产甲烷抑制剂氯仿对污泥厌氧消化中同型产乙酸作用的影响

厌氧消化是城市污泥常用的资源化处理方式,添加产甲烷抑制剂得到的发酵产物乙酸相比于甲烷被认为更具附加值.同型产乙酸途径是污泥厌氧发酵产乙酸途径之一,然而产甲烷抑制剂的存在对其影响尚不明确,这对污泥厌氧发酵产酸工艺的优化和应用至关重要.本文研究了不同氯仿浓度抑制产甲烷条件下挥发性脂肪酸、气体浓度及同型产乙酸菌和总细菌数量的变化,基于乙酸的稳定性碳同位素分馏效应分析了不同温度条件下氯仿对同型产乙酸作用的影响.结果显示,0.1%和0.5%(V/V)氯仿浓度条件下最高乙酸浓度分别为24.5和22.4 mmol·L~(-1),远低于对照组的52.6 mmol·L~(-1).氯仿抑制产甲烷条件下乙酸的稳定碳同位素丰度δ~(13)C值均高于污泥有机质的δ~(13)C值,50℃时乙酸的δ~(13)C值最高,且同型产乙酸菌相对丰度也低于15和30℃条件下.可见,产甲烷抑制剂氯仿同时能够抑制同型产乙酸作用,0.5%浓度下的抑制效果高于0.1%浓度下,且50℃条件下其抑制作用强于15和30℃条件下.     

UV-Fenton法处理聚醚废水研究

采用UV-Fenton法处理实际聚醚废水,并通过响应曲面法对UV-Fenton法的运行参数进行优化,以H2O2投加量、FeSO4·7H2O投加量和处理时间为自变量,以废水的COD去除率及出水氨氮浓度为响应值,进行中心组合实验设计。同时,采用气相色谱/质谱技术对UV-Fenton法处理前后废水中污染物进行分析和鉴定。结果表明:(1)最优参数条件为H2O2和COD质量比1.49、FeSO4·7H2O和H2O2质量比0.83、处理时间71min,此时COD去除率为62.3%,出水氨氮质量浓度为45.5mg/L。(2)模型的拟合程度较高,两个响应值方程的决定系数(R2)分别为0.986 4、0.961 6。(3)进水中主要污染物有37种,经UV-Fenton法处理后出水中降低至29种,总有机物丰度降低约93.4%。(4)UV-Fenton法对醚类、酯类或酰胺类大分子有机物具有显著的降解效果,可将其转化为短链的烃类及醇类物质。     

污泥厌氧发酵产酸关键影响因素的函数模型研究

本研究以城市剩余污泥预处理液作为底物,调节底物不同C/N比,测定了厌氧发酵过程中几种关键酶的酶活及发酵产物乙酸、丙酸及丁酸的浓度.同时,利用Matlab软件通过回归分析和函数拟合构建了C/N比-关键酶活-酸产量之间的多项式函数模型,发现所建立的二元三次多项式模型的拟合优度R2均大于0.9,且残差平方和较小,因此,判定二元三次多项式更适合描述C/N比-关键酶活-酸产量的数学关系.最后,建立了关键酶活、C/N比和产酸量三因素间的曲面模型,发现该模型能够很好地描述污泥厌氧发酵中C/N比条件对关键酶和产酸类型的影响,并能进一步预测C/N比所对应的酶活和产酸发酵类型,可为今后的实验研究及工程放大提供理论参考.     

蛋白酶和EDTA-2Na协同作用对剩余污泥水解的影响

采用投加蛋白酶和螯合剂乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)联合预处理剩余污泥,研究了蛋白酶浓度、温度和EDTA-2Na浓度对污泥酶法水解释碳效果的影响.结果表明,蛋白酶浓度、温度和EDTA-2Na浓度对剩余污泥水解的影响具有协同效应.在最佳蛋白酶浓度20 mg/g TS条件下,剩余污泥释放的SCOD为1 318.82 mg/L.同时,在最佳螯合剂ED-TA-2Na浓度0.20 g/g TS下,SCOD为9 014 mg/L.在20 mg/g TS的蛋白酶和0.20 g/g TS的EDTA-2Na的联合作用下,SCOD达到12 628.98 mg/L.在20 mg/g TS的蛋白酶、0.2 g/g TS的EDTA-2Na和55℃条件联合作用下,SCOD达到最大值16 878 mg/L,多糖浓度达到最大值2 695.3 mg/L,NH4+-N的浓度达到最大值156.73 mg/L.此外,在不同蛋白酶和EDTA-2Na浓度条件下,剩余污泥水解释放的SCOD符合一级动力学.     

污泥厌氧消化和后续处理中沙门氏菌杀灭及VBNC发生

应用最大或然数(MPN)培养法和反转录定量PCR(RT-qPCR)技术研究了4种污泥厌氧消化方式以及后续处理过程中沙门氏菌杀灭及有活性但不可培养(VBNC)状态的发生情况.中温厌氧消化(MAD)和高温预处理后中温消化(65℃+MAD)的沙门氏菌分别减少了2.8和5.6个数量级;高温厌氧消化(TAD)和高温-中温两相厌氧消化(TPAD)的沙门氏菌含量均低于检测限.沙门氏菌的杀灭速率常数排序为65℃+MAD>TAD>TPAD> MAD.结果显示高温对病原菌的灭活效果显著增加,高温短时预处理使得杀灭速率明显加快.TAD和TPAD的污泥VBNC沙门氏菌数量高于MAD和65℃+MAD 2个数量级,表明长时间的高温厌氧消化易导致沙门氏菌进入VBNC状态.消化污泥经过离心脱水后会出现沙门氏菌数量增加的现象,MAD、65℃+MAD、TAD和TPAD的消化污泥中沙门氏菌分别增加了1.1、2.4、3.7和2.5个数量级.但其中VBNC状态的沙门氏菌数量明显降低了1~3个数量级,表明消化后污泥中部分VBNC沙门氏菌在离心脱水过程中复活并生长,使得MPN检测得到的可培养沙门氏菌数量增加,初步解释了消化污泥经离心脱水后的病原菌再生长现象.消化污泥中沙门氏菌数量在室温放置过程中会进一步下降.     

工程规模下碱类型对污泥预处理效果及发酵产酸的影响

研究了工程规模下3种碱对剩余污泥热碱预处理效果以及厌氧发酵产酸的影响。结果表明,平均进泥浓度为70 g·L~(-1)时,氢氧化钠的预处理效果要优于混碱(Ca(OH)_2:NaOH=4:1)和过氧化钙,处理后污泥中溶解性化学需氧量(SCOD)的平均浓度是预处理前的8.45倍,水解率达到64.26%。但是,使用过氧化钙进行预处理可以有效提高污泥的发酵产酸效果,产酸效率明显优于混碱和氢氧化钠,总挥发性脂肪酸(TVFAs)的平均浓度为7.93 g·L~(-1),产酸率(以COD计)为273.93 mg·g~(-1)VSS,且总酸中乙酸比例达到60.35%;发酵后平均TSS和VSS分别下降了24.42%和47.62%;同时,氨氮(NH_4~+-N)和总磷(TP)浓度最低,其平均浓度分别为286.33 mg·L~(-1)和17.42 mg·L~(-1)。此外,混碱组、过氧化钙组和氢氧化钠组污泥厌氧发酵的净利润分别为229.14、257.37和10.49元·t~(-1)(脱水污泥)。实验结果表明,热混碱和热过氧化钙预处理用于污泥厌氧发酵有望得到广泛的应用。     

利用硅灰石原位改善厌氧消化微生物电解池的产气特性

厌氧消化-微生物电解池(Anaerobic digestion-Microbial electrolysis cell,AD-MEC)具有有机物降解速度快、降解率高的优点,但其所产沼气中依然存在CO_2含量较高的问题.为降低AD-MEC所产沼气中CO_2的含量,本研究将矿物碳酸化耦合入AD-MEC中,研究添加硅灰石对AD-MEC中CO_2的固定效果.实验结果表明,添加硅灰石可使AD-MEC中CO_2产生量减少40.0%,沼气中CO_2含量从10.0%±1.3%减少到4.5%±1.1%;X射线衍射(XRD)及扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析表明了CaCO_3沉淀的生成,证明硅灰石介导矿物碳酸化固定了AD-MEC中的CO_2.此外,添加硅灰石使Ca~(2+)溶出,缓冲了pH,减轻了厌氧消化产酸阶段对产甲烷菌的抑制,促进了有机物的降解,可溶性化学需氧量(SCOD)去除率提高了11.2%,并使CH_4产量提高18.0%,CH_4产率达到305 mL·g~(-1),沼气中CH_4含量达到95.5%±1.2%.硅灰石的添加实现了AD-MEC中CO_2的原位捕获,同时增益了厌氧消化效果,提高了甲烷产量.     

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.     

城市污泥厌氧消化和脱水工艺对肠道病原菌的杀灭效应

运用最大或然数(MPN)培养法和定量PCR(qPCR)技术对不同城市污水处理厂污泥厌氧消化处理和脱水处理前后,污泥中埃希氏大肠杆菌(E.coli)、沙门氏菌(Salmonellaspp.)和志贺氏菌(Shigellaspp.)含量的变化进行了研究.MPN检测结果表明,污泥中大肠杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌数量经厌氧消化处理后明显下降,平均下降2～5个数量级,但qPCR检测结果显示,种病原菌平均下降1～2个数量级.脱水处理3后,污泥中的肠道病原菌含量基本没有变化,没有发生脱水后再生长现象.大肠杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌含量分别在104～107、104～105和103～105MPN·g-1(以污泥干重计)之间.MPN和qPCR检测结果之间的差异性显示厌氧消化会造成肠道病原菌的有活性但不可培养状态(VBNC),同时也提示应用传统的培养检测方法检测病原菌含量和评定污泥排放的生物安全性时需慎重.     

城市污泥中温厌氧消化中挥发性脂肪酸(VFA)对肠道病原菌的杀灭机理

为探讨污泥中温厌氧消化（MAD）过程中挥发性脂肪酸（VFA）对肠道病原菌的杀灭机理,在连续流污泥MAD反应器中,研究了两种pH条件下VFA对埃希氏大肠杆菌（E.coli）、沙门氏菌（Salmonella spp.）和志贺氏菌（Shigella spp.）杀灭的影响.结果发现,中性条件下（pH≈7）,污泥中大肠杆菌和沙门氏菌数量经厌氧消化处理后明显下降,均下降了2个数量级,但VFA浓度为1000～6000mg·L-1时大肠杆菌和沙门氏菌的杀灭效果差别不明显.在pH酸性条件下（pH≈5）,高浓度VFA反应器中污泥的大肠杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌数量分别下降了3、6和2个数量级,达到污泥A级标准.对于纯培养的大肠杆菌和沙门氏菌,在VFA浓度8000mg·L-1、pH=5条件下培养6d后病原菌浓度低于检测限.结果表明,VFA对污泥厌氧消化中病原菌的杀灭效应与未解离状态的VFA浓度密切相关,高浓度VFA、低pH时,未解离态VFA浓度增加,从而提高病原菌杀灭效率.