氨氮对餐厨垃圾厌氧消化性能及微生物群落的影响

为探析氨氮（TAN）对餐厨垃圾厌氧消化性能及微生物群落的影响,在串联批次实验中引入氨氮胁迫,结合Miseq高通量测序分析,研究了不同TAN浓度下厌氧消化系统的过程参数响应以及微生物群落动态.结果显示,随TAN增加,甲烷回收率从（96.53±2.66）%下降至（63.13±0.73）%,消化时间从435h延长至915h,连续驯化下,TAN为3000mg/L的实验组产气性能完全恢复,而高氨氮实验组（TAN³6000mg/L）仍处于抑制状态.相较于乙酸代谢而言,长链挥发性脂肪酸（LCVFAs）代谢对TAN的耐受度更高（6000mg/L）,但一旦被抑制,其功能难以通过驯化恢复.从微生物层面上看,高丰度且功能冗余的水解酸化细菌保证了各TAN梯度下的水解酸化作用;氨氮敏感的Methanosaeta和Methanospirillum也能通过驯化被耐氨的Methanosarcina和Methanoculleus取代,从而维持系统产甲烷功能;相比之下,产氢产乙酸菌功能高度专一,仅C₄~C₁₈降解菌Syntrophomonas和丙酸降解菌Pelotomaculum被检测到,在连续的高氨氮暴露下,前者的丰度虽有一定程度的恢复,但后者未能被驯化,最终系统出现以丙酸为主的LCVFAs积累,产气性能恶化.可见, LCVFAs的互营降解才是氨抑制失稳的关键环节.     

瘤胃微生物强化醋糟厌氧消化及其机制

针对醋糟中木质纤维素利用效率低的问题,通过接种瘤胃微生物可强化木质纤维素水解.采用逐步提升体系有机负荷的方式,考察瘤胃微生物生物强化对醋糟厌氧消化性能的提升效果,并运用绝对定量实时聚合酶链锁反应（Q-PCR）技术探究其微生物学强化机制.结果表明:长期连续运行成功塑造了高效的木质纤维素瘤胃强化体系.该体系的最高有机负荷达8.90 g/（L·d）（以VS计）,是强化前的1.53倍,该有机负荷下半纤维素和纤维素降解率分别达73.9%和40.1%,单位质量底物沼气和甲烷产量相应地分别达到451和261 mL/g（以VS计）,半纤维素和纤维素较高的降解率是该体系维持高产气性能的主要原因.生物相机制研究表明,瘤胃微生物强化体系中与木质纤维素水解密切相关的GH5（糖苷水解酶家族5）水解菌逐步富集,其基因拷贝数从初始的964×1010 copies/g升至最高有机负荷下的6.83×1011 copies/g,这是底物在高有机负荷下仍能被高效生物转化的根本原因.研究显示,瘤胃微生物的介入可有效强化体系底物的降解能力,促进醋糟产甲烷性能的提升.      

部分亚硝化-厌氧氨氧化处理磁混凝生活污水

以磁混凝预处理后的生活污水为处理对象,构建了部分亚硝化-厌氧氨氧化分体式反应器,通过曝气调控与生物强化促进部分亚硝化反应的稳定进行,并耦合厌氧氨氧化反应进行深度脱氮.近100d的运行结果表明,在生物强化和间歇曝气的控制条件下,亚硝酸盐积累率达到了89.93%;提高亚硝化反应器中曝气阶段溶解氧浓度（从0.6~0.8mg/L升高至1.0~1.2mg/L）有利于氨氮与总氮去除.该系统最高能够去除95.45%的氨氮和86.28%的总氮,实现了稳定、高效脱氮;磁混凝预处理后的生活污水在亚硝化反应器中,间歇曝气条件促进了残留的溶解性有机物为反硝化提供碳源,COD总去除率达到64.65%~74.42%,并且亚硝化反应器出水与系统最终出水的有机物组分相似,主要为难降解有机物.     

厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物金属元素特性

为探究厌氧氨氧化颗粒污泥胞外金属元素特性,将厌氧氨氧化颗粒污泥根据粒径筛分为0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm 3组,提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物（EPS）,研究EPS金属元素特性.结果表明,蛋白质（PN）是厌氧氨氧化颗粒污泥EPS的主要成分,占EPS含量的84.2%以上.随着粒径的增大,EPS中Na、K、Ca、Mg元素含量均增多,且与EPS中蛋白质含量变化一致.EPS中K、Ca、Mg元素的离子形式占比分别为68.6%、56.2%、94.7%.EPS经过阳离子交换树脂（CER）处理后,0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm组EPS Zeta电位分别减小了4.7,7.2,9.1mV,EPS中的金属离子可通过压缩双电层作用促进颗粒污泥的聚集,金属离子对大粒径颗粒污泥EPS Zeta电位的影响幅度更大.     

维生素B12对厌氧污泥还原降解8:2FTOH的影响

研究了投加生物催化剂维生素B₁₂（VB₁₂）对厌氧活性污泥还原降解8：2氟调聚醇（8：2FTOH）的影响.结果表明,投加VB₁₂能够改变厌氧活性污泥还原降解8：2FTOH的动力学特性并增加其最终去除率,但投加量存在上下限：当VB₁₂投加量≤1mg/L时,8：2FTOH最终去除量无显著增加;当VB₁₂投加量≥5mg/L时,8：2FTOH最终去除量也不再持续增加.投加所有剂量的VB₁₂均可显著增加8：2FTOH的最终脱氟率.投加VB₁₂对厌氧活性污泥还原降解8：2FTOH去除率和脱氟率的影响并不一致.此外,投加较高浓度的VB₁₂可以抑制厌氧污泥还原降解8：2FTOH过程中多氟代化合物等中间降解产物的积累,提高全氟代化合物等终态降解产物的产率,同时有利于增加8：2FTOH的矿化脱氟率,但却导致了更低的总物质的量回收率.     

基于氨氮,硝氮及乙酸条件下Anammox菌的培养

为探讨Anammox菌在氨氮、硝氮及乙酸条件下的富集特性,采用某城市污水处理厂A²/O系统中的生物填料作为MBBR的载体直接启动并运行.结果表明,在NH₄⁺-N、NO₃^--N及乙酸为基质的培养条件下,Anammox菌可在部分反硝化和厌氧氨氧化协同作用下快速富集.经过130d的富集培养,MBBR处理负荷（以N计）达到920.79mg/（m²·d）,Anammox活性（以NH₄⁺-N计）达到3 018.19mg/（m²·d）.高通量结果显示,经富集培养后,Ca.Brocadia占比从0.89%增至27.80%,为Anammox菌的主导菌属;Thauera占比从0.01%增至6.75%,Flavobacterium占比从0.29%增至11.72%,为部分反硝化菌的主导菌属.     

不同DN与PN-ANAMMOX耦合工艺处理中晚期垃圾渗滤液的微生物群落分析

为了推进厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX）脱氮工艺在垃圾渗滤液处理方面的应用,在某垃圾填埋场建立了不同反硝化（denitrification,DN）与短程硝化-厌氧氨氧化（partial nitrification-ANAMMOX,PN-ANAMMOX）耦合模式的中试反应器处理垃圾渗滤液,探讨其耦合模式对脱氮及微生物群落结构的影响.结果表明DN+（PN-ANAMMOX）工艺可以将DN耦合入PN-ANAMMOX进行脱氮,但随着渗滤液中有机物浓度的增加,DN+（PN-ANAMMOX）工艺的PN区的需氧量增加,Nitrosomonadaceae科菌的富集受到限制.而NO₂^--N的供给不足进一步导致ANAMMOX区Brocadiaceae科微生物的富集也受到限制,总氮去除速率（total nitrogen removal rate,TNRR）停留在0.44 kg ·（m³ ·d）^-1.而在DN-（PN-ANAMMOX）工艺中,具有反硝化能力的Saprospiraceae科菌在DN区富集,有机物主要在DN区被降解去除,为后续PN-ANAMMOX提供了良好的低碳环境.Nitrosomonadaceae科及Brocadiaceae科菌在相应的PN区及ANAMMOX区得到富集,反应器的TNRR和总氮去除率（total nitrogen removal efficiency,TNRE）也进一步提升至0.55 kg ·（m³ ·d）^-1和94.65%,实现了对NH₄⁺-N和有机物浓度分别为2233 mg ·L^-1和2712 mg ·L^-1渗滤液的直接处理.其中Candidatus Kuenenia菌更能适应高基质浓度的渗滤液水质,成为ANAMMOX区的优势菌属.     

剩余污泥与餐厨垃圾协同厌氧发酵实现电能需求导向的沼气供应情景分析与仿真研究

探讨了将德国电能需求导向沼气供应模式应用于中国污水厂的剩余污泥和餐厨垃圾协同厌氧发酵系统,以实现根据污水厂电能需求即时调控沼气输出,从而提高沼气利用效率的目的.首先综述了电能需求导向的沼气供应模式在国内外的研究进展,在此基础上提出了一种新型的电能需求导向沼气供应模式实现情景,并利用系统动力学模型模拟了沼气生产及发电系统在此情景下的运行,通过系统的净现值作为观测指标与传统的实现情景进行对比以验证其经济性优势.最后,选取我国某污水厂为典型案例验证了本研究所提出模型,并总结了本研究的不足,为进一步研究奠定了基础.     

Fe3O4对厌氧处理系统的强化作用研究

投加Fe₃O₄能够在一定程度上强化有机物的厌氧降解过程,而进水有机负荷是影响厌氧系统处理效率的重要因素.本研究通过分阶段提升进水有机负荷,对比考察了Fe₃O₄的加入对UASB厌氧反应器运行效能及污泥性质的影响.结果表明,当有机负荷低于3.2 kg·m^-3·d^-1时,两反应器内有机物厌氧水解效率并无显著性差别.而当有机负荷提升至6.4、12.8、25.6 kg·m^-3·d^-1时,Fe₃O₄对有机物厌氧水解效率表现出一定的促进效果,且有机负荷越高,Fe₃O₄对厌氧水解的促进效果越显著.与此同时,Fe₃O₄对厌氧产甲烷过程也表现出明显的促进作用,在有机负荷分别为1.6、3.2、6.4、12.8、25.6 kg·m^-3·d^-1时,添加Fe₃O₄的反应器中平均甲烷产率分别为对照组的3.55、2.37、1.26、1.16和1.06倍.这一现象表明Fe₃O₄对产甲烷过程的促进效果与有机负荷密切相关,且有机负荷越低,Fe₃O₄对厌氧产甲烷效率的增强作用越明显.此外,本研究还分析了运行过程中污泥粒径和胞外聚合物的变化,发现Fe₃O₄的加入可以有效促进厌氧污泥颗粒化进程.     

OLR对ABR沿程格室甲烷发酵特征的影响

为高效处理玉米淀粉生产废水,启动并持续运行了一个四格室厌氧折流板反应器（ABR）,通过分阶段提升进水COD的方法,探讨了有机负荷率（OLR）对ABR运行效能的影响,并采用间歇培养方式考察了OLR对沿程格室中不同营养类型产甲烷菌群活性的影响.结果表明,在OLR分阶段从2.7提高到8.0 kg·m^-3·d^-1的过程中,ABR前两个格室（C1和C2）始终呈现出典型的产酸发酵特征,其污泥的有机挥发酸（VFAs）比产率为0.54~0.76 kg·kg^-1·d^-1（以每天每千克MLVSS产出的1千克有机挥发酸计,下同）,而后两个格室（C3和C4）则表现出典型的产甲烷特征,其污泥的比产甲烷速率达98 L·kg^-1·d^-1（以每天每千克MLVSS产出的1升甲烷计,下同）以上.活性污泥产甲烷活性测试结果表明,当OLR为2.7~8.0 kg·m^-3·d^-1时,C3中的氢营养型产甲烷菌群保持了较高的产甲烷活性,其最大甲烷产量（P_max）和最大比产甲烷速率分别达到了20.4 mL和16.5 mL·g^-1·h^-1（以每小时每克MLVSS产出的1毫升甲烷计,下同）以上.乙酸营养型产甲烷菌群的累计甲烷产量由大到小依次为：C3 > C4 > C1 > C2.经过144 h的培养后,C3中乙酸营养型产甲烷菌群的累计甲烷产量为15.1~15.2 mL,最大比产甲烷速率为10.0~10.8 mL·g^-1·h^-1.