不同补料方式对好氧颗粒污泥合成PHA的影响

为提高好氧颗粒污泥(AGS)合成聚羟基脂肪酸酯(PHA)的产量,探究了4种不同补料方式(未补料、好氧0h补料、好氧0.5h补料和好氧1h补料)对AGS合成PHA的影响,同时考察了此过程中AGS的碳氮磷去除效能以及微生物群落结构变化.结果表明,补料能够提高AGS合成PHA的含量,在好氧1h补料时AGS合成PHA的含量最高,为125.06mg/g;同时补料时间会影响AGS的脱氮除磷性能,当补料时间由好氧0h延迟至好氧1h时,AGS的总氮去除率由(87.49±5.49)%降至(67.60±16.24)%,溶解性正磷酸盐(SOP)去除率由(94.08±1.42)%降至(62.91±15.33)%.且不同补料时间条件下,AGS的微生物群落结构变化较大,合成PHA的优势菌群差异较大,在未补料和好氧0h补料条件下,优势菌为既能合成PHA同时能够脱氮或除磷的不动杆菌属(Acinetobacter);在好氧1h补料条件下中,优势菌为能合成PHA的噬氢菌属(Hydrogenophaga)和黄杆菌属(Flavobacterium).     

碳源变化对降解2,4-D的好氧颗粒污泥性能及形态的影响

在长期运行的序批式生物反应器(SBR)中,考察了以葡萄糖和2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)为混合碳源培养的好氧颗粒污泥在转换为2,4-D唯一碳源废水后,其形态、结构及对目标污染物去除功能的变化.结果表明,基质转换为2,4-D单一碳源后,好氧颗粒污泥仍保持了对目标污染物高效的去除能力.当进水2,4-D浓度为361～564mg/L,其去除率为99.2%～100%,COD平均去除率达到85.6%.混合碳源向2,4-D单一碳源转换对原好氧颗粒结构产生一定破坏作用,使其发生部分解体,粒径由513μm下降到302μm.但好氧颗粒污泥良好的耐负荷冲击使其保持了颗粒主体,通过一段时间适应调整后能够重新聚集生长,最终获得能够利用2,4-D为唯一碳源生长并具有良好沉降性(SVI20～40mL/g)的好氧颗粒污泥,粒径为489μm.扫描电子显微镜(SEM)观察结果表明,混合碳源转向单一碳源使好氧颗粒生物相丰富度降低.     

厌氧-好氧驯化活性污泥生物合成PHA的研究

厌氧-好氧处理有机污水的活性污泥中含有大量菌胶团菌,其形成与菌体胞内聚羟基烷酸酯(PHA)的积累有关,因此有可能利用污水中有机物和活性污泥中多种微生物合成PHA。笔者利用纺织工业废水厌氧-好氧驯化活性污泥,从中提取PHA。分别研究了厌氧过程和好氧过程中供氧量、碳源调节物浓度、培养时间等对菌胶团菌生长和胞内PHA积累的影响,测定了所得PHA的分子量、熔点和单体链节组成。      

重金属对好氧颗粒污泥性能的影响

以葡萄糖为碳源,以絮状污泥为接种污泥,以序批式污泥反应器为反应装置,考察了重金属离子锌、铜和铅对好氧颗粒污泥的稳定性及去除有机物、氨氮的影响.结果表明,在温度为25℃,pH值为7时,成功实现了好氧颗粒污泥的培养.重金属的加入使得污泥颗粒变小,在重金属离子浓度2～50mg/L范围内,三种金属离子锌、铜和铅对COD的去除率...     

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.      

好氧颗粒污泥稳定性影响因素分析

在内循环气升式间歇反应器对好氧颗粒污泥颗粒化过程进行了研究,从污泥负荷率和碳源特性分析了好氧颗粒污泥的稳定性。以蔗糖为碳源时,反应器在较低的曝气量下生长有大量的丝状真菌,而在较高的曝气量下有利于污泥形成表面光滑的颗粒,但当污泥负荷过低时,光滑的颗粒污泥表面开始迅速生长丝状真菌而导致颗粒污泥不稳定。试验表明以蔗糖为碳源物质形成好氧颗粒污泥速率快,但其操作条件难控制,容易引起丝状真菌的大量生长;以乙酸钠为碳源物质,形成颗粒污泥速度慢,污泥颗粒化程度不高;而以蔗糖与乙酸钠为混合型碳源进行好氧颗粒污泥的培养证明了形成的好氧颗粒污泥表面光滑,没有丝状菌的存在,并且颗粒污泥易于稳定运行。     

不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥的分形表征

为了表征不同碳源培养的好氧颗粒污泥的密实以及规则程度,试验利用不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥SEM照片,采用Photoshop、Fips2对图形进行处理并且对图像进行分形计盒维数的计算.其中,1号(葡萄糖膨胀颗粒)好氧颗粒的计盒维数最低,达到1.794±0.011,3号(蛋白胨颗粒)与5号(生活污水颗粒)的分形维数较高,达到了1.866±0.018和1.880±0.015,较为致密.不同碳源培养的好氧颗粒污泥的边界计盒维数主要分布在1.14左右,其中6号(啤酒颗粒)的形状较为规则,计盒维数达到1.115±0.003,7号(垃圾渗滤液颗粒)污泥的形状最不规则.结果表明,利用二维分形维数能够较好地表征、区分不同好氧颗粒污泥的密实程度、规则程度,并且能够表征好氧颗粒污泥的状态,如膨胀等.分形表征一定程度上弥补其他现有表征好氧颗粒污泥的理化特性方法的缺陷,为研究好氧颗粒污泥的组成、结构及物化特征的关系提供重要依据.     

苯酚溶液对好氧颗粒污泥储存稳定性的影响

针对好氧颗粒污泥在长期储存过程中易出现的颗粒解体和微生物失活等问题,设置了浓度分别为30,60,100,150,200,300mg/L的苯酚溶液储存好氧颗粒污泥,并以蒸馏水为对照组,在室温下储存150d.考察储存期间各储存溶液中的好氧颗粒污泥特性变化情况.结果表明,储存150d后,60mg/L苯酚溶液中的好氧颗粒污泥具有较好的颗粒状结构和密实性,且其向储存溶液中释放的污染物质较少;200和300mg/L苯酚溶液中的好氧颗粒污泥也具有一定的结构完整性,但其颗粒结构强度较差.好氧颗粒污泥中的优势菌纲（黄杆菌纲、变形菌纲和放线菌纲）丰富度降低,梭状芽孢杆菌纲丰富度增加.60mg/L苯酚溶液中的环二鸟苷酸（c-di-GMP）浓度为14.38μg/gMLSS,与储存前相比下降了36.68%,300mg/L苯酚溶液中的c-di-GMP浓度为1.24μg/gMLSS,下降了94.54%.60mg/L苯酚溶液有利于好氧颗粒污泥中的黄杆菌纲分泌c-di-GMP信号分子,增加颗粒污泥储存稳定性.短期（1~70d）和长期（70~150d）储存好氧颗粒污泥,分别选用30和60mg/L苯酚溶液为储存溶液有利于维持颗粒污泥的微生物活性.     

纳米氧化铜颗粒和环丙沙星对好氧颗粒污泥的协同胁迫效应

纳米颗粒和抗生素在污水处理厂中的共同存在可产生综合毒性.选择纳米氧化铜颗粒(CuO NPs)和环丙沙星(CIP)作为纳米颗粒和抗生素的代表性物质,探究了CuO NPs和CIP共存胁迫对好氧颗粒污泥(AGS)系统的运行性能、污泥特性和微生物群落的长期影响.结果表明:CuO NPs单独胁迫使脱氮性能轻微提高,对碳和磷的去除性能轻微下降.CIP单独胁迫显著抑制了碳、氮和磷的去除性能.CuO NPs和CIP共存时对碳、氮和磷去除表现出明显的协同抑制效应.CuO NPs和CIP共存胁迫使细胞膜完整性下降,乳酸脱氢酶(LDH)释放量增多,胞外聚合物(EPS)分泌增强,且溶解性EPS(S-EPS)的官能团发生显著变化.CuO NPs和CIP共存胁迫改变了微生物群落结构,对生物多样性具有显著的协同抑制效应,对微生物具有较强的毒性作用.     

水力旋流条件对好氧颗粒污泥稳定性影响

对带有旋流装置的新型序批式反应器(R1)和其对比反应器(R2、R3)的好氧颗粒污泥的形态、粒径、比耗氧速率及动力学参数进行了对比分析.结果表明,在一定范围内提高剪切力能加快颗粒污泥的形成速率和粒径增长速率,但无法有效控制粒径范围.与R2有相同气体表面上升流速的R1,由于其旋流器提供的特殊旋流剪切力和摩擦力能延缓其污泥颗粒化进程,从而有效控制了颗粒粒径的增长;R1、R2、R3的SOUR分别0.80、0.48和0.32 mg·h-1·mg-1,表明新型反应器R1培养的好氧颗粒污泥活性较高;通过对动力学参数分析,R1中的维持系数m和非生长基质消耗比例Smin/CODinfluent分别为0.13 h-1和9％,均大于R2(0.077 h-1,9％)和R3 (0.084 h-1,1％),表明水力旋流条件不仅可以有效控制颗粒的粒径而且提高了颗粒污泥系统的稳定性.     

好氧颗粒污泥形成过程中群感效应的作用研究

通过观察污泥颗粒化过程中胞外聚合物和水解氨基酸的变化情况,同时监测在好氧颗粒污泥形成过程中不同种类酰化高丝氨酸内酯类化合物（AHLs）在AGS形成过程的变化规律,协同研究群感效应对胞外聚合物产生的影响,进而揭示颗粒化过程中污泥变化特征.结果表明,絮状污泥颗粒化过程中,AGS最终平均粒径约为150 μm,胞外聚合物中蛋白质增幅较大且以紧密结合型胞外聚合物及Pellet层胞外聚合物增加为主.污泥胞外聚合物中芳香族类物质及酪氨酸蛋白物质的生成是AGS形成的物质基础;丙氨酸、甲硫氨酸等疏水性物质可促进AGS的生成并维持其稳定.在AGS形成过程中,群感效应整体呈现为加强趋势,其中C4-HSL呈现明显浓度下降趋势,C6-HSL,3OC6-HSL及C8-HSL与胞外聚合物,蛋白质及多糖均呈现正相关趋势,其中C6-HSL和C8-HSL与紧密结合型胞外聚合物中的蛋白质及多糖呈现极显著正相关.     

Effect of seed sludge on characteristics and microbial community of aerobic granular sludge

Aerobic granular sludge was cultivated by using different kinds of seed sludge in sequencing batch airlift reactor.The influence of seed sludge on physical and chemical properties of granular sludge was studied;the microbial community structure was probed by using scanning electron microscope and polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis(PCR-DGGE).The results showed that seed sludge played an important role on the formation of aerobic granules.Seed sludge taken from beer wastewater treatment plant(inoculum A) was more suitable for cultivating aerobic granules than that of sludge from municipal wastewater treatment plant(inoculum B).Cultivated with inoculum A, large amount of mature granules formed after 35 days operation, its SVI reached 32.75 mL/g, and SOUR of granular sludge was beyond 1.10 mg/(g·min).By contrast, it needed 56 days obtaining mature granules using inoculum B.DGGE profiles indicated that the dominant microbial species in mature granules were 18 and 11 OTU when inoculum A and B were respectively employed as seed sludge.The sequencing results suggested that dominant species in mature granules cultivated by inoculum A were Paracoccus sp., Devosia hwasunensi, Pseudoxanthomonas sp., while the dominant species were Lactococcus raffinolactis and Pseudomonas sp.in granules developed from inoculum B.     

温度对好氧颗粒污泥脱氮性能及颗粒稳定性的影响

以乙酸钠与葡萄糖混合基质为碳源,采用间歇式气升内循环反应器(SBAR),以颗粒解体后含有大量丝状菌的污泥为接种污泥,考察了颗粒污泥反应器的启动及温度对好氧颗粒污泥脱氮性能与颗粒稳定性的影响.结果表明,在温度为20℃时,成功实现了颗粒污泥反应器的启动,形成的颗粒结构致密,表面光滑;污泥容积指数(SVI)为70mL/g,平均粒径为3.2mm,平均湿密度为1.029g/mL.当温度直接升高到26℃时,出水NH4+-N由10.6mg/L降为0.2mg/L,同时出现了出水亚硝酸盐的积累,积累率达到93.9%.但是,在温度升高后的47d中,由于胞外多聚物(EPS)中蛋白质与多糖比值的降低,导致颗粒表面的电负性的增加,最终使得颗粒逐渐解体.     

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.     

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.     

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.     

颗粒污泥膜生物反应器同步硝化反硝化

在本实验条件下,厌氧-好氧序批式颗粒污泥膜生物反应器(GMBR)处理人工配水,结果表明,GMBR具有良好的有机物去除及脱氮效果,当进水TOC及氨氮分别为160.9～308.4mg/L、29.8～83.6mg/L时,GMBR的TOC、氨氮及总氮去除率分别为65.7%～98.6%、85.4%～98.9%及66.1%～95.1%.对于GMBR典型周期TOC、胞内聚β-羟基丁酸(PHB)、氨氮、硝酸盐氮及亚硝酸盐氮变化进行分析,结果表明,有机物主要在厌氧阶段去除并以胞内多聚物PHB形式储存,氨氮在好氧阶段经由同步硝化反硝化(SND)去除,并且反硝化碳源主要来自胞内储存物质PHB.以外源溶解性基质及胞内储存物质为碳源的批式实验表明,以外源基质为碳源的缺氧反硝化速率为胞内储存物质的4.2倍;以外源基质及胞内PHB为碳源的好氧SND效率分别为49.9%、82.5%.胞内储存物质PHB的慢速降解特性使得硝化与反硝化过程能够同步进行.     

低碳源废水培养的好氧颗粒污泥常温储存后活性恢复研究

通过考察好氧颗粒污泥特征、比耗氧速率（SOUR）、处理效果和菌群的变化,探索常温储存实际低碳源废水培养出的好氧颗粒污泥的可行性.试验结果表明,常温清水储存60d后颗粒结构未出现明显解体;污泥浓度由4960mg/L小幅降低至4740mg/L,但沉降性能保持良好（SVI为24.2mL/g）;SOUR整体下降较小（16%）,尤其是硝化菌的SOUR;污泥菌群在门和属水平上的相对丰度均发生了变化.在恢复运行后,颗粒形态恢复快且良好,粒径在长期运行后明显增大（200~250μm）;污泥沉降性能始终保持良好（SVI<20mL/g）,SOUR在运行20d后既能恢复;运行11d后COD处理效果完全恢复（平均出水COD为53mg/L）,运行5d后NH₄⁺-N处理效果完全恢复（平均出水NH₄⁺-N为0.7mg/L）.常温清水储存好氧颗粒污泥不仅操作方便,而且反应器能快速恢复稳定运行,具有显著的实际应用价值.