预处理破稳污泥木质纤维素并厌氧降解实验研究

剩余污泥中往往含有大量木质纤维素物质,其在厌氧消化过程中难以降解,最终残留于熟污泥中,这也是导致污泥有机物稳定并转化能源效率低下的主要原因之一.针对污泥中木质纤维素的结构稳定性,本实验选择酸、碱、热解及超声波4种预处理方式,采用适宜的条件预处理剩余污泥,在一定程度上破坏污泥中木质纤维素结构,继而进行污泥厌氧消化,获得了较好的木质纤维素降解率.同时,实验筛选出热解为最佳的预处理技术方式.在T=150℃与t=30 min预处理工况下,污泥在厌氧消化后最高可实现52.6%的木质纤维素降解率,主要归功于半纤维素和纤维素的大幅降解.相对未预处理污泥,预处理能有效促进木质纤维素类物质的厌氧消化,从而提高污泥有机质的能源转化率.     

添加芽孢杆菌污泥反硝化特性及菌群结构分析

以普通活性污泥为对照,研究投加芽孢杆菌菌剂的活性污泥(以下称芽孢杆菌活性污泥)的反硝化性能,以及芽孢杆菌对微生物菌群结构的影响.结果表明,在一定范围内两污泥反硝化速率与碳氮比呈正相关,实验组污泥在碳氮比为10时最大比反硝化速率可达27.144mg TN/(g MLSS·h),约为对照组的2.7倍.利用Miseq高通量测序技术对比两组污泥菌群结构,发现在细菌门、纲、目、科、属层面实验组菌群多样性均优于对照组,在细菌属水平上实验组污泥主要包括芽殖杆菌属(Gemmobacter)、短单胞杆菌属(Brachymonas)、热单胞菌属(Thermomonas)、Defluviimonas、长绳菌属(Longilinea)、Ornatilinea、Aridibacter、微小杆菌属(Exiguobacterium)等优势菌属,在碳源充足的条件下这些细菌协同作用,使芽孢杆菌活性污泥具有高效反硝化特性.     

剩余污泥中木质纤维素稳定并转化能源可行性分析

剩余污泥中往往含有大量木质纤维素物质,在厌氧消化过程中难以降解,最终被浓缩于熟污泥中,这就是导致污泥有机物稳定并转化能源效率低下的主要原因之一.本文分析了剩余污泥中木质纤维素的含量与来源;阐述了木质纤维素的结构特点以及对其生物降解的关键技术所在;揭示了污泥常规预处理与木质纤维素预处理存在工艺条件不同的相似技术.文章结合两种预处理技术的特点和工艺条件,从原理、技术等角度分析了通过强化剩余污泥预处理而同时达到破解木质纤维素的技术思路.为此,提出了将污泥细胞破碎与木质纤维素破解耦合的观点,以期将污泥中木质纤维素的稳定与能源转化合二为一,从而构建木质纤维素稳定化、能源化与碳减排三位一体的技术策略     

游离亚硝酸预处理对剩余污泥电解及微生物群落结构的影响

为打破传统厌氧发酵周期长,有机质利用率低等瓶颈,增强污泥的资源利用和能源回收,探讨了游离亚硝酸（FNA）预处理对剩余污泥电解效果及微生物群落的影响.对比分析了FNA预处理前后剩余污泥在微生物电解池（MEC）中的电流和氢气产生、溶解性有机物和挥发酸的释放和利用及功能菌群的变化情况.结果表明,FNA预处理能有效地促进剩余污泥在MEC系统中的水解和酸化,其溶解性糖类、蛋白和挥发酸的含量远高于未预处理组,进而促进了水解发酵菌、产电菌及反硝化菌的生长和富集,最终挥发酸利用率均在97%以上,表现为电流（1.9mA）和氢气（0.86mL/g VSS）的增强,分别是空白组的3.8倍和5.1倍.     

活性污泥中PHA合成优势菌的筛选及产物结构分析

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种具有广阔应用前景的生物可降解塑料,活性污泥中存在大量PHA合成菌,通过好氧/微好氧/沉淀的方式对污泥进行驯化,使PHA占污泥MLVSS的比例提高到21.19%。用BOX-PCR、ERIC-PCR和REP-PCR指纹图谱技术,对驯化前后污泥样品的菌群组成进行比较分析,结合尼罗蓝荧光平板法和菌落原位杂交技术,筛选得到活性污泥中PHA合成的优势菌株CAMP11。分类鉴定表明CAMP11属于芽孢杆菌属,FT-IR与NMR碳谱分析表明其合成的产物为羟基丁酸与羟基戊酸的共聚物(PHBV)。将菌株CAMP11回注入污泥驯化液,可使PHA占污泥MLVSS的比例进一步提高到32.08%。     

不同菜地土壤的铁氨氧化脱氮过程探究

采集了不同菜地的土壤，分析其理化性质.采用同位素示踪技术测定了铁氨氧化、反硝化和厌氧氨氧化的速率，运用Miseq高通量测序技术探究了菜地土壤的群落组成.结果表明，铁氨氧化速率在种植蔬菜的土壤显著高于裸地的土壤，并且铁氨氧化速率与土壤Fe（III）（r = 0.736， P < 0.05）和总有机碳（r = 0.575， P < 0.05）均有显著的正相关.另外，在不同菜地中5种主要的铁还原菌（芽孢杆菌属，假单胞菌属，嗜酸菌属，脂环酸芽孢杆菌属，梭状芽胞杆菌属）被检测到，并且铁还原菌的相对丰度在种植蔬菜的土壤（1.38%~2.19%）比在裸地的土壤（0.75%）高.在脱氮贡献方面铁氨氧化， 反硝化和厌氧氨氧化分别贡献了7.3%~12.4%， 53.1%~72.3%和18.9%~36.4%的氮气产生，说明铁氨氧化是菜地中重要的微生物脱氮路径.     

牛粪还田对土壤微生物群落特征的影响

畜禽粪便还田对土壤质量产生了深刻影响,而土壤微生物是反映土壤质量的敏感指标.基于稀释平板计数和高通量测序技术,研究了牛粪还田区土壤微生物群落特征及其影响因素.结果表明,与对照点相比,牛粪还田区土壤微生物群落β多样性发生了显著变化;牛粪还田增加了变形杆菌门(Proteobacteria)的相对丰度,而减少了放线菌门(Actinobacteria)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)的相对丰度;牛粪还田显著改变了土壤微生物群落中的鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、PLTA13属、MSB-4B10属、盐单胞菌属(Halomonas)、CCD24属、Gaiella属、节杆菌属(Arthrobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)和Entotheonellaceae属的相对丰度;影响牛粪还田区土壤微生物群落组成的重要因素是土壤含水量和放线菌数量;牛粪还田增加了假单胞菌属(Pseudomonas)、梭状芽孢杆菌属(Clostridium)和链球菌属(Streptococcus)等病原菌的相对丰度,对土壤质量存在一定的生物污染风险.研究结果可为深入认识牛粪还田对土壤质量的...     

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).     

藻酸盐降解菌群强化剩余污泥厌氧消化产甲烷

厌氧消化生产甲烷是实现剩余污泥(WAS)资源化的重要技术,水解阶段是WAS厌氧资源化的限速步骤。WAS中的酸性多糖(如藻酸盐和半乳糖醛酸等)能够与水中Ca2+等二价阳离子形成凝胶类物质,具有维持污泥结构并阻碍微生物水解的作用,被认为是结构性胞外聚合物的主要组分。首先利用藻酸盐为底物经过恒化器培养得到高活性的藻酸盐降解菌群(ADC)。结果表明:投加ADC菌群能够明显提高剩余污泥(WAS)厌氧消化的功能,即在接种比［m(ADC)∶m(VSS)］为0.03 g/g时,污泥的甲烷产量提高了53.6%。进一步分析表明,该菌群对WAS的几种典型有机成分(聚半乳糖醛酸、葡聚糖和酪蛋白等)均具有较好的厌氧降解能力。Illumina Miseq高通量测序结果表明该ADC菌群以拟杆菌属(Bacteroides,96.3%)为主。该成果为强化剩余污泥厌氧发酵产甲烷提供了一种新的微生物方法。     

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.     

高效水解酸化UASB活性污泥的菌群结构分析

采用454高通量测序技术对低能耗、低污泥产量且具有脱氮效能的印染废水处理工艺中UASB污泥的微生物菌群结构进行了分析.结果表明,UASB内污泥的微生物菌种呈多样性分布且优势菌群突出,通过菌群鉴定发现,脱硫橄榄样菌属(Desulfobacula)、Levilinea、长绳菌属(Longilinea)、Candidatus Tammella、Paludibacter、索氏菌属(Thauera)、Tepidimicrobium、杆状脱硫菌属(Desulforhabdus)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)、梭菌属(Clostridium)是主要的优势菌属.其中,梭菌属是起到产酸和污泥减量作用的主要菌种.另外,具有脱氮效能的原因可能是由于发生了硫酸盐型厌氧氨氧化作用.通过Shannon、Chao、Simpson、Shannon指数的计算,发现该UASB中微生物较其他废水处理系统,群落结构拥有较高的多样性和丰度,有利于稳定产酸.     

Shifts in microbial community structure and diversity in a MBR combined with worm reactors treating synthetic wastewater

The chemical oxygen demand (COD) and NH₃-N removal, membrane fouling, sludge characteristics and microbial community structure in a membrane bioreactor (MBR) coupled with worm reactors (SSBWR) were evaluated for 210 days. The obtained results were compared to those from a conventional MBR (C-MBR) operated in parallel. The results indicated that the combined MBR (S-MBR) achieved higher COD and NH₃-N removal efficiency, slower increase in membrane fouling, better sludge settleability and higher activities of the related enzymes in the activated sludge. Denaturing gradient gel electrophoresis was used to analyze the microbial community structures in the C-MBR and the S-MBR. The microbial community structure in the S-MBR was more diverse than that in the C-MBR. Additionally, the slow-growing microbes such as Saprospiraceae, Actinomyces, Frankia, Clostridium, Comamonas, Pseudomonas, Dechloromonas and Flavobacterium were enriched in the S-MBR, further accounting for the sludge reduction, membrane fouling alleviation and wastewater treatment.     

利用处理含4-氯苯酚模拟废水的剩余污泥培养普通小球藻

利用处理含4-氯苯酚(4-CP)模拟废水的剩余污泥经离心得到的上层清液和下层污泥的提取液分别培养普通小球藻(Chlorella vulgaris),以达到处理剩余污泥上清液和提取液与培养小球藻的双重目的.试验在500 m L的锥形瓶中进行,将BG-11培养基与处理含4-CP模拟废水的剩余污泥提取液和上清液分别按不同比例混合,在光暗比14∶10条件下培养小球藻.试验考察了藻细胞数目、叶绿素a,藻细胞酶活性,油脂、液相总氮(TN)、总磷(TP)、总有机碳(TOC)、毒性等指标.结果表明,小球藻培养过程中,可有效降低污泥提取液与上清液中的营养物质含量及毒性,其中TN和TP去除率分别达到40%和90%以上;污泥提取液可促进藻密度的增殖但不利于合成叶绿素a;培养10 d后,50%污泥提取液组的藻密度增加20倍,但其单位藻细胞的叶绿素a含量却小于空白组.纯污泥提取液和上清液组的小球藻单位藻细胞超氧化物歧化酶(SOD酶)高于空白组,这说明污泥提取液和上清液的毒性物质对小球藻具有一定的刺激效应.以小球藻内油脂积累作为其资源化价值的关键评价指标,结合液相氮磷和毒性物质的去除,最优的小球藻收集时间为培养第5 d.     

污水回用中主要病原菌解析及其紫外消毒效应

本研究以污水处理厂二级出水中的微生物为研究对象,通过454焦磷酸测序技术分析其群落结构组成,揭示了主要病源菌的种类和比例;通过培养法、q PCR、Q-RT-PCR这3种方法分析紫外剂量为60 m J·cm-2时对指示菌大肠杆菌和典型病原菌沙门氏菌及分枝杆菌的去除特性.结果表明,二级出水中共有11种病原菌,主要为梭菌属(2.96%)、弓形杆菌属(0.82%)和分枝杆菌(0.36%).60 m J·cm-2剂量的紫外消毒可以有效去除99.9%可培养的大肠杆菌和沙门氏菌,对可培养分枝杆菌的去除率不足90%.但是,该剂量紫外消毒对活性大肠杆菌、沙门氏菌和分枝杆菌的去除率较低,Q-RT-PCR检测方法可以较准确评价微生物的存活状态.60 m J·cm-2紫外剂量会导致大量病原菌进入具有活性但不可培养(VBNC)状态,需结合其他深度处理工艺进一步去除活性病原菌以保障污水回用的安全利用.     

A2O工艺活性污泥中可培养丝状细菌的多样性

活性污泥法是应用最广泛的污水处理方法之一,但是由于丝状菌过度繁殖而引发的污泥膨胀是制约其发展的重大难题.本研究从A2O工艺城市污水处理系统的膨胀期活性污泥中分离培养出17株丝状细菌.对各菌株进行了16S rDNA测序和系统发育树分析,结果表明,这些分离的可培养丝状细菌均属于链霉菌属;利用rep-PCR指纹图谱技术进一步分析了所得菌种属内多样性,显示出活性污泥中链霉菌存在丰富的多样性.由于这些可培养丝状细菌与引起污泥膨胀的优势丝状菌(微丝菌)生理特征差别较大,不会在污水处理系统中过度繁殖,本研究向活性污泥中投加一定量的链霉菌分离菌株,发现部分菌株对污泥的沉降性能有明显改善作用,为污泥膨胀的防控提供了新的思路.     

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.     

Bioreduction of vanadium (V) in groundwater by autohydrogentrophic bacteria: Mechanisms and microorganisms

As one of the transition metals, vanadium (V) (V(V)) in trace amounts represents an essential element for normal cell growth, but becomes toxic when its concentration is above 1 mg/L. V(V) can alter cellular differentiation, gene expression, and other biochemical and metabolic phenomena. A feasible method to detoxify V(V) is to reduce it to V(IV), which precipitates and can be readily removed from the water. The bioreduction of V(V) in a contaminated groundwater was investigated using autohydrogentrophic bacteria and hydrogen gas as the electron donor. Compared with the previous organic donors, H₂ shows the advantages as an ideal electron donor, including nontoxicity and less production of excess biomass. V(V) was 95.5% removed by biochemical reduction when autohydrogentrophic bacteria and hydrogen were both present, and the reduced V(IV) precipitated, leading to total-V removal. Reduction kinetics could be described by a first-order model and were sensitive to pH and temperature, with the optimum ranges of pH 7.5–8.0 and 35–40°C, respectively. Phylogenetic analysis by clone library showed that the dominant species in the experiments with V(V) bioreduction belonged to the β-Proteobacteria. Previously known V(V)-reducing species were absent, suggesting that V(V) reduction was carried out by novel species. Their selective enrichment during V(V) bioreduction suggests that Rhodocyclus, a denitrifying bacterium, and Clostridium, a fermenter known to carry out metal reduction, were responsible for V(V) bioreduction.     

不同流态下微波辐射对污水污泥性质的影响研究

通过对不同流态下微波辐射对污水污泥性质的影响进行研究,考察了不同流态下微波辐射作用处理后污泥沉降性能、脱水性能的变化,以及微波辐射作用下流态对污泥挥发性悬浮固体(VSS)溶解率、上清液中COD和污泥微观形态的影响.结果表明,流态对污泥的沉降性能和脱水性能有一定影响,微波辐射功率越高,流态对污泥沉降性能和脱水性能的影响越显著.微波辐射功率较低时,雷诺数Re越大,污泥的沉降比(SV)、比阻和泥饼含水率越小;微波辐射功率较高时,Re为2300的临界流态下污泥的沉降性能和脱水性能最好.随着Re的增大,VSS溶解率和上清液中COD升高,微波辐射功率分别为300、500、700和900W时,Re为3000的紊流流态下上清液中COD分别达到1.1、2.1、3.6和6.7g·L-1.SEM观察结果表明,微波辐射及流态产生的协同剪切应时适宜时,有利于污泥颗粒的絮凝反应,高强度的微波辐射和紊流产生的较大剪切应力导致污泥絮体被打碎.     

基于臭氧旁路处理的污泥原位减量技术工艺

探究基于臭氧旁路处理的污泥原位减量技术在不同臭氧含量以及不同污泥龄条件下的工艺参数和污泥性质.本研究发现75 mg·g^-1（以O₃/MLVSS计）为实现污泥减量并维持污水处理系统正常处理能力较为适宜的臭氧含量,该含量下的臭氧旁路处理后污泥产率系数Y_h从0.331 g·g^-1减少到0.326 g·g^-1,衰减系数K_d从0.046 d^-1增加到0.050 d^-1,污泥产生速率减小,衰减速率增大,且污泥龄为10 d时SBR系统出水水质良好.即臭氧含量75 mg·g^-1、污泥龄为10 d条件下的臭氧旁路处理为适宜的工艺条件,此时剩余污泥减量12%.该工艺条件下的臭氧旁路处理改变了剩余污泥中微生物在门和属上的种群丰度,臭氧旁路处理后拟杆菌门相对丰度增加1.2倍,与硝化和反硝化相关的变形菌门相对丰度从24%降低到18%,硝化细菌相对丰度的减少影响了污水处理系统的脱氮能力,但出水总氮仍满足一级B排放标准;在属上Lactococcus等乳酸菌的种群相对丰度从0.4%增加到21.6%.同时,剩余污泥胞外聚合物（EPS）中蛋白质与腐殖质类等大分子有机物比例增加,使CST值从15 s升高至17 s,Zeta电位从-10.04 mV下降至-15.20 mV,剩余污泥的SVI由54 mL·g^-1升高至62 mL·g^-1,说明沉降性能和脱水性能受到一定影响,但系统的出水SS含量以及抽滤后泥饼含固率变化不明显,系统仍能够稳定运行,未明显影响剩余污泥的后续脱水.     

剩余污泥厌氧消化甲烷生成势与产甲烷菌群多样性的比较研究

以AP、DH两污水处理厂的剩余污泥为基质,分别接种两厂的剩余污泥进行了厌氧消化甲烷(CH4)生成势实验(BMP).经改进的Gompertz模型和Michaelis-Menten模型回归分析可知,AP、DH两厂厌氧污泥的最大比产气速率数值接近[74.21 mL·(g·d)-1和51.99 mL·(g·d)-1],但对基质剩余污泥的半饱和常数Km差异较大(54 098 mg·L-1和19 005mg·L-1),DH厌氧污泥对该厂剩余污泥的亲和力较好.两个批次实验结束时TSS、CODT均有所下降,NH+4-N显著提高,且高污泥负荷F/M条件下水质变化趋势更为显著.实验前后末端限制性片段多态性(T-RFLP)分析结果与BMP实验结果相一致,实验结束后杂菌(Diverse)相对含量显著下降,产甲烷髦毛菌Methanosaeta spp.(280 bps)、产甲烷微菌Methanomicrobiaceae(80bps)和RC-I(389 bps)的相对含量皆有所提高,且DH-BMP样品产甲烷功能菌群相对含量提升程度高于AP-BMP实验前后变化.