基质配比及硫酸盐对AnMBR产甲烷性能的影响

针对厌氧膜生物反应器污泥,研究了不同基质及硫酸盐对厌氧污泥产甲烷活性(SMA)及产甲烷潜能(BMP)的影响,阐述了硫酸盐还原及产甲烷过程的作用机制.结果表明:乙酸/丙酸比值为60%时,乙酸与丙酸的协同作用最佳,其厌氧污泥的SMA最快;乙酸/丙酸比值低于40%时,丙酸转化为乙酸的速率成为甲烷生成的限制因素,其厌氧污泥的SMA减缓;乙酸/丙酸比值高于60%时,SMA受到乙酸的抑制.在硫酸盐存在条件下,当COD/SO_4~(2-)-S20时,SMA和BMP均受到抑制,当COD/SO_4~(2-)-S10时,乙酸代谢受到抑制.从硫代谢情况来看,当COD/SO_4~(2-)-S25时,80%以上的硫酸盐转化为稳定价态的硫(H_2S,HS~-,S~(2-)),硫化氢对产甲烷菌产生抑制作用;当COD/SO_4~(2-)-S25时,仅有14%的硫酸盐转化为稳定价态的硫,硫酸盐还原菌因底物不足而活性受到抑制.     

施用污泥堆肥品对土壤和植物总汞及甲基汞的影响

采用田间试验,分别施加两种不同的污泥堆肥品(含生物质炭和不含生物质炭),研究污泥堆肥土地利用过程土壤及植物总汞和甲基汞变化情况、迁移转化特征和植物富集能力.结果表明,施加污泥堆肥品会引起土壤总汞和甲基汞含量升高,但总汞含量低于国家土壤环境质量二级标准.生物质炭堆肥品可能促进土壤汞的甲基化,但不同处理土壤甲基汞/总汞(Me Hg/THg)比值较低.植物成熟后不同处理植物总汞含量明显低于幼苗期,而甲基汞含量均高于幼苗期.施加两种堆肥品对植物富集总汞没有明显差异,但对甲基汞富集影响显著.施加生物质炭堆肥品的土壤甲基汞含量明显高于施加无生物质炭堆肥品的土壤,而植物甲基汞含量则相反.生物质炭的加入可能有利于土壤甲基汞形成,但不利于甲基汞的迁移,抑制植物对土壤甲基汞的富集.植物对甲基汞的富集能力较强(富集系数为1.24~14.63),需关注长期施肥带来的土壤环境汞生态风险.     

Geobacter sulfurreducens对汞的甲基化及其影响因素研究

在实验室模拟条件下,研究了铁还原菌Geobacter sulfurreducens对汞的甲基化作用及其影响因素.结果表明,G.sulfurreducens在低浓度汞溶液中能够生长,但生长受到一定程度的抑制,主要表现在菌株生长曲线迟缓期的延长.G.sulfurreducens在生长过程中能同时将溶液中无机汞转化为甲基汞,甲基化过程受多种环境因素的制约.在初始HgCl2浓度为1 mg.L-1、温度35℃、pH 6.0、0.9%盐度的厌氧环境条件下,G.sulfurreducens对汞的甲基化率可达38%.适当增加HgCl2初始浓度与盐度能提高甲基汞的转化率,但过高汞浓度和盐度会造成微生物的死亡;温度在4～35℃范围内,温度越高甲基汞转化率越高;弱酸性环境比酸性或中碱性环境更利于汞的甲基化.此外,腐殖酸和半胱氨酸等均影响甲基汞的转化效率,其中腐殖酸对汞甲基化有一定的抑制作用,而半胱氨酸有较强的促进作用.该研究为自然水体生态系统中铁还原菌参与汞甲基化的过程提供了直接证据.     

贵阳市水库中硫酸盐还原菌及铁还原菌对甲基汞分布的影响

微生物在汞的甲基化过程中起着关键作用,但关于野外微生物活动对甲基汞分布的影响研究较为缺乏.通过对贵阳市不同污染类型水库中硫酸盐还原菌(SRB)、铁还原菌(DIRB)、甲基汞(MeHg)及相应水质参数分布规律研究,探讨了水库中SRB和DIRB活动在汞甲基化及其分布中所起的作用.在水库上覆水体中,SRB与甲基汞呈显著正相关关系(r=0.398,p0.015,n=37),表明在上覆水体中,SRB为主要的汞甲基化细菌.在污染严重且差异明显的沉积物中,两种微生物对甲基汞分布的影响各不相同.在受矿山酸性废水污染的阿哈水库,由于其过高的SRB含量及其硫酸盐还原活动,导致夏季沉积物表层硫离子大量积累,严重抑制了汞的甲基化过程,使得沉积物孔隙水表层甲基汞明显低于其它两个水库,也低于阿哈水库上覆水体甲基汞含量.在红枫水库,沉积物表层适宜的SRB活动促进了汞的甲基化,硫酸盐还原物硫离子和孔隙水甲基汞存在显著相关性(r=0.674,p0.001,n=31);在百花水库,由于沉积物曾受到严重汞污染,甲基汞峰值主要受到沉积物总汞的影响,和两种微生物活动及其产物均未表现出显著相关性.     

富磷剩余污泥厌氧消化过程中的水解与生物释磷机制

以某采用A/O生物除磷工艺的污水处理厂排出的富磷剩余污泥为研究对象,设计厌氧消化比较试验,讨论了富磷剩余污泥厌氧消化过程中的磷释放机制.结果发现,剩余污泥消化系统中的SOP(溶解性正磷)释放/PHA(聚羟基烷酸)合成比值大于活性污泥厌氧释磷系统,证实了剩余污泥厌氧消化过程中水解机制是磷释放的主导机制;剩余污泥消化系统中的PHA合成/糖原降解比值小于活性污泥厌氧释磷系统,表明污泥消化系统中的糖原降解不仅仅是生物释磷引起的;厌氧消化系统中抑菌剂的存在对于污泥消化系统的水解释磷机制与生物释磷机制均是不利的.     

污泥厌氧消化系统中硫转化的主要途径及影响因素

污水厂污泥中的无机硫和有机硫在厌氧消化过程中同时进行固-液-气三相的物理、化学和生物转化。硫的迁移转化及影响机制是污泥厌氧消化物质转化理论体系的重要组成部分。主要介绍了污泥厌氧消化系统中硫的主要生物转化途径和非生物转化途径,分析和总结了污泥厌氧消化体系中影响硫转化的主要因素,并对该领域的未来研究方向进行了展望。     

1株兼具好、厌氧汞甲基化能力细菌的分离鉴定

从三峡水库重庆段忠县石宝寨消落带土壤中,分离纯化后获得1株在好氧和厌氧条件下均能将Hg2+转化成甲基汞的细菌,经过对该菌株的形态特征、理化特征检测及16S r DNA序列分析,初步鉴定其为γ-变形菌纲的荧光假单胞菌,并命名为Pseudomonas fluorescens XD-Me Hg-B2(Gen Bank登录号:KU954349).通过汞敏感性试验发现该菌对Hg2+极敏感,汞甲基化试验表明,在初始Hg2+浓度为200 ng·L-1的PBS缓冲液中,接种XD-Me Hg-B2对数生长期菌悬液,有氧条件下,30℃孵育60 min后,溶液中甲基汞浓度呈指数增高,并在160 min时达到最大,约为3.85 ng·L-1±0.33 ng·L-1,最大汞甲基化率为1.93%;而在厌氧条件下,XD-Me Hg-B2同样表现出汞甲基化能力,但其甲基汞的生成较好氧处理显著滞后,且汞甲基化转化率较低,在180min左右甲基汞浓度达到最大,为2.86 ng·L-1±0.73 ng·L-1,最大汞甲基化率为1.43%.综上所述,P.fluorescens XDMe Hg-B2是1株对Hg2+极敏感,兼具好、厌氧汞甲基化能力的细菌,可望为消落带土壤汞生物甲基化的机制研究提供候选菌株,从而为深入研究汞生物地球化学循环、以及正确评价三峡水库蓄水运行后可能带来的汞生态风险评价提供理论依据.     

秋夏季黄河三角洲湿地土壤汞和甲基汞的变化

汞在湿地中的行为对湿地水生生物健康具有重要影响.于2011年和2012年分别采集干(夏初)湿(秋季)季节黄河三角洲湿地土壤样品,分析不同季节汞与甲基汞的含量差异和垂直变化.秋季总汞平均含量为0.064 mg·kg-1;夏季为0.027 mg·kg-1,总汞含量平均减少57%,湿地由积水到干旱过程中导致汞的释放.秋季各点位0~10 cm深甲基汞平均含量为0.28μg·kg-1,夏季甲基汞平均含量为0.066μg·kg-1,各点位含量平均减少76%.在秋季受湿地淹水影响,利于甲基汞的形成,水分减少和湿地干旱导致土壤中的甲基汞减少.在垂直方向上,夏季与秋季相比总汞在0~10 cm深度都有减少,土壤中的汞发生释放,因此,湿地在秋季表现为汇,而在春夏季为大气汞的源.硫酸盐还原细菌的含量秋季远高于夏季,在夏季硫酸盐还原菌与甲基汞和甲基化率均显著相关,硫酸盐还原菌、淹水环境、有机物质都会影响甲基汞产生和分布.     

高含固污泥厌氧消化中蛋白质转化规律

采用剩余污泥在含固率(total solid,TS)为12%条件下进行中温(37℃)厌氧消化,通过分析厌氧消化前后污泥蛋白质组分的变化情况,研究了高含固污泥厌氧消化中蛋白质的转化规律,探讨了高含固条件下污泥蛋白质转化效率较低的原因.结果表明,经过45 d的厌氧消化处理,污泥蛋白质的转化率为34.26%.污泥蛋白质转化效率较低的原因主要表现在:(1)高含固条件下污泥的传质较差;同时,污泥蛋白质经水解过程形成大量的氨氮,反应结束后污泥总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)质量浓度达到1 201 mg·L~(-1),导致对厌氧消化过程,尤其对蛋白质的分解表现出一定的抑制作用;(2)三维荧光光谱(three-dimensional fluorescence spectroscopy,3D-EEM)分析表明,部分蛋白质向腐殖质类、富里酸类物质转化,从而更难分解;(3)通过二维电泳(two-dimensional electrophoresis,2-DE)-质谱(mass spectrometry,MS)分析发现,厌氧消化后污泥蛋白质的相对分子质量和等电点(isoelectric point,p I)降低;最终,污泥中残留的大部分蛋白质来源于微生物体内.由于微生物代谢能力随着厌氧消化过程的进行而减弱,难以继续利用这些蛋白质,或消化体系中不具备分解这些蛋白质的酶,从而限制了污泥中蛋白质的分解效率.     

采煤沉陷区水体沉积物汞的分布及影响因素

为了解采煤沉陷区水体沉积物中汞的分布特征及影响因素,该文采集淮南煤田顾桥采煤沉陷区水体沉积物样品,测定了样品理化特征及总汞、甲基汞含量,分析探讨样品中总汞和甲基汞分布特征及影响因素。结果表明:(1)顾桥采煤沉陷区水体沉积物中总汞含量范围为16.20～67.10 ng/g,甲基汞含量范围为0.37～1.12 ng/g,甲基化率(MeHg%)范围为1.44%～2.30%。(2)水体沉积物总汞分布具有较大空间差异性,总汞含量高值区主要分布在北部及西部靠近矸石充填道路样点,甲基汞分布与总汞类似,北部与西南样点含量较高;MeHg%高值主要集中在养殖鱼箱附近样点,渔业养殖活动是导致甲基化率较高的主要原因。(3)相关性分析结果显示,水体沉积物中有机质、黏粒含量与总汞、甲基汞均呈正相关关系,细颗粒中有机质是水体沉积物汞的主要载体,减少研究区无机汞和有机质的输入可降低甲基汞产生带来的环境危害;MeHg%与pH呈正相关关系,与黏粒含量呈负相关关系,主要与水体沉积物汞的存在形态及有机质类型有关,MeHg%与有机质和总汞含量的相关性不明显,有机质与总汞的共沉积可能是影响MeHg%的主要作用方式。研究结果可为研究区水体环境汞污染防治提供科学依据。     

赤铁矿抑制硫酸盐废水厌氧消化产甲烷过程中硫化氢形成与机制

为了实现高浓度硫酸盐废水厌氧消化过程中甲烷的高值化产出,本文探究了赤铁矿添加对硫酸盐废水厌氧消化系统中硫化氢形成的抑制效果与作用机制.以人工配制的硫酸盐废水为研究对象,考察不同赤铁矿投加量下高浓度硫酸盐废水的厌氧消化性能,并分析反应体系中硫元素的迁移转化途径.结果表明,未添加赤铁矿的反应器的厌氧消化启动时间及硫化氢浓度分别是0.5 g·（30 mL）^-1赤铁矿添加组的1.64倍及180倍.这说明添加赤铁矿不仅能够缩短厌氧消化的延迟时间,而且有效降低反应器中硫化氢的浓度.硫元素的动态平衡分析结果显示,添加0.5 g·（30 mL）^-1赤铁矿反应器中固体硫含量占总硫的96.9%.XPS结果进一步表明,赤铁矿添加主要是促废水中的S^2-以FeS₂的形式固定.因此,赤铁矿的添加能够有效加速硫酸盐废水厌氧消化过程,同时降低反应器中硫化氢的浓度.     

硫酸盐在厌氧生物过程中的行为 Ⅱ.硫酸盐还原行为及对体系抑制作用机理

采用半连续实验方法，研究了中温厌氧条件了硫酸盐的还原行为及产生抑制作用的机理。实验结果表明，ＳＯ４＾２－在厌氧体系中被硫酸盐还原菌全部或部分还原为硫化物，其还原率与ＳＯ４＾２－累积加入浓度有关，还原产物的形态与体系中ｐＨ值有关，较高的ｐＨ值（７．６－８．４）使体系中Ｈ３Ｓ含量下降。ＳＯ４＾２－对厌氧体系的抑制与ＳＯ４＾２－还原过程中ＳＲＢ与产甲烷菌的底物竞争及还原产物的毒性相关。前者受ＣＯＤ／ＳＯ     

零价铁和微波预处理组合强化污泥厌氧消化

以中温(100℃)常压的微波预处理结合零价铁投加为对象,考察了低投加量5. 19～41. 51 g·kg~(-1)(以TS计)、高投加量83. 35～853. 46 g·kg~(-1)(以TS计)下的零价铁对微波预处理污泥厌氧消化的进一步强化作用.结果表明,微波预处理与零价铁组合可使污泥厌氧消化产甲烷潜势提升17%～23%.零价铁对微波预处理后污泥厌氧消化具有一定的促进作用,且提升了厌氧消化初期(1～4 d)产甲烷速率,零价铁投加量为31. 13 g·kg~(-1)(以TS计)时,产甲烷潜势提升了7. 42%,反应第2 d的产甲烷速率提高了11. 02%.高投加量的零价铁并未表现出更好的强化效果.零价铁促进了厌氧消化初期溶解性有机物的释放,投加量为31. 13 g·kg~(-1)(以TS计)时,溶解性蛋白质较单独预处理组提高21. 16%,并且零价铁投加加快了乙酸、异丁酸、异戊酸的消耗.零价铁的投加,导致上清液中的磷酸根和硫酸根浓度降低,相应地,上清液中铁元素的浓度反而下降,说明零价铁的形态转化后,易与磷酸盐、硫反应形成沉淀,这可能是铁投加作用效果不明显的重要原因.     

三峡库区消落带沉积物-水界面汞的扩散特征

通过模拟实验研究了三峡库区消落带沉积物-水界面汞及甲基汞的扩散。结果表明,三峡库区消落带浅水沉积物中的甲基汞占总汞的比例为0.41%±0.29%,深水沉积物中的甲基汞占总汞的比例为0.74%±0.52%。深水沉积物比浅水沉积物具有更高的甲基汞产率。随着淹水时间的延长,沉积物中甲基汞的含量呈指数增长。沉积物中的甲基汞生成动力学方程符合零级反应方程。沉积物中无机汞的扩散以Freundlich修正式拟合效果最好,相对好氧的环境更有利于沉积物中无机汞的释放。相应地,甲基汞的扩散以抛物线扩散方程拟合效果最好,黑暗厌氧的环境更有利于沉积物中甲基汞的释放。三峡库区消落带沉积物-水界面无机汞的扩散通量为154.65±47.12~160.23±56.19 ng/(m~2·d),甲基汞扩散通量为7.61±3.39~7.79±4.56 ng/(m~2·d)。随着淹水时间的增加,孔隙水无机汞及甲基汞向上覆水体的释放通量均表现为先增加后减小的趋势。沉积物中的甲基汞对上覆水体甲基汞含量的贡献率为1.5%~14.3%,释放量为0.28~0.85 kg/a。而沉积物中的汞对上覆水体汞含量的贡献率为0.20%~1.70%,释放量为5.64~17.55 kg/a。     

污泥性质对微波预处理-厌氧消化的影响及古菌群落结构分析

污泥性质对预处理强化厌氧消化工艺的效果有较大影响.本研究对比了某实际污水厂A~2O工艺和A~2O-MBR工艺产生的剩余污泥在微波预处理-厌氧消化过程中污泥性质的变化与产气效果,并考察了在预处理和厌氧消化过程中污泥的古菌群落结构变化.结果表明,A~2O工艺剩余污泥有机质含量比A~2O-MBR污泥高出16. 4%(分别为66. 4%和50. 0%),SCOD、溶解性蛋白质和多糖分别为后者1. 24、2. 02和4. 84倍,具有更好的可生物降解性.虽然预处理对生物降解性差的A~2O-MBR污泥有机物释放效果更好,但A~2O污泥在微波预处理-厌氧消化后产甲烷量比相应处理后的A~2O-MBR污泥多26. 1%.两种剩余污泥的古菌群落结构差异较大,A~2O-MBR污泥中甲烷丝菌属和甲烷八叠球菌属丰度分别比A~2O污泥多3. 68%和19. 73%.预处理对古菌群落的丰富度和均匀度影响相对较小,但厌氧消化后波动较大.污泥中有机组分不同是引起古菌群落结构变化的重要影响因素.     

微氧水解酸化处理石化废水的生物降解特性

本研究采用微氧水解酸化技术处理石化废水,以抑制硫酸盐的还原,减少硫化氢的产生.同时,通过与厌氧水解酸化的对比试验,研究了微氧水解酸化的生物降解特性.微氧反应器的ORP控制在(-290±71)m V,厌氧反应器的ORP为(-398±31)m V.反应器运行近7个月的结果表明,在进水COD为202~514 mg·L-1、硫酸根浓度为350~650 mg·L-1及HRT为12 h时,微氧水解酸化反应器COD的平均去除率为31.2%,高于厌氧水解酸化的26.4%.厌氧出水的VFA浓度((2.34±0.60)mmol·L-1)高于微氧出水((1.89±0.48)mmol·L-1).微氧出水的平均比紫外吸收值(UV254/DOC)为0.017,显著低于厌氧出水(0.025),表明微氧环境可以提高兼性水解酸化菌的生理代谢功能,强化难降解芳香有机物和含共轭双键大分子化合物的去除.微氧水解酸化出水的硫离子浓度((0.11±0.04)mg·L-1)显著低于厌氧出水((1.27±1.22)mg·L-1).454焦磷酸测序结果表明:微氧水解酸化菌群中,变形菌门、绿弯菌门和放线菌门菌群丰度(所占比例分别为39.7%、20.3%、1.9%)高于厌氧水解酸化菌群(分别为36.9%、17.5%、1.3%),对难降解大分子有机物的去除效果好;厌氧水解酸化菌群中拟杆菌门和酸杆菌门所占比例较大,酸化效果更好.在属的水平上,微氧水解酸化污泥中鉴定出的硫酸盐还原菌的种群多样性和丰度均低于厌氧污泥,这与其出水较低的硫离子浓度一致,表明微氧环境能够有效抑制硫酸盐还原菌的活性.上述研究结果表明,微氧水解酸化是一种很有前途的石化废水预处理技术.     

热水解时间对污泥厌氧消化系统微生物群落结构影响分析

为评估热水解时间对北京市大兴区某污水处理厂污泥厌氧消化系统微生物群落结构的影响,利用Illumina MiSeq高通量测序方法,分析了不同热水解时间（15、30和45 min）对初沉污泥和剩余活性污泥厌氧消化系统中微生物群落结构及其多样性的影响因素.结果表明,消化污泥优势类群主要分布在厚壁菌门（Firmicutes）、阴沟单胞菌门（Cloacimonadota）、绿弯菌门（Chloroflexi）和同力菌门（Synergistota）,相对丰度之和超过60%,相对丰度最高菌属为W5,占比为20.8%~54.5%,表现为少数优势物种的高丰度特征.热水解污泥厌氧消化过程中,高挥发性脂肪酸和氨氮浓度导致嗜乙酸产甲烷菌相对丰度减少,嗜氢产甲烷途径多于嗜乙酸产甲烷途径.环境因子关联分析结果显示,消化进泥可溶蛋白质、消化进泥pH值、消化出泥氨氮和热水解时间是影响微生物群落结构的4个主要环境因子,其中消化出泥氨氮对产甲烷菌属的影响最大,呈负相关关系.热水解时间与Chao指数和Shannon指数均呈负相关,较长热水解时间不利于提高厌氧消化过程微生物菌群丰富度和多样性.     

同步反硝化聚磷的试验研究

采用SBR反应器和人工合成废水研究了同步反硝化聚磷的条件和影响因素.试验结果表明,厌氧/好氧方式下驯养的生物除磷污泥,在厌氧期之后供给硝酸盐,则污泥可以很快实现同步反硝化聚磷.聚磷前厌氧阶段的存在是实现反硝化聚磷必不可少的重要前提.在没有NO₃^-干扰而且乙酸钠为唯一碳源下,最佳厌氧时间为60min.先于缺氧期微生物接触硝酸盐,会使反硝化聚磷减弱甚至丧失.缺氧段NO₃^--浓度是影响反硝化聚磷效果的因素之一.在厌氧(2h)-缺氧(1h)-好氧(2h)的试验条件下,当NO₃^--N浓度由5mg/L上升至20mg/L时,其反硝化聚磷效率由11.9%上升至48.7%.但NO₃^--N浓度提高到了20mg/L以上时,其效率提高得不很明显.好氧段的存在不会使诱导形成的反硝化聚磷消失,但缩短好氧时间有助于提高DNPA在除磷中的比例.     

不同种泥的厌氧氨氧化反应器的启动及动力学特征

采用2套UBF反应器R1和R~2,R1接种好氧硝化污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,R~2接种厌氧消化絮状污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,采用逐渐提高进水亚硝氮和氨氮浓度的方式富集培养ANAMMOX菌.结果表明,R1启动时间短,仅耗时36 d就成功启动了厌氧氨氧化反应器,而R~2则需要53 d; R1和R~2脱氮效果均较好,但R1脱氮效果优于R~2且稳定.在稳定运行阶段,R1氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为99. 92%、96. 64%和81. 87%左右,R~2氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为97. 54%、94. 91%和80. 98%左右.反应器启动成功后,Candidatus Kuenenia属在所检测出的属中丰度位列前六,在R1和R~2中的相对丰度分别为3. 22%和2. 35%;改进的Stover-Kincannon基质去除模型和二级动力学模型对拟稳态阶段R1和R~2的脱氮性能均能进行较好地拟合,经计算,R1的最大基质去除速率Umax稍大于R~2,说明R1的脱氮潜力较大.