市政污泥接种焦化废水好氧降解能力及微生物群落演替的响应分析

焦化废水是毒性很大的典型工业废水,生物处理过程中需要微生物具备很强的适应能力.以探讨焦化废水对微生物的毒性抑制以及微生物对焦化废水的适应过程为目的,通过于焦化废水原水中接种市政污泥,在考察COD、苯酚、氨氮和硫氰化物等主要污染物指标降解的基础上,运用Illumina高通量测序平台分析降解过程微生物群落组成及多样性变化的响应关系.结果表明,接种了市政污泥的焦化废水培养16 h后COD开始下降,40 h时苯酚降解了97.14%,72 h时硫氰化物开始降解,96 h时硫氰化物浓度低于检测限,氨氮浓度随着硫氰化物的降解而升高.群落测序分析表明,不同培养阶段污泥中微生物表现出群落结构及丰度上的差异:在苯酚降解阶段,苯酚优势降解菌Acinetobacter、Pseudomonas的丰度增大,48 h总相对丰度为13.04%;在硫氰化物降解阶段,Sphingobacterium、Brevundimonas、Lysobacter、Chryseobacterium为主导菌属,96 h时其总相对丰度为16.13%;在144 h阶段,优势菌属则变为Fluviicola、Stenotrophomonas和Thiobacillus,总相对丰度为22.45%.由此认为,市政污泥克服了焦化废水中毒性成分的抑制作用之后能迅速适应环境,表现出微生物群落结构随着废水降解成分的变化而改变,环境因子和降解功能菌之间的竞争是群落结构演变的主要因素.     

硫酸盐还原反应器污泥驯化过程中微生物群落变化分析

采用PCR-DGGE技术,对硫酸盐还原反应器UASB污泥驯化过程中微生物群落的变化进行了分析.结果表明,污泥驯化过程中,微生物群落生物多样性与反应器硫酸盐及COD去除率呈明显的正相关,微生物群落Shannon指数大于3.45时,反应器硫酸盐去除率稳定在95%左右;对DGGE图谱中优势条带进行回收克隆并测序表明,污泥中微生物群落主要包含Firmicutes、Proteobacteria、Deinococcus-Thermus和Chloroflexi这4大类群,分别占总数的50.0%、28.6%、14.3%和7.1%;其中厌氧发酵细菌Clostridium sp.在驯化全过程中均占优势,但优势菌群的种类发生变化;厌氧细菌Chloroflexi sp.、Geopsychrobacter sp.等在污泥驯化过程中曾成为优势菌群但之后消亡;厌氧细菌Geobacter sp.则在污泥驯化过程中逐渐成为优势菌群;Desulfovibrio sp.在污泥驯化的最后2个阶段成为优势菌.     

苯酚厌氧降解的厌氧污泥驯化方法研究

在厌氧法处理含酚废水时，苯酚厌氧降解的厌氧污泥的培养与积累十分重要。本文通过混合厌氧污泥驯化、单一厌氧污泥驯化、好氧污泥转兼性驯化三组对比试验，探讨了合适的苯酚厌氧降解的厌氧污泥的驯化方法。研究表明：好氧污泥转兼性法驯化历时最短，处理效果好。静态培养时，微生物经过２个多月的驯化，日均降解苯酚的速率达１００ｍｇ／（Ｌ·ｄ）     

有机紫外吸收剂BP-3的厌氧污泥降解特性

2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（BP-3）作为化学品添加剂广泛应用于防晒霜、化妆品和染色剂等个人护理品以及塑料制品,用于吸收紫外线防止皮肤晒伤、材料老化和腐蚀.经使用后BP-3随污水排放或者人类涉水活动直接或间接排放到受纳水环境.因BP-3属于疏水性化合物,进入水环境后更易于分配至污泥和沉积物等缺氧和厌氧环境,厌氧微生物降解是BP-3重要的自然消减过程.然而,目前BP-3在不同厌氧条件下的降解转化机制仍不清楚.本研究以城市污水处理厂厌氧污泥为接种体,对比分析了不同厌氧还原条件和碳源共代谢对BP-3厌氧降解转化的差异.研究结果表明,硝酸盐、硫酸盐还原条件抑制BP-3的厌氧降解,而额外添加混合碳源可促进BP-3的降解（最短降解半衰期为1.285 d）.通过对混合碳源体系厌氧菌群驯化培养,BP-3降解能力显著提高,降解半衰期缩短至0.734 d （10 mg·L^-1）.利用UPLC-QTOF-MS鉴定主要降解中间产物为2,4-二羟基二苯甲酮（BP-1）,推测其厌氧降解转化主要途径为去甲基化.筛查获得了一株BP-3高效厌氧降解单菌,通过16S rDNA测序比对确定为柠檬酸杆菌属兼性厌氧菌.     

驯化对餐厨垃圾厌氧消化系统微生物群落结构的影响

为研究驯化对餐厨垃圾厌氧消化系统微生物群落结构的影响,在单相完全搅拌式(CSTR)反应器内,以农村户用沼气池污泥为接种污泥,进行了餐厨垃圾中温厌氧消化.反应器在3 g·L-1·d-1(以VS计)的负荷下成功启动,并连续45 d维持性能稳定,表明驯化成功.期间采用454焦磷酸测序技术分析了驯化前后系统内的微生物群落结构.结果表明,微生物群落结构与底物密切相关,驯化后细菌及古菌群落都发生明显变化.从细菌群落看,与复杂有机物降解相关的菌类显著下降(如梭菌纲(Clostridia)和(vadin HA17),而易降解碳水化合物发酵菌(如Petrimonas)和脂肪降解菌(如Erysipelotrichia)显著增加.这与餐厨垃圾易降解有机物含量高,且富含淀粉和脂肪相关.丰富的易降解有机物还使得反应器内总挥发性脂肪酸(VFA)浓度((2203±174)mg·L-1)远高于种泥水平((222.0±0.3)mg·L-1),这导致了产甲烷菌由乙酸型的甲烷鬃菌属(Methanosaeta,占85.01%)绝对主导转向氢营养型的甲烷螺菌属(Methanospirillum,占35.35%)、甲烷囊菌属(Methanoculleus,占9.89%)与之(46.97%)共同主导的局面.然而,驯化后Methanosaeta在非最优条件下依然保持主导地位,可见接种污泥的群落组成对厌氧消化系统群落结构的塑造也具有重大影响.     

甲烷厌氧氧化协同硝酸盐还原菌群驯化及其群落特征

伴随硝酸盐还原的甲烷厌氧氧化是协同减少环境中硝酸盐及甲烷的有效途径.利用实验室废水处理厌氧污泥、污水处理厂厌氧污泥和填埋场覆土驯化富集硝酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群.考察菌群的甲烷氧化效果,结果发现接种污水处理厂厌氧污泥体系甲烷转化量最大,为0.05 mg·d-1.微生物群落结构分析显示,该体系中甲烷微菌和甲烷八叠球菌是甲烷氧化菌,假单胞菌、梭状芽胞杆菌和热单胞菌参与了硝酸盐的还原反应.硝酸盐的量影响甲烷的转化率及菌群结构.当硝酸盐浓度为200 mg·L-1时,体系中的硝酸盐还原菌为假单胞菌和梭状芽胞杆菌;浓度增加至500 mg·L-1时,硝酸盐还原菌则是假单胞菌和热单胞菌.同时,甲烷转化率增加34.7%.研究结果为该菌群应用于含甲烷废气与含硝酸盐废水的协同处理提供科学依据.     

乙酸驯化对厌氧污泥微生物群落结构及发酵特性的影响

采用乙酸对厌氧污泥进行逐步驯化,以富集乙酸营养型产甲烷菌群,解决厌氧发酵过程中的酸抑制问题.对驯化前后污泥中的微生物群落结构及其在高酸浓度和低p H值条件下的发酵特性进行了研究.结果表明:驯化后污泥中乙酸营养型产甲烷菌中的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)得到了明显富集,其相对丰度由原始的4.2%提高到58.1%,成为耐酸污泥中的主导优势古菌群;氢营养型产甲烷菌属的丰度则都有不同程度的下降.污泥中产甲烷菌群由氢营养型为主导转为乙酸营养型和氢营养型共同主导.驯化前后污泥中细菌的优势菌门均为主要降解纤维素和半纤维素的厚壁菌门(Firmicutes)和降解蛋白质的拟杆菌门(Bacteroidetes),其中驯化后Firmicutes的丰度由48.8%提高到61.7%,而Bacteroidetes的丰度则由30.1%降低至16.9%.驯化后的污泥对高VFA浓度和低pH值的耐受性均有较大程度的提高,其在VFA浓度为7500 mg·L~(-1)及pH 6.0条件下仍可以快速产气.     

焦化废水活性污泥中降解硫氰化物细菌种群多样性分析

硫氰化物(SCN-)是焦化废水中COD的主要来源之一,其在生物处理工艺好氧段的去除效果直接影响出水的达标排放,活性污泥中的微生物种群在SCN-生物处理中发挥重要作用.以SCN-为唯一碳源和能源驯化活性污泥,研究其对100、300和600 mg·L-1SCN-浓度的去除降解效果,并利用454测序技术解析污泥中降解SCN-的细菌多样性.结果表明,驯化污泥能有效去除100~600 mg·L-1SCN-,SCN-浓度越高,去除速率越高,然而细菌群落多样指数越低;原始污泥和驯化污泥的细菌门类群主要为Proteobacteria、Bacteroidetes、Chlorobi、Planctomycetes、Acidobacteria、Nitrospira、Firmicutes和Unclassified,其中Proteobacteria和Bacteroidetes门占主导地位;Thiobacillus是主要的SCN-降解菌,在3个污泥样品中的丰度分别为3.07%、8.63%和0.27%.Thiobacillus是浓度小于300 mg·L-1SCN-时焦化废水中主要的SCN-降解菌,而在600 mg·L~(-1) SCN-高浓度时低丰度的SCN-降解菌群可能发挥协同降解作用.这些结果为揭示焦化废水处理SCN-污染物的去除机制提供了基础.     

低温条件下1,2,4-三氯苯降解菌的筛选及降解特性

在10 ℃的低温条件下, 从吉林石化化工厂排污管和长春第一汽车制造厂污水处理厂的混合污泥中驯化并分离出10株能以1,2,4-三氯苯（1,2,4-TCB）为唯一碳源的降解菌株, 通过筛选得到6株高效1,2,4-TCB降解菌株. 以6株菌的混合菌为研究对象, 考察其对1,2,4-TCB的降解特性. 结果表明, 混合菌在以葡萄糖为辅助碳源, 硫脲为氮源, pH为7.0, 盐度为2.0%, 溶液体积100 mL的条件下对1,2,4-TCB的降解效果最佳, 且添加辅助碳源对1,2,4-TCB的降解有一定的促进作用. 根据菌种的生理生化特征对降解菌进行初步鉴定, 结果表明,6株菌分别属于弧菌属（Vibrio sp.）, 奈瑟氏球菌属（Neisseria sp.）, 螺菌属（Spirillum sp.）, 无色细菌属（Achromobacter sp.）, 醋酸单胞菌属（Acetobacter sp.）和节细菌属（Archrobacter sp.）.      

消化污泥序批式驯化中产气性能和微生物多样性变化

利用序批式运行方法探索低活性厌氧接种污泥对新底物的适应过程。研究发现,接种污泥经过1个批次驯化后,后续批次的甲烷产量维持稳定,说明首批次培养实现了有效的代谢调整。分析各发酵批次的pH值和产甲烷动力学参数发现,随着驯化批次的增加,接种污泥产甲烷的延迟期缩短、产甲烷速率升高,且各批次初期酸化程度降低,说明了多批次驯化促进污泥对底物的适应能力。高通量测序技术分析驯化前后微生物群落结构可知,3个批次驯化后污泥菌群的丰富度和多样性均降低。驯化筛选出以Paludibacter属（相对丰度为52.3%）和Methanosaeta属（相对丰度为72.31%）为优势菌属的群落结构。     

污泥预处理对微生物絮凝剂制备及性能的影响

试验研究了不同污泥预处理方法对微生物絮凝剂的制备及其絮凝性能的影响.结果表明,污泥经碱热预处理后释放的有机物质量最大,SCOD/TCOD可达到0.56.以碱热预处理污泥作为基质制备的微生物絮凝剂,其产量为2.3 g·L-1,高于热预处理的1.6 g·L-1,酸热预处理的0.6 g·L-1,以及未接种污泥絮凝剂的18 mg·L-1.采用响应面分析法对碱热预处理污泥制备的微生物絮凝剂与PAM复配改善污泥脱水的过程进行了优化,实验分别拟合了关于污泥比阻(SRF)和干污泥量(DS)的二次模型,决定系数(R2)分别为0.9057和0.9171,表明拟合情况良好.实验中最佳的污泥脱水条件为微生物絮凝剂投加量12.6 g·kg-1,PAM投加量1.0 g·kg-1,Ca Cl2投加量59.7 mg·L-1,p H值6.7,搅拌速度185r·min-1.在此条件下,DS和SRF分别为29.1%和2.2×1012m·kg-1,表明碱热预处理污泥制备的微生物絮凝剂与PAM的联合使用有助于改善污泥脱水性能.     

膜生物反应器中排泥方式对污泥胞外聚合物的影响

研究了膜生物反应器(MBR)中间歇排泥以及连续排泥条件下污泥停留时间(SRT)与污泥胞外聚合物(EPS)变化的关系。试验结果表明:在间歇排泥方式下的污泥EPS都明显高于连续排泥方式下的。随着SRT的增加,附着型EPS浓度先是稍有减少,之后快速增加,溶解性EPS则增加。     

Production and application of anaerobic granular sludge produced by landfill

Sludge granulation is considered to be the most critical parameter governing successful operation of an upflow anaerobic sludge blanket and expanded granular sludge bed(EGSB)reactors.Pre-granulated seeding sludge could greatly reduce the required start- up time.Two lab-scale and a pilot-scale EGSB reactors were operated to treat Shaoxing Wastewater Treatment Plant(SWWTP) containing wastewater from real engineering printing and dyeing with high pH and sulfate concentration.The microbiological structure and the particle size distribution in aerobic excess sludge,sanitary landfill sludge digested for one year,and the granular sludge of EGSB reactor after 400 d of operation were analyzed through scanning electron microscopy (SEM) and sieves.The lab-scale EGSB reactor seeded with anaerobic sludge after digestion for one year in landfill showed obviously better total chemical oxygen demand (TCOD)removal efficiency than one seeded with aerobic excess sludge after cation polyacrylamide flocculation-concentration and dehydration.The TCOD removed was 470.8 mg/L in pilot scale EGSB reactor at short hydraulic retention time of 15 h.SEM of sludge granules showed that the microbiological structure of the sludge from different sources showed some differences.SEM demonstrated that Methanobacterium sp.was present in the granules of pilot-scale EGSB and the granular sludge produced by landfill contained a mixture of anaerobic/anoxic organisms in abundance.The particle size distribution in EGSB demonstrated that using anaerobic granular sludge produced by sanitary landfill as the seeding granular sludge was feasible.     

硫酸盐还原菌(SRB)污泥固定化技术污泥选择的研究

以某污水厂的氧化沟污泥和剩余污泥为培养对象,获得了SRB占优的厌氧污泥,分析了活性污泥厌氧驯化过程中微生物的分布规律,考察了不同种类SRB污泥固定化小球处理水中硫酸根、锌及镉的效果.结果表明:pH6.0～7.0,温度35℃,硫酸盐浓度4g/L,时间在24h时,剩余污泥固定化小球处理含Zn(II)400mg/L的废水,去除率达到100%,氧化沟污泥固定化小球Zn(II)的去除率为90%左右;对500mg/L含镉废水,剩余污泥固定化小球8h能去除水中95?(II),氧化沟污泥固定化小球对Cd(II)的去除率为80%.硫酸盐还原菌污泥固定化技术中剩余污泥优于氧化沟污泥.     

Characteristics of microfauna and their relationships with the performance of an activated sludge plant in China

The occurrence and abundance of the microfauna groups were compared with the physico-chemical and operational parameters of the Baoding Lugang Sewage Treatment Plant in China. Attached and crawling ciliates were the dominant groups of ciliates. Crawling ciliates and testate amoebae showed a strong association with effluent BOD5 (biochemical oxygen demand). Therefore, these two groups are likely to be useful bioindicators since their number decreased as the process produced poor quality effluent. Testate amoebae also had significant negative correlations with effluent TN (total nitrogen), NH4 -N, SS (suspended solids) and SVI (sludge volumetric index), which means that this group of ciliates may be indicators of good performance of the activated sludge system. Carnivorous ciliates and flagellates had significant positive correlations with SVI, suggesting that these two groups may be indicators of bad settlement conditions of sludge. As identification of the microfauna species is difficult and time-consuming, we recommend using microfauna functional groups to evaluate the performance of the activated sludge system.     

ZnO纳米颗粒对SBR活性污泥活性的影响

建立了模拟的SBR反应器,并研究了ZnO纳米颗粒(ZnO-NPs)对SBR活性污泥活性的影响.结果表明低浓度(10mg/L)ZnO-NPs对活性污泥活性无明显抑制作用.较高浓度下,ZnO-NPs对活性污泥沉降性能?呼吸速率?EPS和SMP产量及其组成?有机物降解效率等具有明显影响.20,50,100mg/L ZnO-NPs使COD去除率分别降低8.1%, 19.5%和27.7%,使污泥沉降性能分别降低24.2%,35.0%和36.0%,使MLVSS/MLSS比值分别降低8.0%,14.7%和21%,使活性污泥呼吸速率抑制率达到54.0%, 79.0%和80.3%;使EPS产量分别降低29.0%,49.9%和65.4%,使SMP产量分别升高48.9%,102.6%和203.0%.研究表明,较高浓度ZnO-NPs能够抑制污泥代谢,降低活性污泥生物量,显著抑制活性污泥活性.     

好氧颗粒污泥膜生物反应器污泥性状研究

采用厌氧-好氧运行方式的颗粒污泥膜生物反应器（GMBR）,连续运行近120　d表现出良好的有机物去除及同步硝化反硝化能力.对GMBR中污泥粒径分布变化研究表明,GMBR中污泥浓度的增加主要是由于粒径0.18～0.45　mm的小颗粒污泥及小于0.18　mm的絮状污泥的增加造成的,粒径大于0.45　mm的颗粒污泥能够基本稳定维持其颗粒形态,反应器运行末期,GMBR中颗粒污泥（粒径大于0.18　mm的污泥）含量稳定在污泥总量的60％～65％以上.污泥表面电荷量随着污泥组成形态的变化电负性逐渐增加,80　d后稳定在-0.42～-0.80　meq·g^-1之间.污泥表面电荷的负电性增加主要是由小于0.45　mm的污泥造成的,其中小于0.18　mm的絮状污泥对其影响最大.并且,污泥粒径越大污泥表面负电荷量越少,两者具有较好的线性关系.另外,GMBR中SVI稳定在60～90 mL/g之间,并且随着污泥表面电荷负电性的增加污泥SVI值增加,两者之间具有一定的相关性.     

亚硝酸盐氧化菌(NOB)的富集培养与其污泥特性分析

为了解亚硝酸盐氧化菌(NOB)特性,以某中试SBR的剩余污泥为接种污泥,以NO2--N为底物,采用逐步提高进水NO2--N浓度的方式,通过控制高游离亚硝酸(FNA)浓度联合高DO浓度对NOB进行富集培养.65d后,荧光原位杂交(FISH)技术分析结果显示NOB占细菌总数的80%以上[Nitrobacter(NOB的一个种,菌体呈杆状或梨状):80%; Nitrospira(NOB的一个种,菌体呈螺旋状):5%],表明成功富集培养出NOB为优势菌种的活性污泥.并且自然形成颗粒污泥,MLSS约为700mg/L,MLVSS/MLSS为0.278,SVI约为6mL/g.富集后污泥SVI较低的原因可能是污泥无机化程度高,污泥以无机盐沉淀为晶核形成颗粒污泥.试验结果表明,该污泥能够处理NO2--N浓度为1000mg/L的污水,比硝化速率为131.03mg/(g MLVSS·h),比耗氧速率为169.5mg O2/(g MLVSS·h).     

UASB反应器处理CMC废水的启动特性研究

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,以高浓度羧甲基纤维素(CMC)废水为处理对象,研究了中温条件下UASB反应器的启动、颗粒污泥特性和废水处理效果.结果表明,采用接种颗粒污泥与消化污泥的混合泥进行培养,并逐步提高进水CMC废水浓度,运行80 d后,可实现UASB反应器的启动;当进水COD值达到4 000 mg/L,容积负荷6.86 kg/(m3.d),COD去除率在80%以上;反应器内污泥实现颗粒化,且颗粒污泥的比产甲烷活性良好.     

好氧-沉淀-缺氧(OSA)工艺的剩余污泥减量化研究

在活性污泥工艺的污泥回流途径中引入一个污泥缺氧池,形成好氧-沉淀-缺氧(OSA)工艺。比较研究了污泥在缺氧池中不同的停留时间(5·5、7·6、11·5h)的3种OSA工艺对剩余污泥的减量化效果。结果表明,3种工艺的剩余污泥量分别比传统活性污泥工艺降低33·24%、22·99%和13·80%。经综合考虑认为OSA工艺中污泥在缺氧池中停留6~7h较为理想。