剩余污泥超声提取液培养生物破乳菌Alcaligenes sp. S- XJ-1

将超声法预处理剩余污泥得到的提取液用于培养高效生物破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1,以探索剩余污泥资源化利用的新途径.使用超声能量(ES)为443~56647kJ/kg TS的超声条件处理剩余污泥,获得的污泥提取液中氨氮、有机氮、总磷的浓度最高分别为171.94,142.20, 76.29mg/L,提取液中包含K、Ca、Mg、Fe等破乳菌生长必须的金属元素.将污泥提取液(ES为885~56647kJ/kg TS)作为培养基用于合成高效破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1,产量较MMSM培养基可提高0.3%~68.3%,其中ES为56647kJ/kg TS时破乳菌产量最高,为2.03g/L.污泥提取液中的pH缓冲能力对菌体产量有重要影响,提取液的有机氮浓度可能是破乳菌产量提高的关键因素.污泥提取液培养的破乳菌破乳性能稳定保持在80.0%左右,菌体细胞表面疏水性与菌体C/N较MMSM培养基培养菌体无明显差异.说明以剩余污泥超声提取液作为培养基可以培养稳定高效的破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1.     

酵母提取物对葡萄糖发酵生产生物破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1的影响

以从石油污染的土壤中筛选出1株生物破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1为对象,考察了以葡萄糖为碳源时添加酵母提取物对生物破乳菌菌体性质、破乳性能以及菌体元素组成的影响.结果表明,酵母提取物的投加能够有效提高生物破乳菌产量,在酵母提取物浓度为5 g.L-1时,生物破乳菌产量达到3.0 g.L-1,此时葡萄糖利用率亦达到最大的58%.随着酵母提取物的投加浓度的增大,培养得到的菌体破乳性能提高,在投加浓度为10 g.L-1时,破乳率达到76%;而培养得到的菌体C/N有所降低,对其菌体表面蛋白进行提取测定发现菌体总蛋白含量升高,这与FTIR分析破乳菌菌体表面蛋白质类物质提高的结论一致.推测该生物破乳菌菌体蛋白含量的提高增强了菌体的破乳性能,菌体蛋白类物质是影响其破乳性能的关键组分之一.     

Alcaligenes sp.S-XJ-1利用废弃柴油合成生物破乳剂的研究

生物破乳剂是一种用于油水分离的新型破乳剂.采用废弃柴油培养生物破乳剂产生菌Alcaligenes sp.S-XJ-1,培养7 d,菌株干重最高可达2.0 g/L,10 g/L的菌株细胞悬液能够将水表面张力从72.0 mN/m降低到29.7 mN/m.生物破乳剂产量为0.3 g/L,其CMC为150 mg/L,表面活性优于化学表面活性剂SDS,且对W/O模型乳状液的破乳效果在70%以上.废弃柴油GC-MS测试结果表明,S-XJ-1菌株能够利用废弃柴油中的C14～C20正构烷烃,且C20正构烷烃几乎被完全利用,其利用率高达99%.S-XJ-1菌株对不同碳链长度正构烷烃复配碳源的利用率及破乳性能随着碳链长度的延长而逐渐增加.与其他正构烷烃复配碳源相比,S-XJ-1菌株对C20正构烷烃利用率最高,合成破乳剂的性能最好,且与废弃柴油研究结果最为接近.TLC和FTIR分析表明S-XJ-1菌株利用废弃柴油合成的生物破乳剂为脂肽类物质.     

生物破乳菌Alcaligenessp.S-XJ-1表面活性物质提取与其破乳特性分析

对胞壁结合型生物破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1的表面破乳活性物质进行提取和初步鉴定,并探讨了菌体和表面活性物质的破乳过程,以揭示生物破乳菌的破乳特性.采用碱液提取破乳菌表面活性物质,并通过单因素试验和正交试验得到最优提取条件:温度35℃、碱液浓度0.08 mol.L-1、料液比12 g.L-1、提取时间4 h,在此条件下提取率为36.1%,500 mg.L-1破乳菌表面活性物质48 h破乳率为77%;采用凝胶过滤色谱和红外光谱对破乳菌表面活性物质的分子量和表面基团进行分析,发现其相对分子质量分布于55～61 256,表面存在糖脂类、脂类和蛋白类物质的特征基团;成分分析表明破乳菌表面活性物质含糖类、脂类和蛋白类分别为22.2%、7.5%和13.4%.胰蛋白酶处理破乳菌表面活性物质几乎使其完全丧失破乳活性,表明蛋白类物质是其破乳活性的关键因素.使用稳定性分析仪对破乳菌菌体和表面活性物质的破乳过程进行分析,发现二者破乳过程有较大差异,菌体表面活性物质是菌体破乳活性的主要来源,菌体表面结构在破乳过程中起辅助作用,菌体的破乳性能是破乳活性物质和菌体形态共同作用的结果.     

剩余活性污泥超声波破解的特性研究

通过7个0～26 000 kJ/kg TS超声能量水平进行活性污泥的破解研究。结果表明,在超声能量低于1 000 kJ/kg TS时,超声波轻微破坏了污泥絮体结构,破解效应较弱,而超声能量高于5 000 kJ/kg TS,污泥的破解效应显著增强,污泥中的SCOD、蛋白质含量、碳水化合物含量和无机氮含量随着超声能量的增加而显著增加,并与超声能量呈显著相关性,污泥的可生化性能得到改善。26 000 kJ/kg TS的超声能量破解污泥,使污泥中的碳水化合物、蛋白质、氨态氮和硝态氮含量分别增加了92%、97%、173%和55%,但SCOD的破解程度仅为25.3%,仍不能完全破解污泥,因而不是破解污泥的最佳能量。     

Alcaligenes sp. XJ-T-1利用废弃油脂生产破乳剂研究

生物破乳剂是一种应用于油水乳状液分离的新型破乳剂.本研究对筛选得到的1株高效破乳剂产生菌XJ-T-1（鉴定结果为Alcaligenes sp.）代谢产生的生物破乳剂进行了理化性质、破乳能力和废弃油脂利用能力分析.采用废弃油脂Ⅱ为碳源,可提高生物破乳剂产量4.6倍,XJ-T-1在以液体石蜡和废弃油脂培养8　d后该菌能使水的表面张力从72 mN/m下降到32 mN/m, CMC-1分别为10、 20;以液体石蜡为碳源培养得到的生物破乳剂在油包水型、水包油型模型乳状液的破乳率分别达到了96%、 50%;而以废弃油脂Ⅱ为碳源培养得到的生物破乳剂的破乳率分别为97.8%、 65％;采用煤油脱出率、乳状液脱除率和水脱出率3种评价方式对破乳效果评价发现生物破乳剂最先作用于乳状液的连续相;采用TLC和IR对废弃油脂生产破乳剂得到的破乳剂有效成分进行鉴定,结果为脂肽与石蜡培养产物相同.     

超声联合低温热水解促进剩余污泥破解和厌氧消化的研究

为了探索超声和低温热水解预处理技术对剩余污泥厌氧消化性能的影响,进行了单独超声、单独热水解和二者联合的实验研究.以温度和超声能量为控制参数,研究了不同预处理技术对污泥破解度DD（Disintegration degree of SCOD）和有机质溶出的影响.结果表明：联合预处理技术对DD和有机质浓度的增加效果比超声和热水解单独作用之和分别高4.04%、36.62mg/L. DD和实际输入能量之间存在较高的线性相关性（R²=0.977）,即在本研究条件下,输入能量越高,污泥破解效果越好.超声和热水解联合预处理后污泥厌氧消化产甲烷量较原泥增加了30.2%～55.4%.DD和厌氧消化性能之间存在二次非线性关系（R²=0.821）,且厌氧消化性能最高达到877.76LCH₄/kg VSS去除,该峰值出现在超声能量12000kJ/kg TS和热水解温度80℃联合作用条件下.     

高效破乳菌的培养条件优化及破乳效能研究

从大庆油田受石油污染土壤中分离到1株具有较强破乳能力的莫海威芽孢杆菌(Bacillus mojavensis),其24h破乳率>83%.通过正交试验优化了影响该破乳菌生长及破乳效能的发酵条件;考察了影响其破乳效能的环境因素.结果表明,破乳菌体生长的最佳发酵条件为培养温度25℃、摇床转速160r/min、pH9、接菌量10%、培养时间40h;全培养液破乳的最佳发酵条件为培养温度25℃、摇床转速160r/min、pH5、接菌量6%、培养时间20h;破乳的最佳环境条件为pH5~9,温度30~50℃、全培养液与模型乳状液体积比为1:5.     

离子液体强化剩余污泥厌氧发酵产酸效能研究

针对污水处理厂剩余污泥厌氧发酵过程中有机质水解慢和酸化率低的问题,本文采用离子液体预处理促进污泥增溶破胞,并考察其对污泥厌氧发酵过程中有机质水解速率和短链脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)产量的影响.结果表明:投加离子液体[Emim]OTF能显著促进污泥溶胞,提高污泥水解速率及SCFAs产量,抑制污泥发酵产气;当离子液体投加量为0.1g/g VSS时,最大SCFAs产量可达226.4mg COD/(g TS),是未经预处理污泥的3.75倍;通过微生物多样性分析发现,投加离子液体[Emim]OTF富集了水解产酸菌,强化了污泥水解和酸化过程,从而导致SCFAs产量提高.     

高效石油降解菌的筛选鉴定及修复能力研究

为了得到高效的石油降解菌,本研究利用以柴油为唯一碳源的培养基从山东胜利油田、新疆克拉玛依油田和陕西长庆油田3处的石油污染土壤中富集纯化出3株高效的石油降解菌,分别命名为WTS、Z3-P和H4-1.测试结果显示,经过10d的降解实验,这3株降解菌对柴油的降解率均达到60%以上,降解效果良好,其中,WTS的降解效率最高,达到75%;用这3株菌进行污染土壤的修复实验,污染土壤中石油烃降解半衰期为30d左右,为自然情况下的1/4左右.对石油降解菌进行生理生化反应鉴定以及细菌16S rRNA鉴定结果表明,WTS是柠檬酸杆菌(Citrobacter sp.),H4-1是木糖氧化产碱菌(Alcaligenes xylosoxydans),Z3-P为芽孢杆菌(Bacillus sp.).     

高效复合菌对多菌灵的生物降解

将多菌灵降解菌Alcaligenes sp.和Rhodococcua sp.(编号为A和R)按不同比例进行复配,并采用三波长校正法和HPLC法测定不同复配降解体系中多菌灵的残留量,比较了纯培养和复合菌群对多菌灵的降解效果,最后对高效复合菌的降解条件进行了优化.试验结果表明,得到的高效降解复合菌群AR5(A∶R复配比例1...     

超声联合热碱技术促进剩余污泥破解的参数优化

为了进一步提高超声联合技术破解污泥的效果,在前期双因素的研究基础上,采用3因素3水平的响应曲面法分析了热水解温度(60,70,80°C)、加碱量(0.04,0.07,0.10g/g TS)和超声能量(4000,8000,12000k J/kg TS)对污泥破解度的影响.回归分析结果表明污泥破解度与三因素之间符合三元二次方程:Y=-196.87+6.11X_1+487.53X_2+0.0039X_3-1.742X_1X_2-0.000024X_1X_3+0.0044X_2X_3-0.0398X_1~2-2488.33X_2~2-1.33×10-7X_3~2,其中X_1、X_2、X_3分别为温度、加碱量和超声能量.模型拟合度高达97.548%,表明该模型能较好地模拟超声联合热碱预处理参数和预测污泥破解度.根据模型得出最佳预处理工艺组合为:温度73.06℃,加碱量0.085g/g TS,超声能量9551k J/kg TS.最佳工艺参数下污泥破解度实测值为60.411%.经济性分析表明,超声联合热碱预处理条件下每t污泥处理费较未处理污泥降低了20.42元,在本研究条件下具有较高的经济可行性.     

全程自养脱氮污泥颗粒化及其脱氮性能的研究

利用厌氧颗粒污泥作为种泥,启动SBR反应器,旨在培养全程自养脱氮颗粒污泥以及研究全程自养脱氮过程中污泥理化性质的变化.结果表明,先在厌氧条件下富集厌氧氨氧化微生物,然后在曝入的氮气中添加一定量空气,控制反应器的DO在0.3～0.5 mg/L,实现全程自养脱氮颗粒污泥培养是可行的,总氮去除率最高达到75.3%.实验用水中过高的钙盐和磷盐会形成钙盐沉积物,并在污泥中积累,导致污泥中有机组分减少,污泥脱氮性能变差.降低试验用水中Ca盐的投加量,经过驯化,污泥中的有机组分会逐渐增加,污泥脱氮性能逐渐恢复.     

剩余污泥微生物发酵合成微生物油脂制备生物柴油技术研究

提高剩余污泥微生物发酵合成微生物油脂的含量是促进剩余污泥制备生物柴油技术的重要研究方向.本研究首先比较了BD法、二甲亚砜-甲醇法和酸热法对剩余污泥微生物油脂提取率的影响.结果发现,酸热法提取得到的微生物油脂含量最高,进一步甲酯化合成的生物柴油产率最高达到2.1%.通过控制发酵过程pH和调节初始C/N,可以提高剩余污泥微生物发酵合成可酯化油脂的含量,在pH=4、C/N=100条件下发酵合成的微生物油脂甲酯化得到的生物柴油产量和产率可提高至1.81 g·L~(-1)和13.06%.在此基础上重点比较了4种模拟含糖废水对剩余污泥微生物发酵合成油脂的影响.结果表明,木糖为碳源时合成的微生物油脂进一步甲酯化为生物柴油的产量和产率显著高于乳糖、蔗糖和葡萄糖,分别达到3.90 g·L~(-1)和24.55%.研究表明,以剩余污泥微生物为菌源,采用木糖等含糖废水为培养基,通过控制发酵条件可以强化剩余污泥微生物合成可酯化的微生物油脂含量,进而提高生物柴油产量.     

低成本的污泥燃料合成方法

通过研究污泥、煤以及干化剂的不同比例混合搅拌,测定混合后污泥的热值,结果表明:污泥、煤、干化剂的比例为:59%、36%、5%时,热值最高,混合燃料的热值可达到12762kJ/kg,满足电厂用煤热量要求,且污泥贡献的热值最高为5505kJ/kg;污泥采用高速搅拌的预处理方法后,相同配比的混合燃料其干化时间可节约1h以上。     

混合外源菌强化剩余污泥微氧水解产酸

利用外源投加酵母菌与醋酸菌的方式促进了剩余污泥水解产生短链挥发性脂肪酸（SCFAs）的产量,考察了混合投加模式下污泥水解溶出的正磷酸盐、氨氮和溶解性COD的浓度,研究水解过程胞外聚合物（EPS）组分中蛋白质及多糖的变化特征.结果表明,在酵母菌和醋酸菌投加量分别为10和20g/L时,发酵第5d实现了最高的SCFAs产量,达到719mgCOD/gVSS,其中乙酸含量为328.78mgCOD/gVSS,占总SCFAs的45.72%.投加两种菌显著促进了剩余污泥水解产生SCFAs,且以乙酸为主.外源菌投加促进了水解酸化过程氨氮和正磷酸盐的释放,最佳反应条件下最大释放量分别为80.66和22.38mg/gVSS,有利于从剩余污泥中回收氮磷.投加外源菌后EPS中的蛋白质和多糖从内层向最外层释放,为污泥水解产酸提供底物.外源投加酵母菌与醋酸菌是促进剩余污泥水解酸化的有效手段.     

质粒基因强化活性污泥系统对2,4–D的降解

以携带质粒pJP4[含编码2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)降解功能的基因片段]的基因工程菌Pseudomonas putida SM1443::gfp2x (pJP4::dsRed)为供体菌,通过半连续流实验研究了质粒基因强化对活性污泥系统的2,4-D的降解效应及菌群结构的影响.结果表明,以初始浓度约为320mg/L的2,4-D为唯一碳源,向活性污泥系统投加携带pJP4质粒的基因工程菌P. putida,运行初期,降解促进作用不明显;随着半连续流反应的进行,促进作用显著增强.与对照系统相比,降解速率之差最高为6.67mg/(L·h).从基因强化系统中筛选到1株占有优势的接合子,经鉴定为Alcaligenes sp.::pJP4. Alcaligenes sp.本身不具备降解2,4-D的能力,获得质粒pJP4后,对2,4-D降解能力大幅度提高,与野生型2,4-D高效降解菌Bacillus sp.相当. PCR-DGGE分析表明,在受到2,4-D冲击条件下基因强化的活性污泥系统较对照系统保持了相对更加稳定的菌群结构.     

游离亚硝酸预处理强化剩余污泥发酵同步反硝化性能

考察了游离亚硝酸(FNA)预处理对污泥解体和剩余污泥发酵同步反硝化性能的影响.结果表明,不同FNA浓度(0,0.68,1.35和2.03mgN/L)处理剩余污泥预处理过程中,SCOD的产量和产生速率均随着FNA浓度的增加而增加,其中SCOD的产生速率依次为0.66, 1.70, 2.13和2.70mg/(gVSS×h).随着预处理过程中FNA浓度的增加,剩余污泥中死菌占总菌的比例由41%上升至80%.FNA预处理可使剩余污泥发酵同步反硝化系统SCOD的产量增加49%和污泥减量提高41%,同时使系统反硝化能力提高40%. 此外, FNA预处理可使该系统中温室气体N2O产量占NO2-还原量的百分比减少58%.     

污泥碱解和超声破解预处理的效果研究

为提高污水厂污泥的厌氧消化速率,采用多频率多功率槽式超声发生器,研究了超声波、碱解、以及两者的组合作用对污泥破解预处理效果的影响.结果表明,碱和超声波的组合预处理方式,对污泥溶解性COD的释放效果和VSS减少效果明显优于单独的超声波和单独的碱处理.单独超声预处理,污泥VSS的最大减少率为15.98%;单独碱解(NaOH/TS=0.04)时为22.12%;先碱解(NaOH/TS:0.04,24 h),再超声(60 min)以及碱(NaOH/TS=0.04)和超声(60 min)同时作用的预处理方式,可将污泥VSS减少率分别提高到51.45%和54.45%.破解作用引起污泥的水解分为快速水解和缓慢水解2个阶段,对快速水解阶段进行动力学分析可知,同时采用碱和超声的预处理方式不但可以获得最高的水解速率,而且降低了碱的投加量,缩短了超声破解的时间.     

城市生活污水SNAD工艺的启动研究

采用SBR反应器,以城市生活污水为原水,进行同步亚硝化、厌氧氨氧化、反硝化(SNAD)工艺的启动研究.首先接种厌氧氨氧化(anammox)颗粒污泥,在高曝气量下(500L/h)培养得到亚硝化颗粒污泥,然后再次接种anammox颗粒污泥,在低曝气量下(40L/h)培养得到SNAD颗粒污泥.在亚硝化稳定期,氨氮平均去除率达到94%,亚硝态氮平均积累率达到95%.在SNAD稳定期,总氮平均去除率为85%.批试实验结果表明,亚硝化稳定期亚硝化颗粒污泥的好氧氨氮和亚硝态氮氧化活性分别为为0.234和0kgN/(kgVSS×d).SNAD颗粒污泥的厌氧氨氧化总氮去除、亚硝态氮反硝化、好氧氨氮氧化、好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.158、0.104、0.281、0kg/(kgVSS×d),其中硝态氮反硝化活性在0~120min和120~360min内分别为0.061和0.104kg/(kgVSS×d).扫描电镜显示,SNAD颗粒污泥表面以短杆状菌和球状菌为主,可能为好氧氨氧化菌(AOB)和反硝化菌,颗粒污泥内部以火山口状的细菌为主,可能为anammox菌.