pH对UASB运行效能及产甲烷互营菌群的影响

研究产甲烷互营菌群对pH变化的响应,对于寻求提高有机废水厌氧生物处理效能的策略具有重要意义.以处理制糖废水的升流式厌氧污泥床(UASB)反应器的运行为基础,考察不同pH对反应器运行效能及产甲烷互营菌群的影响.结果表明,在进水COD 20 000 mg·L-、HRT 8 h的条件下,当进水pH分阶段由6.9降至5.4时,UASB系统的pH随之从6.8 ～7.4下降至5.7 ～6.7,导致COD去除率降低了23.3％,出水中残留丙酸提高了3.9倍.聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析结果表明,产氢产乙酸菌群在UASB中的多样性显著低于产甲烷菌群,其分布和优势度受pH降低的影响显著.以Eub 19(Pelotomaculum)为代表的食丙酸产氢产乙酸菌在偏酸环境中的优势度明显减弱,而食乙酸产甲烷菌及部分食氢产甲烷菌对pH下降响应并不显著,且随着pH下降,耐酸的食氢产甲烷菌Methanobacterium ferruginis和Uncultured Methanobrevibacter的优势度逐渐增强.由此可见,与产甲烷菌群相比,UASB系统中的产氢产乙酸菌群对pH的变化更加敏感.     

产氢产乙酸菌株AX2的生长条件及产乙酸特性

产氢产乙酸菌群在参与厌氧消化过程的各类微生物菌群中起着承上启下的作用,然而,目前产氢产乙酸菌的纯培养物很少,对其生理生态习性的了解也十分有限.为增加产氢产乙酸菌资源,了解其生理生化特性,通过丙酸和丁酸混合培养基,从厌氧活性污泥中筛选到一株具有产氢产乙酸特性的葡萄球菌(Staphylococcus)AX2,对其生长条件及转化丙酸和丁酸为乙酸的能力进行研究.结果表明,菌株AX2在丁酸培养基(2.4 g/L)和丙酸培养基(2.31 g/L)中的乙酸产量可分别达到278 mg/L和222 mg/L,并在以氯化铵为无机氮源、pH为7.0、35℃等条件下具有最佳的增殖能力.菌株AX2对丙酸、丁酸有较强的乙酸转化能力.     

不同来源污泥对稻草发酵产氢影响的研究

讨论了不同来源的混合菌群、不同的接种方式以及单一菌种产气肠杆菌对稻草发酵产氢的影响.相对于混合菌群，单一纯菌产气肠肝菌在氢气产量上处于劣势.对于取自同一沼气池的厌氧活性污泥，经煮沸后扩大培养的混合菌群作为接种物，经过NaOH预处理后稻草的单位产氢量为91.5 mL/g，最高产氢速率为1.52 mL/(h·g)；以直接扩大培养的污泥作为接种物，经过NaOH预处理后稻草的单位产氢量为62.5 mL/g，最高产氢速率为1.04 mL/(h·g).对3种混合菌群均采用直接扩大培养的接种方法，其总产氢气量为：沼气池污泥（62.5 mL/g）<污水处理厂污泥（69.5 mL/g）<湖底污泥（80.5 mL/g）.     

碳源对膨胀污泥微生物多样性的影响研究

为探究碳源对膨胀污泥内微生物多样性的影响,采用淀粉和乙酸钠2种不同碳源进行人工配水并成功诱发丝状菌污泥膨胀.实验结果表明,尽管不同的碳源类型会使污泥产生不同的沉降性能变化,却不会影响其对污染物的整体处理效果.膨胀的发生不仅会导致系统内微生物丰度、均一性、多样性和丰富度的下降,还会使不同门类下不同功能的微生物菌群及相关菌属的相对丰度产生不同变化.所有泥样中相对丰度最大的门类均为Proteobacteria,且以淀粉为碳源的废水环境更有利于该门类微生物的生长.在不同特定菌群中,除磷菌群的相对丰度受2种碳源影响最大,而在相关菌属中,作为优势丝状菌的Thiothrix和Haliscomenobacter的相对丰度在2种碳源下均随污泥膨胀的发生而升高,Tetrasphaera则与之相反;以Nitrosomonas为代表的5种脱氮菌属的相对丰度随膨胀的发生而升高,以Nitrospira为代表的7种脱氮菌属及以Candidatus Accumulibacter和Candidatus Competibacter为代表的5种除磷菌属的相对丰度变化则与其相反.此外,淀粉进水下发生的污泥膨胀使反应器内操作分...     

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.     

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.     

复合菌群降解玉米秸秆协同产氢特性

为加快生物制氢工业化进程,利用玉米秸秆这类来源广泛、储量巨大和价格低廉的可再生生物质纤维素资源作为发酵产氢的原料,从连续流发酵产氢反应器(ZL92114474.1)中新分离筛选出一株高效纤维素降解产氢细菌Clostridium sp.X9(NCBI注册号:EU434651)和一株高效产乙醇发酵产氢细菌Ethanoigenens harbinenseB2(NCBI注册号:EU639425),通过构建高效降解纤维素发酵产氢复合菌群进行同步降解玉米秸秆发酵产氢.结果表明,对玉米秸秆进行酸化汽爆预处理后可以显著提高复合菌群的产氢能力.复合菌群X9和B2比单一菌种具有更理想的降解玉米秸秆发酵产氢的能力,两菌种间存在协同产氢效应.复合菌群X9和B2降解玉米秸秆发酵产氢获得的最大产氢率和玉米秸秆降解率分别为8.7mmol/g和74%.液相代谢末端产物主要为乙醇、乙酸和丁酸.这说明复合菌群X9和B2在以木质纤维素为发酵底物的工业化生物制氢领域中具有很好的应用发展前景.     

柠檬酸废水厌氧颗粒污泥微生物菌群结构解析

为揭示柠檬酸废水生物处理过程中功能菌群作用机制,以柠檬酸工业废水内循环厌氧反应塔(IC)中厌氧颗粒污泥为研究对象,统计颗粒粒径分布,通过环境扫描电子显微镜(ESEM)观察颗粒微观形态结构,利用高通量测序技术分析微生物多样性及菌群特征.结果发现,粒径在1.0~4.0 mm的颗粒所占比例最多,为74.4%.ESEM显示微生物分布以球形细菌为主.高通量测序得到8 397条有效序列,可划分操作分类单元(OTU)873个,Alpha多样性指数显示样品文库覆盖率0.936,Shannon指数为4.376,而ACE指数与Chao1指数分别为3 415.51与2 246.51,反映颗粒污泥中微生物种类与数量均较多.微生物菌群主要包括4大类,分别为可降解有机物的水解发酵菌群Paludibacter、Parabacteroides、Erysipelotrichaceae、Clostridium、Phascolarctobacterium、Aminobacterium、Saccharofermentans与Alkaliflexus(所占比例之和为24.93%);产氢产乙酸菌群Petrimonas与Syntrophomonas(所占比例之和为34.89%);产甲烷菌Methanosaeta(3.44%)及可耐受工业废水毒害的微生物菌群Levilinea、Longilinea与Thermovirga(所占比例之和为14.62%).     

褐煤本源菌在煤层生物气生成中的微生物学特征

为探明微生物菌群在褐煤生物气生成过程中的作用机制,利用厌氧手套箱为操作平台,从云南昭通盆地新鲜褐煤样品中富集培养本源产甲烷菌群,并通过褐煤生物气生成模拟实验,研究了产气过程中发酵细菌、产氢产乙酸菌数量和纤维素酶、辅酶F420活性的变化特征.结果表明：在生物气产生过程中,发酵细菌始终保持着较高活性（大于7.5×106个/mL）,产氢产乙酸菌数量和增殖速率明显小于发酵细菌,但其数量变化趋势与发酵细菌相似,两者在营养生态位上显示出明显的承继关系;纤维素酶始终保持较高的活性（0.018～0.023mg/（mL.h））;辅酶F420活性会受到产酸发酵菌所产生的酸性物质的抑制,其最低活性值为峰值的55.91%～67.61%;辅酶F420活性在褐煤生物气产出过程中经历了两个高峰期,指示着褐煤的煤层气生成过程具有阶段性.     

环流罐式光合生物反应器连续产氢研究

采用自行研制的新型环流罐式光合微生物反应器(CCPR),进行了以经过预处理的猪粪污水为产氢底物,利用光合细菌菌群产氢的实验研究,探讨了连续光合产氢的工程控制参数.实验连续进行了69 d,连续稳定产氢63 d.研究表明,在采用连续批培养产氢方式,利用海藻酸钠进行光合细菌的固定化,采用太阳光和辅助光源连续照射,温度为(31±2)℃,基质浓度COD在5 000～5 500 mg/L,pH无需调整的情况下,可获得平均633.1 mL/(L·d)的产氢速率,稳定产氢期间最大产氢速率为722.6 mL/(L·d),原料的平均转化利用率为61.7%.     

活性炭粉末对好氧颗粒污泥形成及性能的影响研究

在SBR反应器中,以普通絮状活性污泥作为接种污泥,采用模拟豆浆废水培养好氧颗粒污泥,研究投加活性炭粉末的粒径大小及曝气量、沉降时间对好氧颗粒污泥形成的影响．实验结果表明,好氧颗粒污泥最佳培养条件为上升速度1．4cm／s、沉降时间2min、活性炭粉末粒径140目,14d污泥颗粒化．培养成熟的好氧颗粒污泥表面与内部可见活性炭;颗粒污泥表面由较多交织缠绕的丝状菌和大量的菌体而组成,内部呈孔隙、层状结构,发现有兼性厌氧球菌;具有较好的机械强度,沉降速度为普通活性污泥的5倍以上．污泥全部颗粒化后,COD负荷达2．6～3．2g／L·d,COD去除率达到70％～94％．     

含硫酸盐废水厌氧处理过程中底物的竞争

在含硫酸盐有机工业废水的厌氧处理过程中,硫酸盐还原菌和产甲烷菌以及产乙酸菌之间的竞争是不可避免的,值得注意的是有些硫酸盐还原菌可以和产甲烷菌或产乙酸菌构成一个有效的降解丙酸和丁酸的共生生物群.从增长动力学上看,硫酸盐还原菌在底物的竞争中占有明显的优势,但是有些因素诸如:温度,pH,以及游离态硫化氢的浓度也影响到它们之间的竞争关系.有几种硫酸盐还原菌还可以像发酵菌和产乙酸菌那样进行代谢活动.     

外循环厌氧反应器的快速启动

工程运行试验研究EC厌氧反应器处理啤酒废水启动过程中的运行效能、稳定性以及内部的污泥分布情况,分析颗粒污泥形成的关键因素.运行第95d,进水有机负荷达到8.5kg/(m3·d),COD去除率达80%,出水COD低于400mg/L;在系统1.2m和4m处污泥中均出现粒径为0.5～1.0mm左右的颗粒污泥.结果表明,EC厌氧反应器处理低质量浓度、大流量的啤酒废水采用间歇-连续快速启动方式是可行的,并且上升流速在2.5～5.0m/h有利于颗粒污泥的快速形成.研究证实EC厌氧反应器处理啤酒废水能够实现稳定、高效地启动运行.     

处理难生物降解有机物的厌氧颗粒污泥形成的技术进展

为了加快以上流式厌氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Blanket，简称UASB)为代表的无载体厌氧反应器处理含难生物降解有机物废水的启动速度，综述了影响厌氧颗粒污泥形成的因素．此外，为了高效、快速地降解废水中的难生物降解有机物，建议向厌氧反应器中投加优势茵，以进一步提高厌氧反应器降解废水中难生物降解有机物的效率和速度．     

Treatment of methanol wastewater in external circulation anaerobic reactor with different inoculums

In order to guide the inoculums selection for the anaerobic treatment of methanol wastewater in the engineering application,two 7 L bench-scale external circulation (EC) anaerobic reactors were operated to investigate the inoculums of anaerobic granular sludge and anaerobic digested sludge,focusing on the efficiency and process stability.The effect of impact concentration and temperature on the performance was studied.The results demonstrated that anaerobic granular sludge as the inoculums could complete the start-up more rapidly than the anaerobic digested sludge,and above 90% COD removal were achieved at the organic loading rate of 10 to 15 kgCOD/(m3·d).The effect of impact COD on the methanogenic activity of sludge was weak and the removal efficiencies recovered gradually in the two reactors.The COD removal efficiencies reduced swiftly to 50%-60% due to the impact temperature.The results indicated that the complex bacterial groups in anaerobic digested sludge benefited to enhance the reactor’s capacity for withstanding the temperature shock at some extent.     

岩石粗糙裂隙大范围雷诺数条件下渗流特性

通过试验和理论分析,研究不同几何参数的岩石粗糙裂隙渗流的非达西系数β、临界雷诺数Re_c、非达西效应因子E等变化特性。研制裂隙渗流试验仪器,制作9个不同开度和裂隙粗糙度(joint roughness coefficient, JRC)的单裂隙模型,开展大范围雷诺数Re条件下粗糙裂隙渗流试验。根据渗流试验结果,得到了不同粗糙度(JRC=2~20)单裂隙的渗流特性,显示出粗糙度对裂隙的非线性渗流特性产生显著的影响。结合Forchheimer方程,从理论参数方面,对粗糙度的影响进行量化。研究显示:裂隙粗糙度越大,则越容易引起裂隙渗流的非线性,临界雷诺数越小,非线性作用越强。     

厌氧颗粒污泥的快速培养和特征分析

培养厌氧颗粒污泥的自制反应器进水为养猪废水,进行不同惰性载体对厌氧颗粒污泥形成影响的对比实验。结果表明,添加大孔型阳离子交换树脂的反应器培养时间为39d,COD去除率达到80%,并出现粒径为2.50~3.00mm的大颗粒污泥,产甲烷量为9.75mL CH4·（gVSS·d）-1,与添加聚合铝和粉煤灰的反应器相比,产甲烷菌活性显著强;添加惰性载体与未添加载体反应器相比,培养时间缩短20%~45%,厌氧颗粒污泥活性相差14.00%±0.10%;参考Richards模型进行产甲烷量和反应器培养过程中出水COD建模,发现实验数据和模型数据对比偏差在0.50%±0.01%。