焦化废水活性污泥法处理中微型动物群落及其与处理性能之间的关系

为了分析难降解焦化废水活性污泥法处理中的微型动物群落特征,本研究考察了活性污泥法焦化废水处理厂中的微型动物群落,分析了其与处理性能之间的相互关系.结果发现,本研究共采集的64个水样中,鉴别出28个种属微型动物,其中,原生动物27种(22种纤毛虫、4种鞭毛虫、1种有壳变形虫),1个类群微型后生动物.固着型和匍匐型纤毛虫为共优势群,固着型小口钟虫(Vorticella microstoma)为绝对优势种.除小口钟虫(V.microstoma)(出现频率100%)外,出现频率较高的种类还有轮虫(rotifers)(97%)、沟钟虫(Vorticella convallaria)(69%)等.与常规废水活性污泥法处理系统相比,焦化废水处理系统中的微型动物种类和数量相对偏低.相关性分析结果表明,生物学参数与出水水质、运行参数间存在着不同的相关性.其中,累枝虫属(Epistylis spp.)与出水氨氮(r=-0.740,p0.01)、氰化物(r=0.509,p0.05)和DO(r=0.514,p0.05)存在着显著的相关性;吸管虫属(Podophrya spp.)与硝化效率呈显著负相关(p0.05),它们可作为系统处理性能参数的指示微生物;其他种属与出水水质和运行参数间的相关性不显著(p0.05).因子分析揭示了与系统相关联的潜在的重要影响因素,以及某些微型动物种属间存在的相互关系.     

高通量测序研究酒精废水治理中厌氧活性污泥的微生物菌群

厌氧消化是治理酒精生产废水的主要技术,本实验基于Illumina Mi Seq高通量测序研究了厌氧活性污泥的微生物菌群,在属(genus)水平上分析了污泥中细菌和古菌的种类和相对丰度,探讨了细菌和古菌的功能.结果表明:高温厌氧活性污泥(TAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有10个,包括Coprothermobacter、Longilinea、Levilinea等,它们的主要功能是分解蛋白质、代谢碳水化合物生成有机酸、乙酸氧化、硫酸盐还原.中温厌氧活性污泥(MAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有21个,包括Acinetobacter、Succinibibrio、Meniscus、Longilinea等,它们的主要功能是代谢碳水化合物生成有机酸、脂肪酸和有机酸氧化、分解结构顽固化合物.TAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanosaeta、Methanobacterium和Methanothermbacter,它们的相对丰度分别为57.72%,28.35%和9.90%.MAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanobacterium、Methanosarcina、Methanosaeta和Methanosphaera,它们的相对丰度分别为33.21%、23.70%、16.63%和11.77%.高通量测序研究充分展示了厌氧活性污泥的微生物菌群,可为阐释酒精废水治理中厌氧消化技术的生物机制及其技术改良提供参考.     

活性污泥法污水处理厂生物-水力耦合建模及校验研究

为了考察生物反应器中水力流场对污染物质生物去除效果的影响以及研究生物代谢模型对生物除磷效果模拟的情况,在FCASM1模型的基础上,结合Delft磷代谢机理模型的思想,建立完全耦合活性污泥2号模型(Fully Coupled Activated Sludge Model No.2,简称FCASM2);并通过一维纵向对流-弥散方程与生物场耦合,建立了生物场-水力流场耦合新模型--FCASM2-Hydro耦合模型.污水处理厂模拟结果表明,生物场-水力流场耦合模型(FCASM2-Hydro)比非耦合模型对污染物质去除过程的描述更符合实际情况.在对30d的污水处理动态模拟结果中,FCASM1和FCASM2两个模型对磷酸盐的模拟结果与实测结果趋势一致,而且FCASM2的模拟值比FCASM1的模拟值更符合实测结果;在3d的污水处理动态模拟结果中,这2个模型对磷酸盐的模拟结果与实测结果趋势基本一致.     

城市污水厂活性污泥中胞外聚合物与工艺运行及污泥沉降性能的相关性分析

胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)的组分及含量是影响活性污泥性能的重要因素之一.本研究在测定不同城市污水处理厂活性污泥中EPS的基础上,分析水质情况与运行条件对EPS组分的影响.结果表明:蛋白质为EPS的主要组分,约占25%~63%;腐殖酸次之,占21%~50%;DNA和多糖的含量较少.同是A~2O工艺的2个污水厂的污泥沉降性能和粒径分布差异较大.根据Pearson分析结果,在污泥微膨胀和正常状态下,EPS总量与污泥体积指数(Sludge Volume Index,SVI)及粒径分布没有明显的相关性,但腐殖酸和DNA均与SVI呈正相关.处理工艺的水力停留时间与EPS总量负相关,但污水中有机物含量对EPS的含量及组分没有影响.EPS中多糖含量与脱氮除磷过程显著相关,多糖可以作为脱氮除磷过程的有机碳源.污泥龄影响EPS中蛋白质与多糖的比值.因此,污水水质、工艺类型及运行条件不同程度的影响EPS的组分及含量,进而影响处理效果.     

活性污泥降解四溴双酚A的特性、途径及毒性评估

电子行业典型污染物溴代阻燃剂对环境的污染引起了广泛关注.本文以产量最大、应用最广的典型溴代阻燃剂四溴双酚A(Tetrabromobisphenol A,TBBPA)为研究对象,考察了活性污泥降解四溴双酚A的特性、影响因素、降解途径并进行毒性评估.结果显示:活性污泥能有效降解水体中的TBBPA;在初始接菌量OD_(600)=0.77,TBBPA浓度为2.50 mg·L~(-1),温度为40℃,pH值为6.0时,经6 h反应后降解率可达58.46%,脱溴率达43.80%;在自然水体中活性污泥对TBBPA的降解受到抑制,尤其在腐殖质含量较高时;自然光能促进TBBPA降解,紫外光则抑制其降解活性;利用LC-Q-TOF-MS/MS检测到3种中间产物,推测TBBPA可能通过以下两种路径降解:①TBBPA发生甲基化和脱溴反应,产生甲基化的二溴双酚A,随后发生羟基化反应生成5-[1-(3-溴-4-甲氧基-苯基)-1-甲基-乙基]-2-甲氧基-苯酚;②TBBPA发生羟基化反应生成5-[1-(3-溴-4,5-二羟基-苯基)-1-甲基-乙基]-苯-1,2,3-三醇,随后发生脱溴、羟基化和甲基化反应,生成5-[1-(3-羟基-4,5-二甲氧基-苯基)-1-甲基-乙基]-2-甲氧基-苯-1,3-二醇;最后,利用发光细菌对该降解过程进行毒性评价,结果表明,活性污泥降解TBBPA的过程中其毒性未被完全去除,仍存在一定的环境风险.     

Cr(VI)对活性污泥硝化活性的抑制及在污泥中的分布特点

重金属铬(Cr(VI))是废水中常见的、困扰很多污水生物处理系统运行效果的污染物.本文通过静态试验和静态冲击试验,研究了Cr(VI)在活性污泥系统中的分布特点和对硝化效率、活性等的影响,并进行了模型分析.结果表明,活性污泥对Cr的吸附很快,但吸附量有限,Cr(VI)投加浓度为1、5、10和30 mg · L^-1的溶液中,Cr的12 h-吸附量分别为0.79、1.98、3.19和5.78 mg · g^-1.Cr(VI)投加到活性污泥混合液中后形态分为溶解态、可洗脱和不可洗脱态,可洗脱的Cr能够向不可洗脱态转变.Cr(VI)对活性污泥硝化活性的抑制程度随着Cr(VI)浓度的增大而提高.静态试验中,1、3、5、10和30 mg · L^-1 Cr(VI)对氨氮平均降解速率的抑制率分别为5.25%、9.80%、10.41%、17.54%和21.38%.Cr(VI)对微生物的抑制作用大小是:氨氧化菌 >亚硝酸盐氧化菌 >异养菌.模型分析发现,Cr(VI)对氨氧化菌和异养菌比耗氧速率的抑制符合Haldane动力学模型,属于非竞争性抑制.冲击试验表明Cr对硝化等的抑制主要是不可洗脱的Cr造成的,抑制效果的出现具有滞后性.     

活性污泥系统生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp)Ⅱ:模型校验

以采用AAO工艺的德清县狮山污水处理厂作为生物场-水力场-温度场耦合模型校验的现场试验基地.针对AAO工艺的特点,按照物料平衡原理分别对厌氧池、缺氧池、好氧池等各反应池内物质变化关系进行数学表征,建立了AAO工艺生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp)以及生物场-水力场耦合模型(FCASM3-Hydro).以若丹明B作为示踪剂于该厂进行了现场示踪实验,测得厌氧池、缺氧池和好氧池的水力弥散系数.依据试验所得数据,实现了对FCASM3-Hydro耦合模型以及FCASM3一Hydro-Temp耦合模型的现场模拟校验.校验结果表明,FCASM3-Hydre-Temp耦合模型能够实现活性污泥系统污染物质生物去除与水力场和温度场耦合变化过程的动态模拟.     

直链烷基苯磺酸盐促进剩余污泥产生短链脂肪酸的研究

采用批试试验的方法研究了十二烷基苯磺酸钠(C12-LAS)对剩余污泥在厌氧发酵过程中产生的短链脂肪酸(SCFAs)的影响.结果表明,C12-LAS的投加极大地提高了剩余污泥厌氧发酵过程中的SCFAs产量.当C12-LAS加入量低于0.1g·g-1时,SCFAs产量随着C12-LAS加入量的增加而增加,然而,当C12-LAS加入量高于0.1g·g-1时,SCFAs产量反而有所降低.从污泥产酸量以及经济成本考虑,C12-LAS的最佳投加量为0.02g·g-1,此时剩余污泥的SCFAs最大产量出现在第6天.进一步的研究表明,C12-LAS不仅促使大量的碳水化合物和蛋白质脱离污泥颗粒并溶解到液相中,而且抑制了产甲烷菌的活性.尽管剩余污泥经历着酸化过程,但由于其释放出大量的NH4 -N,污泥在整个厌氧发酵过程中的pH值逐渐升高.     

活性污泥处理偶氮染料废水过程中胞外聚合物特性研究

采用序批式反应器(SBR)考察了偶氮染料浓度对活性污泥的污染物去除性能及胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的影响.结果表明,COD、染料及营养物的去除率均随着进水染料浓度的增加而下降,但进水染料浓度对EPS的影响却呈现不同的趋势.当进水染料浓度为5 ～40 mg·L-1时,EPS含量随着染料浓度的增加而增加;当进水染料浓度超过40 mg·L-1时,EPS含量却随着染料浓度的增加而减少.染料的加入导致活性污泥EPS中蛋白质的含量增加,且其变化趋势与EPS变化一致;EPS中腐殖酸的浓度低于蛋白质浓度;而EPS中多糖的浓度最低,为8 mg·g-1.三维荧光光谱结果显示,不同染料浓度下EPS荧光吸收峰数量及位置相同,分别为类蛋白峰(λEx/λEm=240 nm/375 ～394 nm)和类富里酸类峰(λEx/λEm =270 nm/410～416 nm),但两个吸收峰的荧光强度不同.     

污泥电子传递体系(ETS)活性测定中萃取剂的选择

比较了丙酮、乙醇、正丁醇、磷酸三丁酯、乙酸乙酯、甲苯和三氯甲烷等7种萃取剂检测活性污泥电子传递体系(ETS)活性的特性.结果表明,这7种萃取剂制作标准曲线的性能相近;在实际污泥样品检测中,37℃下丙酮的萃取时间仅需10min,待测样品量相同时,其萃取速度约是其它萃取剂的4～22倍,37℃下丙酮萃取污泥样品中三苯基甲脂(TF)的能力大于其它萃取剂在37℃或90℃下的萃取能力,同时以丙酮作萃取剂测定的污泥电子传递体系活性也最大,说明丙酮是污泥电子传递体系活性测定中萃取剂的最佳选择.     

F/M比在活性污泥污水处理工艺中的概念扩展和相关关系的建立

在活性污泥污水处理工艺中原有的进水F M比 (即fi)概念的基础上 ,首次引入了出水F M比 (即fe)、进出水F M比减少量 (即 -Δf)和复合半饱和常数Kfs等概念 ,由此建立了F M比 (包括fi、fe 和 -Δf)与曝气池主要运行参数及性能指标之间的相关定性定量关系 ,以及fe 随时间变化的动态定量关系 .采用真实的污水厂的数据 ,对相关关系的合理性进行了验证 ,并用灵敏度分析证明了fe 较优地反映了曝气池运行状况     

铜离子冲击下活性污泥微生物多样性的分子生态学分析

采用基于 16SrDNA序列分析方法 ,在长度多态 (LPM)和 16SrDNA的GC含量二维水平分析了受重金属污染的活性污泥系统内细菌的优势种类和多样性 .设计的PCR引物可以将细菌分为三大类 :即 1)proteobacterialα&δ(变形杆菌α&δ) ,2 )pro teobacterialβ&γ(变形杆菌 β&γ) ,以及 3)flexibacter(屈桡杆菌 )和革兰氏阳性菌 .分析了未受重金属驯化和受重金属驯化的两类活性污泥系统在重金属作用下优势种和多样性的变化 ,结果显示未驯化的活性污泥系统多样性减少但优势种的变化微小 ,而驯化系统优势种有较大的变化 ,但多样性基本不变 .这一结果证实驯化有助于提高微生物对重金属的抗性     

Immobilization of activated sludge using improved polyvinyl alcohol （PVA） gel

The microbial immobilization method using polyvinyl alcohol(PVA)gel as an immobilizing material was improved and used for entrapment of activated sludge.The oxygen uptake rate(OUR)was used to characterize the biological activity of immobilized activated sludge.Three kinds of PVA-immobilized particles of activated sludge,that is,PVA-boric acid beads,PVA-sodium nitrate beads and PVA-orthophosphate beads were prepared,and their biological activity was compared by measuring the OUR value.The bioactivity of both autotrophic and heterotrophic microorganisms of activated sludge was determined using different synthetic wastewater media (containing 250 mg/L COD and 25 mg/L NH_4~ -N).The experimental results showed that the bioactivity and stability of the three kinds of immobilized activated sludge was greatly improved after activation.With respect of the bioactivity and the mechanical stability,the PVA-orthophosphate method may be a promising and economical technique for microbial immobilization.     

紫外耦合游离亚硝酸强化剩余污泥厌氧发酵产酸研究

为打破传统厌氧发酵过程中污泥破壁溶胞困难和产酸效能低的瓶颈,探究了紫外光（UV）耦合游离亚硝酸（FNA）预处理对污泥发酵产酸的影响,并与热（H）和超声法（US）耦合FNA预处理进行了对比分析.结果表明,UV辅助FNA联合预处理（FNA-UV）对细胞破碎和胞外聚合物的剥离具有协同效应,·OH和·O₂^-作为反应中间体,其强度远高于其他预处理组（FNA-US和FNA-H）,与·NO,·NO₂及ONOO^-等中间产物共同促进了溶解性有机物的释放,溶解性碳水化合物和蛋白质含量相比FNA组分别提升60%和90%,进而为后续水解产酸过程提供了充足的底物.FNA-UV组短链脂肪酸（SCFAs）浓度于第4d达到峰值,为（201.8±4.8） mg COD/g VSS,相比FNA组提升67%,乙酸占比高达56.8%.通过发酵末期对各体系进行碳平衡分析表明,紫外耦合FNA预处理在污泥减量、溶解性有机物的释放与转化、SCFAs的产生方面具有重要作用.微生物群落分析表明,FNA-UV对功能菌群的富集发挥重要作用,表现为厌氧发酵菌和反硝化菌的有效增强,相比其他各组提升了23.7%~270.6%.     

运用主成分分析(PCA)评价海洋沉积物中重金属污染来源

测定了胶州湾表层沉积物中重金属和有机质的含量,并用平均富集因子(Average Enrichment Factors,AEF)进行污染状况评价,发现胶州湾表层沉积物重金属污染可分为3类:轻度污染(AEFs<2),其中有Zn(AEF=1.11)、Pb(AEF=1.15)、Cr(AEF=1.52)、Mn(AEF=0.80)、Fe(AEF=0.45);中度污染(AEFs=2～3),包括Cu(AEF=2.79)和Cd(AEF=2.52);严重污染(AEFs>3),主要有As(AEF=3.03)和Hg(AEF=8.08).进一步通过主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)研究沉积物中重金属的来源,发现前3个主成分的贡献率分别为52.61%、17.37%和15.60%,表明重金属主要有3个来源:工业排污、有机质降解、岩石的自然风化与侵蚀过程.PCA的聚类分析指出,本次研究中所调查的14个站位在污染程度上可分为5大类,此结果既反映了胶州湾表层沉积物近河口污染程度重远河口污染程度轻的特点,同时也支持了工业排污是沉积物中重金属污染主要来源的分析.     

Anaerobic treatment of wastewater containing methanol in upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactor

The direct conversion of methanol into methane is the main process in anaerobic treatment of methanol containing wastewater. However, acetic acid can also be produced from methanol theoretically, which may probably result in an abrupt pH drop and deteriorate the anaerobic process. Therefore, it is interesting to know what would really happen in an anaerobic reactor treating methanol wastewater. In this study, an up-flow anaerobic sludge bed (UASB) reactor treating methanol wastewater was operated. The chemical oxygen demand (COD), acetic acid and pH of the effluent were monitored at different loadings and influent alkalinity. The results showed that the anaerobic reactor could be operated steadily at as low as 119 mg/L of influent alkalinity and high organic loading rate with no obvious pH drops. Volatile fatty acids accumulation was not observed even at strong shock loadings. The microorganisms in the sludge at the end of the test became homogeneous in morphology, which were mainly spherical or spheroidal in shape. __________ Translated from China Water & Wastewater, 2006, 22(13): 42–44,48 [译自: 中国给水排水]     

混碱调控剩余污泥碱性发酵实现LDHs高效提取短链脂肪酸

氢氧化钙调控剩余污泥碱性发酵,可有效提高发酵液原位合成层状双金属氢氧化物(LDHs)提取短链脂肪酸(SCFAs)的效率.本文拟利用氢氧化钙和氢氧化钠混碱调控剩余污泥碱性发酵,提高发酵过程SCFAs产量,进一步提高SCFAs提取效率.通过配置不同氢氧化钠和氢氧化钙混合比例的碱液,用于调控剩余污泥碱性发酵实验,发现混碱比例为25∶75时,可避免钙离子对污泥水解产酸影响,发酵液中SCFAs浓度达到6581.4 mg·L~(-1)(以每COD计,下同),是空白对照组(4179.4 mg·L~(-1))的1.6倍.同时,碱液提供的钙离子可将污泥发酵过程释放的无机阴离子去除,CO■、PO■浓度分别低至3.7 mmol·L~(-1)和0.5 mg·L~(-1).利用氢氧化钠和氢氧化钙调控剩余污泥进行混碱厌氧发酵,可有效提高SCFAs的产量,消除主要无机阴离子对发酵液原位合成层状双金属氢氧化物(LDHs)提取SCFAs的干扰,合成的LDHs中SCFAs的含量为52.3 mg·g~(-1) LDHs,是空白组(18.9 mg·g~(-1)LDHs)的2.8倍.     

Optimization of process parameters using response surface methodology for bioconversion of activated sludge by Penicillium corylophilum

The optimization of process parameters for the bioconversion of activated sludge by Penicillium corylophilum was investigated using response surface methodology （RSM）. The three parameters namely temperature of 33℃, agitation of 150 r/min, and pH of 5 were chosen as center point from the previous study of fungal treatment. The experimental data on chemical oxygen demand （COD） removal （%） were fitted into a quadratic polynomial model using multiple regression analysis. The optimum process conditions were determined by analyzing response surface three-dimensional surface plot and contour plot and by solving the regression model equation with Design Expert software. Box-Behnken design technique under RSM was used to optimize their interactions, which showed that an incubation temperature of 32.5℃, agitation of 105 r/min, and pH of 5.5 were the best conditions. Under these conditions, the maximum predicted yield of COD removal was 98.43%. These optimum conditions were used to evaluate the trail experiment, and the maximum yield of COD removal was recorded as 98.5%.     

基于PCA-LSSVM的厌氧废水处理系统出水VFA在线预测模型

采用IC厌氧废水处理系统处理人工合成废水,并利用PCA-LSSVM模型对系统出水挥发性脂肪酸(VFA)进行预测.首先利用主成分分析法(PCA)分析影响厌氧废水出水VFA浓度的多个变量的相关性并降低输入变量维数,然后用网格搜索结合10倍交叉验证优化LSSVM模型参数sig2和gam,最后利用建立的模型对实验数据进行仿真预测.仿真结果表明,稳态LSSVM模型对稳态条件下厌氧废水处理系统出水VFA具有很好的仿真预测能力,相对误差在4.72%以内,平均相对百分比误差(MAPE)为1.61%,均方根误差(RMSE)为1.08,相关系数达0.9996;稳态干扰LSSVM模型对厌氧废水处理系统出水VFA的仿真预测精度有所降低但仍然具有较好的预测能力,平均相对百分比误差(MAPE)为15.83%,均方根误差(RMSE)为15.45,相关系数为0.9984,该方法可为厌氧出水VFA在线预测和厌氧废水处理系统的优化控制提供指导.