贫营养条件下EPS、SMP和微生物多样性的研究

为了考察活性污泥在营养缺乏的条件下,胞外聚合物（EPS）、溶解性微生物产物（SMP）和微生物种群结构自身的变化情况,为优化MBR系统运行、延缓膜污染等提供理论依据,对天津大学游泳馆MBR中的污泥混合液进行贫营养实验,测定了污泥混合液中EPS和SMP的含量,通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术和克隆测序技术对微生物多样性进行分析,根据序列数据进行同源性分析并构建系统进化树.实验初期,EPS和SMP的浓度由15.04 mg/g和0 mg/g分别上升到17.99 mg/g和3.29 mg/g.随着实验的进行,EPS有很大的降低,最终只有2.40 mg/g;SMP则一直在3.5 mg/g左右变化.实验表明,EPS和SMP对外界环境变化具有一定的缓冲作用,并且在营养缺乏的条件下微生物能够以降解EPS和SMP来维持自身生命活动.由于对EPS和SMP的利用,污泥的Shannon多样性指数由最初的0.81上升到最高时的1.09,随后开始降低,并最终稳定在0.95.克隆测序的结果表明,污泥中微生物的种类比较丰富,并且优势菌种大部分为未经培养菌种.部分菌种能够通过产生蛋白质和多糖水解酶来实现对EPS和SMP的降解,主要属于拟杆菌(Bacteroidetes)、黄杆菌(Flavobacterium）、腐螺旋菌(Saprospiraceae)和厚壁门菌(Firmicutes)等.     

不同污泥龄下MBR内SMP对膜污染的影响

采用3套膜生物反应器(MBR)研究不同污泥龄下溶解性微生物产物(SMP)对膜污染的影响。结果表明,随着污泥龄的延长,上清液中SMP的质量浓度逐渐降低,SMP中多糖和蛋白质含量与总SMP的变化趋势相同,也逐渐降低。高分子组分及疏水性有机组分占总SMP比例逐渐升高。而膜污染层中SMP的变化与上清液中SMP存在差异性。通过对上清液及膜污染层中SMP与膜污染速率进行相关性分析,结果表明上清液中SMP含量及性质与膜污染速率相关性不显著,而膜污染层中SMP质量浓度、多糖、高分子组分以及疏水性酸性组分对膜污染有显著影响。     

餐饮废水MBR处理过程中DOM的三维荧光光谱分析

采用三维荧光(EEM)光谱技术,对膜-生物反应器(MBR)处理餐饮废水过程中的各种溶解性有机物(DOM)进行分析,并对比研究不同水质和容积负荷下DOM的EEM光谱的迁移变化特性和DOM中荧光物质对膜污染速率的影响.结果表明,各种DOM的荧光物质中,蛋白质类物质所占的比重最大,且溶解性微生物代谢产物(SMP)和附着型胞外聚合物(EPS)中的蛋白质类荧光物质对膜污染速率的影响最大,而紧密附着胞外聚合物(TB-EPS)中蛋白质类荧光物质强度与膜污染速率呈强烈的负相关性.腐殖酸溯源表明DOM中的腐殖酸以微生物代谢产生的带有荧光基团的腐殖酸类为主.     

生物炭对活性污泥中SMP和EPS的组成及脱氮除磷的影响

采用SBR工艺,研究不同生物质原料制成的生物炭粉末对活性污泥中的溶解性微生物产物(SMP)、胞外聚合物(EPS)的组成[蛋白质(PN)、多糖(PS)]及其含量的影响;分析活性污泥MLVSS/MLSS的变化以及污水氮、磷的含量。结果表明:添加的生物炭起到连接污泥絮体的作用,菌胶团尺寸增大,污泥中微生物量明显增多。添加生物炭的活性污泥溶解性微生物产物(SMP)中蛋白质的含量减少了62.3%～76.6%。胞外聚合物(EPS)中蛋白质的含量增加了17.8%～32.8%,含有更多的氨基酸或蛋白质中的色氨酸、酪氨酸以及苯丙氨酸。猪粪生物炭(PMB)对活性污泥影响最大,污泥EPS的冻干物中含有更多的芳香族化合物及核酸类物质。添加生物炭后,活性污泥对氮的转化效率提高,氨氮更快地转化为亚硝态氮并使其达到较高的浓度,并且对磷也有更好的去除效果。     

膜生物反应器中贫营养条件下SMP的产出研究

文章为考察膜生物反应器微生物在贫营养条件下,溶解性微生物产物(SMP)的产出规律和特性,为优化MBR反应器的运行、延缓膜污染提供理论依据。对天津大学游泳馆MBR系统中的污泥混合液进行贫营养实验。研究表明贫营养条件下SMP产出可以分为两个阶段:EPS溶解产生SMP阶段和死亡细胞胞内物质溶出产生SMP阶段。伴随营养物质的匮乏,SMP中大分子物质所占比例显著增加,从第3天的20.2%(占TOC总量的比例),到第8天上升为39.2%,从而会加剧膜污染,并且不同阶段产生的SMP都可以刺激微生物提高对基质的降解速率,SMP浓度与污泥的比好氧速率呈正相关关系。     

纯氧曝气活性污泥的EPS和SMP的规律研究

研究了两种典型负荷下(低负荷:F/M为0.05 kg/kg(以每kg污泥中有机物的质量计,下同),高负荷:F/M为0.25 kg/kg)纯氧曝气序批式活性污泥法处理废水时活性污泥胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)的变化情况,结果表明:控制曝气量为15 L/h,当F/M为0.05 kg/kg时,纯氧曝气使得出水SMP低于空气曝气。与空气曝气相比,纯氧曝气可减少EPS的产生。SMP随着EPS含量的增加而增加,两者呈显著的正相关(r=0.947)。     

嘉陵江重庆段DOM三维荧光光谱的平行因子分析

应用平行因子分析法对2010年6月嘉陵江重庆段水体13个取样点DOM(溶解性有机质)的三维荧光光谱进行指纹识别.结果表明,嘉陵江重庆段水体可识别出4类5个荧光组分,包括类富里酸荧光组分C1(250、320 nm/400 nm)和C4(230、340nm/450 nm)、类腐殖酸荧光组分C2(260、360 nm/450 nm)、浮游生物产生的荧光组分C3(260 nm/380 nm)和类蛋白物质荧光组分C5(280 nm/330 nm).它们的贡献率依次为类富里酸18%～38%,类腐殖酸11%～18%,浮游植物8%～22%,类蛋白物质33%～49%.嘉陵江重庆段水体的有机物污染主要以来自工业、生活污水和其他人为活动产生的陆源污染输入为主,其次是浮游植物和水体微生物代谢产生的污染.13个取样点的总荧光强度在空间分布上由西到东呈"升高—降低—升高—降低"的趋势.      

三维荧光光谱技术在溶解性有机物研究中的应用

溶解性有机物(DOM)是天然水体中的重要组分,其结构复杂,化学形态各异,应用常规的化学实验方法难以进行有效分析、得出有价值的结论.而三维荧光光谱分析法,因其简便的操作、较高的灵敏度以及较少的样品用量等优点,被广泛的用于DOM的表征中.通过阐述近年来三维荧光光谱传统分析法及应用平行因子分析法(PARAFAC)进行DOM定性定量分析,对其应用进行了展望.     

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.      

曝气强度对膜生物反应器污泥混合液可滤性的影响

主要研究了曝气强度对膜生物反应器(MBR)膜污染的影响.2套MBR采用恒流出水模式连续运行60 d,曝气强度分别为500及100 L/h,应用死端过滤装置来检测不同阶段污泥混合液的可滤性.实验中对不同曝气强度下的溶解性微生物代谢产物(SMP)分子质量分布、颗粒粒径分布、胞外聚合物(EPS)含量进行了测定.结果表明,过高的曝气强度将恶化污泥混合液的可滤性,增加了膜污染速率.进一步研究表明,曝气强度的增加导致了污泥混合液上清液中相对分子质量>10000的SMP浓度的增加,此部分大分子有机物浓度直接影响了污泥混合液的可滤性.过高的曝气强度也导致了污泥絮体中1～10μm细小颗粒和EPS含量的增加.     

贫营养条件下膜生物反应器污泥混合液可滤性分析

采用膜生物反应器(MBR)运行16d,未向反应器内活性污泥投加营养物质,对溶解性微生物代谢产物(SMP)、污泥颗粒粒径分布(PSD)、胞外聚合物(EPS)、SMP相对分子量分布(MWDs)进行了定期监测.修正的污染指数(MFI)用来考察与SMP和EPS相关的污泥混合液可滤性.结果表明,MFI值由1.8′104迅速增加到7.3′104s/L2,说明长时间的内源代谢过程对MBR内污泥混合液可滤性有负面的影响.污泥混合液上清液中SMP相对分子量>10kDa的大分子有机物和污泥絮体中1~10μm细小颗粒的增加,将严重恶化污泥混合液的可滤性.     

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.     

盐度变化对厌氧污泥胞外聚合物的影响

为探讨盐度变化对厌氧污泥胞外聚合物的影响,采用三维荧光(3D-EEM)和傅里叶变换红外(FTIR)技术,研究了不同盐度下升流式厌氧污泥流化床(UASB)中污泥的松散结合型胞外聚合物(LB-EPS)与紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)的变化规律,并分析了LB-EPS和TB-EPS与污泥沉降性间的关系.结果表明,进水盐度由0逐渐增加至8%,厌氧污泥LB-EPS和TB-EPS含量分别由4.94和12.25 mg·g~(-1)(以VSS计)增加至41.47和43.04 mg·g~(-1)(以VSS计);LB-EPS和TB-EPS中蛋白(PN)和多糖(PS)含量的比值分别由3.2和3.8降低至1.8和2.3;污泥容积指数(SVI)与LB-EPS、TB-EPS均正相关;3D-EEM光谱显示,色氨酸蛋白和芳环蛋白荧光峰存在于不同盐度下LB-EPS和TB-EPS中,类胡敏酸荧光峰仅存在于盐度高于4%的TB-EPS中;FTIR分析表明,进水盐度的增加导致LB-EPS和TB-EPS中PS的C—O组分相对含量增加.     

三维荧光光谱结合荧光区域指数分析方法评估堆肥腐熟度

评估堆肥腐熟度是确保堆肥产品质量的重要保证. 采用三维荧光光谱结合荧光区域指数分析方法快速评估菜粕和稻糠堆肥过程中的腐熟度. 结果表明:菜粕和稻糠堆肥可在16 d内完成一次发酵,其中第7～14天为高温期(>50 ℃,共8 d);随后,堆体进入降温期,第16天降至32 ℃. 堆肥初期(第0～6天)DOC(溶解性有机碳)、DON(溶解性有机氮)质量浓度和EC(电导率)先稳定在一个较低的水平;在堆肥高温期(第7～14天),ρ(DOC)、 ρ(DON)和EC则分别迅速升至10.47 mg/L、7.52 mg/L和5.76 mS/cm. 堆肥腐熟度相关指标〔即ρ(DOC)、 ρ(DON)和EC〕与FRI(荧光区域指数)方法中P_Ⅲ,n、P_Ⅴ,n、P_Ⅴ,n/P_Ⅲ,n指标的变化趋势一致,并且具有极显著相关性(R>0.942,P<0.01);而与P_Ⅰ,n变化趋势相反,也具有显著的相关性(R<-0.871,P<0.05). 因此,P_Ⅲ,n、P_Ⅴ,n、P_Ⅴ,n/P_Ⅲ,n与P_Ⅰ,n可以用于表征堆肥腐熟度.      

AF-MBR处理海水养殖废水性能及膜污染特性

为了考察缺氧滤池-膜生物反应器（AF-MBR）对海水养殖废水的处理效果,在膜生物反应器中投加聚氨酯悬浮性填料,并以独立运行的膜生物反应器作为对照.结果表明,组合反应系统的总氮去除率和总有机碳（TOC）去除率分别为92%和90%,高于对照膜生物反应器的86%和85%.并且,前置缺氧滤池和填料的投加也明显缓解了膜污染.通过对两个反应器提取的溶解性微生物产物（SMP）和细胞胞外聚合物（EPS）进行红外光谱和三维荧光光谱的测定,确定了蛋白质和多糖为主要的膜污染物质,并且膜污染物质的减少缓解了膜污染现象.     

Characterization of dissolved organic matter as N-nitrosamine precursors based on hydrophobicity, molecular weight and fluorescence

It is very important to identify the dominant precursors for N-nitrosamine formation from bulk organic matter, to enhance the understanding of N-nitrosamine formation pathways in water treatment plants and allow the development of practical treatment technologies. In this study, dissolved organic matter (DOM) from two source waters was fractionated with XAD resins and ultra- filtration membranes. The N-nitrosamine formation potential (FP) (ng of N-nitrosamines formed per mg of dissolved organic carbon (DOC)) from raw water and each fraction were measured and correlated with the fluorescence excitation-emission matrix (EEM), molecular weight (MW) and other assays. The results showed that the hydrophilic fraction had N-nitrosamine FP 1.3 to 3.5 times higher than the hydrophobic fraction from both source waters. The DOM fraction with low MW was the dominant fraction in these two source waters and contributed more precursors for N-nitrosamine formation than the larger MW fraction. The EEM spectra indicated there were notable amounts of soluble microbial products (SMPs) and aromatic proteins in the two studied rivers, which probably originated from wastewater discharge. The SMPs tended to be more closely correlated with N-nitrosodimethylamine formation potential than the other DOM components. Higher N-nitrosamine FP were also related to fractions with lower DOC/DON ratios and lower SUVA 254 values.     

基于三维荧光光谱-平行因子技术联用的湖泊浮游藻化学分类学研究

浮游藻荧光分析技术因其能够实现现场、快速、低成本测定而受到广泛研究和应用.本研究以浮游藻活体三维荧光光谱(EEM)为基础,利用平行因子(PARAFAC)和CHEMTAX发展了浮游藻群落组成荧光分析技术.首先,将PARAFAC模型应用于23种浮游藻的EEM,通过残差分析、荧光成分谱形分析等方法确定浮游藻EEM由12个荧光成分组成;然后,利用Bayesian判别分析表明浮游藻12个荧光成分的组成具有明显的门类特征性;最后,以获得的12个荧光成分构建浮游藻"荧光成分比值矩阵",结合CHEMTAX建立浮游藻荧光识别分析技术.通过测试表明,该技术对531个单种藻样品的平均识别正确率是99.1%,其中,绿藻的识别正确率为97.5%,其余藻的识别正确率为100%.对于95个实验室混合样品,优势藻和次优势藻的平均识别正确率分别为98.5%和90.5%;测定的平均相对含量分别为69.7%和26.4%.结果表明,本研究所建立的EEM-PARAFAC-CHEMTAX方法能够实现浮游藻群落组成的快速定性定量测定.