有机生活垃圾微生物处理剂的研究

采用了多种培养基 ,对广泛收集的菌种、相关土样进行分离、筛选 ,得到了 8株有效微生物 ,其产生的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶等酶系可使大分子物质分解成低分子物质 ,微生物摄取这些低分子物质后 ,将其转变成二氧化碳、水和少量氨气并释放能量 ,剩余的少量固体残渣可作为生物肥料。采用以上 8种微生物制成的有机生活垃圾处理剂 ,如配合一定的处理工艺和设备 ,可对日常有机生活垃圾进行减量化和资源化处理。     

有机生活垃圾微生物处理剂的研究

采用了多种培养基，对广泛收集的菌种、相关土样进行分离、筛选，得到了8株有效微生物，其产生的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶等酶系可使大分子物质分解成低分子物质，微生物摄取这些低分子物质后，将其转变成二氧化碳、水和少量氨气并释放能量，剩余的少量固体残渣可作为生物肥料。采用以上8种微生物制成的有机生活垃圾处理剂，如配合一定的处理工艺和设备，可对日常有机生活垃圾进行减量化和资源化处理。     

溶解氧对晚期垃圾渗滤液短程硝化及微生物群落结构变化的影响

以上海老港垃圾填埋场配套污水处理设施中的污泥为菌种源,在序批式活性污泥反应器(SBR)中对晚期垃圾渗滤液进行短程硝化处理,调节SBR中溶解氧浓度,考察溶解氧对渗滤液短程硝化的影响,分析不同溶解氧条件下污泥微生物群落结构的变化.结果表明,低溶解氧(0.2～0.5 mg/L)条件下,SBR可以获得较高的短程硝化效率,反应17h后,SBR内亚硝态氮/氨氮(质量比)为1.05,氨氮负荷可达到1.5 kg/(kg·d)(以每千克污泥悬浮固体每天承担的氨氮计),出水可以满足后续厌氧氨氧化处理的要求.从污泥变形梯度凝胶电泳(DGGE)图谱中可以看出,SBR微生物群落结构中主要优势种有uncultured Bacteroidetes bacterium、uncultured bacterium、uncultured Candidatus Amoebophilus sp.等.随着溶解氧含量的升高,SBR内微生物群落结构的多样性有所升高,但溶解氧对微生物群落结构影响有限.     

OAO和AO工艺处理城镇生活污水的微生物群落特征分析

以模拟城镇生活污水为对象,采用AO和OAO 2种工艺进行处理,通过常规水质检测和高通量测序技术来分析和探究导致2种工艺运行效果不同的微生物层面原因。结果表明:OAO工艺对COD和NH_3-N的平均去除率略高于AO工艺,但OAO工艺对TN和TP的去除效果较为显著,平均去除率分别比AO工艺高6.01%和3.44%;2种工艺的优势菌门均为Proteobacteria和Bacteroidetes,2种工艺的优势菌纲也均为β-Proteobacteria和γ-Proteobacteria;2种工艺间微生物群落差异性较大,OAO工艺的微生物种群丰度和多样性均大于AO工艺;AO工艺优势菌属为Pseudomonas、Thiothrix、Dechloromonas,OAO工艺为Thermomonas、Dechloromonas、Rhodobacter。此外,Nitrosomonas、Nitrospira作为亚硝化和硝化阶段的重要菌属在AO工艺好氧池的相对丰度为0.05%和0.02%,在OAO工艺中则显著提高,为0.47%和0.45%。其原因是OAO工艺的好氧池污泥BOD负荷较AO小,更适合硝化细菌生长。硝化细菌及其他功能菌在OAO工艺中的大量存在是OAO工艺的能够高效脱氮的主要原因。以上结果可为OAO工艺处理城镇生活污水中优势菌种的筛选及培养提供参考。     

外源菌剂对餐厨垃圾和污泥联合堆肥酶活性及微生物的影响

以餐厨垃圾和污泥(质量比1∶1)混合物为底物,以不接种微生物为对照,以添加外源菌剂和腐熟堆肥为两个处理,研究外源菌剂对联合堆肥过程中酶活性和腐熟期微生物的影响。结果表明,外源菌剂可促进堆体升温并延长高温期,可显著提高纤维素酶、过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶的活性,4种酶的峰值分别为377.294 U/g、83.107 mL/(g·h)、0.763 mg/(g·d)和147.411 U/g。采用高通量测序技术分析发现,添加外源菌剂降低了腐熟期细菌、真菌的群落多样性,但提高了真菌群落丰富度。门水平上,各堆体细菌和真菌的优势群落种类差异较小,仅相对丰度变化较大;属水平上,添加外源菌剂使堆体中优势细菌占比更均匀,优势真菌主要为土壤伊萨酵母菌(Issatchenkia)、念珠菌(Candida)、未分类真菌(Unclassified Fungi)等。采用FAPROTAX工具对细菌功能分组,各堆体相对丰度较高的功能菌以化能异养、有氧化能异养、硝酸盐还原等为主,然而添加外源菌剂和腐熟堆肥使芳香族化合物的降解功能菌相对丰度分别提高了8.0倍、7.4倍。     

不同调理剂对微生物降解餐厨垃圾的影响

为了探索不同调理剂对微生物降解餐厨垃圾效果的影响,本实验选取了木屑(桦木)、米糠、泥炭、花生壳、稻壳等材料分别作为主要调理剂,以餐厨垃圾的重量减量率作为评价降解效果指标,测定实验过程中的温度、含水率、pH值、微生物生物量及重量的变化。实验结果表明,影响餐厨垃圾降解效果主要因素有温度和含水率;以木屑和米糠为主要调理剂的保温性能最优,其余材料热量散失较快;以50%木屑处理的调理剂含水率适宜,能达到最适含水率要求(50%);同时,以50%木屑(桦木)为主要调理剂处理的减量率最高。     

生活垃圾堆肥分阶段反应动力学研究

根据堆肥不同阶段特点 ,通过接种和不接种堆肥实验 ,分别研究升温 -高温阶段和高温 -降温阶段动力学。从得到的动力学方程分析可知 :接种复合微生物菌剂 ,在升温 -高温阶段最大反应速率比对照组提高约 13 8.7 ;在高温 -降温阶段最大反应速率比对照组大 4.73 g/( h· kg) ,而半速系数 Km比对照组下降了 10 3 g/kg。说明接种复合微生物菌剂不仅使反应速率增大 ,而且使半速系数减小 ,使底物与酶反应更完全 ,有机物分解更迅速、更彻底     

污泥基生物炭对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷及微生物群落结构的影响

为考察污泥基生物炭对餐厨垃圾厌氧消化的影响,以餐厨垃圾为基质,设置4种不同接种比(inoculum to substrate ratio, ISR)的批次实验,以得到不同酸化程度的厌氧消化体系;检测空白组、餐厨垃圾对照组和生物炭实验组的产甲烷情况和微生物群落结构的变化。结果表明：当ISR=2时,生物炭对餐厨垃圾厌氧消化效果不明显;当ISR=0.5时,生物炭使其停滞期缩短28.9%左右;ISR越小,生物炭对酸化停滞时间缩短以及产甲烷速率提高的效果越明显。同时,生物炭可以促进Chloroflex,Proteobacteria,Bacteroidetes的生长,从而提高厌氧消化中间产物的产生。当ISR较大时,厌氧消化系统的产甲烷途径以乙酸利用型为主,投加生物炭可以促进乙酸型产甲烷;随着ISR减小,产甲烷途径有逐渐向氢利用型转变的趋势,同时Methanosacrina逐渐替代Methanosaeta利用乙酸产甲烷。本研究结果可为污泥基生物炭在餐厨垃圾厌氧消化的实际应用提供参考。     

微生物菌剂对好氧填埋垃圾稳定过程的影响

为加速好氧填埋场的稳定化进程,提出利用生物强化技术加速好氧填埋垃圾的生物降解,通过模拟实验,研究了微生物菌剂对填埋垃圾稳定过程的影响。结果表明:微生物菌剂降低了好氧填埋场的有机污染负荷,使渗滤液COD下降更加明显,整个填埋周期所产渗滤液的COD总量较对照组少20.20%;加速了含氮物质的生物转化,氨氮峰值出现较对照组提前6 d,经历峰值以后,氨氮快速下降,较对照组提前22 d达到国家生活垃圾填埋场污染控制标准(GB 16889-2008)所规定的渗滤液氨氮排放标准25 mg/L,并使整个填埋周期氨氮总量减少9.15%;微生物菌剂降低了渗滤液的产量,使整个填埋周期渗滤液累计产量减少8.29%;使垃圾中有机质降解加快并使其降解更加彻底,至实验结束时总有机质含量较对照组低8.82%,干重较对照组减少35.95%;沉降性能优于对照组,至填埋结束时较对照组沉降量提高6.35%。     

施用城市污泥堆肥对土壤微生物群落结构变化的影响

在温室条件下进行了15周的盆栽实验,考察了施用城市污泥堆肥后,土壤中养分含量的变化规律,重点研究了施用城市污泥堆肥对土壤微生物群落结构变化的影响。实验发现,污泥堆肥能改善土壤养分,有机质和氮、磷含量得到显著提高。经PCR—DGGE分析,施肥1周后土壤中细菌和真菌的群落结构均发生了较大的变化。随着施肥时间的延长,细菌在富含有机质及氮、磷等养分的土壤环境下大量生长,多样性提高,其优势菌群属于γ变形菌、α变形菌和芽单胞菌;随着有机质的不断消耗,细菌的生长活性受到抑制,最终由于养分的缺乏,细菌种群多样性呈现小幅度的降低,优势菌群变为绿弯菌门、γ变形菌亚纲和厚壁菌门。对于真菌,其多样性指数在堆肥前3周逐渐提升,在第3～12周的监测中呈现相对稳定的变化趋势,优势菌群主要为座囊菌纲和散囊菌纲。     

pH对SBR处理效果及活性污泥微生物群落结构的影响

采用序批式生物反应器（SBR）对pH值为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0的原水进行处理,发现COD和TN去除率在pH=8.0时达到最大,NH4+-N去除率随pH升高而增大,在pH=10.0时可达91.0%,碱性条件下污水处理效果更佳;利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术分析不同pH值下的活性污泥总细菌群落结构,其结果显示,碱性条件下的优势菌为β-proteobacterium,承担脱氮功能的细菌中可培养的是Rhodanobacter sp.,pH=8.0时总细菌多样性指数最高。     

淋滤原液性质对生活垃圾淋滤的影响

利用淋滤反应器(BIOBUNK reactor)处理经破碎后的生活垃圾,对淋滤液COD、pH、VFA、TS、VS/TS等参数与淋滤出渣含固率、VS/TS、固相减量率进行实验研究。实验结果表明,将厌氧出水与酸化的餐厨浆液的混合液作为淋滤原液较直接将厌氧出水作为淋滤原液,对淋滤处理效果更显著。淋滤液COD提高14%,VFA提高13%,TS、VS/TS提高1%、3.5%,而pH值降低0.6。淋滤固渣减量率提高1.8%,VS减量率提高6.7%。淋滤出渣湿基低位热值(LHV)约为16 900 kJ/kg,远高于原垃圾的3 490 kJ/kg。出料热值高,可考虑做生物衍生燃料(biotechnology derived fuel,BDF)。     

微纳米曝气联合苦草对污染景观水体的修复效果及对微生物群落结构的影响

为探索微纳米曝气联合苦草 (micro-nano aeration combined with Vallisneria natans,MAVS) 对污染水体修复效果及微生物种群调控机理,以合肥国家湿地公园一处污染水体为修复对象并结合示范工程实验,考察了MAVS对景观水体修复效果及该水体水质及微生物种群结构的动态变化规律。结果表明：经过MAVS修复后,污染景观水体水质得到了明显改善,水体DO逐步提升,COD、NH₄⁺-N、TN、TP分别降低了50%、85%、75%和75%左右;底泥微生物群落结构多样性随修复进程的推进而不断增加,而优势微生物种群结构组成保持相对稳定,但其丰度随修复进程而变化;在门分类水平上,优势菌门为Proteobacteria、Bacteroidetes、Acidobacteria和Chloroflexi,其中Proteobacteria、Bacteroidetes的丰度随修复过程的进行而下降,而Acidobacteria、Chloroflexi的丰度逐步增加;在属分类水平上,优势菌属为Rhodocyclus_uncultured、Xanthomonadales Incertae Sedis_uncultured、Alcaligenes_uncultured和Bacteroidetes vadinHA17_norank,其丰度随修复过程的进行而下降,修复进程停止后丰度逐渐增加;随着修复过程的进行,污染景观水体底泥优势微生物群落丰度呈现出与COD相同、DO相反的变化趋势,但在时间上存在一定的滞后性。由此可以看出,修复水体微生物群落结构随修复进程、水质特性的变化而变化,COD是驱动微生物群落结构及丰度变化的最大贡献者,同时DO、TP也对其变化产生一定影响。微纳米曝气联合苦草能有效修复污染水体,调控水体底泥微生物种群结构,具有良好的推广应用价值。     

水力负荷与有机负荷协同作用对人工湿地微生物群落结构的影响

以单层基质结构(CW1)、3层基质结构(CW3)、6层基质结构(CW6)的水平潜流人工湿地系统为对象,考察水力负荷及有机负荷对不同人工湿地系统去除COD、总悬浮固体(TSS)效果的影响,同时利用高通量测序技术,分析高负荷条件下系统微生物群落结构。结果表明,不同水力负荷运行条件下,随着有机负荷的提高,CW1、CW3、CW6湿地系统对COD、TSS的去除率均表现出先升高后下降的趋势,总体看来,在相同运行条件下CW6湿地系统COD、TSS的去除率最高。群落结构分析表明,不同人工湿地系统微生物结构存在相似性,但湿地床体的基质结构会对微生物群落结构产生一定影响,总的来说分层填充的人工湿地系统微生物群落结构更为稳定,对污染物的去除效果更好。     

厌氧颗粒污泥处理低碳源酸性含硒、镉废水的效果及微生物群落特征

为探究在低碳源条件下,酸性硒、镉废水生物同步处理的可行性,采用厌氧颗粒污泥间歇反应器(SBR)对含硒(7.9 mg·L⁻¹)、镉(11.2 mg·L⁻¹)酸性废水进行了处理。结果表明：在进水COD为100 mg·L⁻¹的第I阶段(1~40周期),镉平均去除率为(96.67±2.70)%,在第I阶段的前16个周期,总硒和四价硒的平均去除率分别达到(97.07±3.17)%和(98.86±1.84)%,自第17周期起,总硒和四价硒的去除率逐渐下降至第40周期的(54.47±0.62)%和(57.66±2.24)%;当进水COD为50 mg·L⁻¹的第II阶段(41~100周期),对废水中镉、硒的去除效果均不理想。扫描电镜-X射线能谱(SEM-EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析表征结果表明,厌氧颗粒污泥对Se(Ⅳ)、Cd(Ⅱ)的去除机理包括生物还原和吸附,产物中出现Se(0)和硒化镉(CdSe)纳米颗粒。细菌群落分析结果表明,在细菌门水平上,Proteobacteria(34.11%)、Synergistota(31.16%)和Firmicutes(12.48%)为优势菌;在细菌科水平上,具有较强硒、镉去除能力的Burkholderiaceae(34.07%)、Comamonadaceae(10.84%)和Pseudomonadaceae (6.01%)在厌氧颗粒污泥中占据优势地位。古菌群落结构分析结果表明,具有较强重金属耐受能力的Methanosaeta和Methanobacterium古菌相对丰度最高,分别为51.00%和46.98%。以上研究结果可为含硒、镉低碳源酸性废水处理及其微生物特性的研究提供参考。     

运行条件及温度对陈垃圾反应器效能的影响及菌群结构分析

以上海老港填埋场填埋垃圾为填料构建陈垃圾反应器,通过调节反应器的水力负荷、回流比以及所处的环境温度,考察了反应器对成熟垃圾渗滤液中氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、BOD5和COD处理效果的影响,同时采用PCR-DGGE方法分析了不同条件下微生物群落结构的变化。结果表明,在15℃温度下,水力负荷由8.5 L/(m3·d)升高至17 L/(m3·d)时,反应器对污染物BOD5和NH3-N的去除效率没有改变,而对COD和TN的去除效率有明显提升;当增加回流时,反应器对污染物的去除效果没有显著差异,未能提高脱氮效率;当环境温度从15℃提高到30℃时,NH3-N和BOD5接近完全去除,COD的去除率从73.1%提高到82.4%,TN的去除率从27.3%提高到43.7%,明显提高了反应器效能。群落结构分析表明,在本研究条件下增加回流比对反应器中细菌群落结构影响不大;提高水力负荷使得上部群落结构多样性提高;而温度提高时,反应器上、下部细菌的种类数量都明显增加,多样性提高。表明在陈垃圾反应器运行时,环境温度对其效能和群落结构的影响较大。     

抗生素菌渣堆肥进程中微生物群落的变化

将青霉素菌渣、林可霉素菌渣与牛粪等原料分别进行好氧堆肥实验,以考察堆肥过程中不同菌渣对微生物群落的影响。在堆制的41d里,根据温度变化分阶段采集堆肥样品,采用稀释倒平板法测定细菌、放线菌和真菌的数量。结果表明,菌渣不同,其堆肥中的微生物群落变化趋势不同。青霉素菌渣堆肥中细菌数量变化趋势为高一低,真菌数量变化趋势为高一低．高,放线菌数量为逐渐增加;林可霉素菌渣堆肥过程中细菌数量变化趋势为低一高一低,放线菌和真菌数量变化趋势为高．低．高。依据真菌菌落形态观察,菌渣堆肥中的真菌种类比对照牛粪堆肥单一,表明两种菌渣对堆肥中的微生物多样性均产生了不利影响。林可霉素菌渣堆肥初始时的细菌数量比对照低1个数量级,放线菌数量在整个堆肥进程中都明显低于对照,堆肥结束时,随着菌渣含量的增加,放线菌数量逐渐下降,高温期真菌数量下降幅度随着菌渣含量增加而加大,表明林可霉素菌渣对细菌、放线菌和真菌均有不同程度的抑制。堆肥化后菌渣中林可霉素残留量的减少表明,在一定条件下堆肥处理可以将抗生素菌渣无害化和资源化。     

不同土地利用类型土壤微生物群落特征及其影响因素

土壤微生物群落结构特征能够提前反映土壤环境质量的变化,是土壤质量评价的重要因子。为弄清不同土地利用类型土壤微生物群落特征及其影响因素,以内蒙古呼和浩特赛罕区为研究区,从绿地、园林地、耕地以及荒废地4种不同土地利用类型土壤进行采样研究。研究结果表明:4种不同土地利用类型土壤中主要菌种为细菌、真菌以及放线菌,放线菌比例最大,其次是细菌,真菌比例最小。采样深度、温度、土地利用类型及含水率均影响微生物群落特征。随着采样深度的增加,4种土地利用类型土壤中微生物数量不断减少,0～10cm微生物总数最多。荒废地土壤微生物数量最多,因为荒废地土层中有机质含量高,为微生物的生长提供了营养物质。含水率过高或过低均不利于微生物生长,当处于最佳含水率时微生物数量最大。对于绿地和园林地而言,最佳含水率为10%～15%,耕地最佳含水率为15%～20%,荒废地最佳含水率为10%左右。     

产物循环对生活垃圾好氧生物处理过程的影响

为研究产物循环对生活垃圾好氧生物处理过程中水分去除的影响,进行了不同的产物循环接种比例(30%、10%、无接种)的好氧生物处理实验.结果表明,产物循环接种可提高垃圾中各生物化学组分(总糖、脂类、蛋白质和木质纤维素类)及有机物总体的降解率;接种 30% 和 10% 产物组的有机物降解率分别为 70%和 65%,高于无接种组的 63%;接种组的高温(50℃以上)维持时间亦明显延长.产物循环接种对提高水分去除具有不确定性,接种率 30%、10%和无接种时,相应的水分去除率分别为 60%、61%和 62%,单位重量原料的水分去除量为 0.401、0.428和 0.421 kg/kg,产物最终含水率为 60%、59%和55%.     

阳极COD对榨菜生产废水MDC产电、脱盐的影响及氨氮去除的微生物群落分析

构建了3室榨菜生产废水微生物脱盐燃料电池系统(microbial desalination cell,MDC),探讨了其阳极COD对榨菜废水MDC产电、脱盐的影响;通过微生物群落分析,探查了脱盐室${{\rm{NH}}_4^ + }$-N的去除途径。结果表明：在产电性能方面,MDC阳极COD为900 mg·L⁻¹时较400 mg·L⁻¹与1 400 mg·L⁻¹时更优,在1 000 Ω的外电阻负载下,其输出电压、最大功率密度、库仑效率分别为550 mV、2.91 W·m⁻³、(15.7±0.5)%;在脱盐方面,阳极COD为400 mg·L⁻¹时,较其他2种情况更优,MDC的脱盐时间、脱盐速率、电子利用效率分别为910.5 h、5.15 mg·h⁻¹、111%。阳极COD不同的MDC脱盐室,其${{\rm{NH}}_4^ + }$-N的去除途径基本相同。脱盐室部分${{\rm{NH}}_4^ + }$-N转化为${{\rm{NO}}_3^ - }$-N后,通过自身的反硝化或以NO₃形式迁移至阳极得以去除,剩余的大部分${{\rm{NH}}_4^ +} $-N以${{\rm{NH}}_4^ + }$形式迁移至阴极,在碱性环境下转化为NH₃并排出。高通量测序分析结果表明,水解发酵菌属(总丰度为33.21%)为MDC阳极的核心微生物群落。阳极生物膜中的电化学活性菌(总丰度为11.78%)可实现电池的产电功能,反硝化菌属(总丰度为14.61%)的存在证明,脱盐室盐室${{\rm{NO}}_3^ - }$-N迁移至阳极室后进行了反硝化并得以去除。在脱盐室水体中检测到了氨氧化菌属(总丰度为6.93%)及反硝化菌属(总丰度为15.82%),这也是脱盐室中${{\rm{NO}}_3^ - }$-N快速产生和随后浓度陡降的原因。