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.     

长期侧流提取对EBPR系统除磷及其磷回收性能的影响

实验采用交替厌氧/好氧(An/O)运行模式的SBR反应器,考察310 d内分3个批次提取侧流比为0、1/4、1/3、1/2的厌氧放磷上清液后EBPR系统的脱氮除磷效果及相应的磷回收性能.结果表明,整个实验阶段系统对COD和氨氮的去除较为稳定,出水均能满足《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准,总氮去除因厌氧阶段反硝化不断增强有所提升,达标率由88.2%显著上升至98.6%.然而,随着厌氧上清液提取次数的增多,系统释磷能力整体下降,但前两个批次中系统除磷均稳定高效,去除率在90%以上,相应地出水磷达标率大于75%,仅第3批次实验中侧流比为1/2时系统除磷率出现大幅波动,最低降为54.2%,并贡献该批次出水磷不达标率的60%,说明长期提取1/2侧流比不利于主流工艺出水稳定维持.研究还发现,长期进行侧流磷回收实验有利于污泥减量,且对污泥沉降性能影响不大.因此,在EBPR系统内长期提取适当侧流比的厌氧上清液以进行磷回收与主流工艺同步高效脱氮除磷具有可行性.     

林可霉素菌渣堆肥微生物群落多样性分析

本试验以林可霉素菌渣-猪粪为原料、污泥-猪粪堆肥作对照,研究了林可霉素菌渣堆肥过程中残留林可霉素的降解情况,并基于Illumina Mi Seq高通量测序分析了林可霉素菌渣堆肥过程中微生物菌群的变化.结果表明:通过堆肥处理可以大幅度降解林可霉素菌渣中残留的林可霉素,经过33 d的堆肥处理后,林可霉素的残留量从最初的1 800 mg·kg-1降到483mg·kg-1,降解率高达73%.同时高通量测序结果表明,由于高含量的林可霉素残留,在堆肥初期和高温期林可霉素菌渣堆肥中细菌群落的分布丰度和多样性指数均低于污泥-猪粪堆肥,但真菌群落丰度和多样性均高于污泥-猪粪堆肥.林可霉素菌渣堆肥中细菌主要以Paucisalibacillus、Cerasibacillus、Bacillus、Virgibacillus、Ureibacillus、Paenibacillus、Sinibacillus属为主,而污泥-猪粪堆肥中主要以Truepera、Actinomadura、Pseudosphingobacterium、Pseudomonas、Luteimonas、Ureibacillus属为主,两者堆肥中微生物群落结构存在显著差异.随着堆肥进入腐熟期,林可霉素残留大幅度降解,抗生素对微生物的胁迫减小或解除,林可霉素菌渣-猪粪堆肥和污泥-猪粪堆肥相比,无论是细菌还是真菌,其微生物群落已逐渐趋同.表明堆肥处理可以大幅降解林可霉素残留,增加微生物多样性,有利于实现林可霉素菌渣无害化处理和资源化利用.     

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.     

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.     

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.     

基于铁锰泥的除砷颗粒吸附剂制备及其比较

地下水除铁除锰滤池反冲洗铁锰泥具有良好的除砷效果,但因其粉末形态不易固液分离,本文采用高温烘焙法和包埋法以铁锰泥为原料制备颗粒吸附剂,其中包埋法采用烘干和冻干两种干燥方法制粒.结果表明,3种颗粒吸附剂:高温烘焙颗粒吸附剂(GA)、包埋烘干吸附剂(H-GA)和包埋冻干吸附剂(D-GA),表面粗糙,比表面积分别为43. 830、110. 30和129. 18 m~2·g~(-1).吸附实验表明,H-GA和D-GA对砷的吸附远大于GA,GA、H-GA和D-GA最大吸附量分别为5. 05、14. 95和13. 45 mg·g~(-1). Langmuir模型能更好地拟合H-GA和D-GA对砷的吸附,Freundlich模型更好地拟合GA的吸附过程,准一级动力学和准二级动力学模型均能拟合3种吸附剂的动力学数据.酸性环境更有利于砷的吸附.包埋法制备的颗粒吸附剂H-GA和D-GA保留了铁锰泥原始结构,比表面积也远大于GA,因此吸附效果比GA好.两种干燥方式烘干和冻干对吸附没有明显影响.     

信号分子在好氧颗粒污泥形成过程中的作用

采用人工配水成功培养好氧颗粒污泥,针对絮状污泥颗粒化过程中污泥的理化性质、污染物去除效率、胞外聚合物和信号分子变化进行相关分析.结果发现,在好氧颗粒污泥的形成过程中,污泥对污染物去除能力明显提高.与接种污泥相比,成熟的好氧颗粒污泥对COD、NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除率分别提高20%、36%和57%.好氧颗粒污泥中胞外蛋白质和多糖含量分别增加了116和31mg/gMLVSS.采用激光共聚焦扫描显微镜对接种污泥和好氧颗粒污泥进行空间表征,发现后者蛋白质含量明显增加,说明蛋白质在污泥颗粒化过程中具有重要作用;磷酸二酯酶活性总体呈现上升趋势,第二信使环二鸟苷酸（cyclic diguanylic,c-di-GMP）含量先增加后降低,与胞外聚合物中蛋白质和多糖的变化规律相似.通过SPSS软件进一步分析得知,c-di-GMP与蛋白质相关系数R²=0.92871,呈极显著相关性;与紧密结合型胞外聚合物中蛋白质相关系数R²=0.89025,呈显著相关性,推测c-di-GMP可能是通过指导紧密结合型胞外聚合物中的蛋白质合成以促进好氧颗粒污泥的形成.     

c-di-GMP在低温好氧颗粒污泥形成过程中的作用

在低温条件下运行好氧颗粒污泥反应器,絮状污泥颗粒化过程中信号分子可通过传导作用引起各层物质之间的组分变化,通过研究胞外聚合物及污泥相关疏水性的变化规律,并观察此过程中微生物菌群的群落演替特点,揭示环二鸟苷酸（c-di-GMP）在低温好氧颗粒污泥形成过程中的变化规律与影响作用.结果表明：接种污泥在颗粒化过程中,胞外聚合物含量从48mg/gMLVSS增长至139mg/gMLVSS,其中以TB层蛋白质增长为主,在颗粒化过程中,c-di-GMP含量由62μg/gMLVSS增至600μg/gMLVSS,始终影响微生物运动及生物膜形成,促使具备胞外聚合物分泌功能的菌群加快分泌胞外聚合物,促进好氧颗粒污泥的形成.各个阶段污泥中微生物种群存在较大差异,在反应器运行初始阶段与c-di-GMP合成相关的菌群占据优势,同时在后期表现出较好的脱氮除磷能力,在低温条件下好氧颗粒污泥微生物菌群发生演替并最终形成稳定的菌群结构.     

针铁矿强化剩余污泥与烟草废弃物厌氧发酵的研究

以剩余污泥和烟草废弃物为研究对象,探究了针铁矿对有机物厌氧消化产甲烷的影响.针铁矿投加能提高消化产气率至359.4mL/g,显著高于空白对照组.针铁矿有助于混合气体中甲烷含量的升高并减少CO₂的体积分数.针铁矿利于剩余污泥和烟草废弃物共消化过程有机物溶出,纤维素减量,从而为产甲烷古菌提供充足的消化底物.针铁矿利于酸化代谢过程,在针铁矿投加组中挥发性脂肪酸的最大产量仅为56.2mg/g,显著低于空白组,此外针铁矿促进丙酸的合成.针铁矿促进乙酸降解,在消化第1d,针铁矿投加实验组中乙酸降解率高达65.5%,较高于空白组中的56.6%.酶活性分析表明针铁矿促进水解,酸化及产甲烷过程关键酶.Methanothrix和Methanobacterium是产甲烷阶段重要微生物,454高通量测序表明针铁矿提高Methanothrix和Methanobacterium的相对丰度至59.6%和23.5%,显著高于空白对照组.