提高有机负荷对好氧颗粒污泥形成与稳定过程的影响

本研究在柱形SBR反应器中接种市政污水厂活性污泥,以乙酸钠为碳源,考察了逐步提高进水有机负荷(OLR)对好氧颗粒污泥(AGS)形成的影响,并分析了污泥外观形态、微生物活性与胞外聚合物(EPS)组成的演化规律.结果表明,当进水OLR在3.20~4.84 kg·(m3·d)-1时,污泥粒径的增长速率最快.更高的OLR将导致絮状污泥的大量出现,需辅以应急性排泥,才能保持AGS在反应器中的主导地位.成熟AGS的污泥浓度(MLSS)、污泥体积指数(SVI30)、平均粒径、沉降速率和比耗氧速率(SOUR)分别达到23.9 g·L-1、20 m L·g-1、1.4 mm、102 m·h-1和50.2 mg·(g·h)-1.污泥颗粒化过程不仅使污泥形态发生了根本变化,也显著增强了微生物活性.在此期间,胞外聚合物中PN、PS含量的变化对生物量累积、颗粒生长表现出良好的响应关系.充分发挥EPS组分的指示功能,将有助于优化现有AGS的培养方法.     

水解酸化对好氧颗粒污泥形成及脱氮除磷的影响

为研究水解酸化对AGS（好氧颗粒污泥）的形成及其脱氮除磷效果的影响,分别采用R1+R2两段式[HUSB（升流式水解酸化池）-SBR]和R3一段式（SBR）方式培养AGS,研究了不同基质下形成的AGS的脱氮除磷效果,并通过高通量测序对水解酸化污泥（R1）和R2、R3运行初期（12 d）与运行后期（97 d）的AGS微生物群落结构进行解析.结果表明,当进水基质为葡萄糖时,R1+R2两段式和R3一段式都能够成功地培养出颗粒致密、沉降性能好的AGS.接种活性污泥后的第13天R2反应器中形成粒径为>1.0~1.6 mm的颗粒污泥,而R3反应器仍以絮状污泥为主;颗粒污泥成熟后,R2中AGS的粒径增长至1.0~2.0 mm间,R3的粒径主要分布在>1.0~1.6 mm间.两种颗粒污泥对COD_Cr和NH₃-N均有很好的去除效果,去除率均接近100%.R2对TN和TP的去除率分别为88.5%和72.8%,明显高于R3（67.2%和60.1%）;R2出水ρ（TN）最低可达3 mg/L,ρ（TP）可达1.1 mg/L.高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes门始终是主要菌种;随着好氧颗粒污泥的成熟,R2和R3的Shannon-Wiener多样性指数均显著增加;R2中成熟后AGS的Shannon-Wiener多样性指数最高（5.40）,表现出良好的生物多样性和系统稳定性.研究表明,水解酸化为AGS的形成提供了关键基质,促进了好氧污泥颗粒化,培养出的AGS运行稳定,脱氮除磷效果好,微生物种群丰富.      

同步硝化反硝化耦合除磷工艺的快速启动及其运行特征

以低COD/N生活污水(C/N为3∶1~4∶1)为进水基质,在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),通过逐步降低溶解氧(DO)浓度的方式快速实现同步硝化反硝化耦合除磷.反应器运行20 d后(DO浓度为0.50~1.0mg·L-1),系统出现同步硝化反硝化耦合除磷的现象.在随后运行的40 d里,反应器对废水COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为84.84%、93.51%、77.06%和85.69%;出水NO-3-N和NO-2-N平均浓度分别为4.01 mg·L-1和3.17 mg·L-1.反应器启动运行后期,污泥体积指数(SVI)为55.22 m L·g-1,沉降性能良好,颗粒结构较完整.不同氮源的周期曝气阶段结果表明,对TN的去除率为NH+4-NNO-2-NNO-3-N;对TP的去除率为NO-3-NNO-2-NNH+4-N,反应器主要以同步硝化反硝化脱氮和反硝化方式除磷.     

胞外多聚物在好氧颗粒化中的作用机理

在上流式反应器中培养好氧颗粒污泥,研究胞外多聚物在好氧颗粒污泥中的作用.结果表明,胞外多聚物有机组成中蛋白质与总糖的比值在颗粒污泥形成过程中增加了近2.5倍,它是影响颗粒污泥形成的重要因素.蛋白质与总糖比值增加,则污泥表面负电荷降低、疏水性增加,有利于好氧颗粒污泥的形成和稳定.     

好氧颗粒污泥胞外聚合物（EPS）的生化性研究

将人工培养的好氧颗粒污泥进行饥饿试验,研究EPS的可生化性.结果表明,好氧颗粒污泥EPS是由40%可生物降解EPS和60%不可生物降解EPS组成的,其中可生物降解EPS可作为颗粒污泥自身的能源,而不可生物降解EPS则不行,但其对颗粒污泥的立体结构有巨大作用.将从新鲜好氧颗粒污泥中提取的EPS投加到好氧颗粒污泥和活性污泥中,提取的EPS均可被两者作为碳源利用,且活性污泥对EPS的利用速率是好氧颗粒污泥的1.5倍;而从饥饿好氧颗粒中提取的EPS作为两者碳源时,均没有明显的利用效果,说明不可生物降解的EPS不能作为两者的能源.     

真菌对好氧颗粒污泥稳定性的影响

通过对好氧颗粒污泥中真菌的分离、纯化,得到13株丝状真菌,其中含8种酵母菌、3种霉菌和2种放线菌。进一步鉴定后,选出其中4株真菌分别接入到灭菌后的污泥消化液内,考察其对污泥消化液中有机物的降解特性。研究发现,颗粒污泥内的真菌对消化液中有机物具有较好的降解能力,其最大去除率可达40%。由此表明,丝状真菌不仅能依靠其结构特性增强颗粒污物稳定性,而且可以消除细菌代谢产物在颗粒内的积累,改善颗粒内微生物生态环境,从而提高颗粒污泥的稳定性。     

微塑料PES与2,4-DCP复合污染对厌氧污泥胞外聚合物与微生物群落的影响

考察了聚醚砜（PES）微塑料及2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）对厌氧颗粒污泥疏松胞外聚合物（LB-EPS）和紧密胞外聚合物（TB-EPS）组分的影响,并利用高通量测序技术对厌氧颗粒污泥的微生物群落及基因功能变化进行了分析.结果表明,2,4-DCP以及PES+2,4-DCP实验组COD去除率分别为35%和37%,与空白对照组相比降低了57%和55%;而PES实验组COD去除率仍在90%左右.投加PES+2,4-DCP后,厌氧颗粒污泥LB-EPS中的蛋白及多糖含量与对照组相比出现了降低,TB-EPS中多糖含量增加最少.无论投加PES还是2,4-DCP均会抑制辅酶F₄₂₀的活性.通过高通量测序发现投加了PES或2,4-DCP实验组厌氧颗粒污泥的微生物丰度及多样性均减少.在对照组和实验组中,门水平下优势菌群为Proteobacteria（13.45%~44.47%）、Firmicutes（6.86%~21.67%）和Actinobacteria（3.16%~18.11%）;纲水平下PES+2,4-DCP实验组中β-Proteobacteria含量与对照组相比减少了15.28%,γ-Proteobacteria含量与对照组相比增加了28.44%.基于PICRUSt分析发现PES或2,4-DCP实验组中,污泥中能量代谢功能相关基因比对照组增多了0.25%~0.72%;而2,4-DCP实验组污泥中膜运输功能组相关基因丰度减少明显.     

调控温度和沉降时间实现ANAMMOX颗粒快速启动及其稳定运行

基于常温条件下厌氧氨氧化启动时间较长、生物质含量低的问题,实验拟通过温度控制,在SBR反应器中快速启动厌氧氨氧化颗粒污泥,实现常温低基质条件下稳定运行.结果表明,采取适当升高温度(27℃)再降温的方式,逐渐缩短沉淀时间,能够在常温条件下30 d启动厌氧氨氧化颗粒污泥,颗粒平均粒径达到430μm以上,氨氮及亚硝氮去除率分别为88%和85%左右,总氮去除率达到75%;在低基质稳定运行阶段,氨氮去除率能够达到86%,亚硝氮去除率能够达到98%,总氮去除率达到85%以上; SVI(以MLSS计)稳定在30 m L·g-1,MLVSS/MLSS大于60%,蛋白质(PN)/多糖(PS)稳定在1. 75左右.采取控制温度的方式无需控制进水中的溶解氧可以实现常温低基质厌氧氨氧化颗粒的启动和稳定运行,通过控制进水总氮负荷能够获得较高总氮去除率.     

节球藻毒素对小鼠肝脏微结构的影响研究

作为新型生物毒素,节球藻毒素(NOD)常见于爆发水华的水体中,是泡沫节球藻分泌的具有高肝毒性的次生代谢产物.由于其毒性高、暴露途径广且不易降解而日趋受到人们的重视.为了阐明NOD的肝毒性机理,本研究以模式生物小鼠为载体,研究亚慢性NOD诱导下小鼠肝脏在形态学、病理学上的微结构变化.结果表明,10 μg·kg-1.D-NOD下暴露21 d可诱导小鼠肝脏出现“草莓状表面”的肉眼可见的形态学改变.在H&E染色下,观察到在NOD暴露21d可诱导小鼠肝脏出现微小结节、细胞嗜酸性病变、炎症细胞浸润、慢性淤胆及脂肪病变等病理学现象.当暴露时间延长到28 d时,嗜酸性病变恶化并出现嗜酸小体在TEM观察下,小鼠肝细胞在NOD的诱导下出现肝细胞核皱缩、染色质凝集或边集、线粒体嵴横纹加深及分布散乱、内质网肿胀、核糖体脱粒等现象,并且在胞质中多有观察到微泡性脂肪变性及吞噬小泡.上述变化充分说明,在亚慢性暴露条件下,NOD依然具有强烈肝毒性.引起NOD慢性肝中毒的主要原因是肝细胞嗜酸性病变及炎症的诱发,并在暴露时间延长后进一步恶化,肝板结构破坏更加严重.     

产甲烷改良UASB启动试验及最优水力条件研究

在中温两相厌氧工艺处理玉米酒精废水的基础上,进行产甲烷改良UASB的启动试验和颗粒污泥的培养,考察水力条件对反应器处理效果的影响。试验采用低负荷启动方式,通过增大处理量和提高进水COD浓度逐级提高容积负荷,通过强制内回流控制反应器中水力条件,使产甲烷改良UASB在最佳条件下运行。63 d后反应器中形成的污泥床颗粒化程度高,粒径>0.7 mm的颗粒污泥占82%以上,产气速率和COD去除率分别达到539 L/d和90%,产甲烷改良UASB启动顺利完成;改良UASB作为两相厌氧工艺的产甲烷相可以自行调节其进水pH,启动时pH的人工调节可以在反应器进入颗粒污泥成熟期时停止;反应器的最佳水力条件为:上升流速为0.62 m/h、回流比300%;最优操作条件下产甲烷改良UASB具有良好的抗冲击负荷能力。