厌氧/好氧运行方式对颗粒污泥形成的影响

序批式反应器(SBR)饱食-饥饿的运行方式对颗粒污泥的形成具有一定的促进作用,为考察该作用的大小,采用小试SBR装置,按照厌氧/好氧(An/O)交替的方式运行,考察了强化饱食-饥饿效应对颗粒污泥形成的影响.研究发现,An/O方式运行的第7d,反应器内即有微颗粒出现,30d后该颗粒污泥系统趋于稳定.通过对典型周期内厌氧和好氧末期污泥中胞外聚合物(EPS)的测定分析,发现厌氧末期的胞外多糖(PS)由最初的13mg/g-VSS逐渐上升到后期的55mg/g-VSS,且厌氧饱食阶段的PS含量一直高于好氧饥饿段.在颗粒形成初期,好氧饥饿阶段胞外蛋白质(PN)的平均含量为10mg/g-VSS,大于厌氧饱食段的6mg/g-VSS;而在颗粒成熟阶段,好氧末期PN为13mg/g-VSS,厌氧末段为20mg/g-VSS.在整个颗粒污泥的形成过程中,PS含量一直高于PN.由此可见,PS所具有的黏性作用在颗粒的形成中起到了比较重要的作用. An/O交替的运行方式会对SBR所特有饱食/饥饿效应起到强化作用,刺激微生物分泌大量的EPS,同时筛选出具有厌氧储存有机物能力的微生物,从而促进了颗粒污泥的形成.     

培养因素对好氧污泥颗粒化进程的影响

全面阐述好氧污泥颗粒化的影响因素,指出反应器构造和接种污泥是污泥颗粒化的两个基础性影响因素,污泥沉降时间、曝气量和有机负荷则是培养成败的关健性影响因素,而基质类型、有机负荷、饥饿期、含盐量、温度、pH值、多价阳离子或载体、循环时间、污泥龄、抑制物质只是一般性的影响因素。并对好氧颗粒污泥的研究方向进行了展望。     

酰基高丝氨酸内酯延缓好氧颗粒污泥解体的研究

为探究外源信号分子对好氧颗粒污泥(AGS)稳定性的影响,在SBAR系统中分别投加不同类型的酰基高丝氨酸内酯(AHLs),并分析AGS胞外聚合物(EPS)相对含量变化,采用液相色谱-质谱技术(LC-MS)分析系统中信号分子的分布,基于BugBase物种表型预测微生物种群变化.结果表明,投加C12-HSL对微生物分泌EPS有明显促进作用,EPS含量达120.78 mg·g^-1,系统运行90 d未出现颗粒解体现象,可维持AGS稳定状态;信号分子投加后C10-HSL主要分布于水相,而C12-HSL和C14-HSL更容易进入泥相;信号分子投加后种群结构变化显著,革兰氏阴性菌属丰度都有不同提升,在投加C12-HSL之后优势菌属为可塑菌属(Plasticicumulans)丰度显著增加(可达18.14%)、黄杆菌属(Flavobacterium)、梭菌属(Clostridium＿sensu＿stricto＿1).C12-HSL通过提高革兰氏阴性厌氧菌属,并促进内源C14-HSL分泌,进而使EPS相对含量增加的方式延缓好氧颗粒污泥解体.     

好氧颗粒污泥快速培养的方法研究

以普通絮状活性污泥为接种污泥,采用人工配制模拟生活污水,利用SBR反应器,研究了系统内分别投加细土和厌氧颗粒对好氧颗粒污泥快速培养的影响。结果表明:2种方法均能促进好氧颗粒的形成,投加细土的反应器运行3周后得到粒径0.4~0.5 mm的颗粒,投加厌氧颗粒的反应器15 d后即获得平均粒径0.8 mm的颗粒,而空白试验运行1个月后颗粒化启动成功,平均粒径仅为0.3 mm。扫描电镜结果显示,培养出的好氧颗粒结构致密,孔隙率高,颗粒外表面存在大量杆菌和丝状菌。     

Ca~(2+)在好氧颗粒污泥形成中的作用

通过运行序批式生物反应器与摇瓶实验相结合方法,在进水中投加不同数量Ca2+(0～200mg/L),考察了Ca2+在好氧颗粒污泥形成中的作用.当SBRⅠ、Ⅱ进水Ca2+含量分别为30、100mg/L,运行20d后,两反应器中均出现了好氧颗粒污泥.运行前50d,SBRⅠ中颗粒污泥浓度MLSS与污泥沉降指数SVI指标明显好于SBRⅡ;运行80d后,SBRⅠ、Ⅱ中污泥浓度MLSS均稳定在7.5g/L,SVI分别为46～48mL/g、45～47mL/g,差异很小.反应器运行90d后,SBRⅠ、Ⅱ中污泥Zeta(ζ)电位为-12.5～-12.6mV;摇瓶实验中,当进水Ca2+为0～200mg/L,运行至60d时,摇瓶中污泥Zeta电位为-14.1～-14.4mV;进水中Ca2+含量的增加对污泥Zeta电位影响很小,没有引起好氧颗粒污泥Zeta电位的明显差异,电中和在颗粒污泥形成过程中并不起重要作用.随着进水Ca2+浓度增加,颗粒污泥中的微生物数量与种类都逐渐丰富,Ca2+有助于促进污泥中微生物多样性.接种污泥及SBR中颗粒污泥的元素含量分析表明,好氧颗粒污泥Ⅰ、Ⅱ与接种污泥相比,颗粒污泥中Ca、Mg、K、Na含量均有所减少,Fe含量分别增加了4.42%、7.82%.具有良好絮凝作用的金属离子与EPS间形成的高分子生物聚合体可能是促进好氧颗粒污泥形成的主要原因.反应器运行期间,SBRⅡ对污染物的去除性能始终高于SBRⅠ,运行70d后,SBRⅠ、Ⅱ中颗粒污泥对NH4+、COD去除率较高达到90%以上,对TN、TP的去除率为65%～70%.     

预加好氧颗粒对SBR中好氧颗粒污泥形成的影响

以活性污泥曝气池中的絮状活性污泥为接种污泥,采用人工配制的模拟生活污水,通过观测颗粒形态和粒径的变化,研究预先加入15%成熟好氧颗粒污泥对好氧颗粒污泥形成过程的影响.对比研究发现,2个反应器内小颗粒(0.1～0.3 cm)的形成均较快,但大颗粒的形成速度相差明显.培养过程中还能明显观察到丝状菌缠绕和絮状污泥黏附在小颗粒表面.反应器启动第1、7、14 d,污泥平均体积粒径分别从0.10、0.16 cm上升到0.23、0.30 cm,最终达到0.28、0.43 cm.研究结果表明,预先加入15%成熟好氧颗粒污泥,能加速好氧颗粒污泥在反应器内形成.     

预加好氧颗粒对SBR中好氧颗粒污泥形成的影响

以活性污泥曝气池中的絮状活性污泥为接种污泥,采用人工配制的模拟生活污水,通过观测颗粒形态和粒径的变化,研究预先加入15%成熟好氧颗粒污泥对好氧颗粒污泥形成过程的影响.对比研究发现,2个反应器内小颗粒（0 .1～0 .3　cm）的形成均较快,但大颗粒的形成速度相差明显.培养过程中还能明显观察到丝状菌缠绕和絮状污泥黏附在小颗粒表面.反应器启动第1、7、14 d,污泥平均体积粒径分别从0 .10、0 .16 cm上升到0 .23、0 .30 cm,最终达到0 .28、0 .43 cm.研究结果表明,预先加入15%成熟好氧颗粒污泥,能加速好氧颗粒污泥在反应器内形成.     

提高有机负荷对好氧颗粒污泥形成与稳定过程的影响

本研究在柱形SBR反应器中接种市政污水厂活性污泥,以乙酸钠为碳源,考察了逐步提高进水有机负荷(OLR)对好氧颗粒污泥(AGS)形成的影响,并分析了污泥外观形态、微生物活性与胞外聚合物(EPS)组成的演化规律.结果表明,当进水OLR在3.20~4.84 kg·(m3·d)-1时,污泥粒径的增长速率最快.更高的OLR将导致絮状污泥的大量出现,需辅以应急性排泥,才能保持AGS在反应器中的主导地位.成熟AGS的污泥浓度(MLSS)、污泥体积指数(SVI30)、平均粒径、沉降速率和比耗氧速率(SOUR)分别达到23.9 g·L-1、20 m L·g-1、1.4 mm、102 m·h-1和50.2 mg·(g·h)-1.污泥颗粒化过程不仅使污泥形态发生了根本变化,也显著增强了微生物活性.在此期间,胞外聚合物中PN、PS含量的变化对生物量累积、颗粒生长表现出良好的响应关系.充分发挥EPS组分的指示功能,将有助于优化现有AGS的培养方法.     

好氧颗粒污泥颗粒化影响因素及应用现状

好氧颗粒具有良好的沉降性能、较高的生物量和高容积负荷条件下降解高浓度有机废水的良好生物活性,是提高生物反应器效能的重要物质。文章综述了好氧颗粒污泥的形成机制、颗粒化过程的主要影响因素以及在污水处理中的应用现状等三方面国内外好氧颗粒污泥的研究成果,并提出了好氧颗粒污泥的研究方向及发展趋势。     

好氧污泥颗粒化中胞外聚合物（EPS）的动态变化

在SBR中分别运行普通活性污泥和好氧颗粒污泥工艺,考察普通絮体污泥颗粒化过程中EPS的组分变化和分布情况.结果表明,通过减少沉淀时间可以获得质量高的颗粒污泥,污泥系统中的EPS可划分为紧密结合型、松散结合型和溶解性3种;普通污泥期、颗粒污泥初期和颗粒污泥稳定期的EPS含量均以紧密结合型EPS为主,颗粒污泥中总EPS和溶解性EPS含量均高于普通污泥,且颗粒形成初期溶解性EPS增长明显;颗粒污泥中紧密结合型EPS含量相对稳定,松散结合型EPS在不同污泥中含量很低,一个典型反应周期中蛋白质和多糖的变化趋势普遍是先降低后上升,普通污泥和颗粒污泥EPS中蛋白质含量均高于多糖,颗粒形成初期EPS中蛋白质含量有明显上升;普通絮体污泥中EPS和细菌分布均匀,颗粒污泥的表层聚集大量的细菌、内部主要成分是EPS.     

处理含油废水的好氧颗粒污泥形成过程及其特性研究

含油废水中因含有较高浓度的油脂类物质和聚合物而对环境造成危害,威胁人类健康,同时,为解决采用传统膜分离工艺运行成本较高的难题,开展了基于好氧颗粒污泥技术的含油废水处理研究.结果表明,以含油废水启动反应器,经35 d好氧颗粒污泥培养成熟,COD和溶解性油的去除率高达86.0%和94.2%;在絮状污泥颗粒化过程中,污泥胞外聚合物中蛋白质类物质含量提高3.7倍,蛋白质类物质与多糖类物质比值升高到2.72,证明胞外聚合物内蛋白质类物质浓度增加是活性污泥颗粒化的重要因素;好氧颗粒污泥荧光光谱结果显示好氧颗粒污泥中蛋白质类物质的稳定存在是好氧颗粒污泥形成的重要因素.选取好氧颗粒污泥技术处理含油废水的效果和成本均优于常规生物处理工艺和膜分离工艺,由于污泥及其胞外聚合物中多糖类和蛋白质类物质含量均较高,适用于回收污泥资源,对含油污泥的资源化利用意义重大.     

连续进水对好氧颗粒污泥稳定维持的影响

为了考察连续进水对好氧颗粒污泥稳定维持的影响,在SBR反应器中接种成熟的好氧颗粒污泥,采用连续进水、间歇出水的方式运行.在反应器运行过程中,部分好氧颗粒污泥解体,完整存在的好氧颗粒污泥表面附着生长树枝状污泥和少量丝状菌.SVI在最初的13d内逐步上升,随后趋于稳定.同时,考察了好氧颗粒污泥在连续进水运行过程中EPS含量的变化以及EPS的空间分布变化:胞外多糖的含量在运行过程中呈下降趋势;胞外蛋白的含量整体呈先上升后下降的趋势;反应器运行15d后,胞外蛋白和胞外多糖的含量趋于稳定.连续进水运行30d后,EPS空间分布最大变化是β-D吡喃葡萄糖,它大量聚集在颗粒的表层及颗粒中伸出的树枝状污泥及丝状菌的表层.本研究表明,连续进水的运行方式不利于好氧颗粒污泥的稳定维持,底物浓度梯度为好氧颗粒污泥稳定维持的重要因素之一;EPS的分泌量以及空间分布对好氧颗粒污泥的形成及其稳定维持起着至关重要的作用.     

信号分子在好氧颗粒污泥形成过程中的作用

采用人工配水成功培养好氧颗粒污泥,针对絮状污泥颗粒化过程中污泥的理化性质、污染物去除效率、胞外聚合物和信号分子变化进行相关分析.结果发现,在好氧颗粒污泥的形成过程中,污泥对污染物去除能力明显提高.与接种污泥相比,成熟的好氧颗粒污泥对COD、NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除率分别提高20%、36%和57%.好氧颗粒污泥中胞外蛋白质和多糖含量分别增加了116和31mg/gMLVSS.采用激光共聚焦扫描显微镜对接种污泥和好氧颗粒污泥进行空间表征,发现后者蛋白质含量明显增加,说明蛋白质在污泥颗粒化过程中具有重要作用;磷酸二酯酶活性总体呈现上升趋势,第二信使环二鸟苷酸（cyclic diguanylic,c-di-GMP）含量先增加后降低,与胞外聚合物中蛋白质和多糖的变化规律相似.通过SPSS软件进一步分析得知,c-di-GMP与蛋白质相关系数R²=0.92871,呈极显著相关性;与紧密结合型胞外聚合物中蛋白质相关系数R²=0.89025,呈显著相关性,推测c-di-GMP可能是通过指导紧密结合型胞外聚合物中的蛋白质合成以促进好氧颗粒污泥的形成.     

Ca2+对污泥硝化活性和絮凝沉降性能的影响

Ca~(2+)是微生物重要的生长因子,影响污泥的活性和絮凝沉降性能.为了研究Ca~(2+)在活性污泥体系中的作用,采用比耗氧速率(SOURAOB和SOURNOB)分析硝化菌和亚硝化菌活性的变化,利用傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和三维荧光光谱(three-dimensional excitation emission matrix fluorescence spectroscopy,3D-EEM)分析胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)组分和结构的变化,考察Ca~(2+)对污泥硝化活性和代谢产物的影响.结果表明,当Ca~(2+)浓度由0. 45 mmol·L-1逐渐提高至3 mmol·L-1时,SOURAOB和SOURNOB分别由6. 3 mg·(g·h)-1和2. 3 mg·(g·h)-1升高至10. 4 mg·(g·h)-1和3. 7 mg·(g·h)-1,EPS总量由68 mg·g-1增加至93 mg·g-1,污泥重絮凝能力(FA)增强.当Ca~(2+) 3mmol·L-1时,SOURAOB和SOURNOB均下降,FA维持在30%左右,污泥粒径持续增大.随着Ca~(2+)浓度的增加,由FTIR分析可知,LB-EPS和TB-EPS的主要组成基团均未发生明显变化,以氨基、酰胺Ⅰ和羧基为主;由EEM分析可知,LB-EPS组成未发生变化,在低硝化速率下,TB-EPS中存在腐殖酸类物质.低浓度的Ca~(2+)促进污泥硝化活性和絮凝性,高浓度的Ca~(2+)导致污泥硝化活性降低.     

不同组成活性污泥胞外聚合物吸附Cd2+、Zn2+特征

以蛋白质和糖含量比分别为2.5∶1、7∶1和9∶1的3种活性污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)EPS1、EPS2、EPS3作为吸附剂,研究其对水中Cd²⁺、Zn²⁺的吸附效能.结果表明,EPS对Cd²⁺和Zn²⁺的吸附与其组成有关,EPS1、EPS2和EPS3对Cd²⁺和Zn²⁺吸附量分别约为19.5、　27、　17　mg/g和40.5、 47.5、 37　mg/g. 3种胞外聚合物对Cd²⁺、Zn²⁺吸附过程可在1 h内快速平衡.动力学拟合结果表明,EPS1对2种重金属的吸附速率最快,而EPS2对Cd²⁺、Zn²⁺的平衡吸附容量最高.Freundlich和Langmuir方程均可描述3种EPS对Cd²⁺、Zn²⁺的吸附过程,方程参数拟合结果表明2种金属同EPS之间存在多种作用方式.3种EPS的吸附热力学方程拟合系数均表明EPS对Zn²⁺的吸附稳定性、吸附能力和亲和力均比对Cd²⁺的吸附强;当EPS中糖所占比例增加时,其对重金属的吸附能力也提高,表明糖在吸附过程中起着重要作用.     

好氧/厌氧污泥胞外聚合物(EPS)的提取方法研究

采用5种方法对同一污泥在好氧和厌氧条件下的胞外聚合物(EPS)进行了提取试验研究.结果表明,甲醛-NaOH和H2SO4法对EPS的提取产量最高,分别为232·0mg·g~(-1)和159·7mg·g~(-1),且无大量细胞自溶发生,是比较有效的提取方法;与对照方法相比较,阳离子交换树脂(CER)和戊二醛提取法却存在严重缺陷.两种氧环境条件下污泥EPS中蛋白质的含量均最高,占EPS总量的50%~80%;其次为胞外多糖和DNA.污泥在经由好氧环境到厌氧环境的转变过程中,EPS中主要成分蛋白质和DNA含量降低较为明显,其厌氧/好氧状态下的相应含量比值为0·59~0·91.试验中也发现,提取步骤和检测手段对结果的影响最大.     

以脱水污泥为接种污泥促进好氧污泥颗粒化

以脱水造粒形成的物理颗粒污泥为接种污泥,明显提高了好氧污泥颗粒化速度.研究结果表明：在第20d,接种物理颗粒污泥的R2中90%以上的污泥粒径即大于0.2mm,而接种絮状污泥的R1中只有26.7%.颗粒化过程中,接种物理颗粒污泥的R2中SVI始终小于80mL/g沉降性能良好,第25d时污泥浓度为6300mg/L,而R1为3200mg/L.脱水过程未对污泥活性造成明显影响,培养期间两者COD去除率均大于90%,但培养后期R2中TN的去除率约为70%,明显优于R1的55%,其主要原因为R2中的污泥粒径大于R1.经过5d的曝气剪切后仍有39.8%的物理颗粒污泥大于0.2mm,为颗粒化提供了大量诱导核,同时物理颗粒污泥内部营养传输孔道的形成与EPS的內源消化和反硝化产气有关.     

好氧污泥颗粒化过程中Zeta电位与EPS的变化特性

研究了好氧颗粒污泥在形成过程中Zeta电位、胞外多聚物的变化以及两者之间的关系.通过对污泥调控生长,形成完全颗粒化的好氧污泥.在好氧颗粒形成过程中,污泥的Zeta电位由接种时的-19.1 mV逐渐降至-10.1 mV.完全颗粒化以后,成熟后的好氧颗粒污泥Zeta电位稳定维持在-10 mV左右,说明维持污泥较低的Zeta电位是好氧颗粒污泥形成的重要条件.颗粒化过程中污泥EPS中多糖含量基本不变,蛋白含量增加明显,从13.65 mg.g-1增加到54.12 mg.g-1,蛋白/多糖比值从0.67增加到3.31;污泥的Zeta电位与蛋白/多糖的比值呈正相关,相关系数为0.849,这些结果说明蛋白质对降低污泥表面电位,促进污泥聚集以及好氧颗粒污泥的形成生长等可能起着重要作用.