Insights into sludge granulation during anaerobic treatment of high-strength leachate via a full-scale IC reactor with external circulation system

In this study, a full-scale internal circulation(IC) reactor coupled with an external circulation system was developed to treat high-strength leachate from a municipal solid waste(MSW)incineration plant, in which anaerobic sludge granulation was intensively investigated. Results showed that the IC reactor achieved excellent treatment performance under high organic loading rates(OLR) of 21.06–25.16 kg chemical oxygen demand(COD)/(m3? day). The COD removal efficiency and biogas yield respectively reached 89.4%–93.4% and 0.42–0.50 m3/kg COD.The formation of extracellular polymeric substances(EPS) was closely associated with sludge granulation. Protein was the dominant component in sludge EPS, and its content was remarkably increased from 21.6 to 99.7 mg/g Volatile Suspended Solid(VSS) during the reactor operation. The sludge Zeta potential and hydrophobicity positively correlated with the protein/polysaccharide ratio in EPS, and they were respectively increased from-26.2 m V and 30.35% to-10.6 m V and 78.67%, which was beneficial to microbial aggregation. Three-dimensional fluorescence spectroscopy(3 D-EEM) and Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR)analysis further indicated the importance of protein-like EPS substances in the sludge granulation. Moreover, it was also found that the secondary structures of EPS proteins varied during the reactor operation.     

厌氧条件下可溶性有机质对汞的还原与氧化作用

在沉积物、湿地和淹水的水稻土中天然可溶性有机质(DOM),如胡敏酸(HA)和富里酸(FA)处于还原状态,其介导Hg(Ⅱ)的还原,影响汞的转化及地球化学循环.本文通过模拟黑暗厌氧环境,研究还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原.结果表明,还原态HA与FA的还原容量高于对照氧化态HA与FA.还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原最佳浓度分别是0. 2mg·L~(-1)和1. 5 mg·L~(-1).而高于最佳浓度时,由于发生巯基竞争性络合作用,抑制Hg(Ⅱ)的还原;特别是还原态HA大于5mg·L~(-1)时,不能还原Hg(Ⅱ)为Hg(0).还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原反应动力学表明:有机碳(DOC)与Hg(Ⅱ)摩尔比DOC∶Hg(Ⅱ)=400∶1时,还原反应速率IHSS-HA FRC-HA FRC-FA;高摩尔比[DOC∶Hg(Ⅱ)=10 000∶1]时,还原态HA对Hg(Ⅱ)的还原反应停止,甚至向相反方向进行.还原态HA与FA对Hg(0)氧化结果表明,当还原态HA与FA浓度分别增加至5 mg·L~(-1)和10 mg·L~(-1)时,样品中检测不到Hg(0),还原态HA与FA对Hg(0)发生诱导性氧化络合作用.在汞的氧化还原与络合作用中,还原态DOM扮演双重角色,影响活性汞的可利用性,进而影响微生物汞的甲基化.     

静压快速启动亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化反应

在序批式反应器(SBR)中接种污水厂厌氧池污泥和深层水稻土的1∶1混合污泥,在阶段性提升基质NO_2~--N浓度的条件下,考察静压条件对亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO)反应快速启动过程的影响,并对N-DAMO反应的主导微生物的丰度变化进行分析.结果表明运行120 d后,常压(R1)和0.3 MPa静压(R2)条件下,都观测到了明显的N-DAMO现象,并且R2的NO_2~--N去除速率达到了36.90 mg·(L·d)~(-1),较R1提高了24%;其4 h内平均脱氮速率(以NO_2~--N计)达到0.10 mmol·(L·h)~(-1),比R1提高了186%.R2中富集得到的污泥粒径约为R1的2倍,比表面积更大,优化了污泥中甲烷的传质情况,有助于N-DAMO反应的进行,且R2污泥的N-DAMO比活性(以N/VSS计)达到了0.29 mg·(g·h)~(-1),是R1的2倍.此外,静压有助于N-DAMO功能微生物Candidatus Methylomirabilish oxyfera(M.oxyfera)的生长,实验结束时R2中M.oxyfera细菌16S rRNA基因的丰度比接种初期提高了22倍,是同阶段R1中的10倍.可见,提高静压能够有效促进N-DAMO反应的启动.     

不同基质浓度对ANAMMOX菌短期储存的影响

在15℃±1℃条件下,将厌氧氨氧化菌混培物分别置于基质浓度为0、60、120 mg·L~(-1)添加比例为1∶1的NH+4-N和NO-2-N环境中短期(15 d)储存,探究不同基质浓度对厌氧氨氧化污泥短期保存及恢复的影响.经过短期储存后进行恢复实验,结果表明,1、2、3号反应器(分别对应0、60、120 mg·L~(-1)基质浓度中储存的厌氧氨氧化菌混培物)中的厌氧氨氧化活性分别下降41. 8%、17. 4%、33. 4.%,1、3号分别由于过度内源呼吸和高基质浓度抑制,导致活性下降较大,2号反应器由于基质浓度相对合适,避免了过度内源呼吸和高基质浓度抑制,使得菌种活性在该基质浓度下保留较好;储存期间,3个反应器内均发生内源呼吸消耗自身有机物的情况,导致EPS含量下降50. 9%、41. 7%、23. 7%和粒径下降31. 6%、16. 7%、8. 2%,表明在基质匮乏期菌体通过内源呼吸的方式维持自身的活性,较高的基质浓度可以在一定程度上延缓内源呼吸过程;在恢复期间,3个反应器分别经过15、10、7 d实现脱氮性能和厌氧氨氧化活性的恢复,表明同菌种增殖富集相比,原系统通过菌种活性增强的方式脱氮性能恢复更快.     

不同运行策略下厌氧氨氧化的脱氮性能

采用厌氧氨氧化反应器(ASBR)处理模拟生活污水,考察低基质比、降温方式及pH对系统脱氮性能的影响.结果表明,温度为30℃时,控制进水NO_2~--N浓度为(30±0.2)mg·L~(-1),基质比(NO_2~--N/NH_4~+-N)由0.9升至1.4,系统NH_4~+-N和NO_2~--N去除率均值分别从54.4%和65.3%升至95.8%和92.5%;当基质比继续升高至1.6时,NH_4~+-N去除率基本不变,而NO_2~--N去除率降至54.6%,即基质比接近理论值1.32时,其厌氧氨氧化脱氮性能较强.当反应温度一次性从30℃降低至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率由97.5%和98.5%分别降至35.2%和40.1%,当采用阶梯式降温方式(30℃→25℃→20℃→15℃)时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别由97.7%和98.6%逐渐降至52.7%和62.4%.控制NO_2~--N/NH_4~+-N为1.4,逐步升高pH由7.7至8.5时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率先增大后减小,当pH为8.3时系统脱氮性能最佳.     

基质比对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

采用厌氧氨氧化反应器(ASBR)处理模拟生活污水,在温度为30℃时,控制进水NO_2~--N浓度为(30.0±0.2)mg·L~(-1),pH为(7.2±0.2),考察了NO_2~--N/NH_4~+-N分别为0.9、1.1、1.3、1.4、1.5和1.6时,对厌氧氨氧化(ANAMMOX)脱氮效果的影响.结果表明,当NO_2~--N/NH_4~+-N为1.4时,出水NH_4~+-N、NO_2~--N及TN的浓度分别为0.8、1.5和7.7 mg·L~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N及TN的去除率分别高达96.2%、95.4%和85.3%,此时脱氮性能最好,与发生厌氧氨氧化时NO_2~--N/NH_4~+-N理论值1.32比较接近.     

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.     

超声波预处理对牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵特性的影响

为了探索超声波预处理提高厌氧发酵产气量的机理、优化超声波预处理工艺及分析超声波预处理的能量效益,利用因子分析法和通径分析研究不同发酵阶段各环境因子对发酵过程的影响,以及发酵初始环境与甲烷产量之间的关系.同时,用响应面优化法优化超声波预处理工艺,并且分析了超声波预处理的能量效益.结果表明,在40 k Hz和0.20 k W下,适宜的超声波预处理能显著提高厌氧发酵总产气量(p0.05),牛粪预处理17.68 min后与玉米秸秆预处理19.94 min混合发酵,甲烷产量最高为177.20 L·kg-1(以TS计),显著高于CK(未经预处理组,p0.05),其能量效益也最高,为1835.14 k J·kg-1(以TS计).超声波预处理通过改变发酵初始环境之间的相互关系和发酵过程环境的主要影响因素来使发酵系统更加稳定从而提高产气量.超声波预处理是一种能量输入的预处理方式,产气量高于CK处理组,但其能量效益不一定大于零.因此,在优化超声波预处理条件时必须对其能量效益进行分析.研究结果能为超声波预处理条件的优化方式提供理论依据.     

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.     

四溴双酚A厌氧共代谢降解性能研究

基于厌氧共代谢原理构建反应器,分析厌氧共代谢强化四溴双酚A（TBBPA）的转化机理.研究发现,当TBBPA浓度为75μg/L时,TOC和TBBPA去除率都达到最高,分别为88.6%和81.7%;当TBBPA浓度为25μg/L时,生物半衰期最低,为21.97h.根据检测到的中间代谢单环产物3,4-二甲氧基苯甲酸甲酯和TBBPA代谢途径分析可推测TBBPA在厌氧共代谢体系中实现了深度降解,且固氮弧菌属和毛球菌属对TBBPA的厌氧生物降解起到了主要作用.