生物强化除磷机理的探讨

对生物强化除磷(EBPR)的机理进行了探讨。首先介绍了聚磷菌胞内贮存物(聚磷、PHAs和糖原)的性质和功能,然后对这些贮存物在厌氧和好氧(缺氧)情况下的反应加以分析。旨在从能量转化的角度对EBPR过程加以阐述,加深对生物除磷机理的认识。     

不同运行方式下低溶解氧污泥微膨胀的可行性研究

污泥微膨胀是一种利用低溶解氧（DO）引发丝状菌繁殖来实现污水节能处理的新方法.为分析该方法的可行性,采用4个间歇式反应器（SBR）模拟不同的工艺,考察了低DO下（DO=0.5 mg/L）各反应器的污泥沉降性、絮体结构、污染物去除特性及曝气能耗.结果表明,全程好氧运行方式易引发恶性膨胀;而前置缺氧运行方式下进水时间在60...     

浅议污水处理厂的节能

系统地介绍并分析了污水处理厂流程中各个处理构筑的能耗情况,并针对各个构筑物提出有效的节能途径。指出了常用的污水好氧处理能耗过高的突出问题,建议改用能耗低造价低的好氧过滤等处理方法。污水再生利用也是解决污水处理能耗高的途径之一。     

Climate change and temperature-dependent biogeography: oxygen limitation of thermal tolerance in animals

Recent years have shown a rise in mean global temperatures and a shift in the geographical distribution of ectothermic animals. For a cause and effect analysis the present paper discusses those physiological processes limiting thermal tolerance. The lower heat tolerance in metazoa compared with unicellular eukaryotes and bacteria suggests that a complex systemic rather than molecular process is limiting in metazoa. Whole-animal aerobic scope appears as the first process limited at low and high temperatures, linked to the progressively insufficient capacity of circulation and ventilation. Oxygen levels in body fluids may decrease, reflecting excessive oxygen demand at high temperatures or insufficient aerobic capacity of mitochondria at low temperatures. Aerobic scope falls at temperatures beyond the thermal optimum and vanishes at low or high critical temperatures when transition to an anaerobic mitochondrial metabolism occurs. The adjustment of mitochondrial densities on top of parallel molecular or membrane adjustments appears crucial for maintaining aerobic scope and for shifting thermal tolerance. In conclusion, the capacity of oxygen delivery matches full aerobic scope only within the thermal optimum. At temperatures outside this range, only time-limited survival is supported by residual aerobic scope, then anaerobic metabolism and finally molecular protection by heat shock proteins and antioxidative defence. In a cause and effect hierarchy, the progressive increase in oxygen limitation at extreme temperatures may even enhance oxidative and denaturation stress. As a corollary, capacity limitations at a complex level of organisation, the oxygen delivery system, define thermal tolerance limits before molecular functions become disturbed.     

生物脱氮技术中好氧反硝化细菌的代谢及应用研究进展

微生物脱氮是水体氮素去除最常用的有效方式,具有高效、经济和二次污染小等特点.好氧反硝化细菌的发现是微生物脱氮技术的重要里程碑,为新型生物脱氮领域的研发提供了新出路.当前,探究好氧反硝化细菌的脱氮特性及各环境因子（如碳源种类、C/N、温度、pH、DO、盐度、重金属含量等）在好氧条件下对反硝化过程的影响已成为污染水体氮素逸出的研究热点.通过总结好氧反硝化细菌的脱氮机制、筛选来源和种类、鉴定、脱氮特性与环境影响因素及其在实际含氮污染水体中的应用,结果表明,好氧反硝化细菌种类丰富、存在环境广泛,脱氮效率一般在50%以上;目前,好氧反硝化细菌脱氮机理的研究主要停留在氮的转化方面,对其中心碳的代谢研究以及碳氮比对反应机理的具体影响尚未明确,需要进一步探究;有关好氧反硝化细菌的脱氮特性研究尚处于实验室小试或中试阶段.建议进一步筛选高效菌群,进行碳氮代谢途径研究,优化好氧反硝化细菌固定化技术,并将其应用于实际工程中,减少水体中的氮素污染,对于实现高效、经济的脱氮具有重要社会价值.      

Performance and role of N-acyl-homoserine lactone (AHL)-based quorum sensing (QS) in aerobic granules

The present study investigated the relationship between N-acyl-homoserine lactone（AHL）-based quorum sensing（QS） and the physico-chemical properties of aerobic granules.Stable mature granules were observed in SBR2 and SBR3 with average diameters of 0.96,and1.49 mm,respectively. The sludge densities of aerobic granules in SBR2 and SBR3 were1.0246,and 1.0201 g/mL,respectively,which were higher than that of flocculent sludge in SBR1（1.0065 g/mL）. The results showed that the activity of AHL-based QS in SBR2 and SBR3 amounted to 2.4- and 2.1-fold induction,however,that in SBR1 with flocculent sludge was1.6-fold induction. In addition,the results also showed that the activity of AHL-based QS in the three reactors rose in the feast condition,and then dropped with the consumption of substrate. However,the activity of AHL-based QS in these three reactors recovered again in prolonged starvation. Furthermore,the results showed that the enhancement of AHL-based QS favored the extracellular polymeric substance production of microorganisms in activated sludge. Thus,it could be concluded that aerobic granules showed higher AHL-based QS than flocculent sludge,which resulted from the higher sludge density of aerobic granules than flocculent sludge. AHL-based QS was related to the metabolism energy in the feast condition; however,in prolonged starvation,microorganisms would emit more AHL-like molecules to protect themselves to resist starvation. Moreover,the enhancement of AHL-based QS favored the EPS component productivity of the microorganisms in activated sludge,which contributed to maintain the aerobic granular structure.     

好氧堆肥微生物代谢多样性及其细菌群落结构

好氧堆肥是农业废弃物无害化处理和资源化利用的一条有效途径.为了探究好氧堆肥过程中微生物群落的代谢特征和细菌群落演替现象,了解起关键作用的微生物菌群,通过筛选强降解菌种改善堆肥工艺、提高堆肥效率,采用Biolog法和宏基因组法分析了玉米秸秆和牛粪联合好氧堆肥过程中微生物的碳源代谢能力和细菌群落多样性.结果表明:在第2次翻堆（第14天）时,微生物利用碳源的能力最强,初次建堆时（0 d）和其余翻堆时（第8、20、26天）次之,发酵结束时（第34天）最弱.Simpson、Shannon-Wiener和McIntosh多样性指数表明,建堆时及翻堆时的菌群优势度、丰富度和均匀度均极显著优于好氧堆肥结束.不同好氧发酵时间的微生物群落对同一碳源代谢有差异,同一好氧发酵时间微生物群落对不同碳源的利用率不同.糖类、酸类和醇类是区分好氧堆肥不同时间微生物碳源利用差异的敏感碳源.好氧堆肥不同时间细菌的种类和丰度不同,共享的优势菌门有厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetes）,在第0、8、14、20、26、34天这6个时间内它们的相对丰度之和分别达90.27%、90.34%、94.26%、84.21%、84.31%和77.61%,且6种门类在不同发酵时间的丰度表达存在消长变化状态.研究显示,参与好氧堆肥不同时间的微生物群落在碳源代谢能力上存在多样性,在细菌菌群的种类和丰度上也存在多样性.      

Combined alkaline and ultrasonic pretreatment of sludge before aerobic digestion

Alkaline and ultrasonic sludge disintegration can both be used as pretreatments of waste activated sludge (WAS) for improving the subsequent anaerobic or aerobic digestion. The pretreatment has been carried out using different combination of these two methods in this study. The effect was evaluated based on the quantity of soluble chemical oxygen demand (SCOD) in the pretreated sludge as well as the degradation of organic matter in the following aerobic digestion. For WAS samples with combined pretreatment, the released COD was in high level than those with ultrasonic or alkaline treatment. When combined with the same ultrasonic treatment, NaOH treatment resulted in more solubilization of WAS than Ca(OH)2. For combined NaOH and ultrasonic treatments with different sequences, the released COD were in the order: simultaneous treatment > ultrasonic treatment following NaOH treatment > NaOH treatment following ultrasonic treatment. For simultaneous treatment, low NaOH dosage (100 g/kg dry solid), short duration (30 min) of NaOH treatment, and low ultrasonic specific energy (7 500 kJ/kg dry solid) were beneficial for sludge disintegration. Using combined NaOH and ultrasonic pretreatment with the optimium parameters, the degradation efficiency of organic matter was increased from 38.0% to 50.7%, which is much higher than with ultrasonic (42.5%) or with NaOH pretreatment (43.5%) in the subsequent aerobic digestion at the same retention time.     

新式A/O/A/O型SBR用于同步除磷脱氮的工艺研究

以沈阳建筑大学生活区的生活污水为研究对象,采用A/O/A/O型SBR系统富集反硝化聚磷菌实现同步除磷脱氮,研究温度、pH、不同碳源对同步除磷脱氮效果的影响。试验结果表明:A/O/A/O型SBR系统在厌氧2 h、好氧1.5 h、缺氧1.5 h、好氧0.5 h的方式下运行,成功富集了反硝化聚磷菌。温度为25℃,pH=7.5,以乙酸钠为碳源时,A/O/A/O型SBR系统对COD、TN、TP的去除率分别达到90%、88%和92%,出水效果达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。好氧时间由3 h缩短为2 h,可以节省约33%的能耗。     

好氧颗粒污泥的研究进展

污泥颗粒化(granulation)是指废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下,相互聚集形成一种密度较大、体积较大、体质条件较好的微生物聚集体.按照微生物代谢过程中电子受体的不同,颗粒污泥可分为好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥两类.目前对污泥颗粒化的研究主要集中在两个方面:一方面是从宏观层面探讨颗粒化的形成模式,优化运行参数以达到更好的颗粒化效果;另一方面是从微观层面去研究颗粒化的机理、微生物菌群及其他化学成分在颗粒化过程中所起的作用.本文综述了好氧颗粒污泥近年来的研究进展.主要包括:好氧颗粒污泥的性质(形态及粒径、沉降性能、密度与强度、生物活性、细胞表面疏水性、胞外多聚物等)及结构,颗粒污泥的培养条件、形成机理及影响因素(有机负荷、基质成分、剪切力、沉淀时间、运行周期、进水模式、微生物饥饿期、反应器结构、溶解氧、温度等),以及颗粒污泥的应用(工业废水处理、城市污水处理、有毒污染物降解、脱氮除磷、重金属及放射性核素的去除等).此外,还介绍了全自养颗粒污泥,如硝化颗粒污泥方面的研究.分析表明,随着对好氧颗粒污泥研究的不断深入,将好氧颗粒污泥应用于实际废水处理得到越来越多的关注.好氧颗粒污泥的形成机理、颗粒污泥的微生物特性、颗粒污泥的长期运行稳定性及其工业化应用是今后需要重点关注的研究方向.     

不同温度下高温好氧消化工艺的溶氧特性

为探索ATAD(自热式高温好氧消化)污泥系统中ρ(DO)及其对污泥稳定化的影响,分别考察了在不同消化温度下不同成分污泥(初沉泥、二沉泥和混合泥)的E_h(氧化还原电位)、污泥溶胞效果和污泥稳定化效果. 结果表明:在消化的24 d中,尽管曝气充足,但消化前期E_h仍处于0 mV以下,并且随着消化时间的延长,E_h逐渐升至0 mV以上,说明ATAD工艺系统并不是全程好氧状态,消化前期处于兼氧或厌氧状态,后期才呈好氧状态. 65 ℃下容易使细胞破裂发生分解,污泥上清液中ρ(SCOD)(SCOD为可溶性化学需氧量)和ρ(TP)维持较高值,至消化结束时,ρ(SCOD)仍高达13 708 mg/L,ρ(TP)为126.4 mg/L,ρ(PO₄3+-P)为106 mg/L. 尽管消化前期E_h较低,但在15 d时VSS去除率仍超过38%,满足US EPA(美国国家环境保护局)A级污泥VSS去除率的标准. 消化初期的兼氧和厌氧状态没有减缓污泥达到稳定化,因此在合适范围内减少曝气量有利于ATAD工艺的工程化应用.      

Isolation and characterization of a strain with high microbial attachment in aerobic granular sludge

Aerobic granule is a special microbial aggregate associated with biofilm structure. The formation of aerobic granular sludge is primarily depending on its bacterial community and relevant microbiological properties. In this experiment, a strain with high microbial attachment was isolated from aerobic granular sludge, and the detailed characteristics were examined. Its high attachment ability could reach 2.34 (OD_600nm), while other low attachment values were only around 0.06-0.32, which indicated a big variation among the different bacteria. The strain exhibited a very special morphology with many fibric fingers under SEM observation. A distinctive behaviour was to form a spherical particle by themselves, which would be very beneficial for the formation and development of granular sludge. The EPS measurement showed that its PN content was higher than low attachment bacteria, and 3D-EEM confirmed that there were some different components. Based on the 16S rRNA analysis, it was identified to mostly belong to Stenotrophomonas. Its augmentation to particle sludge cultivation demonstrated that the strain could significantly promote the formation of aerobic granule. Conclusively, it was strongly suggested that it might be used as a good and potential model strain or chassis organism for the aerobic granular sludge formation and development.     

好氧-沉淀-厌氧工艺剩余污泥减量性能和机理研究

探讨了污泥衰减、能量解偶联、低污泥产率厌氧反应对OSA工艺污泥减量作用的影响.结果表明,污泥衰减是由微生物死亡及吸附于污泥表面的颗粒有机物水解酸化和微生物内源代谢2部分组成.间歇试验污泥厌氧过程中,上清液SCOD、NH 4-N、TP浓度均随厌氧时间逐渐升高,OSA污泥厌氧16 h后溶解性蛋白质高达33.09 mg/L,上升幅度高于多糖浓度的变化,证实了污泥水解现象.OSA污泥内源SOUR可达8 mg/(g·h),是CAS污泥内源SOUR的1.7倍以上,说明OSA系统中较高的内源代谢促使污泥减量.污泥衰减是OSA工艺污泥减量的决定性原因,可占OSA污泥减量效果的66.7%左右.间歇实验证实了OSA系统由于厌氧一好氧耦合环境,存在能量解偶联现象,但由于这种作用引发的污泥减量仅占7.5%左右.OSA工艺污泥厌氧池释放的SCOD作为缺氧反硝化、厌氧释磷、硫酸盐还原及产甲烷的二次基质,由于这些厌氧反应污泥产率低于好氧代谢,使得系统污泥产率下降,约有23.5%的污泥减量是源于这种因素.OSA污泥减量是由多方面因素综合作用的结果.     

低浓度辛基酚的好氧生物降解特性和群落多样性

利用摇瓶序批式试验研究了好氧菌群对低浓度辛基酚的生物降解特性和群落特征.结果表明,在辛基酚初始浓度水平为200、100、50μg·L-1的条件下,一级反应动力学常数分别为0.131、0.219和0.431d-1,辛基酚浓度升高显示出一定的代谢抑制作用.在pH值为5～9的范围内,弱碱性条件(pH=8)最有利于辛基酚的生物降解.甲醇、葡萄糖、苯酚、酵母浸出物等有机添加物普遍可以改善辛基酚的生物代谢,其中,苯酚和酵母浸出物的促进效果最明显,在200μg·L-1的初始浓度下,辛基酚降解半衰期从5.3d分别降至3.2d和2.3d.与较高浓度烷基酚类污染物试验结果不同,实验过程中发现的主要优势菌以γ-proteobacteria、β-proteobacteria和Firmicutes为主.     

城市污水处理厂能耗优化数学模型研究

随着城市污水生物处理技术的不断完善,好氧生物处理技术逐渐成为城市污水处理的主导技术。好氧生物处理需要提供足够的氧气以满足微生物的正常生长,而维持供氧设备的正常运行需要消耗大量的电力,电量消耗已成为影响城市污水处理厂费用的主要因素。本文总结了现有的污水处理厂运行费用数学模型,通过实际运行费用和处理效率数据,建立了以处理量Q,BOD5削减量,NH3-N削减量为变量的运行费用数学模型,并分析了影响污水处理厂能耗的主要因素,服务污染物去除效率不断提高的城市污水节能减排目标、需求不断增大的城镇污水减排目标。     

水生植物在微生物燃料电池中的应用研究进展

微生物燃料电池在降解污染物的同时能将污染物中的化学能转化为电能。研究微生物燃料电池是对污水处理过程中回收环境友好能源的多学科交叉探索,可以为我国有效解决能源与环境问题提供新的技术途径。水生植物在微生物燃料电池研究中已得到了应用,显示出了良好的污水净化效果和生物产电特性。目前利用水生植物构建的微生物燃料电池,一类是将高等植物根区作为电池的阳极系统,目的是利用根区分泌物解决MFC的燃料问题;另一类是直接将低等水生植物藻类构建生物阴极型微生物燃料电池,其实质是利用藻类光合作用产氧构建好氧型生物阴极微生物燃料电池而还原CO2。文章对水生植物在微生物燃料中的作用机制、调控措施、运行条件、工艺参数等方面的研究现状进行了综合分析,也提出了需要深入研究的方向。     

生物吸附作用对漂白废水中AOX去除作用的研究

研究了CEH三段漂白废水二级生物处理中好氧及厌氧生物污泥对AOX吸附作用。结果表明,污泥生物吸附符合Langmuir吸附等温式,好氧污泥对AOX的吸附量大于厌氧污泥,污泥对废水中低分子量AOX的吸附量大于高分子量AOX。污泥的解吸实验则表明污泥的生物吸附是一不可逆过程;活性和受抑制的2种污泥的吸附量没有明显差别,其好氧、厌氧污泥的AOX单位碳原子的吸附能仅为0.37和0.38 kJ/mol,表明生物吸附仅是与生物代谢无关的而与分子间爱德华力有关的物理吸附。      

不同水动力条件下间歇微孔曝气对河道底质微生物群落的影响

微孔曝气技术被广泛运用于城市河道治理中,在间歇曝气过程中和曝气停止后微生物群落结构和功能的变化仍不明晰。采用室内模拟试验探究了曝气5 d再静置10 d后,不同水动力条件下水体污染物浓度变化过程以及底质微生物群落结构和功能的响应规律。结果表明:不同水动力条件下间歇曝气过程中和曝气停止后DO均能维持较高水平,但水体污染物浓度在曝气停止后短期内均出现显著性增加,但低流速(v=0.24 m/s)条件下污染物浓度上升最为缓慢。从微生物群落组成方面来看,该现象是由于曝气停止静置10 d后,与有机物代谢相关的氢噬菌属等菌属仅在低流速条件下可成为优势菌属,使得该流速水体中有机物更易降解,污染物浓度上升更为缓慢。从微生物群落功能方面来看,在曝气停止静置10 d后,富营养化水体中的能量代谢、辅酶和维生素代谢等代谢通路更多存在于静止和高流速(v=0.93 m/s)条件下的水体中,解释了这2种流速条件下污染物浓度更高的现象。该研究结果可为通过曝气手段持久性改善河道水质提供理论依据。     

鼓泡和鼓泡-搅拌SBR好氧污泥颗粒化能耗分析

在高径比20的鼓泡SBR和高径比1.2的鼓泡-搅拌SBR反应器中,考察了好氧污泥颗粒化过程中,污泥粒径、分形维数、微生物特性的变化.建立流体动力学模型,对鼓泡和鼓泡-搅拌反应器中好氧颗粒污泥形成前后的能耗进行对比分析,从水力学角度分析2个反应器污泥特性出现差异的原因.结果表明,鼓泡反应器内在表观气速2.0cm/s条件下形成了均值粒径0.604mm,平均沉降速度（24±5.8） m/h,SVI 36.33mL/g,MLSS维持在4500mg/L左右,表面光滑的好氧颗粒污泥.鼓泡-搅拌反应器在搅拌速度300r/min、表观气速1.05cm/s的条件下,成功培养以丝状菌为骨架的好氧颗粒污泥,均值粒径可达1.123mm,污泥的平均沉降速度为（19.6±5.1） m/h,SVI为41.33mL/g,MLSS维持在3300mg/L左右.好氧颗粒污泥形成前后的能耗进行对比分析发现：好氧颗粒污泥培养初期,鼓泡-搅拌反应器因搅拌桨的加入,获得的湍动能远大于鼓泡反应器,约为100倍左右;而好氧颗粒形成之后,鼓泡反应器中上部位置的湍动能明显增加,且湍动能的大小大于鼓泡-搅拌反应器.相比较而言,鼓泡反应器相对节约能量.     

翻堆策略对猪粪沼渣好氧发酵特性的影响

为探究翻堆对好氧发酵过程及产品理化性质的影响,明确沼渣好氧发酵的最佳翻堆策略,开展7组不同翻堆时间和频率的猪粪沼渣好氧发酵试验,分别在好氧发酵高温中、后期和降温前、中、后期进行翻堆1次、2次或3次,对好氧发酵过程中的理化性质和腐熟指标进行分析评价。结果表明:翻堆可延长好氧发酵高温期,加快降温期的降温速度。在高温期和降温期进行翻堆2~3次,能够更有效促进可挥发性固体的降解,提高产品腐殖化程度和种子发芽指数。综合好氧发酵过程的无害化和腐熟度指标,最佳翻堆策略是在高温期后期、降温期中期（T2）和高温期中期、降温期前期（T3）进行翻堆2次。此外,经翻堆处理后好氧发酵20 d即可达到腐熟,因此可将发酵周期缩短至20 d。