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.     

碱度类型及浓度对剩余污泥中温厌氧消化的影响

为了探究不同碱度物质（Na₂CO₃、KHCO₃、NaHCO₃）和浓度范围（2000,3000,4000mg/L）（以CaCO₃计）对中温厌氧消化系统的影响,采用了密封的半连续搅拌反应器进行批次试验.综合反应器运行与微生物高通量测序分析,结果表明在3种不同碱度类型中Na₂CO₃能推进水解酸化过程,而在产气减量方面NaHCO₃表现更为突出,说明在调节系统碱度时,Na₂CO₃更易促进水解酸化这一限速阶段,而NaHCO₃能使水解酸化细菌与产甲烷菌之间保持平衡,保证甲烷产量;在不同NaHCO₃浓度情况下,增加投加碱度的浓度使水解能力增强,相应会导致脱水性能恶化,而系统中挥发性脂肪酸含量变化不大,过量碱度将使得系统产气和减量能力下降.     

不同污泥预处理方法对污泥厌氧消化产气量影响研究

污泥溶胞破解是提高污泥厌氧消化产气量的重要手段。实验比较了热预处理、碱预处理、热碱预处理以及电化学热处理四种破解方法对污泥厌氧消化产气量的优化效果,通过对沼气累计产量、日产气速率、CH4在沼气中的含量占比等指标的分析,结果表明,不同的破解方法对污泥厌氧消化产气量的优化程度是不同的。     

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-EP...     

NZVI对低有机质污泥厌氧消化系统及微生物群落的影响

采用投加不同剂量纳米零价铁(NZVI)(0,0.1,0.3,0.5g/g VS)的低有机质污泥进行半连续中温厌氧消化试验,研究了反应器在不同NZVI投加量下的产甲烷特性及微生物群落变化.研究表明:NZVI的投加前期对产甲烷具有促进作用,随着反应器中NZVI累积逐渐对产甲烷产生抑制,且投加量越高抑制效果产生越早,抑制作用...     

不同污泥在微波预处理-厌氧消化过程中抗性基因分布及菌群结构演替

城市污水厂剩余污泥是抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARG）的重要储存库,污泥处理过程中ARG的转归趋势及其与菌群结构变化的关系仍需人们深入研究.本研究考察了A²O和A²O-MBR工艺的城市污水厂剩余污泥的ARG与细菌群落结构在微波预处理-厌氧消化处理过程中的演变规律,结果表明,两种原污泥的菌群结构及携带的ARG丰度分布区别较大;虽然微波预处理不会显著改变菌群结构,但预处理-厌氧处理后的消化污泥菌群结构有显著差异;无论有/无预处理,厌氧消化过程对污泥中ARG和MGE的分布有趋同性的作用;ermF、qnrS和bla_NDM-1是厌氧消化过程中易于增殖传播的抗性基因;污泥特性中,生物量、氨氮和正磷对ARG和MGE分布的影响力最大;污泥性质对细菌群落结构、尤其是部分功能菌属变化有重要影响.本研究结果可为人们进一步了解污泥厌氧消化过程中ARG的传播与控制提供科学参考.     

碱处理对秸秆厌氧消化的影响

为减少秸秆碱处理的碱用量,提高秸秆的产气量,从产气量、XRD和FTIR等角度对碱预处理与后处理进行了初步比较,并对碱处理前后秸秆浸提液的理化性质以及秸秆的物质结构变化进行了分析.结果表明,秸秆经5%NaOH处理48 h后,细胞中的有机物大量溶出,COD、TN、NO 3--N和NH 4+-N分别从2 311.11、175.40、5.02和117.82 mg/L增至10 488.89、417.84、248.64和141.44 mg/L,表明碱处理不仅破坏木质纤维结构,还破坏核酸、氨基酸等含氮物的结构,将其中的氮以NO 3--N和NH 4+-N的形式释放出来;碱处理破坏了秸秆木质素结构,木质素含量降低,但纤维素的相对结晶度增加,从0.592 3增加到0.662 2.厌氧消化的结果显示,秸秆预处理与后处理的产气能力相当,单位TS产气量分别为382.32 mL/g和375.84 mL/g,较对照分别提高了28.13%和25.96%,但后处理的碱用量仅为预处理的50%;厌氧发酵后对照中的木质素含量增加,而预处理和后处理均降低,后处理对木质素的破坏效果更好;厌氧微生物可破坏纤维素的结晶区,后处理对纤维素结晶区和无定形区的破坏均强于预处理.     

污泥性质对微波预处理-厌氧消化的影响及古菌群落结构分析

污泥性质对预处理强化厌氧消化工艺的效果有较大影响.本研究对比了某实际污水厂A~2O工艺和A~2O-MBR工艺产生的剩余污泥在微波预处理-厌氧消化过程中污泥性质的变化与产气效果,并考察了在预处理和厌氧消化过程中污泥的古菌群落结构变化.结果表明,A~2O工艺剩余污泥有机质含量比A~2O-MBR污泥高出16. 4%(分别为66. 4%和50. 0%),SCOD、溶解性蛋白质和多糖分别为后者1. 24、2. 02和4. 84倍,具有更好的可生物降解性.虽然预处理对生物降解性差的A~2O-MBR污泥有机物释放效果更好,但A~2O污泥在微波预处理-厌氧消化后产甲烷量比相应处理后的A~2O-MBR污泥多26. 1%.两种剩余污泥的古菌群落结构差异较大,A~2O-MBR污泥中甲烷丝菌属和甲烷八叠球菌属丰度分别比A~2O污泥多3. 68%和19. 73%.预处理对古菌群落的丰富度和均匀度影响相对较小,但厌氧消化后波动较大.污泥中有机组分不同是引起古菌群落结构变化的重要影响因素.     

碱处理玉米秸秆与超声预处理污泥混合厌氧消化效果研究

以碱处理玉米秸秆和超声预处理污泥为发酵原料,在恒温35±1℃及底物浓度为15 gVS/L的条件下,采用正常运行的大型沼气池沼液作为接种物,研究不同配比(VS污泥:VS秸秆分别为1:0、2:1、1:1、1:2、1:4)对混合厌氧消化效果的影响.研究表明,VS污泥:VS秸秆的比例为1:2时累积产气量最高,VS产气率达到了472.33 mL·g-1,甲烷产量在发酵稳定后达到了60.52%.进一步研究得出,将超声预处理污泥与碱处理玉米秸秆按一定比例混合发酵可以将产气高峰提前.     

不同培养条件厌氧氨氧化颗粒污泥性质及微生物群落结构差异

采用膨胀颗粒污泥床(EGSB)和上升式厌氧污泥床(UASB)反应器在不同运行条件下培养厌氧氨氧化颗粒污泥,对比分析颗粒污泥性质和微生物群落的差异性.研究表明接种厌氧氨氧化絮状污泥经过EGSB和UASB反应器运行384 d后,均能实现颗粒化,颗粒污泥平均粒径分别达到1.17 mm和1.21 mm,各范围(<0.2、 0.2～1.5、 1.5～3和>3 mm)的粒径占比为6.06%、 60.05%、 25.25%和8.64%, 7.40%、 58.90%、 32.04%和1.66%.扫描电镜结果表明不同运行条件下的污泥菌群均以短杆菌、球型菌为主.高通量测序结果表明,Shannon指数EGSB反应器为7.52高于UASB反应器为7.18;变形菌门(Proteobacteria)是两个反应器各阶段污泥的主要菌门,浮霉菌门(Planctomycetes)从接种时的3.30%增到第384d的12.30%(EGSB)和13.30%(UASB).EGSB反应器中的主要厌氧氨氧化菌属为Candidatus Brocadia占7.53%,其次为Candidatus Kuenenia属占1.61...     

添加污泥饼补充氮源的农作物秸秆高固体厌氧消化启动研究

采用高固体厌氧消化工艺处理农作物秸秆,并利用污水处理厂污泥饼进行氮源补充,既可以减轻对秸秆和污泥处置带来的环境污染,更能产生大量的沼气能源和有机肥,缓解农村的能源供给压力和过度使用化肥造成的土壤贫瘠.对2个高固体厌氧消化反应器启动阶段的变化规律进行了研究,结果表明,秸秆经过NaOH化学预处理并投加5％左右的污泥调节C/N后,厌氧消化效果良好.启动期共计930 h,启动阶段完成了厌氧污泥活性的恢复和菌种的驯化.启动期结束时,进料含固率约为12%～16%,产气速率为0.15～0.18 L/h.启动阶段pH的变化和产气情况的变化呈现出较为明显的相关性.1号反应器的TS和VS降解率分别为54%和65%,2号反应器则为67%和75%.启动阶段COD浓度较低,为1 000～6 000 mg/L,氨氮浓度为200～600 mg/L.     

外接菌种对污泥堆肥效能及堆体细菌群落的影响

以污泥、锯末、蘑菇渣为堆肥原料,分阶段添加高温复合菌和白腐真菌,通过测定温度、pH、有机质、水溶性有机碳、含水率、总氮、NH_4~+-N、NO_3~--N和种子发芽率,比较了外接菌种对堆肥效能的影响.利用高通量测序技术,研究了污泥堆肥过程中细菌群落结构变化及外接菌种对细菌群落的影响.结果表明,外接菌种可以延长堆体高温持续时间,降低氮损失,加快堆体腐熟脱毒.在整个堆肥过程中,细菌群落结构发生了较大的演变,同一堆肥的不同阶段的细菌群落结构相似性较低,同一时期不同堆肥的细菌群落结构相似性较高.外接菌种提高了堆体中细菌群落的丰富度,增加了高温期优势菌的所占比例,但未改变优势菌的种类.典型对应分析(CCA)表明pH对细菌群落结构的影响最大,温度主要与9个菌属呈正相关关系.     

强化两相污泥高固厌氧消化系统的微生物群落

污泥高固厌氧消化具有反应器体积小、能耗低、沼渣少等优点,但其相关机制尤其是微生物机制研究还非常有限.利用16S rRNA克隆文库技术,本研究考察了一个中试污泥高固厌氧消化系统稳定运行期的微生物群落.该中试系统采用"超高温酸化(70℃)-高温甲烷化(55℃)"的强化两相厌氧消化工艺,处理剩余活性污泥的含固率约为9%.在总的固体停留时间仅15.5 d(酸化3 d+甲烷化12.5 d)时,系统挥发性固体(volatile solid,VS)去除率为35.7%,甲烷产率(以CH4/VS去除计)为0.648 m~3·kg~(-1).两相的细菌组成差异较大:在超高温酸化相存在大量降解蛋白质/氨基酸的细菌;在高温产甲烷相则主要是降解纤维素等多糖和一些简单糖类的细菌以及长链脂肪酸降解细菌;两相中都存在降解简单糖类的细菌.两相的古菌绝大部分都属于Methanothermobacter,特别是高温产甲烷相检出的古菌100%都属于Methanothermobacter,由于仅在产甲烷相检测到沼气,这表明系统中的甲烷化过程主要通过氢营养途径进行.     

餐厨垃圾市政污泥联合厌氧消化处理技术

餐厨垃圾有机质浓度高,在厌氧消化处理过程中容易致系统酸化而导致消化系统中止。采用餐厨垃圾与市政污泥联合厌氧消化技术解决餐厨垃圾消化条件难控制的问题。结果表明,系统稳定运行时,在进料总固体（TS）浓度为10%左右,水力停留时间(HRT)为20 d,碱度控制在6 000~8 000 mg/L时,餐厨垃圾与市政污泥联合厌氧消化能稳定运行,且有机负荷达到5.29 g/(L•d),沼气产量达1.03 L/g〔以挥发性固体（VS）计〕,沼气中的甲烷浓度在59%以上。     

剩余污泥共厌氧消化改善脱水性能研究

为改善剩余污泥厌氧消化脱水性能,减少后续处理费用,研究了剩余污泥添加废物酒精糟液在高温(55℃)下共厌氧消化后污泥脱水性能,并对影响脱水性能因素进行了回归分析。结果表明:共厌氧消化提高了剩余污泥的碳氮比、有机负荷和产气率,减少了胞外聚合物中有机成分蛋白质和碳水化合物含量,增加颗粒尺寸,明显提高厌氧污泥脱水性能。当进样总体积为450mL、剩余污泥与酒精糟液二者体积比为2:1、污泥停留时间为11.1d时,厌氧消化污泥的脱水性能最好,毛细吸收时间为127s;当有机负荷继续提高时会出现酸化现象,可导致厌氧污泥脱水性能变差。对厌氧消化污泥脱水性能影响明显的因素是污泥颗粒尺寸、紧密粘附胞外聚合物含量。     

不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响

为探讨长期不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响,基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站设置的不同秸秆还田方式长期定位试验(9 a),选取不施肥(CK)、单施化肥(N)、化肥+秸秆(NS)、化肥+秸秆猪粪配施(NSM)和化肥+生物质炭(NB)这5个处理,通过高通量测序技术研究旱地红壤细菌多样性和群落结构差异,揭示了细菌群落对土壤有机碳矿化和玉米产量的影响机制.结果表明:①不同秸秆还田处理下,红壤化学性质发生显著变化,其中NSM处理对旱地红壤肥力的综合提升效果最好,并显著提高了玉米产量.②相比于CK和N处理,秸秆还田处理均提高了细菌多样性.主成分分析发现,秸秆还田处理改变了土壤细菌群落结构.③秸秆还田处理提高了土壤有机碳矿化能力,NSM处理的土壤有机碳矿化速率和累积矿化量最高.④相关性分析表明土壤AN/AP比值显著改变了细菌群落结构,结构方程模型结果表明,土壤AN/AP比可能通过影响土壤细菌多样性和群落结构,间接提高了土壤有机碳矿化能力和玉米产量.本研究结果为协同提升旱地红壤生物多样性和耕地地力水平,保障健康红壤生态系统和粮食安全提供了科学依据.