平行启动的微生物燃料电池阳极微生物群落差异性解析

为揭示平行操作的微生物燃料电池(MFC)产电效能出现差异的原因,应用高通量测序技术对3个平行启动和运行的MFC阳极微生物群落的组成、丰度及多样性进行分析,探讨其差异性与反应器效能的关系.结果表明:表面上控制条件完全一致的平行MFC,其运行状态存在较大差异,反应器Mfc-1和Mfc-3可获得220~240 m V电压及1.85~2.33 W/m3的功率密度;Mfc-2电压一直较低,最高仅为120 m V.同一底物富集的MFC阳极微生物群落组成和丰度差异明显,Mfc-1和Mfc-3中富集了高丰度的有利于产电的微生物种属Anaeromusa、Dechloromonas、Geobacter;Mfc-2则存在较独特的与产电无关的高丰度种属Acinetobacter,这种优势种属的差异最终导致Mfc-2产电效能较差.表面上操作条件相同的平行MFC其阳极微生物优势类群可能存在显著差异,进而决定MFC产电效率的不同.应用MFC探讨其产电效能与影响因子关系时,需运行至少3个平行MFC反应器,以减少潜在的操作失误或缺陷,提高数据可靠性.     

微生物燃料电池处理剩余污泥与同步产电性能

针对全球能源短缺和污泥处理过程中能耗较高等问题,采用微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)技术处理剩余污泥并将污泥中的化学能直接转化成电能,从而实现污泥的稳定化与资源化利用.构建以铁氰化钾为阴极电子受体的双室型微生物燃料电池,分别考察了微生物燃料电池以城市污水处理厂剩余污泥为底物时的产电性能和对污泥的降解效果,并从缓冲溶液、阳极底物浓度和阳极区搅拌3个方面分析其对电池产电性能和污泥降解效果影响.电池输出电压可达到0.66 V,MFC运行一个周期,对污泥总化学需氧量TCOD(total chemical oxygen demand)的去除率为36.4%,阳极区缓冲溶液的投加和搅拌均可提高电能的输出及对污泥TCOD的去除能力.     

镁离子对微生物燃料电池阳极微生物产电性能的促进

为考察镁离子对微生物燃料电池阳极微生物产电性能的影响,利用电化学测量与高通量测序等方法对比研究不同浓度镁离子对微生物燃料电池阳极电势、电化学活性与阳极微生物群落结构等方面的促进作用.结果表明:当阳极底物中镁离子浓度分别为0.5(M1)、2.0(M2)和5.0 mmol/L(M3)时,微生物燃料电池阳极电势由对照组的-0.417 V(CK,vs.Ag/Ag Cl)分别降低至-0.443(M1)、-0.469(M2)和-0.477 V(M3).相应地,功率密度也由36.65 m W/m2(CK)分别提高至40.19(M1)、44.21(M2)和45.48 m W/m2(M3).此外,阳极微生物的电化学活性与产电微生物量均随阳极底物中镁离子浓度的升高得到显著提高,说明镁离子能够提高微生物燃料电池的功率输出,对胞外电子传递过程有重要作用.     

单级自养脱氮反应器效能与微生物群落结构的相关性

于稳定运行但效能有明显差异的2套序批式生物膜反应器单级自养脱氮系统,研究了微生物群落结构的PCR—DGGE、real—timePCR等现代分子生物学特点及其运行效能与之的相关性。结果表明：运行效能好的反应器活性污泥及生物膜浓度较高,微生物群落结构差异较大,二者相似性为58．3％,溶解氧在活性污泥及生物膜内的分布特点为各类微生物及其代谢创造了良好环境,系统中好氧氨氧化菌AOB及厌氧氨氧化菌ANAMMOXz在数量上绝对占优,各类细菌的协同代谢使系统总氮去除率达到80％以上。运行效能相对较差的反应器,由于在反应器启动过程中没有将亚硝酸氧化菌NoB完全“洗脱”,系统中出现NO3-积累,且系统挂膜不理想,生物膜浓度低,生物膜与活性污泥微生物群落结构相似性为100％,优势功能菌单一,从而造成运行效能较低,总氮去除率仅为20％～30％。维持SBBR自养脱氮系统微生物群落结构的稳定及平衡性,生物膜是关键性因素。     

间歇式生物接触氧化反应器低温启动性能试验

目的 研究在低温(15℃以下)条件下间歇式生物接触氧化反应器(SBCO)的启动过程.方法 在反应器中投加接种活性污泥,注入待处理污水,固定装置运行周期,通过调整进水CODCr及曝气量进行生物膜的培养.结果 在水温11.5～14℃时,2次接种污泥,培养32 d反应器成功启动.结论 低温条件下间歇式生物接触氧化反应器启动较慢,接种污泥量对启动速度有着直接影响.在低温条件下,如接种污泥量较大,反应器可在2周至3周启动成功.温度对反应器氨氮去除率影响较大,但总体仍能保持较好的出水效果.pH值在6.8～7.3之间,并不是微生物生存最适pH范围,但对挂膜影响不明显,系统仍可成功启动.     

污泥接种比例对微生物燃料电池的影响

为了研究污泥接种比例对微生物燃料电池(MFC)的影响作用,对比了污泥接种比例分别为5%、10%、20%、40%的4组MFC在驯化时间、产电性能、阳极微生物含量及菌群结构等方面的差异.结果表明,接种污泥比例过低,会削弱阳极对微生物的选择作用;较高的污泥接种比例有利于缩短MFC的驯化时间,并可提高MFC电动势;但是过高的污泥接种比例可能造成PEM堵塞,导致内阻增加、最大功率密度降低;最佳的污泥接种比例为10%.     

污泥接种量对UASB反应器启动的影响

为了提高生产性UASB(上流式厌氧污泥床)反应器的启动速度,使其在较短的时间内应用于工业废水的处理,以生产性UASB反应器处理淀粉废水的启动过程为研究对象,采用不同浓度的消化污泥进行接种,重点考察了污泥接种量对反应器启动过程的影响.实验结果表明,在中温条件下,接种污泥数量偏低或偏大对反应器的快速启动均是不理想的.接种污泥量偏低缺乏了对废水处理的最基本要素——大量的厌氧微生物;接种量偏大,又增加了处理成本.因此推荐接种消化污泥量为15 kgSS/m3左右,启动时间约为2个月.这样既降低了反应器的启动费用,又在较短的时间内达到了启动目的.     

接种污泥对产氢颗粒污泥形成的影响

采用两个平行的颗粒污泥膨胀床反应器(EGSB),控制温度为(35±0.5)℃,逐步提高进水容积负荷,分别研究接种污泥对产氢速率、颗粒粒径分布变化、液相末端产物和启动末期系统参数的影响.结果表明,采用缺氧污泥混合厌氧污泥进行接种的反应器比直接采用产甲烷颗粒污泥粉碎后接种的反应器更易形成颗粒污泥.在启动末期,前者的平均颗粒粒径为后者的1.25倍,产氢速率是后者的1.23倍.两个反应器都形成了乙醇型发酵,说明发酵类型的形成不受接种污泥影响.启动末期系统的pH值分别为3.9～4.3和4.0～4.4,混合污泥接种反应器的挥发性悬浮固体质量浓度为27.2g/L,厌氧污泥接种反应器的挥发性悬浮固体质量浓度为24.1g/L.相比厌氧污泥接种的反应器,混合污泥接种能更快速培养颗粒污泥,并且反应系统产氢速率高,耐酸性更好,生物持有量大,有利于生物制氢系统高效产氢和稳定运行.     

絮状污泥接种启动UASB污泥性能的研究

采用自制的UASB反应器组装厌氧反应处理系统,以絮状污泥进行接种后启动后,研究了UASB反应器的启动运行过程及其内部污泥的性质,通过污泥产甲烷活性和反应器最大容积负荷的计算,可以看出以絮状污泥接种UASB启动后,可以有效形成成熟的颗粒污泥,并且通过对比实验表明,在反应器启动初期添加颗粒活性炭物质,有助于UASB的快速启动,反应器内形成的颗粒污泥性能优于未加添加剂条件下成熟的颗粒污泥,且系统处理效率稳定.     

可溶性微生物产物对偶氮染料废水脱色及产电性能的影响

可溶性微生物产物(Soluble Microbial Product,SMP)是活性污泥污水处理体系中的微生物的重要代谢产物,是污泥絮体形成以及保证体系稳定运行的关键因素之一.本文对CASS和A2O工艺产生的脱水污泥进行了好氧和厌氧培养,提取了SMP和胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS),表征并探究了两者对含偶氮染料废水的微生物燃料电池产电性能的影响,以及对脱色效率的改善情况.红外分析表明,不同工艺和培养方法得到的SMP和EPS的成分构成相似度很高;PACl沉降试验表明,SMP中的大分子物质含量普遍低于EPS.SMP和EPS均可提升微生物燃料电池的电压,最高可达130mV,且两者均可提高偶氮染料的脱色率,最高可达93%.这些研究表明SMP和EPS有作为染料废水产电资源化助剂的价值.     

利用污水处理厂污泥制作微生物有机肥的方案设计

在对王小郢污水处理厂污泥养分及污染物含量分析的基础上，根据合肥地区微生物有机肥的市场前景和社会效益，提出王小郢污水处理厂今后污泥的处置方向是制作微生物有机肥。结合当前国内外污泥处置技术，依据王小郢污水处理厂的实际情况，探讨并提出了以节约污泥处置费用为主要目的的污泥自然干化强化方法和污泥处置方案。     

单室空气阴极微生物燃料电池性能

以石墨毡为阳极、Pt/C为阴极、葡萄糖模拟废水为基质构建了一个单室空气阴极微生物燃料电池(air-cathode microbial fuel cell,ACMFC),研究了电池内流体、不同葡萄糖底物质量浓度等条件对电池产电性能及污水处理效果的影响.研究结果表明:水流流量为15 mL/min、葡萄糖底物的质量浓度为1.0 g/L时,电池的最大功率为85.9 mW/m2,ACMFC运行48 h,对模拟废水的COD去除率可达81.6%.     

微生物燃料电池测定生活污水BOD方法

为缩短生化需氧量(BOD)检测时间,研究了一种基于空气阴极微生物燃料电池技术快速测定生活污水中BOD的方法.利用葡萄糖作为单一底物,研究电池电压输出和葡萄糖质量浓度的关系,发现二者遵循Monod方程式.在葡萄糖质量浓度小于100mg/L时,电压输出和葡萄糖质量浓度呈现良好的线性关系.利用空气生物燃料电池测定污水处理厂曝气沉砂池、初沉池和曝气池出水的BOD仅需10h,有效缩短了BOD的检测时间。     

产蛋白酶混合菌系对碱性剩余污泥水解酸化的影响

为提高剩余污泥水解酸化过程中挥发性脂肪酸（VFAs）的累积,从剩余污泥中分离产蛋白酶活力较高的耐碱细菌,并构建产蛋白酶混合菌系．将其接种于碱性（ pH 10．0）发酵剩余污泥的不同发酵时期,评价其对溶解性有机化合物和VFAs累积的影响,探讨利用剩余污泥生产VFAs的最佳条件．从剩余污泥中分离到2株产蛋白酶活力较高的耐碱细菌,并构建产蛋白酶混合菌系．在发酵初期接种混合菌系效果最显著,且可缩短发酵启动时间2 d．发酵初期接种混合菌系后,溶解性蛋白质和VFAs质量浓度在第8天均达到最高值,分别为未接种混合菌系样品中相应值的1．25和1．41倍,分别占溶解性化学需氧量（ SCOD）总量的29．87％和44．54％．乙酸和丙酸为剩余污泥水解酸化过程中VFAs的主要组分,分别占VFAs总量的50．69％和18．19％．     

硝酸盐质量浓度对微生物燃料电池产电及反硝化的影响

目的研究在不同的硝酸盐质量浓度下,MFC的产电、阴极反硝化情况及阳极COD和氨氮的处理情况．实现产电与阴极反硝化的同时进行．方法阳极以实验生活污水为处理对象,阴极以自配具有一定质量浓度的硝酸盐溶液为处理对象,改变阴极的硝酸盐质量浓度,阳极为间歇厌氧运行模式,阴极为间歇缺氧运行模式．结果 当硝酸盐质量浓度由20-200mg／L逐渐增加时,随着初始硝酸盐质量浓度的增加,亚硝酸盐的积累逐渐增加,最高可达65mg／L,硝酸盐相对去除率几乎没有变化,而硝酸盐的绝对去除率则逐渐减小．硝酸盐质量浓度从20～120mg／L变化时对微生物燃料电池的产电效果基本没有影响,当硝酸盐质量浓度增加到160mg／L时,平均输出电压和最高功率密度明显增加,而当硝酸盐质量浓度增加到200mg／L时,平均输出电压和最高功率密度又明显减少．结论阴极硝酸盐质量浓度为160mg／L时,MFC阳极COD的去除率最高,产电效果最好．     

非培养技术解析生化系统微生物群落结构

为揭示城市污水厂生化系统稳定运行阶段微生物与污染物降解效率间的关系,采用变性梯度凝胶电泳（PCR—DGGE）和Biolog技术,对冬春季城市污水厂稳定运行阶段生化系统中的微生物群落结构及代谢活性进行动态监测．结果显示,冬春季生化系统出水水质指标COD、NH4＋－N和TN的平均去除率分别达84．4％、84．7％和59．8...     

基质负荷对秸秆与污泥厌氧消化微生物群落结构的影响

为明确秸秆污泥厌氧消化体系中微生物群落的结构特征,采用Ⅰllumina HiSeq高通量测序技术,研究在高低两种基质负荷条件下微生物群落结构的变化和多样性,并监测其产气性能.结果表明:高负荷基质条件下（TS 20 g/(L·d)）,平均日产气量为4.1 L;低负荷基质条件下（TS 12 g/(L·d)）,平均日产气量为2.1 L.高负荷基质条件下细菌的相对丰度为91.57%,产甲烷古菌的相对丰度为8.43%;低负荷基质条件下细菌的相对丰度为94.35%,产甲烷古菌的相对丰度为5.65%,高负荷基质条件下产甲烷古菌的丰度比在低负荷基质条件下相对增加了49.2%,表明产甲烷古菌的相对丰度和产气量有一定的正相关性.高负荷基质条件下的前3种优势菌群分别为:相对丰度为51.06%的拟杆菌门（Bacteroidetes）、11.65%的厚壁菌门（Firmicutes）、8.25%的广古菌门（Euryarchaeota）.低负荷条件下的前3种优势菌群分别为:相对丰度为50.78%的拟杆菌门（Bacteroidetes）,7.67%的Cloacimonetes、6.46%的互养菌门（Synergistetes）.两种基质条件下都检测到12种产甲烷菌属,分属氢营养型、甲基营养型、乙酸营养型,说明整个秸秆污泥厌氧消化体系的代谢途径较为丰富,各种微生物群落生长代谢相互依存、相互平衡,具有一定的抗冲击负荷,建立了较为平衡的稳态缓冲体系.     

同步产电及废水处理AFB-MFC电极研究

为了考察电极因素对微生物燃料电池产电及废水处理性能的影响,设计了一种新型厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC).研究了不同阴极电极材料,阴极与阳极面积以及阴极底边与阴极室底部距离对AFB-MFC产电及废水处理性能的影响.所有实验在阴极室曝气量为16～24 L/h、回流量为10.7 L/h、进水流量为0.6 L/h、外电阻为250 Ω以及进水COD浓度为3000.98～3789.44 mg/L下进行.结果表明,在尺寸大小均为15.0 cm×3.5cm的碳纸、铜板、铝板、镀锌铁板及铁板中,使用碳纸作阴极电极时AFB-MFC产电性能最好;阴极底边与阴极室底部的最佳距离为17.3～20.3 cm;使用面积为308.8、232.0、160.0和76.8 cm2的碳纸作阳极电极及面积为241.5、210.0、175.0和105.0 cm2碳纸作阴极时,阳极及阴极最佳面积分别为160.0和210.0 cm2.AFB-MFC系统最佳运行条件下COD的去除率维持在约80.00%.放大型AFB-MFC系统有利于今后工程实际应用.