百乐克(BIOLAK)活性污泥宏基因组的生物多样性及功能分析

百乐克(BIOLAK)是一种在全球范围内得到成功推广的多级活性污泥工艺,然而,迄今对于百乐克工艺的核心元件——活性污泥的生物群落及其功能尚鲜见报道.以连云港市大浦工业区废水处理厂为例,借助于新一代高通量测序技术,获得百乐克活性污泥中大规模的宏基因组数据(428 588条高质量DNA序列).鉴定出47个门类、872个属及1 351个物种.细菌域(289 933条序列)中包含33个门,其中变形菌门Proteobacteria是生物量最丰富的门(62.54%),其次是拟杆菌门Bacteroidetes(11.29%)、硝化螺旋菌门Nitrospirae(5.65%)和浮霉菌门Planctomycetes(4.79%),显示这些生物类群在百乐克废水处理系统中发挥着关键作用.在748个细菌属中,硝化螺菌属Nitrospira(5.60%)最为丰富,为活性污泥氮循环过程中的关键菌群.其次为芽单胞菌属Gemmatimonas(2.45%),是生物除磷过程的重要菌属.在古菌域(1 019条序列)中鉴定出3个门及39个属.在真核域(1 055序列),鉴定出10个门及60个属,其中,纤毛虫门Ciliophora是最大的门(257条序列).同时,检测到448条病毒序列,主要为噬菌体.在百乐克活性污泥中,参与氮、芳香化合物和磷代谢的功能基因比例分别为2.50%、2.28%和1.56%,均高于美国和澳大利亚两个废水处理厂活性污泥中功能基因的比例.在氮代谢的4个过程中,反硝化相关基因所占比重最高,达到80.81%,其次是氨化(12.78%)、硝化(4.38%)和固氮(2.04%).总之,在百乐克活性污泥中蕴藏着惊人的生物多样性,同时,参与氮、芳香化合物和磷代谢的功能基因非常丰富.     

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.     

污泥干化使重金属形态变向稳定的原因分析

在模拟条件下对不同类型污泥进行连续干化,研究了不同干化温度下污泥重金属存在形态的分布特征.同时,通过测定污泥含水率、密度、温度和电导率等物性参数,分析了污泥干化过程重金属形态向稳定态转变的原因.结果表明,污泥中重金属存在形态的分布特征因污泥类型及来源不同而具有明显的差异;污泥干化过程可以使酸溶态、可还原态和可氧化态重金属向残渣态重金属转变;干化过程中污泥物性的改变和部分有机质和硫化物的分解是引起污泥重金属存在形态发生变化的主要原因.研究结果对于深入了解污泥中重金属的环境地球化学行为具有重要的理论意义,同时还可为污泥无害化、减量化和资源化的最终处理提供科学依据.     

反硝化颗粒污泥在纳米零价铁胁迫下的性能恢复

为探明纳米零价铁(nZVI)对反硝化颗粒污泥(DGS)潜在的胁迫效应,本研究通过连续多批次实验,考察了经历n ZVI短期冲击后,DGS反硝化活性在不同C/N比条件下的恢复情况.结果表明,当nZVI投加量高于5 mg·L~(-1)时,DGS比反硝化速率(μ)会出现下降,对应的比反硝化抑制率(IR)与基质C/N比、nZVI投加量呈现正相关.当nZVI投加量达到100 mg·L~(-1)时,胞外蛋白与多糖含量均明显降低.此时,充足的外加碳源(C/N≥4)将有助于促进DGS反硝化活性的恢复和减少去除单位硝态氮所消耗的COD值.由Freundlich和Langmuir吸附等温线的拟合结果可知,基质C/N比越高,DGS对n ZVI的吸附能力就越强.在恢复期内,泥相中总铁含量(Qe)的持续削减为高C/N比条件下,DGS反硝化活性的提升创造了有利条件.当Qe降至0.4 mg·g~(-1)以下时,μ值可达到或接近对照组的水平.     

嗜酸硫氧化菌株的分离及其在污泥生物脱毒中的应用

以元素硫为底物,采用选择性液体培养基加富培养继以稀释平板法直接从污泥中分离出一株嗜酸硫氧化菌株SS-3.该菌株能将硫粉或硫代硫酸盐氧化成硫酸或硫酸盐,但不能氧化二价铁.序批式生物淋滤试验结果表明,接种该菌株并添加硫作为底物可有效加速污水污泥中重金属的溶出.经过15 d的生物淋滤,Cr,Cu,Zn的去除率可分别达到66.8%,95.4%,100%.      

秸秆发酵产氢的影响因素研究

以加热预处理的厌氧活性污泥为接种物,以秸秆（稻草、麦杆）为发酵底物进行微生物产氢实验,研究了不同秸秆粒径、纤维素酶用量、预处理方法、发酵液pH值对秸秆发酵产氢速率以及产氢气量的影响.其中颗粒粒径为170 μm的稻草经过NaOH预处理,按照底物与纤维素酶用量1∶1的比例酶解,进而发酵产氢的单位总产氢量为90.5 mL/g,最大单位产氢速率为0.58 mL/(h·g).     

污水处理厂污泥中磷的回收

磷是一种不可再生而又面临枯竭的重要资源。为控制水体富营养化,污水处理厂采用生物除磷脱氮工艺把污水中的磷转移到污泥中以除去;由此形成富磷污泥,为实现污泥磷回收创造了条件。并介绍了三种从污水处理厂剩余污泥中回收磷的工艺:污泥水解回收磷的工艺(KREPROProcess和Cambi-KREPROProcess)和从污泥焚烧灰中回收磷的工艺(BioConProcess)。这些工艺可以以磷酸铁或磷酸的形式回收污泥中约75%的磷。     

市政污泥脱水性能实验研究与形态学分析

本研究将运用微波技术与离心脱水相结合的方法来达到促进污泥中结合水释放及改善脱水特性的目的.通过测定毛细吸水时间、黏度、含水率,采集污泥图像、提取形态学特征进行污泥脱水改性的效果分析及分形维数的分析.离心脱水实验结果表明,适当增加离心转速和温度时,污泥的含水率降低;正交实验结果表明微波功率1000W、微波温度50℃、离心转速2000r/min、离心时间15min的条件下含水率最低达到83.75%,且适当的微波预处理条件有利于污泥的脱水;微波预处理后污泥分形维数在2.4~2.8之间,污泥结构改变.对污泥脱水性能的表征参数与污泥含水率进行拟合,建立污泥脱水性能的模型,为预测和改善污泥脱水性能提供基础性研究.     

我国一些城市污泥中多环芳烃(PAHs)的研究

应用GC／MS对我国内地和香港地区共11个城市污泥中的17种多环芳烃化合物（PAHs）进行了研究，各城市污泥中∑PAHs的含量在2．271－143．804mg/lg之间，依次为兰州污泥＞珠海污泥＞北京污泥＞广州污泥＞佛山污泥＞无锡污泥＞沙田污泥（香港）＞元朗污泥（香港）＞大埔污泥（香港）＞西安污染＞深圳污泥，含量较高的化合物主要是蒽、荧蒽、苯并（a）蒽和屈等，珠海污泥和北京污泥的苯并(a）芘含量超过我国城市污泥农用标准，各化合物的最高含量分别分布在兰州污泥、珠海污泥、北京污泥和广州污泥中，各城市污泥中的PAHs具有不同的分布特征，均以少数化合物为主，主要是3和4个苯环的化合物，2、5和6个苯环的化合物含量普遍较低。     

高含水率垃圾与污泥混合堆肥实验研究

采用好氧堆肥工艺处理高含水率城市生活垃圾和脱水污泥。高含水率垃圾(含水率≥65%)经过一段时间静置预处理,含水率降至55%左右,破碎筛分,取筛下物和脱水污泥进行好氧堆肥。结果显示预处理垃圾和污泥在质量比1～3之间时,堆肥过程可以达到卫生化和稳定化的处理要求,质量比为1时升温速度快,堆肥周期短,有较好的堆肥效果;回用部分处理后堆肥可以大大缩短堆肥启动时间。