Quantitative analysis of microbial biomass yield in aerobic bioreactor

We have studied the integrated model of reaction rate equations with thermal energy balance in aerobic bioreactor for food waste decomposition and showed that the integrated model has the capability both of monitoring microbial activity in real time and of analyzing biodegradation kinetics and thermal-hydrodynamic properties. On the other hand, concerning microbial metabolism, it was known that balancing catabolic reactions with anabolic reactions in terms of energy and electron flow provides stoichiometric metabolic reactions and enables the estimation of microbial biomass yield (stoichiometric reaction model). We have studied a method for estimating real-time microbial biomass yield in the bioreactor during food waste decomposition by combining the integrated model with the stoichiometric reaction model. As a result, it was found that the time course of microbial biomass yield in the bioreactor during decomposition can be evaluated using the operational data of the bioreactor (weight of input food waste and bed temperature) by the combined model. The combined model can be applied to manage a food waste decomposition not only for controlling system operation to keep microbial activity stable, but also for producing value–added products such as compost on optimum condition.     

生物质分类表征温度对蔬菜废物好氧降解过程的影响

通过对不同温度下蔬菜废物的好氧降解试验,研究了温度对蔬菜废物好氧降解过程的影响.结果表明,温度对易降解蔬菜废物的降解有促进作用,50℃时叶菜皮第14 d有机物降解率高达60.2%,比其在37℃时第18 d降解率高9.9%;糖类降解率差异是其差距的主要来源,这主要是由于高温刺激了降解过程细菌的增殖.对于难降解蔬菜废物茭白壳,37℃时第18 d降解率为46.1%,比其在50℃时降解至第14 d时高9%;纤维素降解率差异是其差距的主要来源,这主要是因为中温有利于嗜温放线菌数量的增加.研究结果揭示了根据蔬菜废物生物质组成特征控制堆肥化过程温度,有利于改善蔬菜废物好氧降解程度.     

连续流膜生物反应器中好氧颗粒污泥的形成及机制探讨

为了探讨好氧颗粒污泥在连续流膜生物反应器(MBR)中的形成过程和机制,采用连续流试验的方法,研究了好氧颗粒污泥形成过程中膜反应器内污染物的去除效果和好氧颗粒污泥特性的变化,并对连续流MBR中好氧颗粒污泥的形成机制进行了探讨.结果显示,连续流MBR中好氧颗粒污泥的形成增强了MBR的运行稳定性和抗冲击能力.废水中微生物抑制...     

Application of high OLR-fed aerobic granules for the treatment of low-strength wastewater：Performance, granule morphology and microbial community

Aerobic granules, pre-cultivated at the organic loading rate (OLR) of 3.0 kg COD/(m3 ·day), were used to treat low-strength wastewater in two sequencing batch reactors at low OLRs of 1.2 and 0.6 kg COD/(m3 ·day), respectively. Reactor performance, evolution of granule morphology, structure and microbial community at low OLRs under long-term operation (130 days) were investigated. Results showed that low OLRs did not cause significant damage to granule structure as a dominant granule morphology with size over 540 μm was maintained throughout the operation. Aerobic granules at sizes of about 750 μm were finally obtained at the low OLRs. The granule reactors operated at low OLRs demonstrated effective COD and ammonia removals (above 90%), smaller granule sizes and less biomass. The contents of extracellular polymeric substances in the granules were decreased while the ratios of exopolysaccharide/exoprotein were increased (above 1.0). The granules cultivated at the low OLRs showed a smoother surface and more compact structure than the seeded granules. A significant shift in microbial community was observed but the microbial diversity remained relatively stable. Confocal Laser Scanning Microscopy observation showed that the live cells were spread throughout the whole granule, while the dead cells were mainly concentrated in the outer layer of the granule, and the proteins, polysaccharides and lipids were mainly located in the central regime of the granule. In conclusion, granules cultivated at high OLRs show potential for treating low-strength organic wastewater steadily under long-term operation.     

生物反应器填埋条件下垃圾生物质组分的初期降解规律

在经甲烷化填埋层渗滤后的渗滤液循环回灌的新鲜垃圾填埋层内,以生物质分类表征为基础,分析了新鲜垃圾填埋层内固相各生物质组分（总糖、蛋白质、脂肪、纤维素和木质素）的初期降解规律.结果表明,垃圾中原有总糖组分和蛋白质的快速水解发酵是新鲜垃圾填埋后产生高有机质浓度渗滤液的主要机制;脂肪和纤维素的降解产物不是填埋初期高有机质浓度渗滤液的主要来源;纤维素是填埋层稳定产甲烷阶段的主要碳源,其水解速率可能是甲烷化过程的限速步骤;纤维素/木质素之质量比可作为指示填埋垃圾稳定化的指标.各生物质组分的初期降解速率常数均在0.01至0.1之间,而填埋气体中甲烷体积分数在60d内达到45%.食品垃圾组分富集的生活垃圾,应用生物反应器填埋技术时,必须具备足够的降解容量以代谢填埋初期固相中总糖和蛋白质快速水解产生的酸性液相产物.     

序批式气提生物反应器(SABR)处理氯苯胺类有机废水好氧污泥颗粒化研究

研究了序批式气提生物反应器(SABR)处理氯苯胺类(CAs)有机废水过程中好氧污泥的颗粒化.SABR运行15d后,反应器内出现细小污泥颗粒,通过缩短循环时间与污泥沉降时间,并逐步提高COD与CAs进水负荷,SABR运行48d后污泥颗粒化明显;反应器在循环时间为12h、污泥沉降时间为6min、表面气速为2.4cm.s-1、COD负荷为1.0~3.6kg.m-3.d-1、CAs负荷逐步提升至800g.m-3.d-1的条件下继续运行50d,SABR污泥颗粒化趋于成熟,COD、CAs去除率稳定在90%、99.9%以上.根据污泥形态、最小沉降速率、SVI和目标污染物降解性能的变化,好氧污泥颗粒化过程可分为启动期、颗粒污泥形成期、生长期和成熟期.成熟好氧颗粒污泥粒径为0.9~2.5mm,平均颗粒密度为64g.L-1(以MLVSS计),污泥最小沉降速率为68.4m.h-1,SOUR为167mg.g-1.h-1;颗粒污泥外形为圆形或椭圆形,呈橙黄色,结构较致密,颗粒内外分布有丰富的类球菌、类短杆菌,与胞外多聚物交织共存.     

污泥浓缩过程下膜生物反应器的生物特性与膜渗透性评估

采用中试规模的好氧膜生物反应器(MBR)工艺处理城市污水,考查了在浓缩过程下膜生物反应器的生物特性对膜渗透性及渗透性恢复的的影响.在试验中通过投加蔗糖溶液使系统维持恒定污泥负荷(food to microorganisms, F/M)在0.13,测定了活性污泥的一系列的生化与理化参数,并通过SPSS软件对污泥性质与动态变化的膜渗透性及渗透性恢复水平的相关性做了进一步的评估.结果表明,混合液悬浮固体(MLSS)浓度对膜渗透性的影响最大(rp=-0.958,P=0.000);溶解性微生物产物(SMP)浓度、溶解性化学需氧量(sCOD)浓度、污泥粒径(PSD)及毛细吸水时间(CST)对膜渗透性的影响属于同一个水平(|rp|=0.82~0.85,P=0.000);而污泥沉降性能与丝状菌指数对膜渗透性的影响不大.并且发现随着MLSS浓度的增大,膜丝廊道内积累的堵塞固体(ACS)的质量以及膜渗透性的绝对恢复量(ΔL)也有增加的趋势,表明MLSS浓度直接影响着膜生物反应器的堵塞性能,也进一步证明了膜堵塞是除膜污染之外影响膜渗透性的另一个重要因素.在低通量[5~6L/(m2·h)] 的操作条件下离线清堵联合强化化学反洗(CEB)的方式可以保证膜生物反应器工艺在高MLSS浓度运行下实现膜渗透性的可持续恢复.     

膜生物反应器处理一氧化氮废气研究

采用中空纤维膜生物反应器处理一氧化氮(NO)废气,考察系统长时间运行稳定性、闲置后恢复生物降解情况,研究了进气浓度、停留时间、液体喷淋量及pH对氮氧化物净化效率与传质系数的影响.膜生物反应器实现了100 d长时间高效稳定运行,闲置38 d后能在l周内迅速恢复;膜生物反应器对NO的净化效率最高可达93.8％,适宜运行条件:液体pH值为7.4,气体停留时间为32 s,液体喷淋量为3 mL· min-,其对应的膜传质系数为7.39×10-5 mol·m-2·s-l.膜生物反应器提高系统的NO传质效率,增强了降解效果,具有较好的抗负荷冲击能力,能适应非连续性生产的要求.     

生物质分类表征蔬菜废物好氧降解模型中试检验

为发展可支持生产性堆肥设施控制的有机废物好氧降解模型,对生物质分类蔬菜废物好氧降解速率模型(即:六因子的生物质分类一级降解动力学模型Mt=M0e-kt),以及通过主因子分析法(PCA)和生物质组分归类2种方法简化得到的二因子和三因子模型,利用太湖农村生活垃圾现场堆肥中试的一次发酵试验结果,进行了模拟检验.结果表明,生物质分类表征蔬菜废物好氧降解模型能有效地模拟中试的实际降解率,模拟与实测值的pearson相关系数r＞0.966(p＜0.001);且模拟效果基本不受原料生物质组成与堆肥工况控制条件的影响.而简化模型的模拟效果明显劣于六因子模型,这可能源于各类生物质好氧降解受温度影响的机制不同,组分的动力学参数难以合并简化.     

微生物菌剂对畜禽粪便好氧堆肥过程中重金属钝化与氮转化的影响

本研究探讨了以黄孢原毛平革菌（p）、黑曲霉（a）和地衣芽孢杆菌（b）组合的一系列微生物复合菌剂对猪粪好氧堆肥效果、重金属钝化以及氮转化的影响.研究结果表明,在促进堆肥进程和腐熟程度的效果上,菌剂（b+p+a） > 菌剂（b+p） > 菌剂（p）.当b：p：a=1：5：5时（处理D）,种子发芽率指数（GI）在第16 d即达到80%,且C/N降低至11.4,效果最佳.在重金属钝化方面,钝化效果为：菌剂（p） > 菌剂（b+p+a） > 菌剂（b+p）.重金属Cu和Zn钝化效率在仅添加菌剂（p）时最高,钝化率分别达到69.7%和59.4%.在固氮效果方面,菌剂（b+p） > 菌剂（b+p+a） > 菌剂（p）,当b：p：a=1：8：0时（处理E）,固氮效果最优,与处理B（CK）相比,总氮和有机氮损失分别减少了17.3%和18.5%.由此可见,微生物菌剂配比对猪粪堆肥化进程、重金属钝化和氮素保持等具有重要影响.     

Fate of the herbicide metolachlor in aerobic and anaerobic soils

The fate of the herbicide metolachlor in aerobic and anaerobic soils with repeated applications of the metolachlor over a period of 5 years was studied. After 12 weeks incubation, cumulative 14CO2 evolution from the soil accounts for 8.01% in aerobic condition versus 1.5% of 14CO2 in the soil had not been treated with metolachlor. The total 14C recovery in the methanol-water extract and in the non-extractable portion of this aerobic soil accounted for 73.1% and the total metolachlor recovery in the methanol-water extract was 46.7% but 86.9% of 14C was accounted for in the γ-irradiated control soil. There axe no differences in the recovery of 14C between non-sterile and γ-irradiated control soil under anaerobic conditions. The results show that there was some active metolachlor-degrading population in the Virginia soil which had been previously received repeated applications of the metolachlor but only under aerobic condition.     

电磁-好氧MBR降解印染达标尾水中微量萘、菲的研究

采用新型电磁-好氧膜生物反应器(Electromagnetic Aerobic Membrane Bioreactor, EMAMBR)处理达标印染尾水中微量多环芳烃类污染物—萘、菲,比较了好氧MBR(Aerobic Membrane Bioreactor)、电-好氧(Electric Aerobic Membrane Bioreactor)和EMAMBR 3种体系的降解效果,探讨了电流强度、HRT和初始pH对EMAMBR降解尾水中萘、菲的影响,初步分析了萘、菲的降解途径.结果表明:与其它两个体系相比,EMAMBR对尾水中萘、菲的平均去除率可提高30%~60%;适当增加电流强度和水力停留时间均能提高对萘、菲的处理效果;在电流强度I、尾水pH和HRT分别为20 mA、6.5~7.5和4 h条件下,EMAMBR对尾水中萘(2.77~4.75 μg·L^-1)和菲(2.0~8.0 μg·L^-1)的降解率均在75%以上,出水中总PAHs浓度满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的要求.萘的降解是由水杨酸途径,菲的降解则是由邻苯二甲酸和水杨酸两种途径来实现的.     

Impacts of ozone on the biomass and yield of rice in open-top chambers

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＯｚｏｎｅ(Ｏ3)ｆｏｒｍｅｄａｓｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｍｏｇｉｓｔｈｅｍｏｓｔｄａｎｇｅｒａｎｄｗｉｄｅｓｐｒｅａｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｔｈｅａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎ.Ｎｏｗａｄａｙｓ,ｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｄａｉｌｙｍａｘｉｍｕｍＯ3ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｉｎｕｒｂａｎｓｕｂｕｒｂａｎａｎｄａｒｅａｓｈａｖｅｒｅａｃｈｅｄ100～400ｎｌ/Ｌａｎｄ50～120ｎｌ/Ｌ,ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｕｎｄｅｒｃｅｒｔａｉｎｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｒｕｒａｌ…     

浸没式膜生物反应器中生物质的增殖及其对运行效能的影响

研究了浸没式膜生物反应器(sMBR)中生物质的增殖过程及其对反应器运行效能的影响.采用可编程逻辑控制器(PLC)对sMBR实现过程控制,在不排泥的情况下运行20~40d,生物质浓度达到9670mg/L,出水的各项指标达到最佳,但随着生物质的继续增殖,污泥表观黏度急剧增加,引起F/M的降低和传质困难,最终导致污泥活性降低及出水效果恶化.表观黏度与MLSS、EPS的增长趋势一致,表明这2个因素与活性污泥的表观黏度有着密切关系.采用SEM/EDS方法对不同阶段膜表面进行了观察及表面元素分析,结果表明膜表层污染物中有机物占主要部分,无机成分所占比例较小.     

Simultaneous nitrogen and phosphor removal in an aerobic submerged membrane bioreactor

Simultaneous nitrification and denitrification （SND） effect and phosphor removal were investigated in a one-staged aerobic submerged membrane bioreactor on pilot-scale with mixed liquor suspended solids （MLSS） 19--20 g/L. The effects of DO concentration, sludge floc size distribution on SND were studied. Test results suggested that SND was successfully performed in the membrane bioreactor （MBR） and about 70% total nitrogen removal efficiency was achieved when DO concentration was set to 0.2-- 0.3 mg/L. The main mechanisms governing SND were the suitable sludge floc size and the low DO concentration which was caused by low oxygen transfer rate with such a high MLSS concentration in the MBR. In the meantime, phosphor removal was also studied with polymer ferric sulfate （PFS） addition and 14 mg/L dosage of PFS was proper for the MBR to remove phosphor. PFS addition also benefited the MBR operation owing to its reduction of extracellular polymer substances （EPS） of mixed liquor.     

接种内外源微生物菌剂对堆肥效果的影响

在严格控制堆肥条件的堆肥反应器中,以鸡粪为堆肥基础原料,内源微生物M37和外源微生物VT为接种剂,研究了堆肥过程中温度、氧气浓度、C/N、水溶性碳(WSC)、发芽指数(GI)以及蛋白酶和脱氢酶的活性动态变化.结果表明,接种M37后,堆肥升温速度加快,且升温期氧气浓度下降速度最快.接种VT后能够增加堆肥高温期的温度,且高温期氧气浓度最低.接种内外源微生物菌剂,C/N下降速度快,WSC浓度相对高.堆肥结束时,GI值显著高于CK,有利于加快堆肥腐熟进程.M37有利于堆肥升温期的蛋白酶和脱氢酶的积累,在高温期,VT处理的蛋白酶和脱氢酶活性最强,促进堆肥的氧化还原反应.     

餐厨垃圾与水葫芦联合好氧堆肥生物质组分分类表征

为解决农村生活垃圾处理实践中存在的问题,并对水葫芦的堆肥化处理进行探索.利用自行设计的能量输入式高温好氧堆肥系统,以农村生活垃圾主要组成——餐厨垃圾及餐厨垃圾+水葫芦混合物料为堆肥化对象,测定与分析了堆肥化过程中温度、有机质的变化规律,并分类表征了总糖、还原糖、淀粉、脂肪、蛋白质5种生物质组分的演变趋势.同时,借助C/N比值、CEC/TOC比值的变化及GI指数评估了堆肥的腐熟度.研究表明,在外界环境温度小于8℃的情况下,与单一餐厨垃圾堆肥化处理相比,混合物料堆肥化升温更快(ld即达40℃,3d达52℃),处于高温堆肥化时间更长(8 d),堆肥无害化程度更高,有机质降解更迅速且降解程度高;而且,混合物料有助于提高总糖、还原糖、淀粉、脂肪与蛋白质5种生物质组分的降解水平.腐熟度评估结果表明,在约11d的堆肥化时间内,能量输入式好氧堆肥系统能够使单一餐厨垃圾堆肥达到基本腐熟,餐厨垃圾与水葫芦混合物堆肥达到完全腐熟.     

SBAR中好氧污泥颗粒化及其特性

采用气升式内循环间歇反应器对好氧污泥颗粒化的过程进行了研究,考察了不同水力循环时间下好氧污泥颗粒化过程及其特性,并且对反应器中形成的好氧颗粒污泥内部菌群形态进行了描述.结果表明,不同水力循环时间对好氧颗粒污泥生长特性产生了很大的影响,在较短水力循环时间下,颗粒污泥粒径增长速度快,形成的颗粒粒径多数在 1.0～2.0mm 之间,并且 VSS含量达 92.08%,强度也较高,而在较长水力循环时间中形成的颗粒粒径在 0.5～1.0mm 之间、VSS 含量在 83.92%,污泥强度下降.     

不同好氧颗粒污泥中微生物群落结构特点

为了探讨活性污泥好氧颗粒化过程对微生物种群的影响、不同底物及不同颗粒化方法培养的好氧颗粒污泥中微生物群落结构的差异,以接种污泥、模拟废水好氧颗粒污泥和分别投加粉末活性炭和硅藻土的实际生活污水好氧颗粒污泥为研究对象,利用PCR-DGGE对比分析了接种污泥和好氧颗粒污泥中的微生物群落结构.结果表明:活性污泥好氧颗粒化过程会减少微生物种群多样性,影响颗粒污泥稳定性的细菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、难降解有机物降解菌等污水处理功能微生物都在颗粒化过程中得到保留.活性污泥好氧颗粒化过程中能够实现亚硝化细菌(AOB)一定程度的富集.与接种活性污泥相比,好氧颗粒污泥中AOB的多样性指数与均匀性指数均有提高.好氧颗粒污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).     

我国生物质废物污染现状与资源化发展趋势

我国的生物质废物具有产生量大、可降解有机物含量高的特点,如果能对其进行有效的利用,不但能减少污染,还将会有助于缓解我国能源短缺的现状。介绍了我国生物质废物的污染现状及生物质废物资源化的主要途径,指出我国生物质废物资源化中存在的问题,并提出今后的发展方向及发展对策。