改善污泥脱水性能的丝状真菌的分离及其促进污泥脱水的机制初探

探讨污泥中丝状真菌对污泥脱水性能的影响及其机制,对生物法强化污泥脱水技术的发展具有重要意义.本研究从剩余污泥中分离筛选可以提高污泥脱水性能的丝状真菌,并分析其改善污泥脱水性能的具体机制.结果表明,在剩余污泥中存在着可以促进污泥脱水性能改善的丝状真菌,从中分离筛选出1株毛霉属的真菌Mucor circinelloides ZG-3,该菌对改善污泥脱水性能具有良好的效果.该丝状真菌处理剩余污泥过程中污泥的脱水性能改善效果主要受到接种方式、接种浓度和污泥含固率的影响,其最适接种方式为菌丝体接种,最适接种浓度为10%,最适污泥含固率约为4%.在最适条件下处理污泥可使污泥比阻降低75.1%,显著改善污泥的脱水性能,并且处理后污泥溶液的COD值约为310 mg·L-1,处理后的污泥仍具有良好的沉降性能.M.circinelloides ZG-3处理剩余污泥过程中,污泥脱水性能的改善主要与污泥胞外聚合物(EPS)的降解和污泥p H的降低有关.因此,采用M.circinelloides ZG-3处理剩余污泥是一种非常有潜力的新型污泥调理技术.     

基于高通量测序的SBR反应器丝状膨胀污泥菌群分析

为探究丝状污泥膨胀及控制过程中细菌菌群和真菌菌群的变化规律,采用一套11 L的SBR反应器,接种某城市污水处理厂膨胀污泥,以乙酸钠为碳源进行人工配水,对膨胀污泥进行399 d的培养实验,采用高通量测序技术对污泥样本进行菌群多样性分析.结果表明,接种污泥菌群多样性比较丰富,经培养至污泥高度膨胀后,菌群多样性降低,污泥沉降性能恢复正常后,菌群多样性又逐渐增加.细菌中的腐螺旋菌属(Saprospiraceae_norank)、丛毛单胞菌属(Comamonadaceae_unclassified)和四球菌属(Tetrasphaera)相对丰度分别为13.37%、10.54%和8.59%,是接种污泥的主要细菌属.经过培养,膨胀污泥菌群发生变化,接种污泥中细菌相对丰度仅为0.01%的丝硫菌属(Thiothrix)增加至56.95%~60.14%,真菌中相对丰度为19.60%的丝孢菌属(Trichosporon)增加至94.82%.污泥膨胀得到控制后,污泥中丝硫菌属(Thiothrix)相对丰度减少至0.01%,丝孢菌属(Trichosporon)相对丰度减少至2.32%.丝硫菌属(Thiothrix)和丝孢菌属(Trichosporon)过多不利于污泥沉降.     

以脱水污泥为接种污泥促进好氧污泥颗粒化

以脱水造粒形成的物理颗粒污泥为接种污泥,明显提高了好氧污泥颗粒化速度.研究结果表明：在第20d,接种物理颗粒污泥的R2中90%以上的污泥粒径即大于0.2mm,而接种絮状污泥的R1中只有26.7%.颗粒化过程中,接种物理颗粒污泥的R2中SVI始终小于80mL/g沉降性能良好,第25d时污泥浓度为6300mg/L,而R1为3200mg/L.脱水过程未对污泥活性造成明显影响,培养期间两者COD去除率均大于90%,但培养后期R2中TN的去除率约为70%,明显优于R1的55%,其主要原因为R2中的污泥粒径大于R1.经过5d的曝气剪切后仍有39.8%的物理颗粒污泥大于0.2mm,为颗粒化提供了大量诱导核,同时物理颗粒污泥内部营养传输孔道的形成与EPS的內源消化和反硝化产气有关.     

降解五氯酚(PCP)的微氧颗粒污泥的形成机理

在微氧条件及剧毒性的五氯酚存在下,研究了活性污泥的颗粒化机理.在污泥培养过程中对污泥性质、外观进行观察,并利用扫描电镜对微生物相进行分析.结果表明,在颗粒化初始阶段诱导核的存在对絮体起着凝集作用,该阶段的微生物以丝状菌为主;在形成阶段,二价金属阳离子含量以及ECPs中PN/PS比值增加,丝状菌形成三维框架结构;而在颗粒污泥形成后的增长阶段,SVI值下降至较低的水平,形成表面光滑的完整颗粒,颗粒内杆菌、球菌占优势,含水率的明显下降表明质子跨膜迁移引起的细胞脱水作用变得显著.     

连续流态下以城市污水培养好氧颗粒污泥及颗粒特性研究

在连续流气提式好氧颗粒污泥流化床(CAFB)反应器中,以低浓度的城市污水作为营养基质,絮状污泥作为接种污泥,采用逐级递增负荷的运行方式培养好氧颗粒污泥.研究了CAFB中颗粒污泥的形成过程、颗粒性质和污泥中生物多样性.结果表明,CAFB反应器启动的第6 d即有大量颗粒污泥形成,颗粒直径800～1 000μm.CAFB运行12 d后,污泥浓度MLSS达到6 000 mg·L-1,SVI值稳定在35 mL·g-1左右,胞外聚合物的质量分数与接种前相比有了较大的增长,并具有丰富的生物相和较高的生物量,各项运行指标基本趋于稳定.扫描电镜观察颗粒污泥主要由球菌和杆菌组成,颗粒中含有大量的孔隙和通道.装置稳定运行后,对COD的去除率保持在70%～75%,出水COD的浓度维持在70 mg·L-1左右.在装置运行32 d后,丝状菌大量繁殖,发生污泥膨胀.可见,在CAFB中可以快速形成好氧颗粒污泥,且对污染物具有良好的去除效果,但其运行稳定性还有待深入研究.     

丝状菌膨胀污泥好氧颗粒化稳定性及微生物多样性

丝状菌作为污水生物处理中的常见菌种,被认为是诱发污泥膨胀的主要因素.然而由于其特殊的丝状形态,对污泥颗粒的形成起到了至关重要的作用.以丝状菌膨胀污泥为研究对象,探究丝状菌对污泥颗粒化过程及维持污泥颗粒稳定性的影响,并对污泥系统微生物多样性进行分析.试验分别接种丝状菌膨胀污泥(SVI=241.56 mL·g^-1)和絮状污泥(SVI=64.22 mL·g^-1)进行颗粒化培养,结果表明,膨胀污泥和絮状污泥颗粒出现时间分别为20 d和40 d,成熟颗粒粒径分别为650μm和700μm,膨胀污泥颗粒化时间仅为絮状污泥的一半.缺氧区添加后,颗粒都有不同程度破碎,但膨胀污泥培养的成熟颗粒SV₃₀/SV₅值短期波动后恢复至1,维持稳定性能力更强.微生物群落结构分析表明,膨胀污泥中norank＿o＿＿Saccharimonadales、unclassified＿o＿＿Saccharimonadales和unclassified＿f＿＿Saccharimonadaceae相对丰度从0.05%、0.01%和0.01%增长...     

好氧颗粒污泥失稳过程实验及成因分析

以序批式反应器培养的好氧颗粒污泥为对象,从出水MLSS、COD、污泥粒径分布、污泥圆形度及复杂度角度,研究颗粒污泥失稳过程及其成因。结果表明,出水MLSS从接种时的693.3 mg/L降低至稳定运行至67 d时的9.5 mg/L,出水COD保持在50 mg/L以下,去除率由89.3%增加至98.1%。随着颗粒污泥的失稳,出水MLSS由9.5 mg/L增加至507.6 mg/L,出水COD增加至在70 mg/L,去除率为94.2%,好氧颗粒污泥逐渐转变为真菌颗粒。颗粒粒径急剧增大,圆形度降低,复杂度增加,说明失稳后的真菌形状不规则,沉降性能因此变差。这是由于在有机冲击负荷条件下,部分有机物未能充分降解而酸化,导致pH值提高,丝状真菌在与细菌的竞争中有优势,导致菌群失稳,功能菌群被淘汰,最终导致颗粒失稳。     

UASB反应器处理含蛋白质废水颗粒污泥形成的研究

以含蛋白质废水为基质,UASB反应器内培养颗粒污泥的试验结果表明,控制反应器出水 pH在7.2—7.5之间,出水丙酸浓度不超过300mg/L条件下,污泥负荷大于0.67kg COD/kgVSS·d时反应器内形成了颗粒污泥.MPN法计数发酵性细菌、丙酸分解菌、丁酸分解菌、乙酸裂解产甲烷菌和甲酸/H_2+CO_2,产甲烷菌的数量,只有当各类群细菌数量达到一定水平并且有合适的比例时才能形成颗粒污泥,颗粒污泥成熟后其组成相对稳定.颗粒污泥同接种污泥相比,其最大比产甲烷活性提高较大,是细菌数量增加的缘故。     

pH值对白腐真菌液体培养基抑制杂菌效果的影响研究

应用摇瓶试验研究了不同初始pH值对白腐真菌Phanerochaete chrysosporium液体培养基在非灭菌环境抑制杂菌效果的影响.结果表明,当采用Phanerochaete chrysosporium孢子作为种子在非灭菌环境进行培养时,初始pH值为3.6和4.4的液体培养基在培养第1d仅感染酵母菌,而初始pH值为5.6的液体培养基不仅感染了酵母菌而且还感染了细菌;正是由于非灭菌环境培养体系感染杂菌,使得后续Phanerochaete chrysosporium对活性艳红K-2BP的脱色能力大大降低甚至丧失;而采用灭菌环境培养Phanerochaete chrysosporium,非灭菌环境脱色活性艳红K-2BP的方法却获得了较好的脱色效果,3种初始pH值的氮限制液体培养基培养出的Phanerochaete chrysosporium对活性艳红K-2BP 45h的脱色率均在70%以上,接近或超过灭菌环境的结果,其中初始pH值为4.4的液体培养基培养的Phanerochaete chrysosporium在非灭菌环境对活性艳红K-2BP的脱色效果最好,其24h的脱色率达到80%以上.尽管3种pH液体培养基在脱色过程中也同样感染了杂菌,但与非灭菌环境培养体系相比含量很少,没有影响脱色效果.因此,可以得出低pH值(pH=3.6,pH=4.4)氮限制培养基虽然在一定程度上可以抑制细菌,但是却不能抑制酵母菌;当在非灭菌环境使用Phanerochaete chrysosporium脱色活性染料时,Phanerochaete chrysosporium只有在灭菌环境培养至菌丝体形成并在整个系统占优势,才能获得较高的脱色效果.     

河底沉积物培养耐酸产甲烷颗粒污泥的试验研究

利用河底沉积物作为接种污泥,在一个3.1L的EGSB反应器中进行培养耐酸产甲烷颗粒污泥的试验研究.结果表明,EGSB反应器在pH6.0,出水碱度低于400mg CaCO3/L,容积负荷5.3kg COD/(m³d)的条件下培养出具有良好沉降性能和产甲烷活性的耐酸颗粒污泥.形成耐酸颗粒污泥后,EGSB反应器在pH5.8～6.0,进水COD 3000mg/L,容积负荷5.2kg COD/(m³d)的条件下稳定运行29d, COD去除率平均为89.2%,出水总碱度仅为264.4mg CaCO₃/L,沼气中甲烷的含量约为56.9%.扫描电镜观察发现颗粒污泥内部存在成簇生长的索氏甲烷丝菌     

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.     

高铁酸钾调理改善活性污泥脱水性能的反应机制研究

研究了高铁酸钾(K_2FeO_4)对处理活性污泥脱水性的效果,重点考察了不同pH和剂量条件下,K_2FeO_4调理对污泥过滤脱水特性和胞外聚合物(EPS)分布和组成的影响,以深入认识K_2FeO_4调理污泥的反应机制.研究表明,K_2FeO_4调理效果随pH值的降低而改善,其不仅有氧化裂解作用导致结合型EPS(BEPS)释放,同时其还原产物三价铁离子兼具混凝功效,能够通过电中和与界面吸附去除部分溶解性EPS(SEPS),同时压缩EPS结构,增强污泥絮体结构.此外,当pH值为3,K_2FeO_4投加量为0.1 g·g~(-1)(以TSS计)时,污泥过滤脱水速率和程度均达到最佳.过量投加K_2FeO_4(0.2 g·g~(-1),以TSS计)后,BEPS大量释放,污泥过滤阻力增加,脱水性能恶化.     

不同粒径污泥生物质炭对水体中Zn污染的吸附效应研究

为了探究3种不同粒径的污泥生物质炭(S1:大粒径 0.165 mm;S2:中粒径为0.025～0.165 mm;S3:小粒径0.025 mm)对Zn的吸附效率和固化稳定的机理,以此为污泥生物质炭在水污染控制方面的应用提供科学依据.利用实验室模拟法,研究不同反应时间、溶液初始pH和重金属浓度对生物炭吸附效果的影响,并运用四步萃取法分析生物炭上Zn的吸附形态.结果表明:①生物炭在4 h左右达到吸附平衡,吸附率呈先增加后平缓的趋势,最终吸附量S1S2S3;②溶液初始浓度为0～2 mmol·L~(-1)时Zn~(2+)的吸附量呈线性增长趋势,但随溶液浓度超过2 mmol·L~(-1)时吸附量开始趋于饱和;③3种不同粒径生物炭的水溶性组分Zn分别占总萃取量的1.70%、5.02%和7.47%,可交换态组分分别占25.27%、32.35%和27.29%,酸溶性组分分别占35.06%、38.63%和27.90%,非生物利用组分分别占37.97%、24.00%和37.34%.④污泥生物质炭的动力学吸附特征更符合准二级动力学吸附模型,单位质量的污泥生物质炭粒径越小吸附量越大;⑤污泥生物质炭的等温吸附特征更符合Langmuir模型,小粒径的生物质炭最大吸附量最优;⑥在酸性条件下随着pH的上升污泥生物质炭的吸附率在逐渐增加,碱性条件下吸附率的增加可能是形成锌的络合物沉淀导致的;⑦Zn的吸附形态以酸溶性和非生物利用态为主,水溶性占比较小.污泥生物质炭对Zn的吸附以化学吸附为主,S1吸附的Zn酸溶性组分和非生物利用组分占比最大,吸附效果较为稳定.     

蚯蚓处理对城镇造粒污泥酸碱缓冲容量的影响

将含水率80%的城镇污泥制成粒径5 mm的颗粒污泥,以添加蚯蚓(Eisenia foetida)为处理组,无蚯蚓为对照组,研究了蚯蚓处理对城镇污泥酸缓冲容量(ABC)、碱缓冲容量(ALBC)、p H及p H缓冲容量(p HBC)的影响.结果表明,处理组p H变化幅度(0.37)低于对照组(0.60);随着处理时间的增加,处理组ABC、ALBC和p HBC显著高于对照组(p0.05);实验结束时,处理组ABC、ALBC和p HBC分别高于对照组5.24%、22.37%和13.01%,电导(EC)高于对照组32.24%,有机质低于对照组1.93%.相关分析表明,蚯蚓处理组和对照组中ALBC与NH+4-N、NO-3-N的相关系数大于0.84(p0.01);蚯蚓处理显著提高了ABC与NO-3、p HBC与NH+4-N、p HBC与NO-3-N之间的正相关水平.蚯蚓强化了系统中有机氮矿化,通过提高氨化及硝化强度影响基质缓冲容量,减小p H变化幅度,提高污泥酸碱环境的稳定性,为微生物作用的高效发挥提供了有利条件.     

丝状真菌调理对柠檬酸污泥脱水性能的影响

利用实验室分离的丝状真菌Aspergillus niger SS5对柠檬酸污泥进行了污泥脱水前的生物调理.结果表明,菌液浓度和调理时间是影响污泥脱水性能的主要因素,调理后污泥的脱水性能、沉降性能均有明显改善,调理后的污泥负电荷减少,粒径显著增大,结合水含量比未投加菌液的空白对照降低了近40%.同时,真菌调理显著降低了上清液COD及污泥各EPS层的蛋白质和多糖含量,EPS中蛋白质的降解与污泥结合水含量、D₅₀和Zeta电位显著相关,是影响柠檬酸污泥脱水性能改善的重要因素,且有机物的降解并未导致污泥pH值的显著变化,这和柠檬酸污泥拥有较大的酸碱缓冲容量有关.采用20mL/g DS的Aspergillus niger SS5调理柠檬酸污泥,调理3d可使泥饼含水率降至71.98%,且调理过程无化学药剂加入,更有利于柠檬酸等食品发酵类工业污泥的后续资源化综合利用.     

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.     

C/N和污泥浓度对以pH值调控的亚硝化系统影响

pH是亚硝化系统实现并稳定的重要调控手段,为研究不同C/N(0、1、2、3、4)及污泥浓度(污泥量∶配水量为1∶6、1∶3、1∶1)下亚硝化系统的pH变化规律及在不同pH变化下对污染物去除转化过程的影响,以乙酸钠为碳源,采用锥形瓶接种成熟的亚硝化污泥进行了批次试验.结果表明,相同污泥浓度下,C/N越大,pH增量越大,反硝化效率越高;相同C/N下,污泥浓度越大,pH增量越小,反硝化效率越高.反应系统对碳氮的去除转化与pH变化存在较大的相关性,且反硝化与亚硝化反应具有先后顺序.整个系统运行期间,pH上升过程的比COD去除速率是pH下降时的7～16倍,pH下降过程的比氨氧化速率(SAOR)是上升过程的1～20倍,当pH 6. 1,系统失去氨氧化能力.本试验过程中,C/N为4时该系统碳氮去除效率较其他工况最佳,3个污泥浓度下分别耗时480、350、300 min完成氨的转化及80%的COD去除.不同工况下,亚硝化反应在系统内的占比维持在50%以上,且NO-3-N浓度一直低于5 mg·L-1,表明该系统以亚硝化作用为主导.     

好氧-厌氧污泥耦合白腐真菌单元对焦化废水的处理

白腐真菌因能分泌胞外木质素降解酶降解难降解有机污染物,而在难降解有机废水处理中具有巨大应用潜力.其研究常采用白腐真菌直接处理废水,很少关注常规生物法耦合白腐真菌的处理方式.基于此,分别采用白腐真菌和好氧-厌氧污泥耦合Phanerochaete Chrysosporium处理焦化废水以考察后者的可行性.在好氧-厌氧污泥耦合P.chrysosporium的处理中,仅采用3 d的处理时间,好氧-厌氧污泥可将6097 mg·L~(-1)的COD和351 mg·L~(-1)的氨氮分别降至1634~1684 mg·L~(-1)和102~117 mg·L~(-1);进而固定化P.chrysosporium将COD和氨氮再次分别降至1322~1372 mg·L~(-1)和16~62 mg·L~(-1).最终COD和氨氮的去除率分别达77%~78%和82%~95%,这表明:好氧-厌氧污泥耦合P.chrysosporium处理焦化废水可在更短的处理周期完成比直接采用白腐真菌处理更好的处理效果,此思路合理可行.     

不同结构芳香酸对厌氧颗粒污泥特性与微生物群落的影响

以苯甲酸（BA）、邻苯二甲酸（PA）、连苯三甲酸（HA）、1-萘甲酸（1NA）为研究对象,探究了不同结构芳香酸对厌氧颗粒污泥理化特性与微生物群落的影响.结果表明,在40 d的接触实验中,1NA实验组对溶解性化学需氧量（SCOD）的去除率为86.09%,与空白对照组相比降低了7%.4个实验组污泥疏松胞外聚合物（LB-EPS）和紧密胞外聚合物（TB-EPS）中多糖含量分别比对照组高0.30~1.28、0.19~1.03 mg·g^-1,蛋白含量分别提高了0.025~0.326、0.007~0.171 mg·g^-1.在LB-EPS三维荧光（EEM）光谱中,HA和1NA实验组中出现了类腐殖酸物质荧光峰,且辅酶F₄₂₀峰强度有所降低.对于酶活性而言,HA、1NA实验组乙酸激酶相对活性比对照组减少了65.26%、6.93%.通过高通量测序发现,对照组与实验组中的优势菌群均为Proteobacteria、Chloroflexi和Firmicutes.HA与1NA的加入降低了Actinobacteria的相对丰度,提高了Bacteroidetes和Synergistetes的相对丰度.对于古细菌而言,Methanothrix在对照组与实验组中为优势种属,其相对丰度达到49.95%~80.40%;但实验组Methanothrix的相对丰度减少了10.69%~30.45%,且1NA实验组尤为明显;而1NA的加入提高了Methanospirillum的相对丰度,达到34.08%.同时,细菌和古细菌代谢通路预测表明,其主要功能组为代谢、遗传信息处理、环境信息处理和细胞过程,芳香酸使得厌氧颗粒污泥中氨基酸的代谢功能有所增强.     

超声能量对剩余活性污泥特性的影响研究

采用从0～26 000 kJ.kg-1中的7个超声能量水平进行活性污泥的破解研究.结果表明,超声波能有效改变污泥特性,破坏污泥絮体结构和细胞壁,使污泥中固体物向液相转变,从而改变污泥的沉降性能和可生化性能.低能量超声波作用污泥时,污泥的沉降速度和上清液浊度能得到明显改善,1 000 kJ.kg-1的超声能量使污泥在45...