膜-生物反应器污泥缺氧反硝化过程中SMP的形成

在不同C/N比下,研究了膜-生物反应器在缺氧状态下溶解性微生物产物(SMP)的形成规律.结果表明,不同C/N比的反硝化过程,随着底物的降解,SMP都呈现不同程度的累积,且高C/N比下的合成量(9~10mgCOD/gVSS)高于低C/N比下的合成量(3~4mgCOD/gVSS).从SMP的组分来看,不同C/N比下糖类的代谢规律相似,蛋白质则随着C/N比的升高其含量占SMP总量的比例增加,成为膜污染潜在的主要贡献者.随着反硝化过程的进行,体系中亚硝酸盐的累积对SMP的形成没有影响.     

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.     

Using fluorescence surrogates to track algogenic dissolved organic matter (AOM) during growth and coagulation/flocculation processes of green algae

Tracking the variation of the algogenic organic matter (AOM) released during the proliferation of green algae and subsequent treatment processes is crucial for constructing and optimizing control strategies. In this study, the potential of the spectroscopic tool was fully explored as a surrogate of AOM upon the cultivation of green algae and subsequent coagulation/flocculation (C/F) treatment processes using ZrCl₄ and Al₂(SO₄)₃. Fluorescence excitation emission matrix coupled with parallel factor analysis (EEM-PARAFAC) identified the presence of three independent fluorescent components in AOM, including protein-like (C1), fulvic-like (C2) and humic-like components (C3). Size exclusion chromatography (SEC) revealed that C1 in AOM was composed of large-sized proteins and aromatic amino acids. The individual components exhibited their unique characteristics with respect to the dynamic changes. C1 showed the highest correlation with AOM concentrations (R²?=?0.843) upon the C/F processes. C1 could also be suggested as an optical predictor for the formation of trihalomethanes upon the C/F processes. This study sheds a light for the potential application of the protein-like component (C1) as a practical surrogate to track the evolution of AOM in water treatment or wastewater reclamation systems involving Chlorella vulgaris green algae.     

膜-生物反应器中荧光物质对膜污染的影响

采用三维荧光(EEM)技术对膜-生物反应器(MBR)运行过程中进出水、膜面溶解性污染物、溶解性微生物(SMP)和胞外聚合物(EPS)进行分析,并对各运行条件下荧光强度与膜污染速率进行比较.结果表明:各工况膜污染顺序为工况1(0.55 kPa/d)<工况3(1.37 kPa/d)<工况2(1.71 kPa/d)<工况4(3.69 kPa/d),SMP中的类蛋白质和类富里酸,以及EPS中的类蛋白质和类腐殖酸,均与各工况膜污染速率呈一致的变化趋势,而膜面溶解性污染物中的类蛋白质荧光峰则与膜污染速率没有明显的关系,说明在膜表面积累的荧光物质可能与其他有机物共同作用影响了膜污染速率.      

溶解性微生物代谢产物对膜污染的影响与控制研究

引起膜污染的因素主要有污泥特性、运行参数、膜材料和进水特性。尽管国内外学者对膜污染进行了大量的研究,但对其影响因素仍然感到非常困惑,主要是因为膜污染物和活性污泥特性异常复杂。膜污染现象增加污水处理运行和维修费用,是限制膜生物反应器（MBR）在污水治理方面广泛应用的主要障碍,其中微生物代谢产物（EPS、SMP）是引起膜污染的主要物质。在论述了溶解性代谢产物（SMP）对膜污染影响的基础上,着重从减少SMP的角度介绍了缓解膜污染的控制措施。     

盐度冲击下MBR污泥SMP和EPS的三维荧光光谱解析

利用三维荧光(EEM)技术研究了不同盐度冲击下膜-生物反应器(MBR)污泥微生物溶解性产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)的变化规律,分析不同盐度冲击下MBR污泥SMP和EPS的EEM图谱.结果表明,当冲击盐度大于2.5g/L时,SMP的EEM图谱中色氨酸荧光峰B(270nm,350nm)、类胡敏酸荧光峰C(375,475nm)、类富里酸荧光峰D(260,460nm)以及EPS的EEM图谱中色氨酸荧光峰B的荧光强度随冲击盐度的提升而增加,EPS的EEM图谱中类胡敏酸C峰的荧光强度则随冲击盐度的提升而下降.用平行因子分析(PARAFAC)方法确定EEM图谱中存在的4个组分,分别为类蛋白质组分C1(230/280,350nm),类胡敏酸组分C2(290/310,380nm)、C3(290/360,460nm)和C4(270/340,440nm);当冲击盐度大于2.5g/L时,SMP中C1、C3和C4组分的荧光强度与冲击盐度呈正相关,而EPS中C3和C4组分的荧光强度分别与冲击盐度呈正相关和负相关,其相关系数均≥0.90;SMP中类蛋白质荧光组分和类胡敏酸组分的荧光强度之和分别与测定的蛋白质含量和胡敏酸含量呈明显的正相关性,相关系数均＞0.93,可作为荧光组分强度定量计算的依据,而EPS中此相关性并不明显.     

Evaluation of factors influencing soluble microbial product in submerged MBR through hybrid ASM model

In this study, a mathematical model was established to predict the formation of the soluble microbial product (SMP) in a submerged membrane bioreactor. The developed model was calibrated under the reference condition. Simulation results were in good agreement with the measured results under the reference condition. The calibrated model was then used in the scenario studies to evaluate the effect of three chosen operating parameters: hydraulic retention time (HRT), dissolved oxygen concentration, and sludge retention time (SRT). Simulation results revealed that the SMP dominated the soluble organic substances in the supernatant. The scenario studies also revealed that the HRT can be decreased to 1 h without deteriorating the effluent quality; dissolved oxygen concentration in the reactor can be kept at 2–3 mg/L to maintain the effluent quality, reduce the content of SMP, and minimize operating costs; the optimal SRT can be controlled to 10–15 d to achieve complete nitrification process, less membrane fouling potential, and acceptable organic removal efficiency.     

典型岩溶水系统中溶解性有机质的运移特征

西南岩溶水系统中有机质和养分有独特的产生、分解和保存方式,了解有机质与养分循环耦合机制是恢复和优化调控这些脆弱生态系统退化的科学基础.以桂林寨底地下河系统为研究对象,对岩溶地下水的补给、径流、排泄过程中DOM的性质和行为变化进行示踪分析,为深刻认识岩溶地下水DOM的生物地球化学循环提供科学依据.结果表明共检验出3种DOM荧光组分,其中C1、C2为陆源输入的类腐殖质荧光有机物,C3则为内源类蛋白酪氨酸荧光有机物.DOM荧光组分以陆源类腐殖质荧光组分为主,反映了夏季丰水期外源输入对地下水系统DOM的重要贡献.与传统理化指标相比,岩溶地下水系统的DOM空间变化更加明显,也更能反映出地下水系统的细微变化.传统的理化指标主要反映地下河系统的区域特征,而DOM荧光组分则更多地反映了采样点的类型差异.     

胞外聚合物与溶解性微生物产物的关系

通过活性污泥内源呼吸试验,发现胞外聚合物与溶解性微生物产物之间存在相互转化、吸附与被吸附的关系。内源呼吸初期(0~19h),bound EPS水解生成BAP,细胞自溶过程也释放部分SMP。19~43h,微生物利用SMP中易降解部分生成bound EPS和UAP,大分子量的SMP被bound EPS吸附,并存在一定程度的细胞水解。43~162h为SMP分泌、溶出阶段,内源呼吸加强,微生物脱氢酶活性几乎丧失,细胞水解、自溶。bound EPS表面出现SMP解吸-吸附的交替过程。162~210h期间bound EPS水解及细胞自溶为主要过程。并且产出的SMP可生物降解性较差,对微生物表现出毒性作用,抑制其脱氢酶活性,而在毒性环境下,微生物又产出更多的SMP。     

Bulking sludge for PHA production:Energy saving and comparative storage capacity with well-settled sludge

Two acetate-fed sequencing batch reactors (SBR) were operated under an aerobic dynamic feeding (ADF) model (SBR #2) and with anaerobic phase before aerobic phase (SBR #1) to select mixed cultures with a high polyhydroxyalkanoates (PHA) storage response. Although kinetic selection based on storage response should bring about a predominance of floc-formers, a bulking sludge with storage response comparable to well-settled sludge was steadily established. An anaerobic phase was introduced before the aerobic phase in the ADF model to improve the sludge settleability (SBR #1), however, due to the consequent increased feast/famine ratio, the performance of SBR #1, in terms of both the maximum PHB (polyhydroxybutyrate) cell content and ΔPHB, was lower than that of SBR #2. SBR #2 gradually reached a steady state while SBR #1 failed suddenly after 50 days of operation. The maximum specific substrate uptake rate and storage rate for the selected bulking sludge were 0.4 Cmol Ac/(Cmol X.hr) and 0.18 Cmol Ac/(Cmol PHB.hr), respectively, resulting a yield of 0.45 Cmol PHB/(Cmol Ac) in SBR #2 in the culture enrichment phase. A maximum PHB content of 53% of total suspended solids and PHB storage rate of 1.36 Cmol Ac/(Cmol PHB.hr) was achieved at 10.2 hr in batch accumulation tests under nitrogen starvation. The results indicated that it was feasible to utilize filamentous bacteria to accumulate PHA with a rate comparable to well-settled sludge. Furthermore, the lower dissolved oxygen demand of filamentous bacteria would save energy required for aeration in the culture enrichment stage.     

城市污水厂活性污泥胞外聚合物的三维荧光特性分析

对厦门5个城市污水处理厂活性污泥溶解性有机物SMP,松散型胞外聚合物LB-EPS和紧密结合型胞外聚合物TB-EPS的三维荧光光谱分析表明,SMP,LB-EPS和TB-EPS都有3个明显的特征峰,其中Peak A(Ex/Em=225~230/335~350nm)和Peak B (Ex/Em= 275~280/330~350nm)都为类蛋白荧光物质,Peak C(Ex/Em=320~350/420~445nm)为腐殖酸类荧光物质.LB-EPS和TB-EPS荧光峰强度同其对应的TOC浓度有一定相关性.荧光强度综合指数FRI分析表明,微生物副产物更多的存在于TB-EPS中,其FRI总和同TOC浓度呈一定相关性.     

The effect of continuous Ni(Ⅱ) exposure on the organic degradation and soluble microbial product(SMP) formation in two-phase anaerobic reactor

A two-phase anaerobic reactor fed with glucose substrate (3 g chemical oxygen demand (COD)/L) was used to investigate the effects of toxic metals on the degradation of organics and the soluble microbial product (SMP) formation. Low concentrations of Ni(II) (5 and 10 mg/L) promoted the acid phase, whereas high concentrations (15, 20, and 25 mg/L) exhibited an inhibitory effect on, but did not alter the fermentative method, which mainly involved the fermentation of propionic acid. The methanogenic microorganism exhibited a strong capability adapting constantly increased Ni(II) levels. The acid phase was an accumulation stage of SMP. In the absence of Ni(II), the high-molecular-weight material in the effluent SMP mainly contained polysaccharide, tryptophan, and casein. Methanogens metabolized most of the polysaccharide, the whole tryptophan content, and part of the casein, leading to the presence of humic acid and protein in effluent. After Ni(II) dosage, the protein and polysaccharide of the acid phase increased, and tryptophan changed, while casein remained stable. More protein than polysaccharide was produced, suggesting the prominent function of protein when addressing the negative effect of toxic metals. The analysis of DNA confirmed the change of bacterial activity.     

多环芳烃在西江高要段水体中的分布与分配

为了解西江流域水体中多环芳烃(PAHs)的深度和季节分布及其在溶解相和颗粒相的分配以及控制因素,分别在洪水期(2003年8月和2004年7月)和枯水期(2003年11月和2004年3月)采集了西江高要段水柱.结果表明,溶解相和颗粒相中PAHs的浓度分别为21.7~138 ng/L和40.9~664.8μg/kg;水体中PAHs的总含量(颗粒相及溶解相),洪水期大于枯水期.在溶解相中,PAHs的浓度随深度无明显规律;而在颗粒物中,PAHs的浓度都表现出相同的变化趋势,即中层水PAHs含量最高,表层水PAHs含量最低.溶解相和颗粒相中PAHs的浓度都随悬浮颗粒物的含量增加而增加.从PAHs组成特点来看,溶解相以3环的PAHs为主,而颗粒相以3~4环的PAHs为主.PAHs在颗粒相及溶解相中的分配系数(KP)不受颗粒有机碳浓度控制(R2为0.000 1~0.2),而受颗粒物浓度、及溶解有机碳浓度的共同影响(R2为0.15~0.36),尤其是溶解态的细小碳黑有机质的影响.西江高要段水体PAHs在不同季节的lgKOC值大部分超过经典平衡分配模型的上限.除了2003年11月(R2为0.000 4~0.12,p0.001)之外,其它3个季节PAHs的lgKOC与lgKOW均有较强的相关性(R2为0.29~0.91,p0.05).洪水期颗粒物的亲脂性强于枯水期.     

污水再生过程中消毒副产物前体物转化规律

采用大孔吸附树脂将污水中的消毒副产物(DBP)前体物分离为亲水性物质(HPI)、强疏水性物质(HPO)和弱疏水性物质(TPI)这3个组分,通过三维荧光光谱、傅里叶红外光谱和核磁共振对再生水处理各沿程前体物进行表征,并测定各沿程出水的消毒副产物生成势(DBPFP).结果表明,生活污水中DBPs前体物主要组分为腐殖质和脂肪烃,以HPI为主.一级处理(沉淀)基于HPO与水互斥的物理性能对疏水性腐殖质有较好的去除效果,腐殖质的去除会导致含碳消毒副产物生成势(CDBPFP)的降低.此外由于DON/DOC的增加,含氮消毒副产物生成势(N-DBPFP)有所增加.二级处理(生物处理)对腐殖质和脂类均有较好的去除效果,但会产生大量疏水性的溶解性微生物产物(SMP),因此生物处理后DBPs前体物主要表现为疏水性.SMP的累积会导致C-DBPFP和N-DBPFP的大幅增加.深度处理(滤布滤池)能截留部分腐殖质和疏水性的SMP,因此前体物HPO占比减少,HPI占比增加.深度处理可以通过对SMP的去除来降低C-DBPFP和N-DBPFP.     

汽车简易工况法与新车排放认证工况法的相关性研究

选取50辆在用轻型汽油车,对国家标准规定的瞬态工况法(IM195)、简易瞬态工况法(IG195)、稳态工况法(ASM)与新车排放认证工况法(NEDC)间污染物排放系数的相关性进行研究.结果表明:瞬态工况法与新车排放认证工况法的污染物排放系数相关性最好,CO,碳氢化合物(HC)和NO的排放系数的R〖WTBZ〗2分别为0.701 0,0.727 1和0.6609;简易瞬态工况法次之,其CO,HC和NO 排放系数与新车排放认证工况法的R2分别为0.513 8,0.484 6和0.624 5;而稳态工况法与新车排放认证工况法的相关性最差,5025工况法下的CO,HC和NO 排放系数与新车排放认证工况法的R〖WTBZ〗2分别为0.410 9,0.448 1和0.5449;2540工况法下R〖WTBZ〗2分别仅为0.364 4,0.339 5和0.457 8.引起不同方法间污染物排放系数相关性差异的主要原因包括车辆热状态、车辆试验循环工况、分析仪器的测量原理和底盘测功机的控制精度等.      

SBR系统中好氧颗粒污泥脱氮特性研究

以颗粒污泥为研究对象,在序批式反应器中研究了不同运行模式(有厌氧段和无厌氧段两种模式)和不同碳氮比(COD与NH₄⁺-N质量比取6、10、14)下,颗粒污泥对氨氮、总无机氮的去除情况.比较了2种运行模式应用于颗粒污泥脱氮中的差别和优劣.采用分段函数的方法对不同碳氮比下的氨氮去除曲线进行了分割,对曝气第一阶段(碳源富足阶段)和曝气第二阶段(碳源贫乏阶段)的氨氮去除曲线进行了拟合,发现其线性化特征明显.计算了不同碳氮比下曝气前后期氨氮去除速率,并简要分析了好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的作用机理.     

好氧颗粒污泥系统中溶解性微生物代谢产物的特征及主要组分

采用SBR反应器以絮状活性污泥为接种污泥培养好氧颗粒污泥,主要考察好氧颗粒污泥系统中溶解性微生物代谢产物(SMP)的产生、相对分子质量分布以及主要组成物质.结果表明SMP是出水COD的主要组分,浓度为71~85 mg·L-1,SMP的产生与微生物对基质的利用、微生物衰亡和胞外聚合物(EPS)的水解有关.相对分子质量分布表明大部分SMP相对分子质量小于3×103,所占比例为54.8%~71.7%,而相对分子质量大于100×103的组分只占总SMP的一小部分,所占比例为9.3%~14.5%.三维荧光光谱分析表明,出水SMP具有4个峰,分别属于类芳香蛋白质、类色氨酸蛋白质、类腐殖酸物质和类富里酸物质.气质联用(GC-MS)分析表明SMP主要成分为酯类、短链烷烃、烯烃和醇类,所占质量分数分别为39.0%、14.9%、11.7%和7.6%.其中邻苯二甲酸二酯是出水SMP中主要组成物质,所占质量分数为32.0%.     

鄱阳湖CDOM三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱（3DEEM）结合平行因子分析法（PARAFAC）,对鄱阳湖水样的荧光光谱进行研究,探讨了有色溶解有机物（CDOM）荧光组分与氮磷营养盐之间的关系.结果表明,鄱阳湖水体CDOM由2类3个荧光组分组成,即类腐殖荧光组分C1（245/391nm）和C2（255,340/453nm）,及类酪氨酸组分C3（275/304nm）.在CDOM组成中,微生物作用类腐殖质C1占40.8%,陆源类腐殖质C2占30.8%,类酪氨酸物质占28.4%.类腐殖质和类酪氨酸在两个极端水文条件下表现出截然不同规律,即类腐殖质在枯水期荧光强度和贡献都为最低,在丰水期贡献率最大,而类酪氨酸在丰水期,荧光强度和贡献为最低,在枯水期贡献率最大.CDOM各荧光组分强度分布因水文条件不同具有差异性.各荧光组分在同一水文条件下,荧光强度变化趋势相似.荧光光谱参数结果表明,鄱阳湖水中CDOM呈现外源和内源的特征,其中枯水期以外源输入为主.各荧光组分都与水体中总氮（TN）和溶解性总氮（DTN）呈现显著正相关,类酪氨酸组分与总磷（TP）呈现显著正相关.     

SSCP技术分析不同废水处理系统中微生物群落结构

为研究不同废水处理系统中微生物群落结构以及认识群落结构与系统处理效能的关系,采用单链构象多态性技术(SSCP)分别对稳定运行的脱氮除磷反应器(N),中药废水处理反应器(P),啤酒废水处理反应器(W),糖蜜废水发酵制氢反应器(H)以及硫酸盐还原反应器(S)等5种废水处理系统中的微生物群落结构进行了解析.结果表明,处理同种废水且状态均一的反应器中微生物群落结构相似性最大;微生物种群多样性与废水中的有机质复杂性成正相关,中药废水由于含有较复杂的有机质成分,种群多样性最高,而人工配水的处理系统由于营养成分单一,种群多样性较低;与模式群落中微生物SSCP条带比较显示,某些功能微生物类群在整个系统中相对数量并非占优势,发酵产氢菌Ethanologenbacterium sp.在状态良好的制氢反应器中相对含量仅占5%,而脱硫弧菌Desulfovibrio sp.在硫酸盐还原反应器中的相对比例小于1.5%.SSCP指纹图谱技术能够揭示不同处理系统中微生物群落结构的差别,并对这些工艺中的部分功能微生物进行监测,进而为提高反应器的运行效果提供有益的指导.     

污泥厌氧过程中磷释放与SMP特性研究

以城市污水处理厂剩余污泥为实验污泥,研究污泥厌氧过程中磷释放和溶解性微生物代谢产物（SMP）的变化特性,检测了不同厌氧时长下总磷（TP）,SMP中蛋白质与多糖含量,利用三维荧光光谱与液相色谱-有机碳测定仪（LC-OCD）进一步探究了SMP的组分分布状况,应用灰色关联度分析了TP与各组分的相关性.结果表明：随着厌氧时间延长,蛋白质,多糖浓度逐渐增加,TP浓度呈现先增大后减小的趋势,TP浓度在厌氧4d最高,达到14.15mg/gVSS,说明污泥厌氧过程中存在最优释磷时间;将三维荧光光谱分为7个荧光区域,平行因子（PARAFAC）分析表明紫外光区类富里酸和类腐殖酸物质荧光强度随着厌氧时间的延长逐渐增大,微生物代谢产物的荧光强度先增大后减小;SMP中生物高聚物和腐殖酸（Humics）等大分子物质浓度逐渐增大,中分子前驱物呈现先增大后减小的趋势,而小分子物质呈现先减小后增大的趋势;蛋白质、多糖和Humics浓度与TP浓度的关联性显著.研究结果可为优化污泥厌氧释磷,提高磷回收效率提供理论支持.