污染物浓度变化不显著,但夏季高温条件下微生物代谢和繁殖速率较高,荧光指数(fluorescence index, FI)大于2,生物指数(biological index, BIX)为1.2左右,这是夏季膜污堵爆发的关键原因。     

热电厂双膜法中水深度处理回用系统膜污染机制分析

以某热电厂实际规模的双膜法中水回用系统为考察对象,对膜污染结构、形貌、组成与特征进行了研究。结果表明:污染物以有机-无机-微生物复合形式存在,形成致密的膜污染层,无机物主要以P、S、Ca、Si、Mg为主,存在垂直分布特征;有机污染物以腐殖质类、蛋白质、微生物代谢产物为主,且研究发现RO过程富里酸类物质主要为微生物源。碱性清洗液具有更佳的膜污染清洗效果。通过分析可知:微生物污染是膜污染暴发的关键原因,其以杆菌和球菌为主,且具有显著的垂直分布特征;表层微生物主要是α和β变形菌,底层中γ变形菌丰度显著增加。微生物污染垂直分布的主要原因是杀菌和化学清洗过程的选择作用,γ变形菌是先锋微生物,是形成稳定膜污染层的关键物种。因此,控制微生物的滋生是RO中水深度处理的关键,这个过程主要包括预处理工艺的选择和优化杀菌、阻垢和化学清洗策略等。     

四环素类抗生素和铜复合污染对猪粪厌氧消化的影响

兽用抗生素和矿物元素添加剂可起到预防动物疾病、促进动物生长、提高饲料转化率等作用,因此被广泛应用于畜禽养殖业。本研究以猪粪中温厌氧消化为研究目标,采用全自动甲烷潜势测试系统,考察了一定浓度的四环素(TC:30 mg·kg~(-1)dry weight,DW)、土霉素(OTC:50 mg·kg~(-1)DW)和金霉素(CTC:15 mg·kg~(-1)DW)对厌氧累积产甲烷量和日产甲烷速率的影响。结果表明,TC、OTC和CTC对猪粪中温厌氧消化累积产甲烷量和日产甲烷速率均有促进作用(累积产甲烷总量提高比例分别为7.9%、0.4%和5.4%)。另外,采用超高效液相色谱-四极杆串联质谱对猪粪厌氧消化前后样品中四环素类抗生素及其代谢产物进行了分析。结果表明,液相中的四环素类抗生素在猪粪厌氧消化过程中得到了明显的去除,去除率达到90%~100%;而固相中只有金霉素和差向异构金霉素有明显的去除效果,去除率分别为41.69%和41.58%。采用Tessier连续提取法对猪粪厌氧消化前后样品中5种形态的铜包括可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化结合态、有机物结合态、残渣态进行了分析,结果表明,猪粪厌氧消化后,可交换态、碳酸盐结合态和铁锰结合态的铜浓度比厌氧消化前分别降低了1%~9%、0.1%~3%、12%~19%,而有机态和残渣态的铜浓度却在厌氧消化后分别增加了15%~35%、1%~2%。厌氧消化后,70%~80%的铜都是以有机铜的形态存在。铜逐渐从不稳定态转化为相对稳定的有机态和残渣态铜,因此,厌氧消化过程使铜从可生物利用态转变为不可生物利用态,趋于稳定化。     

猪粪与酒糟混合厌氧发酵的产甲烷和三元pH缓冲体系特征

以猪粪和酒糟为发酵原料,考察了5种混合比例(猪粪与酒糟总固体含量(TS)比100:0、95:5、90:10、80:20、50:50)下混合厌氧发酵的产甲烷特性,并研究了其三元pH缓冲体系特征。结果表明,混合比例显著影响猪粪与酒糟混合发酵的甲烷产率(P0.05)。当猪粪与酒糟TS比为95:5时,甲烷产率最大(271 mL·g~(-1)(VSadded)),比纯猪粪厌氧发酵的甲烷产率提高了6.2%。纯猪粪、猪粪与酒糟TS比为95:5的2组累积产甲烷量符合修正Gompertz方程(R~2=0.993 3;R~2=0.989 6),无明显滞后期。酒糟含有的大量硫酸盐影响了甲烷产量。VFAs-氨氮-TIC三元pH缓冲体系特征的研究结果表明,由于酒糟的碱度严重缺失,酒糟添加量过大时,体系偏离合适的pH缓冲区域,体系酸度过高,抑制了厌氧发酵的进行。     

污水处理厂不同工艺的污泥脱水效能分析及其影响因素研究

污泥脱水是污泥减量的主要手段,直接影响到后续污泥处理处置.本研究以北京某大型污水处理厂A2/O工艺和A2/O-MBR工艺污泥脱水为对象,基于2013年全年的运行数据,分析不同工艺的污泥脱水效果、絮凝剂投配率、污泥脱水电耗和污泥脱水成本,并通过冗余分析(RDA)研究了不同污水处理工艺污泥脱水性能的影响因素.结果表明,污泥脱水性能和絮凝剂投配率均呈现季节性变化特征,冬季污泥较难脱水,絮凝剂消耗大.A2/O-MBR工艺的脱水污泥含水率年均值为(81.92±1.64)%,A2/O工艺为(82.56±1.35)%,污泥脱水絮凝剂消耗(以DS计,下同)分别为(8.70±7.25)kg·t-1和(7.42±2.96)kg·t-1,电耗(以DS计,下同)分别为331.82 k W·h·t-1和121.57 k W·h·t-1.A2/O-MBR工艺的污泥脱水絮凝剂成本(以DS计,下同)为204.76元·t-1,用电成本为231.61元·t-1;A2/O工艺的污泥脱水絮凝剂成本为175.00元·t-1,用电成本为84.86元·t-1.RDA分析表明,水温等季节性因素引起污泥有机质变化是影响污泥脱水性能的关键因素之一,此外,污泥龄也与污泥脱水性能有一定相关性.     

城市污泥中温厌氧消化过程中厌氧耐药菌的分布与去除研究

城市污泥中含有大量的耐药菌,具有向环境传播耐药菌与抗性基因的潜在危险,但目前缺乏对城市污泥厌氧消化过程中耐药菌的研究.为此对某城市污水处理厂卵形消化池污泥进行了为期1 a的调查研究,考察了中温厌氧消化过程中四环素类与β-内酰胺类抗生素厌氧耐药菌的污染特征与去除效果,并分析了耐药菌的季节性变化规律.结果表明,厌氧进泥中四环素类耐药菌浓度与耐药率均低于β-内酰胺类.中温厌氧消化过程可以去除1.48~1.64 log单位的耐药菌(P<0.05),但经过厌氧消化后氨苄西林与头孢噻吩耐药率有显著增长(分别增加了12.0%与14.3%,P<0.05).厌氧进泥中耐药菌分布有明显的季节特征,除金霉素耐药菌外,其它耐药菌的浓度均为寒冷季显著高于温暖季(P<0.05).     

锑胁迫下丛枝菌根真菌对玉米生长与锑吸收及抗氧化酶的影响

为了探讨AM(arbuscular mycorrhizal,丛枝菌根)真菌在Sb(锑)胁迫下对农作物生长及吸收Sb的影响,采用盆栽试验研究了在不同Sb添加量[即w(Sb)分别为0、500、1 000 mg/kg]下,接种AM真菌对玉米植株生物量以及N、P和Sb的吸收、膜脂过氧化[MDA(丙二醛)]和抗氧化酶活性的影响.结果表明:随着土壤中Sb添加量的增加,玉米植株的生物量、w(TN)和w(TP)均呈显著下降趋势,植株体内的w(Sb)和Sb积累量、MDA含量、CAT(过氧化氢酶)以及POD(过氧化酶)活性均显著上升.与未接种组相比,接种AM真菌显著促进了玉米植株的生长,提高了玉米植株地上部分的w(TN)和w(TP).在3个Sb添加量处理下,接种显著增加了玉米植株地下部分的w(Sb)、地上和地下部分的Sb积累量以及地上部分的CAT活性,增幅分别为8.90%~23.30%、18.87%~28.37%、27.68%~78.95%及14.92%~88.52%;同时,接种降低了玉米植株中Sb的转运率、玉米植株地上部分的w(Sb)和MDA含量,在1000 mg/kg Sb添加量下差异达显著水平,三者分别降低了36.35%、22.81%和24.29%.研究显示,在Sb污染环境下,接种AM真菌能够减轻玉米植株膜脂过氧化程度,在提高玉米植株地下部分w(Sb)的同时,也会降低Sb向地上部分的转运,减轻Sb对玉米的毒害作用.      

微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能,考察了微波及其组合污泥预处理工艺的强化污泥厌氧消化效果,同时考察了预处理-厌氧消化过程的污泥理化特征及其脱水性能.结果表明,微波及其组合工艺可以强化污泥厌氧消化产甲烷,其中微波-过氧化氢-碱(0.2)的强化效果最为显著,不仅30 d累计产甲烷量比对照组增加了13.34%,而且产甲烷速率也得到了提升.与单独微波处理相比,过氧化氢、碱的投加显著提高了溶解性COD的释放量,这表明微波、过氧化氢、碱之间的协同作用能有效破碎污泥,进而强化厌氧消化效果;微波-酸预处理后的污泥具有良好的脱水性能,毛细吸水时间(CST)只有9.85 s,污泥脱水性能的改善与其表面电性、粒径分布的变化密切相关;不同预处理条件下的污泥经过厌氧消化后,污泥脱水性能较为接近.     

超高效液相色谱串联质谱检测猪粪中残留的四环素类抗生素

本研究建立了超高效液相色谱/四极杆-飞行时间串联质谱(UPLC/Q-ToF Ms/Ms)测定猪粪中残留土霉素、四环素和金霉素的方法.样品分别经Mc Ⅰ lvaine-Na2EDTA缓冲液和超声提取、SPE固相萃取后,采用超高效液相色谱分离,紫外检测外标法定量,四级杆-飞行时间串联质谱仪正离子模式定性.在0.5mg·kg-1DW-10 mg·kg-1Dw(dry weight)范围内,土霉素、四环素、金霉素的标准曲线R2均大于0.99,相对标准偏差小于3%,样品加标平均回收率在70.0%-113.0%之间;采用该方法,土霉素、四环素和金霉素的检测可在5min内完成,它们的检出限分别为0.1 mg·kg-1,0.1 mg·kg-1和0.2 mg·kg-1.北京地区万头养猪场猪粪样品的检测结果表明,这3种四环素均有不同程度的检出,其中土霉素浓度范围10.5mg·kg-1DW-513.4 mg·kg-1DW,四环素浓度范围12.53-77.10 mg·kg-1Dw,金霉素浓度范围0.0-19.22 mg·kg-1Dw.