微生物营养剂浓度对生物沥浸法处理猪场沼液的影响

猪场沼液是规模化猪场沼气工程排出的具有高悬浮固体(SS)和高污染负荷的一类高浓度有机废水。采用生物沥浸法调理实现其深度固液分离,对该废水生化处理达标排放意义重大。通过摇瓶实验,研究了猪场沼液在不同浓度营养剂下的生物沥浸处理,并将获得的沥浸泥作为接种物回流,回流比为1∶1,共连续处理6批,测定pH、过滤比阻(SRF)、泥饼重金属含量及滤水水质等指标。结果表明:当营养剂浓度≥15 g·L~(-1),其处理效果较好且稳定;pH降至3.5以下,SRF降至5.0×10~(11) m·kg~(-1)左右,脱水速率提高86.1%,泥饼重金属的浸出率高,其中Cu≥49.5%、 Zn≥72.7%。沼液经生物沥浸处理后体积减少40%～50%,抽滤水的化学需氧量(COD)、氨氮(NH_3)含量、总磷(TP)含量和SS分别从原稀释沼液的27 669.8、1 014.8、582.1和27 857.1 mg·L~(-1)降至423.8～499.3、671.4～704.0、0.7～1.1和0 mg·L~(-1),去除率最高可达98.5%、33.8%、99.9%和100%,大大降低了后续生化处理的难度。采用生物沥浸法处理猪场沼液具有良好的应用前景。     

预处理后生物成因施氏矿物的矿物学特征及对As(Ⅲ)吸附的影响

生物成因施氏矿物虽然在吸附As(Ⅲ)能力上表现出较其它吸附剂更为优越的吸附性能,但其制备过程中细菌分泌的多糖类物质使得矿物颗粒间存在明显的团聚现象.本研究通过比较不同预处理方法对施氏矿物矿物学特征及吸附性能的影响,寻求一种最佳的矿物预处理方法,以期进一步改善矿物颗粒团聚现象和提高对As(Ⅲ)吸附能力.采用NaOH、NaCl、200℃灼烧及乙醇-超声方法对施氏矿物进行预处理,结果表明,处理后矿物的矿相均未发生变化,但其理化性质随处理方式的不同差异较大,矿物比表面积、Fe/S摩尔比、SEM图谱、As(Ⅲ)吸附性能与原始矿物相比均发生了明显的变化.经pH 12NaOH处理后矿物的吸附性能最佳,在室温下最大吸附量从原来的101.9 mg.g-1增加到143.3 mg.g-1,比表面积从原来的45.63 m2.g-1增加到325.18 m2.g-1,矿物干燥时团聚现象明显减弱.     

餐厨垃圾渣蝇蛆转化工艺设备及处理效果中试研究

餐厨垃圾经三相分离机分离得到的浆渣(简称餐厨垃圾渣)是一种有酸腐恶臭、水分含量高、外观呈泥状的有机废物。采用家蝇幼虫(蝇蛆)并结合机械化运行可高效快捷地将其转化成高附加值的动物蛋白(蝇蛆)和优质有机肥(残料)。该蝇蛆处理中试生产线由进料布料系统、蝇蛆培养系统、虫料分离系统以及保温除臭除湿系统构成,单批次可处理500 kg餐厨垃圾渣。每批次处理仅需4 d左右,鲜幼虫产率为17.4%;且残料变成外观相对干燥、蓬松无臭,类似草炭样的优质有机肥,其产率为23.6%。按目前市场价格,处理1 t进入餐厨垃圾处理厂的原始垃圾可产生280~320元的收益,具有良好的应用前景。     

FeSO_4-K_2SO_4-H_2O体系中Fe/K摩尔比对生物成因羟基硫酸铁矿物质量的影响及环境意义

在FeSO4-K2SO4-H2O的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌催化氧化体系中,当起始Fe2+浓度分别为20、40、80和160mmol.L-1时,通过设定系列Fe/K摩尔比(3~200)来调控溶液的K+含量,合成得到次生羟基硫酸铁矿物,主要包括施威特曼石、黄钾铁矾以及两者的混合物.结果表明,当起始Fe2+浓度较低,如20mmol.L-1和40mmol.L-1时,72h反应后,不同Fe/K摩尔比处理所得矿物质量很少,最大只有0.38g.而随着Fe2+浓度增大,Fe/K摩尔比例的减小,矿物质量明显增加,例如在Fe2+=160mmo.lL-1、Fe/K=3时,250mL体系中矿物质量达到了4.48g,同时矿物相由结晶度差的施威特曼石逐渐过渡到结晶度好的黄钾铁矾.笔者发现矿物质量与矿物相有非常密切的关系,当产物为晶型黄钾铁矾时,其对应的矿物质量也更多.因此,微生物成因羟基硫酸铁矿物质量在很大程度上取决于起始Fe2+浓度和Fe/K摩尔比,该现象对去除酸性矿山废水中可溶性Fe和SO24-有潜在意义.     

预酸化下营养剂添加量对生物沥浸处理洗毛废水的影响

洗毛废水是洗毛生产工艺排出的兼具高COD、高悬浮固体浓度、高色度、难固液分离等典型特征,且对环境存在潜在污染的一类工业废水。通过摇瓶实验,研究了预酸化条件下,生物沥浸技术对洗毛废水的处理效果。结果表明,当洗毛废水经预酸化至p H 5.5、营养剂浓度≥4 g/L、回流比例为1∶1的情况下,3个批次实验内复合菌群生物沥浸过程稳定,洗毛废水能够很好地完成生物沥浸过程。反应结束后体系p H稳定在3.0左右,COD去除率高达90%以上,色度由原来的1 875倍降到20倍,沉淀中油脂去除率高于65%,且比阻降低至原来的0.2%~0.3%。而在对照处理中,体系p H值稳定在8.0左右,COD去除率小于10%,油脂去除率不足10%,洗毛废水比阻仅降低20%。因此,采用预酸化及生物沥浸作用有利于洗毛废水酸化处理的连续运行并具有良好的应用前景。     

酸性硫酸盐环境中菌密度对生物成因次生铁矿物形成的影响

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)促进次生铁矿物形成的现象在酸性煤矿废水(ACMD)的治理领域具有重要意义.本研究探索了A. ferrooxidans接种密度在酸性硫酸盐环境(9K培养基)中对Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率及矿物产生量的影响,同时考察了矿物合成体系矿相的变化情况.结果表明,当体系A. ferrooxidans接种密度为0.27×10⁶~5.40×10⁷ cells·mL^-1时,溶液中Fe²⁺需60~12 h氧化完全.培养至60 h,上述体系总Fe沉淀率分别达到10.7%~35.9%.不同接种体系Fe²⁺同时氧化完全时,沉淀单位质量Fe而转化的次生铁矿物量随着接种密度的增加而增大.例如,A. ferrooxidans接种密度分别为1.35×10⁶、2.70×10⁶、8.10×10⁶和1.62×10⁷ cells·mL^-1的处理在Fe²⁺同时完全氧化时刻,Fe沉淀率分别为17.6%、20.0%、24.1% 和26.5%,且沉淀1 g Fe转化的次生铁矿物量分别为2.04、2.10、2.17与2.27 g.结晶度较差的施氏矿物是次生铁矿物合成初期产生的唯一矿相,Fe²⁺完全氧化时,矿物相为施氏矿物与结晶度好的黄铁矾矿物的混合物.     

生物沥浸处理中微生物菌群和胞外聚合物对城市污泥脱水性能的影响

探讨城市污泥生物沥浸过程中微生物菌群和胞外聚合物(EPS)变化对污泥脱水性能的影响,对进一步揭示生物沥浸法提高污泥脱水性能机理具有重要意义.本研究通过摇瓶试验探讨了硫杆菌和异养微生物菌群数量的变化及EPS在生物沥浸法提高城市污泥脱水性能中的作用.试验结果表明,在生物沥浸处理的前2 d内,由于硫杆菌A.ferrooxidans LX5和A.thiooxidans TS6的大量生长,导致生物沥浸污泥的pH从初始的4.62显著下降至2.47,进而导致污泥中异养菌数量从初始的2.65×108CFU·mL-1下降至8.20×106CFU·mL-1,污泥中EPS含量从初始的28.18 mg·g-1(以VSS计,下同)显著下降为13.53 mg·g-1.A.ferrooxidans LX5和A.thiooxidans TS6的大量生长、异养微生物细胞的死亡破裂及EPS含量的下降共同促使污泥的结合水含量从初始的37.28%下降至21.10%,最终导致污泥比阻从初始的5.14×1012m·kg-1显著下降至6.92×1011m·kg-1.通过验证试验发现,原始污泥在剥离EPS后其比阻仅为原来的11.23%,其脱水性能与生物沥浸2 d后的污泥在0.05水平上没有显著性差异.因此,污泥中A.ferrooxidans LX5、A.thiooxidans TS6和异养微生物菌群数量的改变及EPS含量的减少是生物沥浸法提高污泥脱水性能的两个重要因素.     

两株高效好氧反硝化细菌的分离鉴定及其脱氮效率

从水稻土和活性污泥中分离到两株可以在好氧条件下进行反硝化作用的细菌ZW23和ZW27.通过对这两株细菌的形态观察和生理生化特征,以及16S rDNA序列测定认为菌株ZW23和ZW27分别是假单胞菌属类产碱杆菌(Pseudomonas pseudoalcaligenes)和假单胞菌属门多萨菌(Pseudomonas mendocina).好氧培养条件下,在初始氮源约为280.00mg·L-1的反应体系中,两株细菌在12h内均引起体系中总氮显著下降,削减率分别达66.43%和65.54%,其余总氮几乎全部转化为内源氮.脱氮速率分别达到约21.72mg·L-1·h-1和22.31 mg·L-1·h-1,比现已分离出的兼性好氧反硝化细菌的脱氮速率要快得多.反应过程中没有检测到亚硝态氮和氨态氮的积累.菌株ZW23和ZW27是两株典型的高效兼性好氧反硝化细菌,具有重要的应用价值.     

温度和pH对生物成因羟基硫酸铁矿物的综合影响研究

在酸性矿山废水中,氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)氧化Fe~(2+)过程中常常伴随着次生矿物的生成.为研究温度和pH对A.ferrooxidans氧化Fe~(2+)及Fe3+水解成矿的综合影响,考察了初始pH为1.5、2.0、2.5、3.0,温度为8、18、28、38℃时体系中Fe~(2+)、总Fe、次生矿物的变化情况.结果表明,在改良9K培养基中,温度和pH均影响Fe~(2+)生物氧化和Fe~(3+)水解成矿.A.ferrooxidans最佳适宜生长环境为温度28℃,pH=2.0~3.0,其它条件均不利于其生长繁殖,导致Fe~(2+)氧化速度明显变慢.起始pH=1.5时,不同温度处理均未发现有矿物生成,pH越高,收集矿物量越多.次生铁矿物XRD图谱表明,反应温度为28℃时,pH=2.0~2.5条件下次生铁矿物主要为黄铁矾和施氏矿物的混合物,而pH=3.0时则更有利于施氏矿物的形成.该现象对有效调控次生矿物的形成具有潜在意义.     

规模化猪场粪污废水生物聚沉氧化新工艺及其生产性实验效果研究

针对我国猪场粪污废水现行厌氧-好氧活性污泥法处理模式达标难度大、运行成本高的问题,研发出生物聚沉氧化新工艺(bio-coagulation dewatering followed by bio-oxidation, BDBO)。在广东惠州某5万头猪场构筑了采用该工艺的实际工程,通过现场采样,详细分析新工艺各个单元的污染物,包括化学需氧量(COD)、氨氮、总氮(TN)和总磷(TP)的变化情况,研究了新工艺对猪场粪污废水的处理效果及机制。结果表明,在水力停留时间(HRT)仅为2.5 d的新工艺系统中,猪场粪污原水(进水)的COD、氨氮和TP分别为(11 697±1 484)、(837±25)、(532±97)mg·L~(-1),处理出水水质分别为(273±58)、(44±9)、(4.5±1.0)mg·L~(-1),总去除率分别达到了97.7%、94.7%、99.2%,出水远优于广东省地方畜禽养殖业污染物排放标准(DB 44/613-2009)。运行成本大约6元·t~(-1),比原常规处理系统(采用生化处理+物化处理组合工艺)出水水质更好,成本约为原处理系统的1/2~1/3,并同步解决了污泥的深度脱水问题。研究发现新工艺可相对快速处理达标并且成本相对较低,其机制在于废水进入常规生化系统(A2/O)之前,高效去除了悬浮颗粒物(SS),使得以SS形式存在的COD、P和部分N被大幅度削减。新工艺解决了目前猪场废水处理时间长、难达标(尤其是氨氮)、运行成本高的难题。