Performance and bioparticle growth of anaerobic baffled reactor (ABR) fed with low-strength domestic sewage

We investigated the performance of a 15.3 L capacity anaerobic baffled reactor (ABR) toward the treatment of low-strength domestic wastewater. The start-up period of the ABR was finished within approximately 130 days at a temperature below 25°C. The average COD_Cr in the effluent was 165 mg·L^-1, and the corresponding COD_Cr removal efficiency of the ABR was 52.3%. During the third stage (from day 130 to day 233) of ABR operation, the average COD_Cr in the effluent reached 71 mg·L^-1, which meets the secondary discharge requirement of the Integrated Wastewater Discharge Standard (GB 18918-2002, China). Moreover, partial microbial separation was observed along the five ABR compartments through scanning electron microscopic images. The geometric mean diameter of bioparticles in the five compartments increased from 0.050 mm to 0.111, 0.107, 0.104, 0.110, and 0.103 mm during the start-up stage. After operation for 179 days, the corresponding diameters further increased to 0.376, 0.225, 0.253, 0.239, and 0.288 mm, respectively. The fractal dimensions of the bioparticles indicated that these particles have smoother surfaces and more compact structures during ABR operation. Morphological analysis of the bioparticle sections demonstrated that the bioparticles have a pore volume of 30%–55%. The highest porosity was observed for the bioparticles in the second ABR compartment, whereas the lowest fractal dimension of bioparticle section was observed in the fifth compartment.     

游离氨对热水解联合中温厌氧消化处理剩余污泥的影响

热水解预处理强化了污泥厌氧消化过程,但同时增加了微生物受游离氨抑制的风险.对比传统工艺,在有机容积负荷率1.74~4.27gVS/(L·d)条件下,研究了游离氨(FA)对热水解联合中温厌氧消化工艺性能的影响.结果表明,组合工艺甲烷产量较传统反应器提高89%~121%,有机去除率提高1.21~1.46倍.但同时导致系统中游离氨浓度达89~382mgN/L,显著高于传统工艺中37~84mgN/L的范围.游离氨毒性测试显示,传统工艺中FA浓度从43mgN/L升至84mgN/L,没有抑制解乙酸产甲烷途径,而组合工艺中FA升至264mgN/L时,表现出抑制作用,尽管厌氧菌对高浓度FA表现更强的驯化趋势.结合氮负荷试验, FA浓度与基质利用能力,解乙酸产甲烷途径抑制程度和挥发性有机酸积累的关系表明,高有机负荷条件下组合工艺效率可通过控制氮负荷优化.     

常温厌氧MBR中微生物群落结构与膜污染研究

为考察微生物群落结构与膜污染的关系,在常温下运行厌氧膜生物反应器,并应用末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)技术,对膜丝表面微生物群落结构变化进行了研究,同时考察了微生物群落结构变化与反应器中溶解性微生物产物(SMP)、胞外聚合物(EPS)的关系.结果表明:在常温状态下膜污染周期约为18d,CODCr的去除率约为93%,运行效果稳定;微生物代谢产物的浓度随着微生物种群的演替呈逐渐升高的趋势,加速了膜污染进程;膜压(pTM)处于缓慢上升期时,膜丝表面微生物优势菌群为Raoultella、Owenweeksia hongkongensis,膜压(pTM)处于稳定上升期时,膜丝表面的优势菌群演替为 Delftia acidovorans、Halothiobacillus neapolitanus,最后当膜压(pTM)处于快速上升期时,bp78的微生物成为了膜丝表面的顶级群落.膜压(pTM)处于缓慢上升期和稳定上升期时,膜压(pTM)与微生物群落结构的多样性呈显著正相关;膜污染进入快速上升期时,膜丝表面出现了顶级群落,此时微生物群落多样性明显降低且与膜压升高呈弱相关;膜丝表面微生物群落均匀度随着膜压(pTM)的升高呈现出先增高后降低的趋势,膜丝表面微生物群落经历了不断附着,相互竞争至顶级群落出现的演替过程.     

中间覆盖层对厌氧生物反应器填埋场中有机物降解的作用

建立了3组模拟厌氧生物反应器填埋场——R1、R2和R3,其中R1反应器无中间覆盖层,R2和R3反应器分别以矿化垃圾+重质碳酸钙、矿化垃圾+天然沸石为中间覆盖层,以研究不同中间覆盖层对厌氧生物反应器填埋场中有机物降解的作用. 结果表明:以矿化垃圾+重质碳酸钙、矿化垃圾+天然沸石为中间覆盖层时,均能维持反应器中良好的内环境,可促进垃圾和渗滤液中有机物的降解. R1、R2和R3反应器中垃圾的w(VS)(VS为挥发性固体))分别比初始值下降了69.81%、75.06%、73.86%,w(BDM)(BDM为生物可降解组分)分别下降了66.87%、82.86%、75.38%,w(纤维素)分别下降了67.96%、75.41%、72.90%;R1、R2和R3反应器中垃圾渗滤液的ρ(COD_Cr)比最大值分别降低了25.45%、29.72%、23.01%,ρ(BOD₅)分别降低了39.28%、45.66%、46.74%. 表明矿化垃圾+重质碳酸钙为中间覆盖层时,既能接种可降解有机物的微生物,又能提供微生物生长所需的碱度,因此更具优势.      

Catalytic activity of noble metal nanoparticles toward hydrodechlorination: influence of catalyst electronic structure and nature of adsorption

In this study, stabilized Pd, Pt and Au nanoparticles were successfully prepared in aqueous phase using sodium carboxymethyl cellulose (CMC) as a capping agent. These metal nanoparticles were then tested for catalytic hydrodechlorination toward two classes of organochlorinated compounds (vinyl polychlorides including trichloroethylene (TCE), tetrachloroethylene (PCE), and alkyl polychlorides including 1,1,1-trichloroethane (1,1,1-TCA), and 1,1,1,2-tetrachloroethane (1,1,1,2-TeCA)) to determine the rate-limiting steps and to explore the reaction mechanisms. The surface area normalized reaction rate constant, k_SA, showed a systematic dependence on the electronic structure (the density of states at the Fermi level) of the metals, suggesting that adsorption of organochlorinated reactants on the metal catalyst surfaces is the rate-limiting step for catalytic hydrodechlorination. Hydrodechlorination rates of 1,1,1-TCA and 1,1,1,2-TeCA agreed with the bond strength of the first (weakest) dissociated C-Cl bond, suggesting that C-Cl bond cleavage, which is the first step for dissociative adsorption of the alkyl polychlorides, controlled the catalytic hydrodechlorination rate. However, hydrodechlorination rates of TCE and PCE correlated with the adsorption energies of their molecular (non-dissociative) adsorption on the noble metals rather than with the first C-Cl bond strength, suggesting that molecular adsorption governs the reaction rate for hydrodechlorination of the vinyl polychlorides.     

含固率和接种比对叶菜类蔬菜垃圾厌氧消化的影响

通过叶菜类蔬菜垃圾中温批式厌氧消化实验,比较了含固率(3%、5%、7%)和接种比(1.5、2.5、3.5)对产甲烷效果的联合影响.结果表明,在研究实验参数范围内,含固率越低、接种比越高,越有利于缩短产甲烷反应迟滞期,平均日产甲烷速率越快.经过52d的培养,在含固率为3%、接种比为3.5的工况中,平均日产甲烷速率最快,达到9.5mL/(gVS?d),日最大产甲烷速率最快,达到49.8mL/(gVS?d),最早进入快速产甲烷期.当接种比为3.5时,随着含固率的升高,产甲烷速率下降,迟滞期延长,但单位底物累计产甲烷量增大,含固率7%时单位底物累计净产甲烷量为481mL/gVS.而当接种比为1.5时,含固率为5%和7%的工况均无法启动甲烷化反应,含固率为3%的工况的产气迟滞期达15d.挥发性有机酸的累积抑制甲烷化反应的启动,迟滞期随着液相中有机酸浓度的增加而延长,当有机酸浓度低于1260mg/L,甲烷化反应没有明显的迟滞期.     

延时曝气对常温低氨氮SBR亚硝化影响及恢复

常温条件[(22±1)℃]下,采用SBR反应器,探讨延时曝气对常温低氨氮生活污水亚硝化的影响及寻找一种因延时曝气失稳的亚硝化高效恢复策略.结果表明,延时曝气可为NOB创造一个迅速增殖的有利环境,经23d的延时曝气(延迟时间1h)最终使亚硝化系统失稳;且失稳后仅通过限氧无法实现其恢复,而通过增设1h前置厌氧搅拌并缩短曝气时间控制氨氧化率在50%左右,经过60个周期(20d)实现了亚硝化的恢复.     

预处理方法对香蒲厌氧发酵联产H2-CH4效能的影响

通过厌氧发酵动力学分析、还原糖及其他代谢产物变化情况,结合香蒲微观结构解析,系统研究酸(HCl)、碱(NaOH)、酶(纤维素酶R-10)3种预处理对水生植物厌氧发酵联产H₂-CH₄的影响. 结果表明:香蒲分别经酸、碱、酶3种预处理后,厌氧发酵联产累积H₂、CH₄产量及含量均显著提高,c(HCl)、c(NaOH)均为1.0mol/L, w(纤维素酶R-10)(以底物计)为10mg/g时,预处理最佳. 其中1.0mol/L NaOH预处理香蒲效果最佳,φ(H₂)(H₂含量)达30.09%,累积产H₂量(以香蒲干质量计)达11.39mL/g;φ(CH₄)(CH₄含量)最高达67.48%,累积产CH₄量(以香蒲干质量计)达41.87mL/g;还原糖利用率达50.87%,sCOD(溶解性化学需氧量)利用率达66.17%. 纤维素酶预处理后香蒲产CH₄能力显著提高,产CH₄阶段φ(CH₄)最高为71.39%,累积产CH₄量达46.32mL/g,还原糖利用率达72.10%. 扫描电镜微观结构分析表明,碱预处理对香蒲纤维素结构破坏程度最大,可有效增加香蒲与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产H₂-CH₄工艺的快速启动和稳定运行.      

土壤中两种手性有机氯农药的选择性降解研究

为了更深入的了解和阐释手性有机氯农药在土壤中的转化和环境归趋,采用实验室室内避光培养方法,研究了o,p＇-DDT及o,p＇-DDD 2种手性有机氯农药的外消旋体在水稻土厌氧培养体系和菜园土好氧培养体系中的选择性降解情况。为了更好的利用土壤中土著微生物的活性,我们选择了厌氧微生物比较丰富的水稻土和好氧微生物丰度比较高的菜园土来做培养实验。结果表明实验体系中o,p＇-DDT及o,p＇-DDD在水稻土和菜园土中的降解均没有明显的对映体选择性。这一结果与2种手性化合物不同对映体在自然环境中的含量普遍具有差异性有所不同,说明野外环境条件和室内模拟实验条件的差异会影响手性化合物的降解选择性。在2种体系中,o,p＇-DDT的降解速率均高于o,p＇-DDD的降解速率。这与以前的研究报道一致,DDD比DDT更难降解。通过2个体系的比较,发现DDT的降解速率在厌氧体系中高于好氧体系,而DDD的降解速率与之相反,好氧体系高于厌氧体系。这应该与DDT和DDD 2种化合物的化学结构及2种土壤中微生物群落的差异有关。对于厌氧体系中的2种水稻土,采自中山的水稻土中DDT的降解速率高于江门的水稻土,这应该与中山水稻土有机质含量高于江门的水稻土有关。有机质含量的高低直接反映了土壤中微生物的多少,进而会影响污染物的降解速率。研究发现本实验所用水稻土和菜园土总有机碳含量偏低可能是影响2种化合物的对映体无降解选择性的因素之一。此外,由于本研究采用缓冲溶液将pH 调控在中性,因此本文的土壤 pH 对降解选择性的影响仍有待进一步研究。本研究中好氧体系和厌氧体系对目标物的降解选择性无明显差异。     

非均相催化湿式氧化法再生活性炭实验

使用自制的CuO-Al₂O₃催化剂对苯酚饱和活性炭进行非均相催化湿式氧化再生研究,系统观察了反应条件对非均相催化湿式氧化再生活性炭的影响.实验中得到非均相CuO-Al₂O₃催化湿式氧化再生活性炭的最佳条件为:反应温度210℃,反应时间60min,催化剂投加量25mg(以铜离子计),反应氧分压0.6MPa(25℃),投炭量15g(干炭量),加水量300mL.通过对催化剂进行X衍射分析,并对催化剂的稳定性进行实验,可以得出该催化剂在催化湿式氧化再生活性炭的过程中具有较好的稳定性.