厌氧产甲烷颗粒污泥微生态学的研究现状

厌氧颗粒作为一个复杂而完整的微生态系统是厌氧反应器高效稳定运行的基础和关键。其中不同类型的微生物群落之间形成了共生或互生关系,并根据不同的工艺条件和处理功能形成各种合理的空间分布,以利于细菌生长以及不同细菌种群之间基质的传递。借助先进的分子生物学技术对厌氧颗粒污泥中微生物群落结构和原位空间分布的研究,使我们能深入了解不同代谢基质的颗粒污泥的微生物群落结构特点和多样性变化,以及这种特殊活性污泥结构的微观调节过程,并且为提高反应器处理功能提供了微生物学依据。     

长链脂肪酸对厌氧颗粒污泥产甲烷活性的影响及其相互作用研究

采用间歇培养实验研究了辛酸、癸酸和月桂酸等三种长链脂肪酸对UASB反应器厌氧颗粒污泥产甲烷活性的毒性，以及癸酸对辛酸和月桂酸抑制作用的影响。结果表明，辛酸、癸酸和月桂酸对UASB反应器厌氧颗粒污泥的产甲烷活性有严重抑制，对厌氧颗粒污泥最大比产甲烷活性产生50%抑制的浓度(IC     

EGSB反应器的动力学模型研究(1)--模型的建立

本文基于Monod方程，对膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器建立了动力学模型。该模型将厌氧体系中的微生物简化为两大类，即产酸菌和产甲烷菌，并考虑了其生长和衰亡的动力学过程；将厌氧消化过程简化为碳水化合物的发酵产酸、挥发性脂肪酸产甲烷两个子过程；还引入了厌氧缓冲体系中的各类物化平衡；在已知进水水质和有关运行参数的条件下，模型可以预测出EGSB反应器出水COD和VFA浓度、反应器内部pH值和碱度变化、沼气产量及气相组成。     

厌氧悬浮颗粒污泥床同时反硝化产甲烷研究

利用厌氧悬浮颗粒污泥床反应器，以自配水为基质，通过微生物的反硝化作用和产甲烷作用成功实现了在单级反应器中去除硝酸盐和水中有机质的目的。反应器开始接种的污泥是产甲烷颗粒污泥，通过不断提高进水中硝酸盐的浓度，使厌氧颗粒污泥逐渐适应水中的硝酸盐，反硝化剩余的有机碳源转化为甲烷气体。在硝酸盐负荷为0.75kgN03^- -N·m^-3d^-1和COD负荷为14.1kgCOD·m^-3d^-1的稳态下，硝酸盐和有机碳的去除率分别为99.5％和90.1％以上。对反应器产生的气体所进行的气体组成测试表明，加入的硝酸盐全部转化为氮气，这一结果表明发生了真正的反硝化反应。     

La3+,Ce3+对厌氧颗粒污泥在不同VFA底物中的产甲烷促进效应

采用静态实验研究了分别添加O.05mg·L^-1La^3＋和Ce^3＋对不同来源和保存状况条件下不同VFA底物的厌氧颗粒污泥产甲烷的影响。结果表明，乙酸为底物时加入Ce^3＋，丙酸加入La^3＋或Ce^3＋，乳酸加入La^3＋时都大大加快了反应初期污泥的产甲烷速率，且对比产甲烷活性SMA也有3％-8％的提高；O.05mg·L^-1La^3＋或Ce^3＋的加入使污泥利用丙酸的速度加快，对于厌氧反应器的恢复运行有一定的实际意义。甲酸为底物时，La^3＋，Ce^3＋的加入对污泥产甲烷曲线形状没有影响，对SMA则分别降低了9.21％和3.37％；乙酸添加La^3＋在反应初期明显降低了产甲烷速率，但SMA并未降低。厌氧颗粒污泥经长时间低温存放后，原来对其SMA有提高作用的稀土浓度此时可能会作用不明显甚至会降低SMA；低浓度稀土离子对污泥产甲烷活性产生抑制作用时，相同质量浓度下Ce^3＋比La^3＋对污泥的抑制作用小；驯化培养过程有利于污泥对稀土的适应。     

螺旋对称流厌氧反应器床层颗粒污泥金属元素时空变化

金属元素对厌氧颗粒污泥(AGS)的颗粒化、致密性和沉降性能等具有重要作用。文章以UASB反应器为参比,研究了螺旋对称流厌氧反应器(SSSAB)床层AGS中金属元素的时空变化规律。结果表明:SSSAB床层AGS中金属元素总量在时间上先升后稳,由接种污泥的18.81 mg·g-1SS,逐步提升并稳定在40 mg·g-1SS左右,稳定运行后的SSSAB反应器COD平均去除率达86.74%;SSSAB床层AGS中Ca和Cr等金属元素在空间上呈现梯度分布,它们与反应器高度呈正相关;金属元素总量在空间上也呈现梯度分布,它与反应器高度呈负相关,而UASB反应器则无明显的梯度分布规律。     

不同生物预处理方式对污泥厌氧消化过程性能的影响

利用微生物处理技术对经聚丙烯酰胺脱水后的污泥进行不同方式微生物预处理,研究进料总固体(TS)质量分数为3%、发酵温度为35℃时厌氧消化过程中累积产气量与产甲烷含量、p H值、氨氮和化学需氧量(TCOD)等参数的变化趋势,探索真菌宛氏拟青霉不同预处理方式对脱水污泥厌氧消化过程特性的影响。试验结果表明:微生物预处理脱水污泥厌氧消化技术具有较好的可行性。直接添加宛氏拟青霉和添加宛氏拟青霉预处理2 d的污泥进行厌氧消化反应能够有效提高产气量和产甲烷量,加快水解速率,促进污泥中有机物的有效降解,使产甲烷过程顺利进行。直接添加宛氏拟青霉处理的产甲烷效果最优,其净累积产气量和产甲烷量较纯污泥分别提高85.79%和42.76%,且1 kg污泥可产甲烷12.69 L,较纯污泥提高42.74%。     

pH对厌氧颗粒污泥产甲烷活性影响的研究

本文报道了由上流式厌氧污泥层反应器培养的四种颗粒污泥分别以甲酸盐、乙酸盐和丁酸盐为底物时pH影响的试验结果。试验表明,所试颗粒污泥利用甲酸盐的最适pH为7.0—7.5,利用乙酸盐的最适pH为7.0—7.5,利用丁酸盐的最适pH为7.0左右。通过各种底物的代谢速率比较,证明了乙酸盐的代谢速率在有机酸降解产甲烷过程中起限速作用。     

ABR反应器中颗粒污泥的微生态特性

以葡萄糖和生活污水人工配制的废水对ABR反应器中颗粒污泥的微生态特性进行了研究.研究表明,ABR反应器中呈现出明显的相分离特征,颗粒污泥微生物随反应器隔室不同的微生态环境而有不同的优势菌属.高负荷条件下(反应器前端隔室)的产酸颗粒污泥颗粒大、表面粗糙,其优势微生物为产气杆菌属,而位于反应器中部隔室的产甲烷颗粒污泥结构紧密,表面光滑,其优势菌属为甲烷球菌;低负荷条件下(反应器后端隔室)的颗粒污泥颗粒小、结构较松散,其优势菌属为甲烷丝菌属.据此,分析了ABR中颗粒污泥的形成机理.     

厌氧颗粒污泥的形成及其特性的试验研究

本文叙述了容积21升的小型厌氧升流式污泥层(UASB)反应器内污泥在35±1℃下的颗粒化过程。进料分别用工业葡萄糖液和啤酒厂废水,接种污泥用双层沉淀池消化污泥。颗粒污泥的培养过程可分为三个阶段:启动运行阶段、颗粒污泥出现阶段和颗粒污泥成熟阶段。颗粒污泥直径约0.1～2毫米,比重约1.05,在反应器中的 SVI 为21毫升/克 SS,最大 COD 去除速率为1.2～1.9克 COD/克 VSS·日,辅酶 F_(420)含量在0.13～0.29微摩尔/克 VSS,有很好的沉降性能和产甲烷活性。污泥颗粒化后的反应器处理啤酒厂废水的 COD 容积负荷达30公斤/米~3·日,COD 去除率90%左右,水力停留时间可至3小时。颗粒污泥的 VSS/SS 可高迟0.85,含有铁、镍和锌等元素。作者认为中温条件下培养颗粒污泥的基本条件有:(1)COD 污泥负荷大于0.6克 COD/克 VSS·日;(2)表面负荷大于0.4米~3/米~2·时;(3)有适当的营养物、存在微量元素和无抑制物,pH6.5～7.2和35～40℃培养温度;(4)排除沉降性差的絮状泥。     

Na+对IC反应器颗粒污泥影响的试验研究

利用取自IC反应器的颗粒污泥,研究了Na 浓度对厌氧颗粒污泥产甲烷活性的影响及其对COD去除效果和出水挥发酸的影响,并研究了系统缓冲能力的变化情况。实验结果表明,Na 会对颗粒污泥的活性产生抑制,当Na <10 g.L-1时系统具有足够的缓冲能力;当Na <12 g.L-1时,有机物去除率保持在82%以上,VFA稳定在203~643 mg.L-1。     

啤酒废水厌氧颗粒污泥代谢有机酸产甲烷特征的研究

本文报道了处理啤酒废水6.7m~3容积UASB反应器中厌氧颗粒污泥代谢有机酸的特征。研究发现,颗粒污泥代谢乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐的最大比产甲烷速率分别为0.216、0.132、0.083mmol/hr·gvs,其起始抑制浓度分别为42、15、20mM,厌氧污泥颗拉化提高了厌氧污泥耐乙酸能力。试验结果还表明,丙酸对颗粒污泥代谢的抑制作用最为强烈。文章讨论了本研究对UASB工程应用的意义。     

二相UASB反应器中产酸颗粒污泥和产甲烷颗粒污泥的物理性质和化学成分

本文对二相UASB反应器中产酸和产甲烷颗粒污泥的物理性质和化学成分进行了初步的研究。结果表明:(1)二种颗粒污泥均具有良好的沉降性能,并且产酸颗粒污泥的湿密度、强度和稳定性均优于产甲烷颗粒污泥。(2)二种颗粒污泥的表面元素基本相同,但内部Ca,Si含量相差较大,并且均未发现有FeS存在。(3)产酸和产甲烷颗粒污泥中胞外多聚物(ECP)的含量分别为0.57％和1.46％(以污泥干重计)。ECP中的主要成分为糖和糖醛酸。     

二相UASB工艺微生物生态学的研究

采用Hungate严格厌氧操作技术,以人工葡萄糖配水为基质,对二相UASB,工艺的微生物生态学特性进行了初步研究。产酸相中,发酵细菌占优势,达10~7个/ml,比产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌高2～3个数量级。产甲烷相中,发酵细菌,产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌含量相差不大(约10~8个/ml),因此,产甲烷相的建立依赖于三大类微生物类群的良好代谢平衡。与对照的单相UASB反应器相比,二相UASB工艺的产甲烷相反应器产氢产乙酸细菌量较高,发酵细菌量较低,产甲烷细菌量则非常接近。这种细菌生态分布的差异,可能是导致反应器运行稳定性不同的原因之一。     

盐分对ASBR装置厌氧污泥产甲烷活性的影响

为研究盐分对处理餐厨垃圾的厌氧污泥产甲烷活性的影响,文章设计了甲烷转化率和日均甲烷产量与进水Na Cl浓度负荷的对应关系的两种判断方法,用于确定盐分对厌氧污泥产甲烷活性的毒性负荷。结果表明:中温条件下(30℃～35℃),以模拟餐厨垃圾组分的混合短链脂肪酸为ASBR的进水基质,测定盐分对厌氧污泥产甲烷活性的毒性负荷,发现厌氧污泥对盐分有一定的耐受能力;在进水Na Cl浓度≤16 g·L~(-1)时,对厌氧污泥的产甲烷活性无显著影响,但当进水中的Na Cl浓度在24～64 g·L~(-1)d~(-1)之间时,厌氧污泥甲烷活性毒性负荷两种判定方式,即厌氧污泥中的甲烷日均产量和甲烷转化率均与Na Cl浓度呈现明显负相关,由此可得,使厌氧污泥活性下降10%和50%的Na Cl浓度分别为22.07 g·L~(-1),21.73 g·L~(-1)和51.22 g·L~(-1),50.74 g·L~(-1)。说明适当的盐分可以提升ASBR中厌氧污泥的产甲烷活性,但过高的盐分浓度则会抑制产甲烷活性。     

EGSB反应器内颗粒污泥对废水中氯苯去除机理的研究

本文在对厌氧颗粒污泥对氯苯的吸附作用进行充分研究的基础上,分析探讨了EGSB反应器对水中氯苯的去除机理。结果表明:长期接触含氯苯有机废水的EGSB反应器内的颗粒污泥对氯苯具有较强吸附作用,生物降解作用不明显;吸附主要是因为颗粒污泥的多孔结构,其中活体微生物的贡献不明显;颗粒污泥对氯苯的吸附可用Freundlich等温式q=0.1758Ce0 5172来描述;吸附达到一定量(0 1276g氯苯·gSS-1)后,氯苯会对颗粒污泥中的微生物产生致死作用,使其内部出现空洞并最终导致解体。     

PCR-DGGE技术鉴定高含盐生物脱硫反应器中的优势菌种

为鉴定高含盐废水生物脱硫反应器中的优势菌种,从连续运行一年的生物脱硫反应器中获取微生物样品,用试剂盒提取微生物总DNA。使用细菌通用引物(GC341F/534R)从总DNA中成功扩增出16S rDNA片段,扩增的16S rDNA进行DGGE分离,对DGGE条带进行切胶和测序。测得的16S rDNA序列在GenBank数据库进行检索和同源性分析。结果表明,系统中有4种优势菌株:硫杆菌属的Thiobacillus sp.ISA11,盐生硫杆菌属的Halothiobacil-lus sp.ST15,Marine bacterium HB-5,Uncultured bacterium clone J69-151C-2A。其中,Thiobacillus sp.ISA11和Halothio-bacillus sp.ST15是主要的脱硫细菌。     

铵氮对ASBR装置厌氧污泥产甲烷活性的影响

为研究铵氮对处理餐厨垃圾的厌氧污泥产甲烷活性的影响,文章设计了甲烷转化率和日均甲烷产量与进水铵氮(NH~+_4-N)浓度负荷的对应关系两种判断方法,用于确定铵氮(NH~+_4-N)对厌氧污泥产甲烷活性的毒性负荷。结果表明:中温条件下(30℃～35℃),以模拟餐厨垃圾组分的混合短链脂肪酸为厌氧序批间隙式反应器(Anaerobic sequencing batch reactor,以下简称ASBR)的进水基质,测定铵氮(NH~+_4-N)对厌氧污泥产甲烷活性的毒性负荷,发现厌氧污泥对铵氮(NH~+_4-N)有一定的耐受能力;在进水铵氮(NH~+_4-N)浓度≤1 g·L~(-1)时,对厌氧污泥的产甲烷活性无显著影响,但当进水铵氮(NH~+_4-N)浓度在1.5～7.5 g·L~(-1)d~(-1)之间时,厌氧污泥产甲烷活性毒性负荷两种判定方式,即厌氧污泥中的甲烷日均产量和甲烷转化率均与铵氮浓度呈现明显负相关关系,由此可得,使厌氧污泥活性下降10%和50%的铵氮(NH~+_4-N)浓度分别为1.61 g·L~(-1),1.88 g·L~(-1)和6.82 g·L~(-1),6.69 g·L~(-1)。实验说明适当的铵氮(NH~+_4-N)可以提升ASBR中厌氧污泥的产甲烷活性,但过高的铵氮(NH~+_4-N)浓度则会抑制产甲烷活性。     

加碱对猪场废水厌氧消化液好氧处理过程酸化改进作用及其对菌群结构的影响

文章采用序批式活性污泥反应器(SBR),探讨了加碱(Na_2CO_3)对猪场废水厌氧消化液好氧处理酸化的改进作用及其对污染物去除的影响。在运行203天观察结果表明,混合液pH值从未加碱的5.7增长到加碱的7.9,NH_4~+-N去除率从76.8%增长到99.0%,但对COD,TIN和TP去除效果提高不明显。使用Hiseq高通量测序技术分析了污泥中微生物多样性的变化。研究结果表明:与SBR直接处理猪场废水厌氧消化液的对照(CG)组相比,加碱(AA)组富集的氨氧化细菌(AOB)(Nitrosomonas)的相对丰度远远大于亚硝酸盐氧化菌(NOB)(Nitrospira);可从微生物群落上解释加碱(AA)出现亚硝酸积累的原因。     

同时产甲烷反硝化在UASB反应器中的实现

接种厌氧颗粒污泥的小试UASB反应器,以含葡萄糖和NaNO3(CODNO3--N=101)的自配水为进水,温度在35℃左右,HRT在14～20 h之间,经过76天的运行,成功实现了同时产甲烷反硝化功能.UASB反应器的COD和NO3--N的负荷分别为15.55 kgCOD·m-3d-1和1.55 kgNO3--N·m-3d-1时,二者的去除率分别达到95%和接近100%;当反应器的负荷继续提高至25kgCOD·m-3d-1和2.5 kgNO3--N·m-3d-1时,反应器对COD和NO3--N的去除率均持续下降,颗粒污泥逐渐解体,降低负荷至10 kgCOD·m-3d-1和1.0 kgNO3--N·m-3d-1并运行20d,仍未见明显好转.