厌氧—好氧串联系统对慢速可生物降解COD的去除（Ⅱ）——高温厌氧升流式污泥床的反应机制

分析了淀粉、纤维素和聚乙烯醇（PVA）这三种慢速可生物降解COD基质在高温（55℃）厌氧升流式污泥床中的降解过程机理。淀粉能够完全转化为挥发性有机酸、微生物污泥、生物气；纤维素颗粒的去除仅是被污泥床截留，而几乎不发生生化反应。少量的PVA基质在厌氧条件下能够被转化成有机酸。     

猪场废水生化处理工艺研究

针对猪场废水有机物、氮、磷含量高的特征，应用上流式厌氧污泥床(UASB)和序批处理反应器(SBR)相结合废水处理工艺，研究了不同水力负荷条件下对COD、BOD、氨氮去除率的影响。研究结果表明，在COD 2～8 kg/(m³·d)条件下，COD的去除率在60%～73%之间，效果较稳定；SBR在去除氨氮中效果十分明显，去除率达80%～95%。     

人工土快滤滤床对耗氧有机污染物的去除机制

通过对人工土快滤系统不同组分的灭菌试验和分析滤床落干恢复过程中土壤有机质的变化 ,对城市生活污水中的耗氧有机物 (COD)进入人工土滤床后的去向进行了研究。结果表明 ,人工土滤床对污水COD的去除是生物与非生物共同作用的结果 ,生物作用机制不仅表现在布水时期的生物降解 ,更反映在滤床落干期对被截留有机物的分解作用。系统好氧与厌氧微生物的周期监测表明 ,人工土滤床对污水COD的降解作用 ,不仅有污水微生物的生物降解 ,还有土壤微生物的矿化分解作用。人工土快滤系统是以好氧生物为主导的生物过程与非生物过程的有机结合     

UASB处理养猪场废水条件下进水浓度对污泥颗粒化的影响

UASB能够在很高负荷下稳定运行的重要原因在于反应器内形成的厌氧颗粒污泥。该文研究了利用UASB处理猪场废水时进水COD浓度对污泥颗粒化的影响，结果发现：颗粒直径随进水浓度的上升而增高，受传质过程中所能进入颗粒内部的营养量所控制，因此要根据COD去除率的情况适时提高进水浓度，及时地随微生物数量的增加补充营养，促进污泥颗粒化；也可以避免因浓度变化太快引起细菌生长过快，污泥结构松散，沉降性能下降，COD去除率和产气率降低。     

烟草薄片生产废水中烟碱的厌氧降解及反硝化强化

为强化废水中烟碱的厌氧生物降解性能,对造纸法制烟草薄片产生的废水,在厌氧颗粒污泥UASB小试反应器中的生物降解进行监测和分析,测定了厌氧处理过程中烟碱的降解曲线,发现微生物对烟碱的降解过程可能涉及协同降解机理。提出了以反硝化反应强化厌氧过程中烟碱降解的思路,通过外加硝酸盐来诱导驯化厌氧颗粒污泥中硝化菌的代谢活动,经过驯化,厌氧颗粒污泥UASB小试反应器出水中烟碱浓度由120 mg/L以上降至约25 mg/L,同时反硝化反应促进了废水中其他有机物的深度降解,出水化学需氧量（CODCr）由约600 mg/L降至200～300 mg/L,反硝化强化造纸法烟草薄片废水中烟碱生物降解作用明显。     

两次投加竹炭对UASB反应器污泥颗粒化的促进作用

为考察竹炭不同投加方式对UASB反应器污泥颗粒化过程的影响,以猪场废水为培养基质,对比分析了试验组（启动初期和颗粒污泥形成后两次投加粉末竹炭）和对照组（仅在启动初期投加1次粉末竹炭）两台UASB反应器中污泥颗粒化过程。结果表明：在颗粒污泥出现后再次投加粉末竹炭可促进颗粒污泥的增殖与稳定,有利于大粒径颗粒污泥的形成和致密化,改善颗粒污泥沉降性能,进而提高有机物去除效果。试验运行至第57 天,试验组反应器底部和上部污泥颗粒化程度（SGR）分别为94.5%和60.7%,比对照组分别高出了7.9%和17.3%,其中试验组反应器底部粒径大于 1.7 mm的颗粒污泥质量分数达到了41.7%,而对照组仅为32.4%;试验组反应器化学需氧量（COD）去除率为81.6%,明显高于对照组（75.7%）。试验结果证明,在UASB污泥颗粒化过程中,于颗粒污泥出现后再次投加粉末竹炭,可加快UASB 反应器的启动。     

秸秆床厌氧发酵产沼气系统优化试验

针对前期研究中发现秸秆床反应器内秸秆在发酵后期上浮、进水短流等问题,采取在秸秆床反应器内增加导气管、在秸秆捆底部预留缓冲空间以及2种方式组合的方式,研究改进措施对秸秆床反应器及整个发酵系统产气、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除等的效果。结果表明:直接以打捆秸秆为固定相,以猪粪废水为流动相的处理在猪粪废水有机负荷为2.13 kg/(m3/d)条件下出现轻度酸化,产气受到明显抑制,日产气量明显低于其它处理,继续提高猪粪废水有机负荷后各处理间无明显差别;采用增加导气管、增加缓冲空间以及导气管+缓冲空间的方式改善了秸秆床反应器内发酵环境,未出现酸化现象,日产气量稳定性明显提高。试验结束时,各处理秸秆床反应器累积产气量较对照分别提高了18.90%、9.05%和22.48%,累积产甲烷量较对照分别提高了23.02%、9.34%和25.21%;采用该研究提出的改进措施对二级反应器产气组成无明显影响,各处理平均甲烷含量均在68%左右,对整个秸秆床发酵系统累积产气量、平均甲烷体积分数以及COD去除率无明显影响。以上结果表明,在秸秆床反应器内增加导气管对提高反应器产气量、甲烷含量及产气稳定性有较好的效果,在条件允许的情况下可以考虑在反应器底部增加缓冲空间。     

机械活化醋酸酯淀粉的制备及其生物降解塑料膜性能

为了有效提高淀粉基生物降解塑料的性能,本试验对机械活化1.0 h的玉米淀粉（MAS）进行酯化改性,制备了机械活化醋酸酯淀粉（MASA）及机械活化醋酸酯淀粉/聚乙烯醇的生物降解塑料膜（MASA/PVA）,用傅立叶红外光谱仪（FTIR）、差示扫描量热仪（DSC）、扫描电镜（SEM）分别对MASA的结构、热稳定性、形貌等进行测试和表征,并与原醋酸酯淀粉/聚乙烯醇生物降解塑料膜（SA/PVA）对比研究了塑料膜的力学性能和生物降解性能。结果表明,机械活化淀粉经酯化改性后,结构和形貌都有很大的改变,热性能提高;MASA/PVA塑料膜的性能均比SA/PVA好,以机械活化醋酸酯淀粉（DS=0.1）为原料制备的MASA/PVA塑料膜浸水前的拉伸强度为3.56 MPa,断裂伸长率146.22%,24 h吸水率为134.79%,抗热水性能好,在20 d内该塑料膜土埋生物降解率为45.90%。机械活化预处理有效改善了生物降解塑料膜的性能。     

基于改进秸秆床发酵系统的厌氧发酵产沼气特性

为同时解决农业秸秆和分散式畜禽养殖废水的资源化问题,以打捆秸秆为固定相,以猪粪废水为流动相,构筑秸秆床厌氧反应器,并在反应器后部连接废水二级厌氧反应器,研究秸秆床发酵系统的产气特性及可行性。结果表明:秸秆床发酵系统可同时处理打捆秸秆和猪粪废水,且不影响各发酵原料的厌氧生物转化率,秸秆床发酵系统中秸秆干物质产气量为394.96 mL/g,略高于秸秆单独发酵(382.11 mL/g);秸秆床发酵系统产气稳定性大幅提高,避免了单一发酵原料日产气量波动较大的问题,对产气中平均甲烷体积分数影响明显,秸秆床发酵系统、纯猪粪废水和纯秸秆发酵产气中平均甲烷体积分数分别为57.40%、60.37%和47.32%;与各物料单独发酵相比,秸秆床发酵系统平均容积产气率大幅提高,纯秸秆和猪粪废水单独发酵容积产气率仅为秸秆床发酵系统的69.42%和66.94%;试验35 d后,秸秆机械强度和孔隙度明显降低,秸秆互相粘结导气性下降,造成秸秆上浮严重及进水短流,反应器出水化学需氧量浓度快速增加并稳定在较高浓度,故在秸秆床反应器后部必须连接废水二级厌氧反应器以进一步处理秸秆床反应器出水。综合以上结果,采用秸秆床发酵系统同时处理打捆秸秆和猪粪废水是可行的,但需解决发酵后期秸秆上浮、导向性下降和进水短流等问题。     

脉冲循环式渠槽厌氧反应器处理太湖腐熟蓝藻性能

为实现太湖腐熟蓝藻的资源化处理,研究新型厌氧反应器——脉冲循环式渠槽厌氧反应器处理太湖腐熟蓝藻的效能及其运行特点。以城市污水处理厂剩余污泥为种泥,污泥接种量混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)为20g/L,进水化学需氧量(COD)质量浓度2000mg/L,水力停留时间(HRT)为5d,中温(30～35℃)厌氧条件下,反应器可在30d内成功启动并达到初步稳定运行,COD去除率达到60%左右,产气率为0.08L/(L·d);当进水COD容积负荷3.5kg/(m3·d)时,仍能实现安全稳定运行,COD去除率可以稳定在80%左右,产气率在1.2L/(L·d),表明反应器抗冲击负荷能力较强,同时沼液中藻毒素(TMC-LR、EMC-LR)去除率为90%以上。稳定运行期间反应器厌氧颗粒污泥对腐熟蓝藻甲烷化的最大比基质降解速率为1.253mg/(mg·d),半饱和常数为11770mg/L,甲烷产率系数为0.256mL/mg;电镜观测发现稳定运行期颗粒污泥以产甲烷的八叠球菌为主,伴有丝状菌和杆菌等,同时发现其蛋白酶、TTC-脱氢酶和辅酶F420活性相对较高。研究发现脉冲循环式渠槽厌氧反应器能够有效地处理太湖蓝藻,这对其资源化利用具有一定的指导意义。     

利用上流式双层厌氧滤器启动厌氧氨氧化研究

厌氧氨氧化是一种高效的脱氮处理工艺,但其启动和运行过程困难,高效反应器是解决此问题的有效手段。本文利用改进的上流式双层厌氧滤器开展厌氧氨氧化启动反应的试验研究。在反应器填料上分别接种反硝化污泥、厌氧污泥、混合污泥,通过模拟废水提供自养反硝化条件,并逐步提高基质浓度和水力负荷,促使菌群向厌氧氨氧化反应转变。试验发现,反硝化污泥、厌氧污泥、混合污泥均可启动厌氧氨氧化反应,启动时间分别为42、54 d和45 d。以反硝化污泥为接种物的启动效果最好,启动时间较短且废水氮素去除率高,总氮去除率最高达到82.2%。双层填料的反应器有效提高了厌氧氨氧化的稳定性,该反应器中厌氧氨氧化菌对氨氮、亚硝氮的适宜浓度负荷为270、360 mg·L~(-1),废水中COD浓度不宜超过150 mg·L~(-1),系统中存在厌氧氨氧化和甲烷化共存的效应。     

中试膜生物反应器中猪场沼液部分亚硝化快速启动试验

膜生物反应器（Membrane Bioreactor,MBR）具有出水水质好、污泥龄（Solid Retention Time,SRT）长等优势,该研究在中试MBR中开展猪场沼液部分亚硝化工艺研究,为部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺在实际工程上的示范应用提供技术参数。结果表明,常温状态下控制反应器内溶解氧（Dissolved Oxygen,DO）在0.2～0.5 mg/L,pH值8.0±2.0条件下,成功启动并稳定运行部分亚硝化工艺,亚硝酸盐氮积累率保持稳定,最高达到87.95%,出水的亚硝酸盐氮和氨氮浓度比值稳定在1.1∶1,达到进行厌氧氨氧化反应的基质需求。部分亚硝化过程中,氨氧化细菌活性明显的提高且维持在（0.4±0.02）g/(g·d)。反应器内微生物多样性增加,菌群结构发生明显变化,优势菌门由Chloroflexi（绿弯菌门）、Firmicutes（厚壁菌门）变为Proteobacteria（变形菌门）,Nitrosomonas（亚硝化单胞菌）成为反应器内的优势菌属。     

Anarwia工艺处理猪场废水节能效果的研究

分析比较了厌氧-加原水-间隙曝气(Anarwia)工艺、SBR(序批式反应器)以及厌氧-SBR工艺处理猪场废水的效果。比较三种工艺处理效果表明：厌氧-SBR工艺处理猪场废水，污染物去除效率低，出水污染物浓度高，不适于猪场废水的处理。Anarwia工艺处理效果与SBR工艺相当，污染物去除率高，出水COD和NH₃-N浓度低。在此基础上，以一个日处理1200 t猪场废水处理工程为例，分析比较了Anarwia与SBR工艺的能耗。就能量消耗有关的工艺参数——污泥量和需氧量而言，Anarwia工艺分别比SBR工艺减少16.4%和95.9%，此外Anarwia工艺每天可产生2784 m³沼气。Anarwia工艺增加了废水提升能耗，但减少了曝气、污泥处理、滗水和搅拌的能耗，结果Anarwia工艺总电耗比SBR工艺低81.0%。Anarwia工艺产生的沼气用于发电能完全补偿消耗的能量，并有剩余。     

玉米秸秆不同预处理木质纤维素去除效果试验研究

针对秸秆中木质纤维素含量高不易被厌氧消化的特性,探索不同预处理方法,提高木质纤维素的降解效果,实现后续高效厌氧消化速率,提高产气速率。结果表明:不同预处理方法均实现了木质纤维素30%以上的去除效果,其中以化学法去除效果最优,最高去除率达到44.9%,同时处理后的厌氧消化产气效果也较优。     

用于牛粪液厌氧消化的推流式和完全混合式反应器性能研究

对推流式反应器(PFR)和完全混合式反应器(CSTR)用于牛粪液厌氧消化的性能进行了比较研究。在中温35℃下，对进料浓度40、80和128 g/L的3种牛粪液分别进行了试验。结果表明，CSTR比PFR具有更好的去除VS(挥发性固体)和产生物气的性能，在进料浓度为40、80和128 g/L时，CSTR中VS去除率比PFR中分别提高了17.4%～21.5%，3.9%～21.5%和0.5%～5.3%。在最优进料浓度80 g/L下，CSTR获得了最高的容积产气率和单位VS产气量，比PFR中提高了9.8%～25.9%。研究认为，CSTR中的搅拌作用加强了微生物与物料之间物质的传递，提高了降解去除有机物和产生物气的消化效果。因此，在牛粪液厌氧消化时，推荐使用CSTR反应器。     

淀粉基完全生物降解材料的研究

将淀粉与大豆渣、PVA等复配制备完全生物降解材料，考察了大豆渣、PVA用量对淀粉基完全生物降解材料力学性能的影响，发现拉伸强度随大豆渣、PVA的增加呈先升后降的趋势，断裂伸长率随大豆渣的增大而逐步下降，随PVA的增加则先升后降。同时还对添加纸粉或碳酸钙对材料力学性能的影响进行了考察，发现两者对材料的增强均不明显，但却显著降低断裂伸长率。当淀粉∶豆渣∶PVA∶甘油∶碳酸钙的比例为60∶10∶6∶10∶2时，所得的淀粉基生物降解材料具有较好的力学性能，其拉伸强度和断裂伸长率分别达到3.5 MPa和60%。所得淀粉基生物降解材料在100%湿度环境中的吸湿率测试表明，加入菜油或硬脂酸单甘酯可使吸湿率有所降低，而试样表面涂覆胶乳层吸湿率降低明显。将所得材料试样在腐殖土上放置7～8 d，试样表面微生物大量生长，菌覆盖率达60%以上。     

增设回流提高厌氧氨氧化反应器脱氮效能

采用2套上流式反应器接种厌氧氨氧化污泥,研究了高基质浓度下增设回流对厌氧氨氧化反应器脱氮性能影响.研究结果表明,增设出水回流的反应器1经过116 d的运行,进水NH4+-N和NO2--N质量浓度由初始100、130 mg/L达到602、782 mg/L时,出水质量浓度仅增加到44、60 mg/L,氮容积去除负荷最高达到7.87 kg/(m3·d).NO2--N与NH4+-N的转化比维持在1.303,NO3--N生成量与NH4+-N转化量之比维持在0.24.无回流的反应器2经过67 d运行,进水NH4+-N和NO2--N质量浓度由最初100、130 mg/L分别增加到456和600 mg/L,相应出水质量浓度达到174和253 mg/L,氮容积去除负荷最高达到4.31 kg/(m3·d).NO2--N与NH4+-N的转化比维持在1.298左右, NO3--N生成量与NH4+-N转化量之比维持在0.21.说明回流对进入反应器的基质具有较强稀释作用,有助于避免高基质浓度对厌氧氨氧化活性的影响,同时对厌氧氨氧化反应过程中氮素转化比不产生影响.增设出水回流后的反应器1污泥粒径主要分布在1.25~2 mm之间,而反应器2污泥粒径主要分布在0.9~1.6 mm.说明在反应器运行过程中增设回流有助于反应器内液体上升流速的增加,颗粒污泥具有良好的流态,能够更好地与底物接触,有利于微生物增长.     

固定床厌氧反应器处理高浓度糖蜜废水

为开发高效处理高浓度有机废水的厌氧沼气发酵技术,以活性炭纤维作为生物膜载体,在实验室规模上对固定床厌氧反应器处理高浓度糖蜜废水的运行性能进行了研究。初始进水COD为5 000 mg/L,水力停留时间（HRT）保持在2 d左右。在进水COD为47 000 mg/L以内时,相应的有机容积负荷（OLR,COD含量）达到21.38 kg/(m3×d),COD去除率保持在86%以上,沼气容积产气率为9.51 L /(L×d),甲烷容积产气率为6.46 L /(L×d);当OLR进一步从21.38 kg/(m3×d) 逐步升高到35.13、39.06、44.88 kg/(m3×d) 时,COD去除率从86.48%分别降低到74.40%,67.02% 和63.50%,相应的沼气容积产气率为13.71,13.98和11.44 L/(L×d),甲烷容积产气率为8.84,8.67和5.89 L/(L×d)。进水的pH值通常在3.5～5.6之间,OLR低于35.13 kg/(m3×d) 时,无需对pH值进行中和调节,出水的pH值自然维持在6.8～7.6的良好状态,超出此范围,则需加碱对进水的pH值作适当调节。最终进水COD高达78 600 mg/L,相应的OLR为44.88 kg/(m3×d)。在165 d的运行过程中污泥形成量小,没有发生堵塞现象,固定床厌氧反应器表现出高效的处理酸性高浓度有机废水和较强的抗负荷冲击的能力。     

两步发酵处理猪粪工艺的试验研究

本文试验采用厌氧污泥床过滤器,中温处理猪粪两步发酵新工艺。其设备为二个100升的敞口酸化罐;一个100升密闭的产甲烷罐,内部装有三相分离器和毛刷填料。经过三年的运行结果表明,甲烷罐的平均池容产气率为2.5—2.7m³/m³·d,有机物去除效果明显,COD去除率平均达到76.2％。本系统操作方便,可控性能好,耐冲击能力强,是一种高效处理牲畜粪便行之有效的方法。     

自搅拌厌氧折流板反应器连续处理猪场废水的效果

该研究以猪场废水为处理对象,采用自搅拌厌氧折流板反应器（self-agitation anaerobic baffled reactor,SaABR）开展200 d的连续中温厌氧消化试验,考察在水力停留时间（hydraulic retention time,HRT）3、2、1和0.5 d梯度缩短的过程中,SaABR截留微生物的效果以及反应器的产气性能、稳定性和污泥比产甲烷活性（specific methanogenic activity,SMA）。同时,该研究还开展了全混式反应器（completely stirred tank reactor,CSTR）78 d的连续对比试验。试验发现,SaABR具有良好的截留微生物的作用,在HRT 3 d时SaABR第1至第4取样口污泥挥发性固体（volatile solid,VS）浓度分别为10.2、4.1、44.2和2.5 g/L,而CSTR污泥VS质量浓度仅为2.6 g/L。较高的微生物量显著提高了有机物的降解率并降低了出水的有机酸浓度。随着HRT的缩短,SaABR的降解率也呈现下降。在HRT 1 d时,SaABR的单位VS产甲烷率为0.43 L/g,即使在HRT 缩短到0.5 d时,仍然可实现稳定的发酵产气（单位VS产甲烷率为0.24 L/g）,而CSTR反应器由于微生物洗出不能在HRT 1 d时连续产气。该研究的结果显示,SaABR反应器所具有截留微生物的良好特性,为养殖粪水的处理提供参考。