Effect of manganese oxide-modified biochar addition on methane production and heavy metal speciation during the anaerobic digestion of sewage sludge

Low organic matter content and high heavy metal levels severely inhibit the anaerobic digestion (AD) of sewage sludge. In this study, the effect of added manganese oxide-modified biochar composite (MBC) on methane production and heavy metal fractionation during sewage sludge AD was examined. The MBC could increase the buffering capacity, enhance the methane production and degradation of intermediate acids, buffer the pH of the culture, and stabilize the sewage sludge AD process. The application of MBC positively impacted methane production and the cumulative methane yield increased up to 121.97%, as compared with the control. The MBC addition can improve metal stabilization in the digestate. An optimum MBC dose of 2.36?g was recommended, which would produce up to 121.1?L/kg volatile solids of methane. After the AD process, even though most of the metals accumulated in the residual solids, they could be transformation from the bio-available fractions to a more stable fraction. The total organic- and sulfide-bound and residual fraction content at a 3?g dose of MBC that is 0.12?g/g dry matter were 51.06% and 35.11% higher than the control, respectively. The results indicated that the application of MBC could improve the performance of AD and promote stabilization of heavy metals in sewage sludge post the AD process.     

长三角典型站点冬季大气PM2.5中OC、EC污染特征

对2015年1月9日~2015年1月31日临安、南京和苏州3个站点采集的PM_(2.5)样品(共计279组),使用热光反射法(thermal/optical reflectance,TOR)分析了样品中有机碳(OC)与元素碳(EC)的含量,并研究了长三角地区冬季PM_(2.5)中OC和EC的污染特征.结果表明,采样期间临安、南京和苏州的PM_(2.5)平均质量浓度分别为(123.56±61.11)、(144.77±62.91)和(156.5±68.97)μg·m-3,均超过我国《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)规定的PM_(2.5)日均值75μg·m-3;其中3个站点OC与EC的平均质量浓度依次分别为(21.93±11.69)/(6±3.6)、(20.32±10.3)/(5.39±3.07)和(27.08±14.35)/(6.4±4.29)μg·m-3.临安作为长三角大气环境背景点,OC与EC的污染也较为严重.3个站点OC与EC的相关性为临安(R2=0.83)、南京(R2=0.72)和苏州(R2=0.72),表明冬季长三角地区的碳质气溶胶的来源较为一致和稳定.3个站点样品中的OC/EC值均大于2.0,样品的OC/EC值主要分布在2.5~6.0这个区间内,表明燃煤源和机动车尾气排放源是OC与EC的主要来源.使用EC示踪法估算临安、南京和苏州3个站点的二次有机碳(SOC)平均质量浓度分别为(9.23±5.26)、(6.82±4.36)和(12.56±7.52)μg·m-3,在OC中占比为42%、34%和46%,表明SOC是OC的重要组成部分.后向轨迹显示,PM_(2.5)、OC和EC的质量浓度与主要气团的传输路径有较好的相关性,自空气质量较差区域气团的PM_(2.5)、OC和EC的质量浓度是来自空气质量较好区域的1.14~1.7倍、1.55~2.1倍和1.94~2.47倍.     

1970-2015年汉江流域多尺度极端降水时空变化特征

基于汉江流域63个气象站点逐日降水数据,辅以超阈值抽样、极端降水集中度（EPCD）和集中期（EPCP）、Mann-Kendall趋势检验等分析方法,对1970-2015年汉江流域多尺度极端降水变化特征进行分析。结果表明：（1）在旬尺度上,汉江流域EPCD较高,呈现出“西高东低”空间特征;汉江EPCP多年均值为七月下旬,空间呈现出“东部早,西部迟”的分布特征,不同流域表现出不同的年代变化规律。（2）在月尺度上,汉江流域极端降水各月分布不均,主要集中在5-9月,同年10月至次年4月为极端降水少发期。（3）在季尺度上,汉江流域极端降水夏季占比50%以上,但近期全流域夏季极端降水比例下降,其中上游主要为春季占比增加,中下游为秋季占比增加,说明夏季是影响汉江极端降水非均匀变化的关键季节。（4）在影响因素上,当东亚季风和南亚II区季风偏强时,汉江流域夏季极端降水量整体减少;当东亚季风偏弱时,夏季极端降水增幅呈南北分异,而南亚II区季风偏弱时,极端降水增幅呈东西分异。     

FNA对短程硝化污泥菌群结构的影响

在SBR反应器增加游离亚硝酸（FNA）预处理单元,投加浓度为1.2mgHNO₂-N/L的FNA进行缺氧搅拌4.5h,连续处理3d,考察短程硝化污泥中FNA对氨氧化菌（AOB）,丝状菌和微生物菌群结构的影响.研究表明,FNA对AOB有短时抑制作用,并能够抑制优势丝状菌Candidatus_Microthrix（微丝菌属）和Cytophagaceae（噬纤维菌）的增殖,分别由5.1%和1.1%下降到0.78%和几乎不可见.SVI从281mL/g降低到100mL/g左右.NAR能够维持在90%左右,短程硝化不受到破坏.高通量结果显示,FNA处理后微生物菌群结构多样性与丰度出现下降,但Thauera（陶厄氏菌属）和Ottowia出现了增殖,分别增加到5.58%和7.82%,同步硝化反硝化（SND）作用明显,这使得即便只有短程硝化,总氮去除率依然能达到60%以上.     

CTAB与亚临界水联合预处理对污泥水热液化制备生物油的影响

以脱水污泥为原料针探究对其水热液化（HTL）制取生物油的影响.结果表明,胞外聚合物（EPS）的释放可以促进有机物在高温时断链成分子量较高的有机质,促进生物油的形成.与原污泥相比,亚临界水（SCW）预处理会促进脱氨基反应,生物油中的氮含量降低51.74%;十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）预处理则促进了19.3wt%的有机物转移至油相中,同时生物油中的酸含量降低13.49%;CTAB-SCW联合预处理后,生物油收率提升了66.92%,醇含量提升28.32%.联合预处理中酯交换反应是主反应,同时亲核反应、氧化反应和消除反应也显著增强.     

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.     

Acute and chronic toxicity of nickel to nitrifiers at different temperatures

This study investigated the acute nickel toxicity on nitrification of low ammonia synthetic wastewater at 10, 23, and 35°C. The nickel inhibition half-velocity constants(K_(I,Ni)) for ammonia oxidizing bacteria(AOB) and nitrite oxidizing bacteria(NOB) based on Ni/MLSS ratio at 10, 23, and 35°C were 5.4 and 5.6 mg Ni/g MLSS, 4.6 and 3.5 mg Ni/g MLSS, and 9.1 and 2.7 mg Ni/g MLSS, respectively. In addition, chronic toxicity of nickel to nitrification of low ammonia synthetic wastewater was investigated at 10°C in two sequencing batch reactors(SBRs). Long-term SBRs operation and short-term batch tests were comparable with respect to the extent of inhibition and corresponding Ni/MLSS ratio. The μ_(max), b, and K_o of AOB were 0.16 day~(-1), 0.098 day~(-1) and 2.08 mg O_2/L after long-term acclimatization to nickel of 1 mg/L at 10°C, high dissolved oxygen(DO)(7 mg/L) and long solids retention time(SRT) of 63–70 days. Acute nickel toxicity of nitrifying bacteria was completely reversible.     

生物沥浸耦合类Fenton氧化调理城市污泥

采用生物沥浸耦合类Fenton氧化工艺对城市污泥进行了调理研究.结果表明,在升华硫和Fe SO4·7H2O投量分别为3g·L-1和8 g·L-1时,污泥p H从6.9降至2.5约需1 d,满足类Fenton氧化的适宜酸性条件.生物沥浸处理后,污泥挥发性固体(VS)减少率为13.4%,污泥比阻从3.1×109s2·g-1降至1.5×109s2·g-1,降低51.6%,但仍属于难脱水污泥.沥浸污泥继续经类Fenton氧化调理,调理的最佳H2O2投量和反应时间分别为3.3 g·L-1和60 min.处理后污泥VS减少率为30.8%,污泥比阻和滤饼含水率分别为1.9×108s2·g-1和76.9%,污泥比阻降低93.9%,污泥脱水性能和稳定性能得到显著提高.此外,该联合工艺对污泥的调理效果优于类Fenton氧化单独调理.