四环素类抗生素污染畜禽粪便的厌氧消化特征

应用间歇试验研究了外源添加四环素(TC)和金霉素(CTC)的猪粪中温(35℃)厌氧消化特征及抗生素的降解过程.结果表明,猪粪厌氧水解酸化过程中产生的挥发性脂肪酸以丙酸为主,乙酸次之;相比于CTC添加组,TC+CTC混合添加组对易降解有机物的水解酸化有明显的抑制作用;添加TC、CTC和TC+CTC组在45 d的消化期内累积产甲烷量分别为386.4、406.0和412.1 mL,与不添加TC和CTC的对照组(464.6 mL)相比,分别减少了16.8%、12.6%、11.3%.四环素和金霉素的降解过程符合一级反应动力学方程;四环素降解的半衰期为14～18 d,金霉素为10 d.经过45 d厌氧消化处理后,四环素的降解率达88.6%～91.6%,金霉素达97.7%～98.2%.因此,畜禽粪便厌氧消化处理不仅能回收生物质能源,还能降解残留的四环素类抗生素,有效地降低抗生素污染产生的生态风险.     

褐水厌氧共消化中DOM荧光光谱特征及效应研究

文章以褐水(粪便)为底物,研究了不同共基质添加对厌氧消化甲烷产量的影响,并对过程中溶解性有机物(DOM)的三维荧光特征进行探究,研究了有机组分的变化对产甲烷的影响关系。结果表明,花生秸秆共消化组和褐水单消化组的累积甲烷产量分别为649和309 mL/g VS。采用三维荧光光谱结合平行因子分析发现,褐水单独消化和共消化过程的DOM均以微生物内源性产生为主。厌氧消化后,各反应器中色氨酸类蛋白荧光峰强度均显著降低,褐水单消化组的类腐殖质有所增加。4组条件消化全过程的DOM含有4个组分:紫外腐殖酸类、微生物源腐殖酸类、色氨酸类和酪氨酸类。褐水单消化组的类蛋白质组分(色氨酸、酪氨酸类)荧光强度综合较低,腐殖质类组分荧光强度相对较高,难以生物降解,这导致了厌氧效率不佳。共基质添加可以调节体系碳氮比和溶解性有机物含量,降低褐水厌氧消化中的类腐殖质的比例,并提高甲烷产率。     

抗生素对好氧污泥氧摄取速率单独和联合抑制效果

为研究4种抗生素(四环素、土霉素、磺胺甲恶唑和磺胺甲基嘧啶)对好氧污泥活性的单独作用及相互作用关系,以氧摄取速率(OUR)作为衡量指标,设计正交试验,测定4种抗生素对好氧污泥的单独和联合抑制效果.结果表明,4种抗生素单独使用对好氧污泥OUR抑制大小顺序为四环素>土霉素>磺胺甲恶唑>磺胺甲基嘧啶;其中四环素和土霉素毒性较高;联合作用下,对好氧污泥OUR影响最大的因素是四环素,之后依次是土霉素、磺胺甲恶唑和磺胺甲基嘧啶,4种抗生素对好氧污泥OUR抑制作用大小顺序与单独抑制作用大小顺序基本相同.其中四环素表现出显著抑制作用(p<0.05).四环素类抗生素和磺胺类抗生素联合使用表现出一定的相加关系,对目标微生物存在一定的竞争;两种磺胺类抗生素一级交互作用为拮抗关系.     

COD/SO42-对青霉素菌渣厌氧消化影响

针对抗生素菌渣厌氧消化过程SO_4~(2-)的抑制问题,利用批试实验对不同COD/SO_4~(2-)比青霉素菌渣厌氧消化产气潜能以及产酸相物质利用特性进行了研究.结果表明,COD/SO_4~(2-)≥3时,微生物发生了适应性驯化,产气潜能在发酵10 d后逐渐恢复,累积产甲烷量(以TS计)超过208 m L·g-1,超过71%的COD转化为CH4;COD/SO_4~(2-)≤1.5时,产甲烷分别受到49%及完全抑制,有机物及SO_4~(2-)的去除率分别不足17%和5%,表明较高SO_4~(2-)负荷下产甲烷菌(MPB)及硫酸盐还原菌(SRB)同时发生抑制,COD平衡分析表明,转化为CH4的COD不足9.1%,而还原为SO_4~(2-)的COD保持在5.0%~9.0%,说明MPB比SRB对S2-的抑制更为敏感;S平衡分析表明,还原的SO_4~(2-)大部分以S2-的形式存在于发酵液中,少部分以H2S的形式存在于生物气中;产酸过程物质利用特性分析表明,溶解性蛋白质的甲烷化是在溶解性碳水化物甲烷化之后才开始.     

酸碱-微波耦合预处理对污泥胞外聚合物溶裂与产甲烷行为的影响

对酸碱-微波耦合预处理后不同EPS组分在污泥厌氧消化行为中扮演的角色进行研究，通过产甲烷潜能实验评价其甲烷转化性能。结果表明:酸碱-微波耦合预处理通过溶出胞内有机物和改变EPS的分布来影响污泥产甲烷行为。甲烷累积产量最优预处理条件为pH=10，微波500 W，预处理时间120 s。此时，预处理后溶解型胞外聚合物（S-EPS）中的溶解性化学需氧量（SCOD）浓度达到11460 mg/L，是对照组浓度的184.5%，累积甲烷产量为89.08 mL/g，较对照组增加59.9%。碱处理（pH=10和12）时，S-EPS对累积甲烷产量的贡献率分别达到了16.6%和30.4%，远高于松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）与紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）。在48 d的厌氧消化过程中，S-EPS对产甲烷的贡献率在1~4 d内快速升高，随后缓慢持续下降。因此，酸碱-微波耦合预处理通过强化污泥S-EPS中的多糖、蛋白质等有机质的溶出，促进污泥甲烷化。     

添加猪粪对凤眼莲中温厌氧消化过程的影响

通过中温批式厌氧消化实验研究了添加猪粪对凤眼莲(Erichhorniacrassipes Solm.) 厌氧消化过程的影响,考察了发酵过程中pH 值、VFAs、产气情况、TS、VS、TOC、固形物成分的变化情况.结果表明,添加猪粪对凤眼莲发酵产气有促进作用,凤眼莲+猪粪的处理中VS 产气量达351.14mL/g,较凤眼莲、猪粪单一处理分别提高33.80%和420.05%.各处理间pH 值、VFAs 和TOC 分解率差异不大;TS 和VS 的数据表明,添加猪粪可以促进凤眼莲中物质的分解,固形物的元素分析和红外光谱进一步证实添加猪粪有利于凤眼莲固形物中碳水化合物的分解.     

蚓粪与玉米秸混合厌氧消化实验

在中温(35℃±1℃)条件下,考察了玉米秸不同TS负荷单独发酵和与蚓粪混合发酵对玉米秸厌氧消化过程的影响.结果表明,玉米秸单独发酵时,单位TS产气量随TS负荷的增加先增加后降低,以TS负荷为4.80%的最大,单位TS甲烷产量为217.60 mL/g;当TS负荷为6.00%时,发酵前期出现酸化,pH最低为5.10;混合发酵提高了微生物的活性,增强了系统的缓冲能力,避免了发酵过程可能出现的酸化,玉米秸TS产气量提高了4.42%~58.61%,但对甲烷含量的影响不大,且对碱度的提高并无促进作用;当蚓粪与玉米秸混合比例为2∶3时,玉米秸的TS产气量最高,达410.30 mL/g,甲烷含量为63.21%;厌氧微生物可在一定程度上破坏玉米秸纤维素的结晶区,混合发酵促进了微生物对纤维素结晶区的破坏,以蚓粪与玉米秸混合比例为2∶3时处理的效果最好,破坏率达29.36%.     

热水解预处理改善污泥的厌氧消化性能

先将污泥进行热水解预处理 ,其后测定生物化学甲烷势(BMP)来研究热水解对污泥厌氧消化性能的影响 .结果表明 ,热水解预处理能加速污泥中固体有机物的溶解 ,溶解后的有机物进一步水解生成低分子物质 ,其中挥发性有机酸占溶解性COD(SCOD)的30%～40% ,从而污泥的厌氧消化性能得到明显改善 .最合适的热水解温度和热水解时间为170℃、30min.此条件下 ,污泥厌氧消化时总COD(TCOD)去除率从预处理前的38.11%提高到56.78% ,污泥中TCOD的沼气产率从16.0mL/g提高到250mL/g .     

热水解预处理剩余污泥的有机物分布及厌氧消化特性

研究了热水解后剩余污泥中有机物分布以及热水解对污泥厌氧消化效果的影响。剩余污泥经过热水解处理后,VSS含量从51. 0%降低至42. 7%,溶解性COD占总COD的比例从0. 5%提高至33. 5%;进一步厌氧消化时,总COD和VS降解率分别提高至35%和41%,甲烷产率提高至0. 25 L/g,累积甲烷产量比未热水解的污泥提高了101. 2%。脱水污泥液累积甲烷产量占热水解污泥甲烷产量的59%,是厌氧消化所产甲烷的主要来源,而脱水泥饼COD转化成甲烷的比例相对较低。根据剩余污泥热水解后液相和固相有机物的厌氧消化特性差异,提出了基于热水解的污泥厌氧消化工艺优化方案。     

污水中溶解性有机物组分特性及其氯消毒副产物生成潜能

以城市污水厂二级出水为研究对象,采用大孔吸附树脂将污水中溶解性有机物分离成亲水性物质、疏水酸性物质、疏水中性物质和疏水碱性物质4个组分,分析了各组分的有机物特性、三维荧光光谱特征和氯消毒副产物生成潜能.结果表明,亲水性物质和疏水酸性物质分别占水样中溶解性有机碳的33%和30%,其中亲水性物质相对含有较多的生物源腐殖质类物质,疏水酸性物质相对含有更多的芳香族蛋白质和溶解性微生物代谢产物类物质.氯消毒后,亲水性物质的三卤甲烷生成潜能分别为630.4μg.L-1,占污水三卤甲烷生成潜能的73.7%.亲水性物质和疏水酸性物质的卤乙酸生成潜能分别为644.6μg.L-1和123.2μg.L-1,是污水氯消毒副产物的主要前体物.     

预处理对园林垃圾混合物料联合厌氧发酵的影响

采用超声、微波及碱热预处理技术强化园林垃圾、厨余垃圾与果蔬垃圾联合厌氧发酵产气性能,并以未进行预处理的实验组作为对照。结果表明:4组实验pH值在2 d内迅速降低至7.24~7.45,反应后期可稳定在7.7~8.0,表明厌氧消化系统有较强的稳定性。挥发性脂肪酸（volatile fatty acids,VFA）浓度在第2~4天内达到最大值。乙酸和丙酸是4组实验中VFA的主要成分,两者比例之和在70%以上。VFA浓度在第13天后降低到500 mg/L以下,且以乙酸为主。氨氮（TAN）浓度在前4 d内出现一定波动,随后逐渐升高至2190~2410 mg/L。游离氨氮（FAN）浓度呈先降低后增加趋势,并在第13天后逐渐趋于稳定,为144~209 mg/L。沼气中甲烷比例在第2天后均超过50%,并在第11~12天时达到最大值61.4%~63.8%。修正的Gomperts模型模拟结果表明:预处理技术可缩短反应体系厌氧产沼的适应时间,提高前期产气速率。除此之外,超声预处理与碱热预处理可显著提高基质甲烷产率,由未处理时的396 mL/g分别提高到601,536 mL/g,而微波预处理使得反应体系甲烷产量略有降低。     

聚丙烯微塑料对污泥厌氧消化效能作用影响

以聚丙烯（PP）微塑料为研究对象,考察不同浓度PP微塑料对污泥厌氧消化产CH₄和产酸效能的作用影响,同时采用荧光定量PCR方法定量检测了乙酸激酶（AK）和mcrA基因在不同PP微塑料作用下的丰度变化.结果表明,PP微塑料对污泥厌氧消化产CH₄和产酸效能具有促进影响,CH₄和乙酸累计产量随PP微塑料投加量的增大而升高,当PP微塑料投加量为0.2g/g VSS时,CH₄和乙酸累计产量与空白对照相比分别提高148.2%和15.2%,达227.1mL/g VSS和1291.2mg/L.相应地,mcrA基因丰度随之提高98.2%,表明PP微塑料对产甲烷菌的生长和繁殖具有促进作用,进而强化污泥厌氧消化产CH₄效能.     

生物炭缓解餐厨垃圾厌氧消化酸化的效果及机制

研究了在高有机负荷(30 g VS/L,VS为挥发性固体含量)下生物炭缓解餐厨垃圾厌氧消化酸化,促进产甲烷的效应及机制。结果表明:碱性多孔生物炭在最优添加量下(1 g/g VS),反应20 d时,累积产甲烷量达到312.40 mL/(g·VS),与对照组相比提升了101.7%,同时产甲烷停滞期缩短62%。并在酸化最严重时挥发性脂肪酸(VFA)含量降低1151.28 mg/L。研究结果表明:生物炭的多孔结构是促进挥发性脂肪酸分解的关键因素,碱度和营养物质可以起到促进作用。高通量测序结果表明:最佳添加量下甲烷丝菌属(Methanothrix)、拟杆菌(Bacteroidales)、梭菌(Clostridiales)的相对丰度分别由26.12%、43.08%和9.95%提高到46.05%、56.25%和12.20%。生物炭缓解餐厨垃圾消化酸化的机制是为微生物提供反应场所,增强了微生物间的电子传递,提高了厌氧微生物的呼吸速率。     

中高分子量聚丙烯酰胺对污泥厌氧消化的影响

市政污水处理厂剩余污泥通常通过脱水和进一步厌氧消化实现减量和资源化。阳离子聚丙烯酰胺(cPAM)是脱水过程中常用的絮凝剂,其对后续厌氧消化性能的影响研究仍不深入。研究发现:中高分子量cPAM会抑制厌氧消化过程中有机质的溶出与水解、产酸和产甲烷效率;且中分子量的cPAM抑制效果更强。添加中分子量cPAM的溶解性蛋白质、多糖和短链脂肪酸(SCFAs)的最高产量比对照组分别降低了22.3%、28.4%和38.6%,添加高分子量cPAM的实验组则分别降低了7.4%、19.4%和25.9%;相应地,添加中、高分子量cPAM污泥的30 d甲烷累积产量为(40.4±1.4),(49.8±1.3) mL CH₄/g VSS,比对照组的(61.0±1.4) mL CH₄/g VSS分别降低了33.7%、18.3%。由此建议剩余污泥脱水过程中,要综合考虑cPAM添加量和分子量对后续厌氧消化性能的影响,以达到效益最佳。     

外加铁对城市污泥厌氧消化产甲烷的作用

为提高城市污泥厌氧消化产甲烷效率,除适量添加餐厨垃圾以提高有机质外,还在污泥中加入了机械加工企业产生的废铁屑,中温(39±1)℃下厌氧消化30 d,同时与加入等量纯铁粉对比,考察废铁屑和纯铁粉的产甲烷效率.结果 表明:废铁屑组和纯铁粉组的累积产甲烷量分别达到340.33,336.52 mL/g,分别比不外加任何铁元素的...     

不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.      

含固率和有机负荷对厨余垃圾厌氧消化性能及沼渣特性的影响

为提高厨余垃圾厌氧消化性能和促进沼渣资源化利用,以底物降解效能和产甲烷量最大化为目标,分别考察不同进料总固体（TS）含量（含固率）(12%、15%、18%、25%、28%、33%)和有机负荷〔8.5、10.5、13.5 g/(L·d),以挥发性固体(VS)计〕条件下厨余垃圾的中温厌氧消化特性,并对最优进料参数下沼渣特性和资源利用潜力进行分析. 结果表明:进料TS含量是影响厨余垃圾厌氧消化效能的重要因素,调节进料TS含量至25%时可获得最大累计产甲烷量(16.81 L)和最高单位容积负荷累计产甲烷量(42.01 L/L),挥发性固体降解率达72.29%,系统运行稳定. 在进料TS含量为25%的条件下,系统累计产甲烷量随有机负荷的增加呈先升高后降低的趋势,有机负荷为10.5 g/(L·d)时,系统累计产甲烷量和挥发性固体降解率最高,分别为24.04 L和79.64%,未产生酸抑制现象. 厌氧消化过程中产生的副产物沼渣中有机质和总养分含量较高,电导率和重金属含量较低,pH适宜,满足《有机肥料》(NY 525—2021)和《绿化用有机基质》(GB/T 33891—2017)的要求. 研究显示:当进料TS含量为25%、有机负荷为10.5 g/(L·d)时,厌氧消化系统运行效能最优;沼渣营养成分较高、生物毒性较低,具有较大资源化利用潜力,后续经脱水处理并提高腐熟程度后可进行应用.      

针铁矿强化剩余污泥与烟草废弃物厌氧发酵的研究

以剩余污泥和烟草废弃物为研究对象,探究了针铁矿对有机物厌氧消化产甲烷的影响.针铁矿投加能提高消化产气率至359.4mL/g,显著高于空白对照组.针铁矿有助于混合气体中甲烷含量的升高并减少CO₂的体积分数.针铁矿利于剩余污泥和烟草废弃物共消化过程有机物溶出,纤维素减量,从而为产甲烷古菌提供充足的消化底物.针铁矿利于酸化代谢过程,在针铁矿投加组中挥发性脂肪酸的最大产量仅为56.2mg/g,显著低于空白组,此外针铁矿促进丙酸的合成.针铁矿促进乙酸降解,在消化第1d,针铁矿投加实验组中乙酸降解率高达65.5%,较高于空白组中的56.6%.酶活性分析表明针铁矿促进水解,酸化及产甲烷过程关键酶.Methanothrix和Methanobacterium是产甲烷阶段重要微生物,454高通量测序表明针铁矿提高Methanothrix和Methanobacterium的相对丰度至59.6%和23.5%,显著高于空白对照组.     

生物炭强化苯酚厌氧降解产甲烷特性

通过批次实验探究生物炭对苯酚厌氧降解产甲烷过程的促进机制,并考察了300,500,700℃下制备的生物炭对苯酚甲烷化过程延滞期、最大产甲烷速率和微生物群落结构的影响.结果表明：生物炭的电子交换能力与苯酚甲烷化过程具有显著关系（R²=0.997）.与对照组相比,投加15g/L的生物炭可将苯酚甲烷化的延滞期从15.0d缩短至1.1~3.2d,最大产甲烷速率由4.0mL/d提高到10.4~13.9mL/d.其中在热解温度500℃下制备的生物炭由于含有丰富的电化学活性类醌结构,对苯酚甲烷化过程促进效果最优.此外,生物炭投加促进了典型产电细菌Geobacter及产甲烷菌Methanosaeta的富集.进一步说明生物炭投加通过促进种间电子传递加速了苯酚甲烷化过程.     

RSI-MO反应器强化沼气原位深度脱硫研究

为实现剩余污泥厌氧消化沼气原位深度脱硫,采用向反应器中嵌入最佳剂量(20g/L)废铁屑并引入微氧条件,构建废铁屑-微氧(RSI-MO)工艺,探索微氧效应对厌氧消化稳定性、效率、脱硫的影响.试验分7阶段,P1阶段对照组,P2阶段加入RSI,P3～P7阶段逐步提高O2剂量.结果表明,MO激发硫氧化菌生物脱硫,促发RSI化学...