2-氯酚驯化对厌氧污泥微生物种群结构的影响

用古细菌特异性引物ARC21F/ARC958R和酸杆菌特异性引物31F/907R,对2.氯酚(2-chlorophenol,2-CP)驯化前后厌氧颗粒污泥样品总DNA进行了16S rDNA的聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PeR)、克隆、测序及序列分析,研究了2-CP驯化前后厌氧颗粒污泥中微生物种群结构的变化.结果表明,2-CP驯化前后厌氧颗粒污泥中存在共有的古细菌菌种:Methanothrix soehngenii、Methanosaeta concilii 及 uncultured euryarchaeote 等.2-CP驯化后的厌氧污泥中出现了特有的微生物Methanobacterium aarhusense、Methanobacterium curvum及 Methanobacterium beijingense等,而接种污泥中特有的一些古细菌发生了消亡.对该厌氧体系酸杆菌的分析表明,2-CP驯化前后的厌氧颗粒污泥中存在共有的微生物菌种:uncultured bacterium、unculturedAcidobacterium和unknown Actinomycete(MC 9).经2-CP驯化后,接种污泥中特有的微生物Desulfotomaculum sp.176、uncultured Deltaproteobacterium n8d及uncultured bydrocarbon seep bacterium等发生消亡,并出现了特有的微生物uncultured Holophage/Acidobacterium、uncultured Acidobacteria bacterium及unidentified Acidobacterium.     

Ni2+对2-氯酚厌氧降解系统的影响

针对重金属对难降解有毒有机物厌氧降解的影响问题,采用间歇试验法研究Ni2 对2-氯酚(2-CP)厌氧降解系统的影响规律.结果表明,当ρ(Ni2 )＜5 mg/L时,Ni2 对2-CP厌氧降解表现出轻度促进,当ρ(Ni2 )为5～500 mg/L,Ni2 以抑制作用为主,抑制作用随ρ(Ni2 )的增加而增强.Ni2 对原基质及关键中间产物苯酚和苯甲酸的抑制程度表现为:苯酚＞苯甲酸＞2-CP;ρ(Ni2 )低时的驯化能有效提高厌氧污泥对Ni2 毒性的耐受性能,300 mg/L Ni2 对2-CP降解的抑制从驯化前的65%降至驯化后的21%.Ni2 对2-CP厌氧降解的抑制作用与污泥中Ni的截留量之间存在正相关关系.抑制浓度CIP值和方程αC=[1-(I/I*)m]/[1 (I/I*)n)]能较好地表征厌氧生物处理过程受抑制程度.     

降解2-氯酚的厌氧污泥驯化及降解性能评价

以降解2-氯酚(2-CP)的厌氧污泥为研究对象,探讨驯化过程对污泥降解能力的影响,并采用多种指标全面评价驯化后污泥的降解特性.结果表明,经68d驯化,污泥对2000mg/LCOD和25mg/L2-CP的去除率均>95%,2-CP的降解速率达0.3mg/(L·h).对于浓度<140mg/L的2-CP,降解速率随浓度增加而升高;浓度为200～300mg/L的2-CP,污泥能较快恢复降解能力,但不耐受600mg/L的2-CP.2-CP厌氧降解产物包括苯酚、苯甲酸、正丁酸、乙酸、H₂、CO₂和CH₄.氯酚脱氯是整个降解环节中的限速步骤,速率仅为0.1mg/(gVSS·d).     

以混合单氯酚驯化厌氧颗粒污泥降解2,4-DCP的研究

利用邻氯酚 (2-CP)和对氯酚 (4-MCP)的模拟废水驯化厌氧颗粒污泥并考察驯化的污泥对2,4-二氯酚 (2,4-DCP)的降解性.通过摇瓶试验和运行连续流反应器研究了将2种单氯酚驯化过的污泥混合后对混合单氯酚以及2,4-DCP的降解特性,并比较了驯化与未驯化的污泥降解2,4-DCP过程的差异.驯化与未驯化的污泥分别在50 h和180 h左右将2,4-DCP降解完全,表明混合单氯酚驯化的厌氧颗粒污泥降解2,4-DCP 比未驯化的厌氧颗粒污泥快.虽然2种污泥降解过程都出现了4-MCP积累现象,但驯化的污泥可以逐渐降解4-MCP,未驯化的污泥则无法降解.因此,混合单氯酚驯化的污泥可以强化邻、对位脱氯功能,并且提高污泥对2,4-DCP的降解性.连续流厌氧颗粒污泥-悬浮载体反应器的运行结果表明,接种混合单氯酚驯化的厌氧污泥能够同时降解2种单氯酚,可缩短启动时间,并提高了降解二氯酚效率.2-CP的去除率一直维持在80%左右,4-MCP随着进水浓度变化去除率在30%～80%波动.     

降解五氯酚厌氧生物反应器微生物种群结构的分子特性研究

采用PCR—DGGE技术，对降解PCP厌氧生物反应器污泥颗粒化过程微生物种群结构的时空分布变化特性进行了初步研究．结果表明，随着PCP负荷增加与污泥的颗粒化，污泥真细菌、古细菌组成均发生明显变化．当反应器稳定运行时，反应器内上下层污泥微生物种群结构组成相似，真细菌相似性Cs在71．4～77．6之间，古细菌Cs在70．4～76．7之间．反应器一旦受污染物负荷冲击干扰，反应器上下层污泥真细菌组成相似性Cs降至43．3，古细菌降至35．2．测序表明，颗粒污泥中存在不可培养的脱氯细菌，优势产甲烷细菌为Methanosaeta concilii、Methanobacterium sp．、Methanobrevibacter sp．和Methanothfix soehngenii．     

重金属对2-氯酚厌氧降解及微生态结构的影响

研究了Cu²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺对2-氯酚(2-CP)厌氧降解及其微生态结构的影响.结果表明,重金属冲击对连续流厌氧系统具有明显的抑制作用,抑制程度为Cu²⁺>Ni²⁺>Cd²⁺;300mg/L重金属冲击使系统降解率低于30%,需驯化40d左右才能恢复,其中受Ni冲击的体系恢复较快;不同浓度金属离子对2-CP间歇降解系统的抑制作用同样为Cu²⁺>Niv²⁺>Cd²⁺;低浓度重金属离子的驯化能提高污泥对重金属的抗性,驯化后300mg/Lcu²⁺和Ni²⁺对降解速率的抑制均降低了45%左右.重金属对厌氧体系的抑制作用和对厌氧污泥微生态结构的影响之间具有很大相关性,厌氧微生态结构受Cu²⁺冲击后影响最大,受Ni²⁺影响后恢复最快.     

厌氧污泥降解氯酚的驯化及其在驯化过程中的降解动力学

以２种厌氧污泥经４种氯酚的实验室半连续投料驯化试验的结果表明，通过氯酚的驯化可以明显地提高厌氧污泥对氯酚的降解活性和降解速率，消除利用氯酚的滞后期；驯化污泥降解活性的高低与原污泥的活性、菌群类型及氯酚的种类等因素有关；添加微生物易利用有机物，有利于获得高效降解氯酚的驯化污泥；并提出了氯酚在厌氧污泥驯化过程中的降解动力学方程。     

重金属对2-氯酚厌氧降解的抑制动力学研究

考察了Cu2+、Cd2+、Ni2+、Fe2+4种重金属离子对2-氯酚(2-CP)厌氧降解速率的影响,并通过描述金属离子抑制作用的修正方程对实验进行拟合,研究了其动力学特征.结果表明,在0~500mg/L投加浓度范围内,Fe2+对2-CP的厌氧降解过程基本不抑制,Ni2+、Cu2+、Cd2+则存在明显抑制,抑制程度Cu2+﹥Ni2+﹥Cd2+.相同的抑制强度下,抑制浓度CIP-Cu﹤CIP-Ni﹤CIP-Cd.修正方程能较好地表征金属离子的抑制作用与该离子对降解速率的最大抑制浓度(I*)以及投加浓度之间的定量关系.由该方程拟合结果可得到Cu2+、Cd2+、Ni2+对25mg/L 2-CP降解的I*值分别为458.7,1693.5,1528.5mg/L,I*及指数m值的大小表明金属离子对2-CP厌氧降解的抑制Cu2+﹥Ni2+﹥Cd2+.     

工业有机废水为共基质培养降解五氯酚厌氧颗粒污泥

研究了工业有机废水和五氯酚(PCP)共存条件下,改良UASB反应器中厌氧污泥的颗粒化过程.实验发现降解PCP厌氧颗粒污泥形成可分成污泥驯化、颗粒污泥出现与成熟3个阶段,污泥颗粒化过程中污泥量、污泥活性和厌氧消化3大类群细菌数量与生态分布发生特征性变化,所培养颗粒污泥具有脱氯降解PCP的活性,产甲烷优势菌为杆状或长丝状产甲烷丝菌,在生物结构上形成互营微菌落,但污泥颗粒无明显层次性微结构.作为共基质的有机废水其种类影响着颗粒化进程、颗粒污泥脱氯活性与产甲烷优势菌.     

上流式厌氧污泥床反应器处理3-硝基酚废水研究

利用实验室规模的UASB反应器,研究了颗粒污泥驯化前后的特性,3-硝基酚(3-NP)的降解效果和UASB处理3-NP废水的工艺参数.结果表明,驯化过程中颗粒污泥很快适应3-NP废水;扫描电镜观察显示,颗粒污泥表面丝状菌占优势.在3-NP废水厌氧降解性实验中,保持HRT和进水COD浓度不变,分别为26 h和2 500 mg/L左右,当3-NP浓度由20 mg/L逐渐提高到250 mg/L时,COD去除率由95.2%下降到85.1%;3-NP的去除率保持在99%以上;3-AP是3-NP降解过程中的主要中间产物,3-NP转化为3-AP的转化率由58.7%上升到111.9%;产气量变化较小,甲烷占总产气量百分数最小为65%,最大为74%.     

Effects of Cd（Ⅱ） and Cu（Ⅱ） on microbial characteristics in 2-chlorophenol-degradation anaerobic bioreactors

The effects of Cd^2＋ and Cu^2＋ at 300 mg/L on anaerobic microbial communities that degrade 2-cholorophenol （2-CP） were examined. Based on the polymerase chain reaction （PCR） of 16S rDNA, bacterial community diversity and archaeal community structure were analyzed with denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） and cloning, respectively. Degradation capabilities of the anaerobic microbial community were drastically abated and the degradation efficiency of 2-CP was reduced to 60% after shock by Cu^2＋ and Cd^2＋, respectively. The bacterial community structure was disturbed and the biodiversity was reduced after shock by Cu^2＋ and Cd^2＋ for 3 d. Some new metal-resistant microbes which could cope with the new condition appeared. The sequence analysis showed that there existed common Archaea species in control sludge and systems when treated with Cu^2＋ and Cd^2＋, such as Methanothrix soehngenii, Methanosaeta concilii, uncultured euryarchaeote, and so on. Both the abundance and diversity of archaeal species were altered with addition of Cd^2＋ and Cu^2＋ at high concentration. Although the abundance of the predominant archaeal species decreased with Cd^2＋ and Cu^2＋ addition for 3 d, they recovered to some extent after 10 d. The diversity of archaeal species was remarkably reduced after recovery for 10 d and the shift in archaeal composition seemed to be irreversible. The 2-CP-degradation anaerobic system was more sensitive to Cu^2＋ than Cd^2＋.     

Fe2+、Co2+、Ni2+对渗滤液厌氧过程的影响

通过单因素和正交试验,分别研究了Fe2+、Co2+、Ni2+及其组合对渗滤液厌氧过程中COD去除率和产甲烷量的影响.结果表明,分别投加Fe2+=25 mg·L-1、Co2+=1 mg·L-1、Ni2+=0.5 mg·L-1时对COD去除率和产甲烷量促进显著,3种微量元素均表现出了"低促高抑"的Hormesis效应.微量元素组合投加时,协同促进了甲烷的产生,其中Co2+是影响COD去除率的主要因素,Fe2+是影响产甲烷量的主要因素,但3种微量元素在其各自适宜的投加浓度范围时,对渗滤液厌氧过程的促进效果较为相近.各试验组的pH值维持在7.05~7.53之间,并与产甲烷量呈显著的相关关系.此外,渗滤液成分复杂,微量元素的生物有效性一定程度上受到限制,渗滤液厌氧体系对微量元素的需求较别的体系偏高.     

造纸废水曝气池中钙的去除及迁移转化规律研究

针对造纸废水好氧处理中钙离子（Ca²⁺）浓度过高影响生化过程和后续膜处理的问题,在实验室模拟废水曝气,研究Ca²⁺存在对COD去除效果的影响;对厌氧出水进行曝气实验,探究曝气量对钙去除效果的影响;分析表征造纸废水液相中Ca²⁺浓度和固相污泥中钙的形态,探究造纸废水曝气池中钙的迁移转化规律.结果发现：Ca²⁺的存在会影响活性污泥的活性,进而导致曝气过程中COD的去除率从71.76%降至36.94%;厌氧出水曝气初始阶段内曝气量越大,Ca²⁺的去除率越高;Ca²⁺浓度从厌氧出水到二沉池出水过程中逐渐下降,从游离态转变为CaCO₃的结合态而除去.     

Ce3+对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce³⁺对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce³⁺浓度<1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce³⁺浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量<3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce³⁺的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

Cu2+对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响

短程生物脱氮工艺在废水处理中已经得到较为广泛的应用,其反硝化过程是实现氮去除的关键步骤,而关于废水中常见重金属离子Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响尚无系统研究.选取A/O反应器内具有良好短程生物脱氮特性的污泥,通过批次试验及SBR长期试验分别探究了Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的短期及长期影响.短期试验结果表明,Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程具有明显抑制作用,对污泥反硝化活性的半抑制浓度EC50为4. 79 mg·L-1.在长期影响试验中逐渐提高污泥对Cu~(2+)的耐受浓度,当Cu~(2+)浓度为0. 5 mg·L-1和1 mg·L-1时,污泥反硝化活性降低后均能够通过驯化恢复至原有水平;而Cu~(2+)浓度升高至3 mg·L-1后污泥反硝化性能遭到破坏且难以恢复,NO_2~--N去除率降低至10%以下,反硝化系统遭到严重抑制.但是,停止投加Cu~(2+)后污泥反硝化活性在第14 d恢复至原有水平.同时,在Cu~(2+)的长期影响过程中,EPS含量增多,对微生物抵御Cu~(2+)的毒害起到重要保护作用,促使污泥粒径增大,污泥沉降性得到提高.     

类芬顿调理污泥用于微生物电解池产氢与磷回收的研究

为提高微生物电解池(MEC)利用剩余污泥产氢气和磷回收的效率,采用Fe~(3+)、原儿茶酸(PCA)和H_2O_2体系预调理污泥,探究中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系的试剂投加量对污泥液相总磷含量和溶解性化学需氧量(SCOD)的影响.在单因素试验的基础上,通过表面响应法(RSM)优化得到Fe~(3+)和H_2O_2投加量分别为12.96 mmol·L~(-1)和0.45 mol·L~(-1),液相总磷含量和SCOD含量实际值分别为(60.14±0.08) mg·L~(-1)和(3357.67±66.37) mg·L~(-1),模拟效果显著.与未处理的剩余污泥MEC反应器出水相比,经过调理后的剩余污泥MEC反应器出水中的总化学需氧量(TCOD)、多糖和蛋白质的去除率分别提高了30.03%、50.16%和97.31%,氢气转化率提升了1.31倍,有效提升了MEC产氢效率.通过鸟粪石结晶回收MEC污泥上清液中的磷,发现在初始pH值为10、Mg~(2+)浓度为0.056 mol·L~(-1)和NH~+_4浓度为0.08 mol·L~(-1)时效果最佳.鸟粪石晶体质量浓度最高可达7.6 g·L~(-1),晶体纯度最大为88.30%,上清液中77.55%的磷以鸟粪石的形式得到回收.在本研究最优化条件下进行中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系调理剩余污泥微生物电解池产氢与磷回收全过程中产出经济价值达到2.36元.实验研究最终表明,经过Fe~(3+)/PCA/H_2O_2体系调理污泥可促进污泥中磷的释放和MEC处理污泥的产氢效率,为探究污泥资源化提供了新的研究思路.     

重金属对厌氧污泥电子传递体系活性影响研究

以2-氯酚（2-CP）厌氧降解污泥电子传递体系(ETS)活性为考察对象,研究了3种典型重金属元素Cu²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺对ETS活性的影响,并比较了驯化过程对提高厌氧微生物抗重金属毒性的作用.重金属离子对厌氧污泥呼吸活性的抑制作用发生很快,在0.25 h内就已表现出来,并随金属浓度的增加而加剧.驯化前,3种金属的作用均表现为抑制,抑制作用的强弱顺序为Ni²⁺>Cd²⁺>Cu²⁺,抑制强度与金属离子在水溶液中的含量成正相关关系.采用低浓度金属离子驯化的方法可以有效改善重金属毒性.驯化后,Cu²⁺毒性的降幅约为10%,Cd²⁺毒性的最大降幅超过40%,Ni²⁺对污泥ETS活性的作用则基本表现为促进,最佳促进浓度约为70　mg/L.Ni²⁺对ETS活性的特殊激活作用可能与其能形成正四面体结构的络合物有关.驯化作用对改善金属毒性的效果：Ni²⁺>Cd²⁺> Cu²⁺.     

高钙废水颗粒污泥中古菌菌群结构变化的分析

为了解高浓度Ca~(2+)与颗粒污泥中古菌菌群结构的关系,利用高通量测序分析IC(Internal Circulation)反应器(以废纸造纸废水为处理对象)内不同高度处颗粒污泥中古菌菌群组成,并利用SEM(Scanning Electron Microscope)和EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)分析颗粒污泥的形态结构和元素组成,同时借助红外光谱和XRD(X-ray diffraction)分析不同高度处颗粒污泥化学结构中各官能团的分布情况和无机成分.结果表明,随着反应器高度的增加,颗粒污泥中的无机成分CaCO_3也随着增加,而种泥中钙含量只有1.81%.种泥和ICR反应器内的颗粒污泥中古菌在门分类水平上主要包括Euryarchaeota和Bathyarchaeota,两者之和占90%以上.在属分类水平上,主要包括Methanosaeta、Methanoregula、Methanobacterium、Methanosarcina、Methanolinea、Methanospirillum等.种泥中古菌的物种多样性要明显高于IC反应器中,在IC反应器中不同高度处古菌生物多样性由高到低的顺序是5 m2 m7 m,5 m处的古菌物种更加丰富.随着反应器高度的增加,乙酸营养型甲烷菌的相对丰度呈现递增趋势,氢营养型甲烷菌则呈现递减趋势,而种泥中氢营养型甲烷菌相对丰度较大.这表明颗粒污泥在高钙废水的长期作用下,氢营养型甲烷菌的相对丰度减少,乙酸营养型甲烷菌的相对丰度增多,系统中古菌物种的相对丰度和多样性有所下降.CaCO_3沉淀使颗粒污泥的产甲烷活性降低,主要表现为其对氢营养型甲烷菌具有较大的抑制作用.     

吸附-降解组合生物系统处理含铜离子城市污水

采用Pseudomonas putida 5-x细胞为吸附剂的生物吸附过程组合SBR生物降解系统处理含铜离子城市废水.研究了生物吸附剂Pseudomonas putida 5-x细胞的最佳制备条件以及组合系统的运行过程.实验结果表明,在优化的条件下,Pseudomonas putida 5-x细胞对铜离子的吸附容量可达87.3mg·g^-1,经生物吸附处理后,污水中Cu²⁺的含量显著降低,尽管残留的Cu²⁺对活性污泥吸附COD的能力尚有一定影响,但已不影响SBR系统对废水中COD的去除效果.研究表明,在活性污泥法处理含铜离子废水前,采用生物吸附技术降低废水中Cu²⁺含量,有利于提高后续活性污泥过程对COD的去除能力.