还原脱氯-生物联合降解2,4-二氯苯氧乙酸

采用Pd/Fe双金属对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)进行催化还原脱氯,以活性污泥对2,4-D脱氯产物进行生物氧化,考察初始pH、活性污泥量、污染物初始浓度、温度等因素对生物氧化的影响情况.通过PCR-变性梯度凝胶电泳分析污泥体系菌群变化情况,高效液相色谱测定来推测目标污染物的降解过程.结果表明:1 Pd/Fe双金属可有效还原2,4-D,其主要先还原为2-氯苯氧乙酸(2-CPA),最终顺序脱氯为苯氧乙酸(PA).2 2,4-D具有较大生物毒性,其脱氯产物毒性下降,更易被生物降解.3 pH=7、污泥量50 mL/200 mL、适量的初始PA浓度(14.6 mg·L-1)和30℃均有利于PA的去除.在该条件下反应96 h,PA去除率可达84.3%.     

碳源对解体后好氧颗粒活性恢复的影响

在序批式反应器(SBR)中,分别以葡萄糖,葡萄糖-乙酸钠混合碳源,乙酸钠为碳源,对解体后的好氧颗粒污泥进行为期30天的活性恢复.研究结果表明:活性恢复过程中,好氧颗粒对COD和NH3-N的去除几乎不受碳源的影响,10d后好氧颗粒污泥对COD和NH3-N的去除活性完全恢复.碳源会较大地影响好氧颗粒污泥的物理特征及对TN,TP的去除,采用乙酸钠进行活性恢复后的好氧颗粒脱氮除磷效果最好,20d后对TN和TP的去除率可从解体时的45%和42%恢复到74%和81%;而采用混合碳源进行活性恢复后的好氧颗粒的COD比降解速率最大,达到10.74kgCOD/(kgMLSS×d),恢复至颗粒解体前的112%;以乙酸钠为碳源可使好氧颗粒硝化,反硝化能力得到较好的恢复,NH3-N和TN的比降解速率分别达到0.335kgNH3-N/(kgMLSS×d)和0.272kgTN/(kgMLSS×d),分别恢复至颗粒解体前的97%和101%.     

城市污水培养好氧颗粒污泥的中试研究

以城市污水为处理对象,在中试SBR反应器中接种厌氧消化污泥,经过210 d运行,培养出了平均粒径在330μm的好氧颗粒污泥.实验表明,经过前3个月较低的进水有机负荷,反应器对污染物的去除效果逐步提高并达到稳定,活性污泥中与脱氮除磷相关的微生物大量富集.运行周期缩短为6 h,污泥的沉降性能和污染物去除特性保持良好,同时污泥平均粒径开始增大.好氧颗粒污泥完全形成以后,SVI值为30 mL.g-1,污泥浓度MLSS达到8.8 g.L-1,MLVSS/MLSS增至82%,氧利用速率OUR达到5.32 mg.(min.L)-1.颗粒外层以杆状菌为主,内层主要是球菌.单个周期内颗粒污泥对COD和总磷的去除率保持在90%,氨氮几乎完全去除,出水中无硝氮和亚硝氮累积,总氮的去除率达到80%,实现了良好的同步硝化反硝化和同步脱氮除磷效果.     

富含聚磷菌的好氧颗粒污泥的培养与特性

以实验室SBR反应器为载体.接种普通活性污泥,探讨了富集聚磷菌和培养好氧颗粒污泥同时实现的可行性,以交替负荷的方法培养2个月后,富含聚磷菌的好氧颗粒污泥形成.颗粒形成后逐步改变碳源种类以提供选择压.淘汰系统中存在的聚糖菌.结果表明,与丙酸相比,乙酸更适合富含聚磷菌的好氧颗粒污泥的生存,以乙酸为碳源,系统吸放磷量更多.颗粒平均粒径更大(2 mm),颗粒的性能指标(沉降速度、含水率、呼吸速率、密度、完整度系数)部相对优于以丙酸为碳源时的情况.以工艺检测和分子生物学手段双重检测颗粒形成过程,发现颗粒吸放磷能力的逐渐提高伴随着聚磷菌占微生物总量的比例越来越大.富集培养结束时聚磷菌占总菌的70%左右.实验证明,富含聚磷菌的好氧颗粒污泥具有优异的污染物去除能力,其对COD去除率可达95%以上,对磷的去除可达100%.     

数学模拟好氧颗粒污泥的形成及水力剪切强度对颗粒粒径的影响

以生物膜数学模型和活性污泥数学模型为基础,建立好氧颗粒污泥一维数学模型,并模拟营养物质的去除、颗粒粒径变化、反应器周期表现以及好氧颗粒污泥内DO和菌群分布.模拟有机物SS浓度和出水NH4+-N浓度逐渐降低,在大约50 d左右达到稳定,50 d后模拟出水浓度分别<25 mg.L-1和<1.5 mg.L-1.模拟出水NO3--N浓度随着粒径的增加呈现降低趋势.当颗粒粒径由模拟30 d时的1.1 mm增加到100 d时的2.5 mm,颗粒污泥缺氧区面积相应增加,总氮(TN)的去除率由不到10%增加到91%左右,最终模拟出水NO3--N浓度降低到<3 mg.L-1.在好氧颗粒污泥系统内,由于氧气传质阻力,模拟颗粒污泥外层DO浓度高而内层浓度低,颗粒内可以发生同时硝化反硝化,且好氧颗粒污泥内DO特征随时间而发生变化.在好氧初期,好氧颗粒污泥代谢活性高,模拟DO传质深度大约为100～200μm;而在好氧末期,模拟DO传质深度为800μm.模拟自养菌主要分布在DO浓度高的颗粒外层,异养菌分布在整个颗粒.当水力剪切系数kde由0.25(m.d)-1逐渐增加到5(m.d)-1时,模拟颗粒平衡粒径依次由3.5 mm左右减小到大约1.8 mm.在不同水力剪切强度下模拟颗粒污泥生长特征相似,其平衡状态下粒径随曝气强度的增加而减小,可以通过控制曝气强度来控制好氧颗粒污泥的平衡粒径.     

不同系统pJP4质粒介导基因强化降解2,4-D效应研究

以携带pJP4质粒的基因工程菌Pseudomonas putida SM1443∷gfp2x(pJP4∷dsRed)为供体菌,考察了pJP4质粒在4种纯菌中的转移效应;并分别针对活性污泥、生物膜、颗粒污泥和河流沉积物系统,通过实验室小试实验考察了该基因工程菌对不同系统目标污染物2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）的强化降解效应.结果表明,该基因工程菌中的pJP4质粒能够以广泛的微生物细胞为受体菌发生水平转移;向活性污泥、生物膜、颗粒污泥和河流沉积物系统加入一定量的基因工程菌,对2,4-D的降解都能够产生明显的促进作用.对于活性污泥系统（2,4-D初始浓度为450 mg/L）,强化与对照系统反应143.5　h时2,4-D去除率分别为66％和54％;对于生物膜系统（2,4-D初始浓度为180　mg/L）,强化与对照系统在反应113　h时对其去除率分别为99％和61％;对于颗粒污泥系统（2,4-D初始浓度为160　mg/L）,强化系统2,4-D在62　h接近完全去除,而对照系统66　h去除率仅为26％;对于沉积物系统（2,4-D初始浓度为2　mg/L）,强化与对照系统344　h去除率分别为93％和69％.激光共聚集扫描显微（CLSM）分析揭示并证实了不同基因强化系统接合子的形成与存在.     

好氧颗粒污泥降解氯苯胺类污染物的试验研究

以氯苯胺类混合物为唯一碳源和氮源、活性污泥为接种污泥,在SBR反应器中成功培养出能高效降解氯苯胺类物质的好氧颗粒污泥。成熟的好氧颗粒污泥平均粒径为321μm,SVI值为46mL/g,MLVSS为2700mg/L。当进水中氯苯胺总浓度为400mg/L,成熟好氧颗粒污泥对间氯苯胺、对氯苯胺和邻氯苯胺的去除率分别趋于100%、100%和85%,TOC去除率达80%以上,出水中Cl-浓度达126.9mg/L,Cl脱除率为89%,表明该体系对氯苯胺类混合物具有较高降解性能和矿化率。不同阶段序批实验结果表明,污泥颗粒化后氯苯胺的降解速率、降解效率及矿化率均明显提高。不同混合体系的降解模式表明,好氧颗粒污泥体系对氯苯胺类物质降解先后顺序为间氯苯胺、对氯苯胺、邻氯苯胺。PCR-DGGE指纹图表明,对氯苯胺类物质具有高降解性能的好氧颗粒污泥体系具有丰富、稳定的微生物种群结构。     

好氧颗粒污泥膜生物反应器脱氮特性

好氧颗粒污泥膜生物反应器（GMBR）连续运行71 d,对模拟生活污水表现出良好的有机物去除及同步硝化反硝化(SND)能力.进水TOC浓度为56.8～132.6mg/L时,膜出水TOC去除率为84.7%～91.9%;进水氨氮浓度为28.1～38.4mg/L时,稳定运行阶段氨氮去除率为85.4%～99.7%,总氮去除率为41.7%～78.4%.结合反应器中污泥生长形态,对不同粒径污泥的同步硝化反硝化研究表明,好氧条件下絮状污泥几乎没有反硝化能力,SND能力来源于颗粒污泥,并且随着污泥粒径的增大,反硝化速率以及总氮去除效率提高.通过扫描电镜对颗粒污泥外观以及沿传质方向剖面内部特征的观察分析,对颗粒污泥同步硝化反硝化的作用过程进行了探讨.     

进水碳源对好氧颗粒污泥特性的影响

采用气升式内循环间歇反应器对好氧污泥颗粒化过程进行了研究,考察了反应器分别以蔗糖和乙酸钠为进水碳源时好氧颗粒污泥的特性.实验结果表明:好氧颗粒污泥的形成特性与进水碳源有很大的关系;以蔗糖为碳源时,好氧污泥颗粒化速度快,好氧颗粒污泥表面被丝状物包裹,颗粒中w(VSS)为92%;以乙酸钠为碳源时,污泥颗粒化速度慢,好氧颗粒污泥表面光滑,w(VSS)只有55%左右;不同碳源下形成的好氧颗粒污泥沉降性能差别不大,但好氧颗粒污泥胞外多聚物的含量有很大差别.结果表明,由于进水碳源不同,好氧颗粒污泥特性和废水处理能力有一定的差别.      

选择压法培育好氧颗粒污泥的试验

以普通絮状活性污泥为接种污泥,葡萄糖为碳源,在序批式反应器中培育出好氧颗粒污泥增加COD负荷的同时,减少沉降时间以造成选择压,强化好氧颗粒污泥的形成根据污泥的形态变化,颗粒污泥的形成可分为3个阶段.反应器启动67d出现颗粒污泥COD负荷4.8kg/(m³·d)、表面气体流速0.0175m/s时,反应器中活性污泥完全颗粒化颗粒污泥粒径大多6～9mm,MLSS 7800mg/L,最小沉降速率32.7m/h.好氧颗粒污泥具有在高负荷下良好的COD去除率.对好氧颗粒污泥的基本性质及其形成的影响因素进行了初步分析.     

接合子细胞强化对生物反应器降解2，4-D效应研究

研究了接合性质粒pJP4在2株纯菌E．coliDH5α、Alcaligenes sp．及好氧颗粒污泥混合菌群中的水平转移情况,并以获得pJP4质粒的接合子Alcaligenes sp．：：pJP4为强化菌种,考察了接合子细胞强化对好氧颗粒反应器和生物膜反应器中难降解有机物2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）的去除效应．结...     

质粒基因强化活性污泥系统对2,4–D的降解

以携带质粒pJP4[含编码2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)降解功能的基因片段]的基因工程菌Pseudomonas putida SM1443::gfp2x (pJP4::dsRed)为供体菌,通过半连续流实验研究了质粒基因强化对活性污泥系统的2,4-D的降解效应及菌群结构的影响.结果表明,以初始浓度约为320mg/L的2,4-D为唯一碳源,向活性污泥系统投加携带pJP4质粒的基因工程菌P. putida,运行初期,降解促进作用不明显;随着半连续流反应的进行,促进作用显著增强.与对照系统相比,降解速率之差最高为6.67mg/(L·h).从基因强化系统中筛选到1株占有优势的接合子,经鉴定为Alcaligenes sp.::pJP4. Alcaligenes sp.本身不具备降解2,4-D的能力,获得质粒pJP4后,对2,4-D降解能力大幅度提高,与野生型2,4-D高效降解菌Bacillus sp.相当. PCR-DGGE分析表明,在受到2,4-D冲击条件下基因强化的活性污泥系统较对照系统保持了相对更加稳定的菌群结构.     

好氧颗粒污泥胞外聚合物（EPS）的生化性研究

将人工培养的好氧颗粒污泥进行饥饿试验,研究EPS的可生化性.结果表明,好氧颗粒污泥EPS是由40%可生物降解EPS和60%不可生物降解EPS组成的,其中可生物降解EPS可作为颗粒污泥自身的能源,而不可生物降解EPS则不行,但其对颗粒污泥的立体结构有巨大作用.将从新鲜好氧颗粒污泥中提取的EPS投加到好氧颗粒污泥和活性污泥中,提取的EPS均可被两者作为碳源利用,且活性污泥对EPS的利用速率是好氧颗粒污泥的1.5倍;而从饥饿好氧颗粒中提取的EPS作为两者碳源时,均没有明显的利用效果,说明不可生物降解的EPS不能作为两者的能源.     

碳源类型对A2O系统脱氮除磷的影响

采用52.5 L的A²O反应器,以乙酸和丙酸分别作为进水唯一碳源,系统研究了进水碳源类型对脱氮除磷和代谢过程的影响.结果表明,在进水COD为250 mg/L左右,NH⁺₄-N为52 mg/L左右的条件下,原水碳源类型对TN的去除影响不大,系统TN去除率均在65%左右.进水碳源类型对TP的去除及相应污泥中PHA的类型、含量和代谢及糖原的变化影响较大.乙酸为唯一碳源时,厌氧区放磷浓度较高,污泥中PHA的成分主要为PHB和PHV,两者在厌氧区的合成量差别不大,PHB在随后的反应过程中变化较大,对除磷代谢过程起主要作用,而PHV的变化较小.丙酸作为进水唯一碳源时,厌氧区的放磷浓度偏低,主要合成PHV,几乎不含PHB,PHV在随后吸磷过程中浓度变化较大,对除磷代谢起主要作用,而且出水TP浓度偏低.碳源类型对污泥中糖原的代谢也有影响,乙酸为碳源时糖原的含量高,变化范围也较大,丙酸为碳源时糖原的变化幅度较小.在同步脱氮除磷系统中,与乙酸相比,丙酸是一种更合适的碳源.     

单一好氧环境下的强化生物除磷研究

将乙酸钠为单一碳源、厌氧/好氧交替、具有较好除磷效果的传统生物除磷SBR系统,改为单一的好氧SBR运行方式,发现改变后的SBR系统仍可取得较好的除磷效果,除磷率最高达73.9%,最低约40%,平均维持在50%左右.这种现象可以维持长达80个周期.污泥含磷率由最初的1.43%增加到6.56%.对污泥微生物胞内PHB和糖原进行测定,结果表明此系统中微生物PHB和糖原在VSS中含量分别约为27 mg/g和26 mg/g,二者含量在好氧过程中都基本保持不变.通过对反应过程中碳源消耗与磷吸收关系的分析,认为该单一好氧条件下的生物除磷机制是由于长期以乙酸钠为唯一碳源下,试验系统中活性污泥被驯化,在胞内聚磷颗粒含量容纳能力范围内还可以在好氧环境下以乙酸钠氧化产生的ATP为能量进行磷吸收所致.     

Influence of different substrates on the formation and characteristics of aerobic granules in sequencing batch reactors

The effects of different substrates on the aerobic granulation process were studied using laboratory-scale sequencing batch reactors （SBRs）. Four parallel granules sequencing batch reactors （GSBR）： R1, R2, R3, and R4 were fed with acetate, glucose, peptone and fecula, respectively. Stable aerobic granules were successfully cultivated in R1, R2, R4, and smaller granules less than 500 μm were formed in R3. Morphology and the physic-chemical characteristics of aerobic granules fed with different carbon substrates were investigated by the four reactors operated under the same pressure. The aerobic granules in the four reactors were observed and found that peptone was the most stable one due to its good settleability even after a sludge age as short as 10 d. A strong correlation was testified between the characteristics of aerobic granules and the properties of carbon substrates. The stability of aerobic granules was affected by extracellular polymer substances （EPS） derived from microorganism growth during feast time fed with different carbon substrates, and the influence of the property of storage substance was greater than that of its quantity. Optimal carbon substrates, which are helpful in the cultivation and retention of well-settling granules and in the enhancement of the overall ability of the aerobic granules reactors, were found.     

BP-1生物降解群落结构解析及关键功能菌的降解效能评估

生物降解是有机污染物去除的重要途径,为探究环境中微生物对2,4-二羟基二苯甲酮（2,4-dihydroxybenzophenone,BP-1）的降解能力,本文以BP-1为唯一碳源,设置好氧和厌氧条件分别驯化富集功能菌群,通过高通量测序技术深度解析群落多样性及功能菌群,在此基础上筛选关键功能菌,并评估其降解效能.结果显示,好氧降解是BP-1降解的主要途径,BP-1在好氧处理系统中的降解速率是厌氧体系的2.74倍.好氧体系中微生物群落多样性显著高于厌氧体系,变形菌门（Proteobacteria,40.66%）是好氧体系中的优势菌门,红环菌目（Rhodocyclales,28.15%）、假单胞菌目（Pseudomonadales,3.11%）、鞘氨醇菌目（Sphingomonadales,2.22%）是变形菌门中占优势地位的菌目.采用选择性培养基从好氧驯化污泥中筛选获得4株BP-1降解菌,经鉴定分别为甲基营养型芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus） BP1.1、解淀粉酶芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens） BP1.2、红球菌（Rhodococcus sp.） BP1.3和鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas sp.） BP1.4,其中甲基营养型芽孢杆菌BP1.1降解速率最快,在6 h内对BP-1的降解率高达99.9%,显著降低了BP-1引起的急性毒性和类雌激素效应,为高效去除废水中BP-1提供了微生物种质资源.