污水生物处理中抗生素的去除机制及影响因素

环境中的抗生素污染日益严重,其诱导产生的抗生素抗性成为人类健康的重大威胁.通过对世界多地污水处理厂进、出水中抗生素浓度水平的文献调研汇总,发现当前的污水处理工艺不能实现抗生素的有效去除.吸附和生物降解是污水中抗生素的主要去除途径,因此本文深入地分析了吸附的作用机制和不同种类抗生素吸附程度的差异;从生物降解性能、降解菌和降解产物等方面分析抗生素在污水生物处理过程中的生物降解作用;分析讨论了水力停留时间、污泥停留时间、温度和工艺选型(传统活性污泥法、膜生物反应器和生物脱氮工艺)等污水生物处理工艺的运行条件对吸附和生物降解途径的影响,进而解析对抗生素去除效果的影响.菌群组成、生长基质供应情况和微污染物共存情况等因素对污水生物处理中抗生素迁移转化的影响需要更深入地研究.     

高含固污泥厌氧消化中蛋白质转化规律

采用剩余污泥在含固率(total solid,TS)为12%条件下进行中温(37℃)厌氧消化,通过分析厌氧消化前后污泥蛋白质组分的变化情况,研究了高含固污泥厌氧消化中蛋白质的转化规律,探讨了高含固条件下污泥蛋白质转化效率较低的原因.结果表明,经过45 d的厌氧消化处理,污泥蛋白质的转化率为34.26%.污泥蛋白质转化效率较低的原因主要表现在:(1)高含固条件下污泥的传质较差;同时,污泥蛋白质经水解过程形成大量的氨氮,反应结束后污泥总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)质量浓度达到1 201 mg·L~(-1),导致对厌氧消化过程,尤其对蛋白质的分解表现出一定的抑制作用;(2)三维荧光光谱(three-dimensional fluorescence spectroscopy,3D-EEM)分析表明,部分蛋白质向腐殖质类、富里酸类物质转化,从而更难分解;(3)通过二维电泳(two-dimensional electrophoresis,2-DE)-质谱(mass spectrometry,MS)分析发现,厌氧消化后污泥蛋白质的相对分子质量和等电点(isoelectric point,p I)降低;最终,污泥中残留的大部分蛋白质来源于微生物体内.由于微生物代谢能力随着厌氧消化过程的进行而减弱,难以继续利用这些蛋白质,或消化体系中不具备分解这些蛋白质的酶,从而限制了污泥中蛋白质的分解效率.     

pH对污泥厌氧消化过程中抗生素降解迁移的影响

抗生素作为一种新型污染物,可随着城市污水厂中污泥的处理处置单元最终进入环境中,对人类健康造成潜在威胁.以城市污水厂的剩余污泥为研究对象,考察在不同初始p H(p H=5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5)条件下,12种抗生素在污泥厌氧消化过程中降解迁移的规律.结果显示,p H为7.5时,总抗生素去除率最高,为55.7%;p H为5.5时,总抗生素去除率最低,仅为21.7%.厌氧消化后,抗生素明显由固相向液相迁移,且总抗生素去除率与其固相迁移至液相的抗生素含量显著相关.     

不同培养方式下絮状污泥颗粒化特性和灰色关联度分析

为探索好氧颗粒污泥形成机理,开展了不同培养方式下絮状污泥颗粒化特性研究.选取3种培养方式:人工配水培养、海藻酸钠强化培养和农村模拟污水培养,利用灰色关联分析法,对比3种不同培养方式下,污泥颗粒化过程中各影响因素灰色关联度系数,筛选好氧颗粒污泥培养的关键因素.研究发现,人工配水培养方式下经过40 d成功出现好氧颗粒污泥,投加海藻酸钠强化培养方式下经过20 d出现好氧颗粒污泥,农村模拟污水经过55 d培养出好氧颗粒污泥.3种培养方式下出现的好氧颗粒污泥均具有密实的结构和较好的沉降性能,同时可实现对污染物的高效去除.利用数据处理系统(Data Processing System,DPS)对各影响因素的灰色关联度进行分析,发现不同培养方式下污泥颗粒化过程中起主导作用的影响因素并非唯一,水力停留时间和胞外聚合物在各培养方式中均具有较高的关联度系数,对好氧颗粒污泥的形成具有关键作用.     

温度和储存基质对储存后厌氧颗粒污泥特性的影响

温度和储存基质是颗粒污泥储存过程中的重要控制因子.本文选取某IC反应器内典型厌氧颗粒污泥(AGS)为对象,研究了温度和储存基质对储存后AGS理化性质、结构特征和菌群结构的影响.结果显示,常温(20℃)和添加基质可减缓储存过程中AGS粒径下降,维持形状稳定.中温(35℃)利于削减储存液中积累的酪氨酸、色氨酸等芳香性氨基酸,但会增加难降解腐殖酸类物质积累.中温条件适于短期储存(1.5个月)过程中维持颗粒污泥结构稳定,而常温适于长期储存(3个月).不同条件储存后,污泥中的优势菌群在门水平和属水平相似,分别为Chloroflexi、Bacteriodetes、Euryarchaeota、Hyd24-12和Anaerolinea、Bacteroidales、T78、Methanobacterium、Methanosaeta.但功能菌群受温度影响变化显著,常温条件下产甲烷菌群相对丰度下降至2.70%~3.00%,而发酵菌群丰度提高至65.90%~67.40%.中温和基质对污泥菌群结构影响较小.综合而言,常温利于维持AGS理化性能和结构稳定,中温利于维持菌群活性和结构稳定,基质添加利于增强AGS的综合性能,但效果不显著.     

污水磷回收新产物——蓝铁矿

渐行渐近的磷危机使磷回收从理论已经走向实践.磷回收产物形式很多,但经济、具有高附加值的产物才能驱动企业自愿实施.在污水处理生物污泥中新近发现的蓝铁矿(Vivianite,Fe_3(PO_4)_2·8H_2O)沉淀物因潜在的特殊用途以及经济价值而备受关注.自然界,蓝铁矿广泛存在于地表水体沉积物中,是一种非常稳定(K_(sp)=10~(-36))的磷铁化合物.决定蓝铁矿生成的条件除富铁、富磷之内在因素外,还需要环境中存在合适的还原性条件(ORP-300 mV)以及中性上下的pH条件(6～9).实践中,污水或污水处理过程中有时刚好存在蓝铁矿形成的内、外在条件,荷兰污水处理厂在生物污泥中便检测发现有蓝铁矿物质的存在.为推动蓝铁矿基础及其应用研究,本文综述蓝铁矿化学性质、经济价值及回收潜力;分析pH、ORP、微生物、硫化物等环境影响因素;辨析其在生物污泥中的生成路径;提出从污泥中分离、提纯蓝铁矿的研发思路.     

三段A/O工艺处理发制品产业集聚区综合废水

利用三段A/O工艺作为发制品产业集聚区综合废水生物处理单元,探讨了不同进水流量分配比和污泥回流比下COD、TN、PO₄^3--P的去除性能和微生物群落特征.结果表明,在进水流量分配比60%：25%：15%、污泥回流比75%、缺氧区与好氧区容积比1：1、SRT 20d、HRT 16h条件下,三段A/O工艺处理综合废水后出水TN平均浓度14.85mg/L,COD浓度低于40m/L;此时PO₄^3--P去除率达到最大值,为56.21%.参与处理综合废水的主要门水平微生物Proteobacteria和Bacteroidetes的相对丰度是45.63%~60.13%和16.65%~30.55%.Denitratisoma、Thauera、uncultured-f-Saprospiraceae和Sulfuritalea等优势菌属相对丰度的增加,是三段A/O工艺TN去除率随第一分段进水流量分配比增大或污泥回流比降低而提高的本质体现.     

钢铁行业不同物料的二英生成分布及机理探讨

钢铁行业是我国二噁英的第一大排放源,但对不同钢铁生产过程二英的生成排放认识有所欠缺.本文系统探究了钢铁行业不同物料的二噁英生成能力和同系物分布特征.结果表明,烧结飞灰的二英生成能力最强,而烧结生料生成二噁英能力最弱.3种污泥(连铸、热轧、冷轧)和烧结生料的二英生成途径相似,4种飞灰(电炉、转炉、高炉一次、高炉二次)之间也有相似的二英生成途径,而烧结飞灰则与其他物料均不同.所有物料中,有毒2,3,7,8-PCDD同系物之间存在极强的相关性,且氯酚合成二噁英路径也被发现存在于钢铁生产过程中.     

曝气量对颗粒污泥制备生物柴油的影响

以处理葡萄糖废水的好氧颗粒污泥为研究对象,考察了不同曝气量对颗粒污泥的菌群结构以及后续制备生物柴油的影响.研究结果表明,不同曝气条件下的颗粒污泥形态以及细菌,真菌的菌群结构存在明显差异,曝气量为167L/（min·m³）时,丝状真菌比例最高（8.57%）,且单位生物量的生物柴油产量也最高,达到（48.62 ±1.36）mg/g SS.不同曝气条件下形成不同菌群结构的颗粒污泥,不仅影响了污泥制备生物柴油的产量,其组分也存在明显差异.曝气量为167L/（min·m³）条件下,亚油酸甲酯（C18：2）大幅增加,这可能与该条件下颗粒污泥中出现的酵母菌Dipodascus有关.由此可见,在实际工程中可以通过控制曝气量来提高生物柴油产量和调节其组分结构.     

流体流速对好氧颗粒污泥快速培养的影响

针对好氧颗粒污泥的快速培养,研究了流体流速对好氧颗粒污泥形成特性的影响机制.由于反应器构型的差异,造成水力剪切力与流体特性的不同,从而对好氧颗粒污泥的形成产生较大影响.研究表明,在圆筒式SBR反应器中接种厌氧活性污泥,在36d时培养得到了成熟的颗粒,与挡板式反应器相比提前了4d左右,且MLSS提高了16.2%,达到5023mg/L;颗粒也更加致密,SVI达到45mL/g,远好于挡板式SBR反应器（序批式反应器）的SVI 63mL/g.原因是与挡板式SBR反应器相比,圆筒式SBR反应器的平均液相流速更高,气泡分布更均匀,水力剪切力更强.因此圆筒式SBR反应器培养好氧颗粒污泥的时间较短,污泥颗粒化的速度提高,得到的颗粒污泥更加紧凑密实.