庭院垃圾对填埋场甲烷的减量化研究

将熟化时间为24个月和2个月的庭院垃圾分别用于建设0.9 m厚的1#和2#两个生物覆盖层单元,并进行了为期15个月的野外试验,以验证庭院垃圾能否作为生物覆盖层材料用于减少垃圾填埋场甲烷的排放,以及利用同位素和质量守恒方法量化生物覆盖层对垃圾填埋场甲烷的氧化能力.结果表明,两个生物覆盖层对甲烷的氧化能力在建设初期达到整个观测期的最高值,分别为(141±10)g·m-2·d-1和(197±27)g·m-2·d-1,随后生物覆盖单元的甲烷氧化能力随季节交替降低至18~120 g·m-2·d-1和23~70 g·m-2·d-1.试验的中后期,在两个生物覆盖单元中均观测到明显数量的甲烷产出.试验结果表明24个月和2个月熟化时间的庭院垃圾作为生物覆盖填料,均具有较好的甲烷减量化能力,但所含不稳定有机质在厌氧条件下的降解会造成额外的甲烷释放.除此之外,在利用质量守恒方法量化甲烷氧化率时,忽略非甲烷氧化菌的呼吸作用会高估庭院垃圾对甲烷的减量化能力.     

三维荧光光谱结合化学分析评价胞外多聚物的提取方法

采用高速离心法、EDTA法、阳离子交换树脂法(CER)、甲醛法和甲醛 NaOH法提取普通活性污泥和好氧颗粒污泥的胞外多聚物(EPS),结合三维荧光光谱对五种方法进行评价,并对EPS中的成分进行分析.结果表明,5个EPS的三维荧光光谱峰值中,2个是类蛋白峰,2个是类富里酸峰,1个是类腐殖酸峰.匀浆对好氧颗粒污泥EPS的提取必不可少.甲醛严重干扰核酸的化学测定.透析前后的EPS提取液均应作为分析对象.单纯高速离心法无法有效提取EPS.CER法不容易造成细胞破壁,是一种比较有效的方法.虽然甲醛 NaOH法对EPS的提取量最大,但对细胞的破壁程度也最大.EDTA会导致溶胞,并严重污染EPS.甲醛 NaOH法和EDTA法都会严重干扰胞外蛋白的三维荧光光谱分析.     

好氧颗粒污泥生物吸附酸性红B的试验研究

为了考察灭活好氧颗粒污泥(Aembic cranular Siudge,AGS)生物吸附偶氮染料酸性红B(Acid Red B,ARR)的能力,对初始pH值、吸附剂用量、ARB初始浓度以及NaCl浓度等条件对生物吸附的影响进行了批式试验.结果表明,初始pH值是影响ARB生物吸附的最苇要因素,最佳pH值为2.0.平衡吸附量随ARB初始浓度的增加而增加,随吸附荆浓度和NaCl浓度的增加而减少.通过傅立叶红外光谱分析得出AGS上的化学官能团(如胺基、羧基和羟基等)是吸附酸性红B的活性位置.研究表明,灭活ACS可以作为一种低成本的生物吸附剂来去除偶氮染料ARB及类似染料.     

处理垃圾渗滤液好氧颗粒污泥的培养及其脱氮特性

以垃圾渗滤液为试验用水,通过不断增加氨氮负荷(初始氨氮质量浓度从100 mg/L逐渐增加到180 mg/L)、并且适当投加外碳源的策略,在20 d内形成了好氧颗粒污泥,粒径为0.17 ～ 0.20 mm,到第109 d,好氧颗粒污泥粒径达到0.65 ～ 2.10 mm.在培养过程中由于氨氮质量浓度较高,水中游离氨(Free Ammonia,FA)抑制了亚硝酸氧化细菌(Nitrite-Oxidizing Bacteria,NOB)的活性,形成了短程硝化,并在第20～50d、第89～ 109 d发生了同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification,SN D),其中第89～109 d较为明显,在反应器内部C/N比为3.1～3.9情况下,总氮去除率稳定在70％左右.SEM显示好氧颗粒污泥存在大量孔隙,有利于底物输送.对培养过程中第1d、34 d、54 d、79 d、109 d的荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization,FISH)结果进行统计分析,发现氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)分别占总菌量的2.37％、5.54％、7.26％、16.32％、22.33％.冰冻切片FISH结果表明,AOB主要聚集在好氧颗粒污泥的最外层,有利于AOB利用并消耗液相主体中的溶解氧,同时在好氧颗粒污泥内部形成缺氧区,有利于内部实现反硝化.好氧颗粒污泥的粒径越大,内部缺氧区越大,越有利于实现SND.通过对胞外聚合物(Extracellular Polymer Substances,EPS)染色,发现好氧颗粒内部β-D-吡喃葡萄糖的空间分布为外层较多,并随着颗粒孔隙向内延伸,在次外层与内层不均匀分布,这很好地解释了好氧颗粒污泥反应器在好氧的运行方式下,发生SND的途径及碳源的可能来源.研究表明,利用好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液具有较高的氨氮去除率(97％以上),好氧颗粒污泥的形态及结构有利于AOB的富集,同时在其内部储存了碳源,有利于SND的发生.     

不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥的分形表征

为了表征不同碳源培养的好氧颗粒污泥的密实以及规则程度,试验利用不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥SEM照片,采用Photoshop、Fips2对图形进行处理并且对图像进行分形计盒维数的计算.其中,1号(葡萄糖膨胀颗粒)好氧颗粒的计盒维数最低,达到1.794±0.011,3号(蛋白胨颗粒)与5号(生活污水颗粒)的分形维数较高,达到了1.866±0.018和1.880±0.015,较为致密.不同碳源培养的好氧颗粒污泥的边界计盒维数主要分布在1.14左右,其中6号(啤酒颗粒)的形状较为规则,计盒维数达到1.115±0.003,7号(垃圾渗滤液颗粒)污泥的形状最不规则.结果表明,利用二维分形维数能够较好地表征、区分不同好氧颗粒污泥的密实程度、规则程度,并且能够表征好氧颗粒污泥的状态,如膨胀等.分形表征一定程度上弥补其他现有表征好氧颗粒污泥的理化特性方法的缺陷,为研究好氧颗粒污泥的组成、结构及物化特征的关系提供重要依据.     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥形成与反应机制的研究

处理实际生活污水添加不同碳源的A(丙酸钠+乙酸钠)、B(葡萄糖)2个单级SBR中的好氧颗粒污泥(aerobic granularsludge,AGS)均能在常温(18～27℃)和低温(9～13℃)条件下稳定维持同步脱氮除磷的去除效果,利用荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)、多重荧光染色技术以及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)技术对2个反应器中好氧颗粒污泥的菌群、细菌凋亡和胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)的分布以及颗粒污泥的微观形态等进行了研究.FISH结果表明,2个反应器的AGS中,氨氧化菌均位于AGS的最外层,约占总菌的12%,聚磷菌则均位于颗粒的内层,约占总菌的40%,2种颗粒对氮、磷的去除机制没有明显区别,受碳源影响较小.硝化是限速步骤,好氧条件下颗粒内部反硝化除磷的存在加速了吸磷的进行.细菌凋亡荧光染色结果表明,A、B中AGS的活细菌多位于外层,而死细菌均匀分布.EPS多重荧光染色结果表明,2种AGS中的蛋白质和脂类均分布均匀,不受碳源的影响,但蛋白质数量较多,脂类较少;而多糖(α吡喃葡萄糖、α甘露糖和β-D-吡喃葡萄糖)在不同反应器的AGS中呈现出不同的分布规律,表明其分布及含量与外加碳源有着密切的关系,多糖与AGS的形成、稳定维持具有直接的联系.SEM显示B中球菌较多,而A中以杆菌为主,该结果表明不同的碳源会对好氧颗粒污泥的菌种产生影响,并且与最终的去除效果相关,以丙酸钠+乙酸钠为外加碳源更容易维持稳定的同步脱氮除磷去除效果.     

好氧颗粒污泥对水溶液中酸性淡黄2G的生物吸附

利用好氧颗粒污泥对酸性淡黄2G溶液进行吸附脱色研究,考察了pH值、吸附剂用量、初始酸性淡黄2G的浓度、温度以及NaCl浓度对吸附过程的影响.实验结果表明,吸附过程对溶液pH值具有很高的依赖性,其最佳pH值为2.0.Temkin等温线在整个实验染料浓度范围内能够很好地描述吸附过程.吸附动力学符合准二级动力学模型.内部扩散和边界层扩散都可能影响生物吸附速率.热力学分析表明,吸附过程是一个自发的放热过程.采用FTIR分析的结果进一步揭示了颗粒污泥上官能团(如胺基、羧基和羟基等)可能是染料生物吸附的活跃结合位点.这些结果表明,好氧颗粒污泥可以作为吸附剂以去除水中的酸性淡黄2G。     

好氧颗粒污泥同时脱氮除磷实时控制的研究

为实现以厌氧/好氧方式处理生活污水常低温同时脱氮除磷好氧颗粒污泥(AGS)工艺的实时控制,研究了冬季低温条件下磷负荷变化对系统同时脱氮除磷的影响及DO、pH值和ORP的变化规律;并通过静态实验研究了同时脱氮除磷AGS中聚磷菌(PAO)的组成.结果表明,DO、pH值和ORP的特征点对应反硝化结束、厌氧放磷结束、吸磷结束以及硝化结束等阶段,可以作为AGS同时脱氮除磷的实时控制参数.同时脱氮除磷AGS中,以氧作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的14.19%;以氧和NO3--N作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的74.32%;以氧、NO3--N和NO2--N作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的11.47%.在好氧条件下AGS可以实现同时硝化、反硝化、好氧吸磷和反硝化吸磷.     

好氧颗粒污泥在酸性红14废水中的形成及降解酸性红14机理的初步研究

为了考察好氧颗粒污泥在酸性红14(Acid Red 14,AR14)废水中的形成以及降解AR14的能力,在序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)内以蔗糖和AR14为底物培养好氧颗粒污泥.在第I阶段(1～75 d),采用单一好氧的运行方式,好氧颗粒污泥出现在第29 d,粒径为(0.16±0.04) mm.随着反应器内的COD逐步增加,好氧颗粒污泥的粒径逐步增大; 在此阶段AR14脱色率在5%左右,为吸附所致.在第II阶段(75～120 d),采用厌氧+好氧的方式运行,驯化好氧颗粒污泥降解AR14的能力.反应器中AR14的脱色率逐步上升,在第102 d时,脱色率达到89%,并稳定在此水平.在第120 d,污泥质量浓度达到10 548 mg/L,平均粒径也达到了(2.18±0.25) mm.此时好氧颗粒污泥的沉降性能良好,污泥容积指数稳定在38 mL/g.研究表明,可在AR14废水中成功培养获得好氧颗粒污泥且能稳定维持.蔗糖在第II阶段的厌氧反应过程中充当了AR14的共代谢底物,氧化还原电位(Oxidation Reduction Potential,ORP)在此过程中维持在-250～-300 mV,是偶氮染料生物厌氧降解过程的一个重要控制参数.     

SBR 反应器排水高度与直径比对污泥好氧颗粒化的影响

采用实际生活污水,在排水高度与直径比(H/D)分别为1:1 和5:1 的SBR 反应器(编号分别为A 和B)中培养好氧颗粒污泥(AGS),考察H/D 对污泥好氧颗粒化的影响.结果表明, B 反应器仅用16d 便实现了污泥好氧颗粒化,而A 反应器用了36d 才实现污泥好氧颗粒化.2 个反应器均稳定运行了612 个周期(204d),硝化效果良好.粒径分布、污泥形态观察结果表明, B 反应器中所形成的AGS 比A 反应器的粒径更大,结构更密实,更稳定,形态更规则. B 反应器的AGS 多由球菌和杆菌组成,无丝状菌;而A 反应器的AGS 含有大量的丝状菌.在此基础上,探究了H/D、最小沉速、设计沉淀时间等因素之间的相关关系.