厌氧颗粒污泥基吸附材料在重金属和难降解有机污染物中的研究进展

通过简述厌氧颗粒污泥基生物吸附剂在重金属和难降解有机污染物领域的研究进展;对比分析了颗粒污泥直接法和改性法的优缺点;突出了颗粒污泥基复合吸附材料的优良性能。指出了目前厌氧颗粒污泥复合吸附材料的研究还比较缺乏,涉及的吸附机理、动力学参数和影响因素等相关问题仍需进一步研究。最后展望了厌氧颗粒污泥基复合吸附材料在废水综合治理方面的研发趋势。

厌氧颗粒污泥对五氯酚(PCP)的吸附、解吸及生物降解

以未驯化污泥接种的升流式厌氧污泥床反应器可形成降解五氯酚（ＰＣＰ）的颗粒污泥．颗粒污泥去除ＰＣＰ的主要机制是生物降解作用，而不是生物吸附作用．ＰＣＰ在颗粒污泥上的吸附和解吸符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温方程，吸附和解吸的Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ常数Ｋ、１／ｎ分别为０．７８５７ｍｇ／ｇＳＳ、０．５０７９和１．１０９５ｍｇ／ｇＳＳ、０．３７８２，部分ＰＣＰ被不可逆吸附．与其它活或死的生物材料相比，本试验形成的颗粒污泥对ＰＣＰ吸附量较小．该方程较准确地表达了ＵＡＳＢ反应器内厌氧颗粒污泥对ＰＣＰ吸附量的变化规律．

低基质条件下厌氧氨氧化生物膜和颗粒污泥脱氮性能对比研究

在低基质质量浓度条件下,对海绵填料生物膜反应器和颗粒污泥反应器进行厌氧氨氧化的脱氮性能进行对比研究。研究结果表明:当进水NH4+-N和NO2--N质量浓度分别为(17.03±2.16)mg/L和(19.17±2.33)mg/L时,颗粒污泥厌氧氨氧化反应器的脱氮性能明显优于海绵填料生物膜反应器的脱氮性能;保持对NH4+-N和NO2--N的平均去除率为90%以上时,通过缩短水力停留时间,颗粒污泥反应器容积氮去除速率可达3.55 kg.N/(m3·d),而海绵填料生物膜反应器仅为0.94 kg·N/(m3·d);进水中NO2--N与NH4+-N的质量浓度比能影响反应器的化学计量关系。

UASB和EGSB反应器中厌氧颗粒污泥生物学特性的比较

测定了实验室规模的 2LEGSB和UASB反应器中培养的厌氧颗粒污泥在不同基质中的比产甲烷活性、辅酶F4 2 0 含量和胞外多聚物含量 .结果表明 ,EGSB反应器颗粒污泥在葡萄糖上的比产甲烷活性、利用乙酸的甲烷菌和产氢产乙酸菌的活性和胞外多聚物含量明显高于UASB反应器颗粒污泥 .而UASB反应器颗粒污泥中利用甲酸和氢的甲烷菌的活性以及辅酶F4 2 0 的含量较EGSB反应器颗粒污泥更高 .辅酶F4 2 0 可以指示同种厌氧颗粒污泥的甲烷菌活性 .放置三个月以上的厌氧颗粒污泥 ,产氢产乙酸菌活性几乎丧失 ,利用甲酸和氢的甲烷菌受到的影响相对较小 .图 2表 2参

厌氧颗粒污泥对有机物的初期吸附

在实验室条件下,以静态、序批的方法研究了厌氧颗粒污泥对废水中有机物的初期吸附特性及环境条件对吸附能力的影响.结果表明,与好氧活性污泥相似,厌氧颗粒污泥对有机物的初期吸附速度很快,在10min左右就能达到假定的吸附平衡.初期吸附作用的类型主要表现为物理吸附,占总吸附去除COD的70%左右,其吸附等温线与Freundlich型拟合得较好（R2=0.9702）.pH是影响吸附的重要因素,在pH值为5-9的范围内,吸附量较大,平均为131.19mg·g^-1,当pH值大于9或小于5时,吸附量逐渐下降;温度对吸附也有一定的影响,但影响程度不明显.

低基质浓度厌氧氨氧化颗粒污泥反应器的快速启动

超过100 d的反应器启动时间制约了厌氧氨氧化工艺在城市污水处理工程中的应用。通过高上升流速的培养方式,在低基质反应质量浓度条件下（氨氮与亚硝态氮质量浓度分别为20 mg/L与26 mg/L）,启动厌氧氨氧化升流式厌氧污泥床（UASB）反应器。试验中,厌氧氨氧化反应器的启动时间为60 d,系统稳定运行期,平均总氮去除负荷（以N计）达到4.3 kg·m^-3·d^-1,氨氮与亚硝态氮的平均去除率分别达到99.3%与98.8%。在启动过程中,红褐色颗粒污泥快速形成,当系统运行至100 d时,反应器内79.3%的污泥粒径处于0.5-0.9 mm之间。通过定量PCR,对厌氧氨氧化菌在UASB反应器中的富集情况进行考察,发现厌氧氨氧化菌在反应器中为非均匀分布,反应器底部厌氧氨氧化细菌浓度较高,厌氧化细菌的基因拷贝数达到1.28×10^11个/g MLVSS。

厌氧颗粒污泥中微生物种群变化的分子生物学解析

荧光定量-聚合酶链式反应(RTQ-PCR)与荧光原位杂交(FISH)技术对厌氧反应器内不同状态下颗粒污泥中微生物种群的数量变化与空间分布进行研究.结果发现,颗粒污泥中真细菌明显多于古细菌,但随着厌氧反应器有机负荷的提高,古细菌明显增加,其中产甲烷丝菌也明显增加;真细菌多分布生长在颗粒污泥的外层,而对环境条件敏感的古细菌多分布生长在内层,且随着反应器有机负荷的提高,这种层状分布的特点更为明显.

厌氧颗粒污泥对有机污染物的初期吸附机制

为研究厌氧颗粒污泥对废水中有机污染物的初期吸附机制,在实验室条件下,采用静态、序批的方法考察了活的和灭活的厌氧颗粒污泥对废水中有机污染物COD的初期吸附率之差异,推算了吸附过程中热力学参数值,并对厌氧颗粒污泥初期吸附有机污染物前后的红外光谱进行了比对分析,结果表明,厌氧颗粒污泥对废水中有机污染物的初期吸附是一个复杂的综合过程,初期吸附作用主要表现为物理吸附,占总吸附去除COD的70%多,其次为生物吸附,大约在总吸附去除COD的20%～35%之间。红外光谱分析表明,厌氧颗粒污泥表面上的一些功能基团参与了对有机污染物的吸附作用,这些基团包括-OH、-CH2、-CH3、P-H、C=O、C-N及S=O。

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%）.

利用分子生物技术对厌氧颗粒污泥中微生物种群结构的研究

利用F ISH、RTQ-PCR和DGGE等分子生物技术对厌氧产甲烷颗粒污泥中微生物种群的多样性、空间分布和定量关系进行研究,并对其中的优势古细菌进行系统发育分析。结果表明:颗粒污泥中真细菌主要分布在颗粒污泥外层,古细菌则主要分布在内层;古细菌含量低于真细菌,但有逐渐增多的趋势;随着反应器有机负荷的增加以及运行时间的延长,真细菌种群结构相对稳定,而古细菌种群结构则发生了较明显变化,其中占优势的古细菌种类逐渐减少,主要包括甲烷微粒菌(M ethanocorpuscu lum)、甲烷杆菌(M ethanobacter ium)和甲烷髦毛菌(M ethanosaeta)等。

ABR中厌氧颗粒污泥的微生物学特性

了解厌氧折流板反应器 (ABR)内厌氧颗粒污泥的微生态结构对于颗粒污泥的培养具有指导意义 ,为此对ABR各隔室中厌氧颗粒污泥的微生物组成进行扫描电镜观察 ,并测定了其在不同基质中的比产甲烷活性和辅酶F4 2 0 的含量。结果表明 ,ABR各隔室颗粒污泥的微生物组成差异较大 ,1#隔室颗粒污泥表面以产酸菌为主 ,内部以产甲烷杆菌为主 ,2 #、3#隔室的颗粒污泥中没有明显的优势菌 ,菌群多样复杂 ,4 #隔室颗粒污泥中的优势菌是索氏甲烷菌 ;1#隔室颗粒污泥利用葡萄糖、乙酸的产甲烷活性较低 ,利用丙酸的产甲烷活性最高 ,2 #、3#、4 #隔室颗粒污泥利用葡萄糖、乙酸的产甲烷活性较高 ,利用丙酸的产甲烷活性较低。ABR中颗粒污泥的辅酶F4 2 0 沿隔室逐渐升高 ,与产甲烷活性的变化一致 ,也就是说F4 2 0

微生物絮凝剂促进厌氧污泥颗粒化及其机制的研究

以市政污水消化污泥为种泥 ,一组投加微生物絮凝剂MBF2 1,另一组不投加MBF2 1作为对照 ,研究了微生物絮凝剂MBF2 1在低浓度下UASB反应器启动过程中厌氧污泥颗粒化的作用机理 .在为期 10 2d的实验中 ,对厌氧污泥颗粒的形成期、成长期、成熟期进行了系统的考察 .至实验结束时 ,投加微生物絮凝剂组的厌氧颗粒污泥平均直径比对照组大 0 3mm ,产甲烷活性比对照组高 3 1%以上 .对厌氧颗粒污泥的扫描电镜及荧光显微照片观察中均发现了大量产甲烷菌 .

pH对厌氧颗粒污泥吸附4-氯酚的影响

研究了pH值对4-氯酚在厌氧颗粒污泥上的生物吸附特性的影响.结果表明,pH值对4-氯酚的吸附影响很大,pH值与吸附量呈负相关.随着pH值的升高,颗粒污泥对4-氯酚的吸附能力降低.pH为2.25时,吸附量为6.675 mg/g,而当pH为10.27时,吸附量仅为0.260 mg/g.不同的pH值下,4-氯酚在厌氧颗粒污泥上的吸附行为可以很好地用Langmuir吸附等温方程来描述.本研究还给出了几种pH值下厌氧颗粒污泥吸附4-氯酚的Langmuir和Freundlich方程.

降解2，4-二氯酚的厌氧颗粒污泥-悬浮载体生物膜反应器中古细菌的种群结构

采用古细菌特异性引物ARC21F/ARC958R对污泥样品的总DNA进行聚合酶链式反应(PCR)、克隆、序列分析等,研究了降解2,4-二氯酚(2,4-dichloropheno,l2,4-DCP)的厌氧颗粒污泥-悬浮载体生物膜反应器(Anaerobic granu-lar sludge-suspended carrier biofilm reactor,ASBR)中古细菌的种群分布.结果表明,接种污泥和ASBR各层污泥中存在共有的古细菌:Methanothrix soehngenii和Uncultured archaeon等,M.soehngenii、uncultured archaeonTA05和unculturedarchaeon TA04在接种污泥和ASBR各层污泥中的分布为:接种污泥的丰度<上层的丰度<中层的丰度<下层的丰度.uncultured archaeon44A-1、uncultured archaeon39-2、uncultured archaeon46-1和uncultured archaeon69-1的分布为:接种污泥的丰度>上层的丰度>中层的丰度>下层的丰度.经2,4-DCP驯化后,ASBR上层悬浮填料区出现特有的古细菌unidentified crenarchaeote等,下层厌氧颗粒污泥区特有的古细菌为uncultured archaeon ZAR106等.接种污泥特有的6种古细菌Methanosaeta concilii等经2,4-DCP驯化后消亡,污泥中古细菌多样性减少,以下层颗粒污泥中古细菌种群丰度的变化最为明显.

生产性IC反应器厌氧颗粒污泥的生物学特征

IC反应器以絮状污泥接种用于处理酒糟废水,运行至第180d时分别测定反应器第1、第2反应室颗粒污泥的VSS、产甲烷活性、胞外多聚物和辅酶F420等各项生物学指标。结果表明反应器内颗粒污泥具有较强活性,反应器COD去除率基本稳定在95%以上,出水COD不超过1000mg/L。

五氯苯酚对厌氧颗粒污泥微生物的毒性作用

通过间歇培养方式研究了五氯苯酚对上流式厌氧污泥床和厌氧膨胀颗粒床反应器厌氧颗粒污泥微生物的毒性作用 .结果表明 :五氯苯酚对厌氧颗粒污泥中微生物有较强的毒性 ;低浓度PCP对厌氧颗粒污泥中微生物辅酶F4 2 0 含量、磷酸酯酶活性以及胞外多聚物的分泌都有抑制作用 ,高浓度PCP则直接杀死菌体 ;PCP对厌氧颗粒污泥中不同微生物活性有不同的抑制作用 ,对利用乙酸的甲烷菌和利用丙酸和丁酸的产氢产乙酸菌都有强烈的抑制作用 ;EGSB反应器厌氧颗粒污泥对PCP的抑制有更强的耐受能力 .

厌氧颗粒污泥藻酸盐对铜离子的吸附研究

从厌氧颗粒污泥中成功提取出细菌藻酸盐并制备成藻酸钙吸附剂,研究其对水中Cu^(2+)的吸附性能。实验结果表明,接触时间、Cu^(2+)初始浓度和溶液初始pH是影响Cu^(2+)吸附性能的重要因素。吸附等温线研究表明,Langmuir模型比Freundlich模型能更好地描述吸附过程。Cu^(2+)在藻酸钙上的吸附动力学过程可以很好地用Pseudo二级动力学方程来描述。以100 mmol/L HCI为解吸剂,可有效洗脱藻酸钙上95%的Cu^(2+),实现Cu^(2+)的回收。

厌氧颗粒污泥膨胀床处理酵母废水及微生物相研究

研究了厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器处理高浓度酵母废水的启动规律及微生物相.研究表明:在上升流速为6 m/h,温度控制在30℃,进水CODcr和FeCl2分别为20 g/L和500 mg/L的条件下,反应器COD容积负荷可达15.9 kg/(m3.d)左右,容积产气率稳定在5.2～5.5 L/(L.d)以上,COD去除率为65%～69%,容积负荷与产气率呈显著线性关系.当负荷超过15.9 kg/(m3d.)时,反应器中的挥发性脂肪酸(VFA)浓度达到了1.26 g/L,最大产甲烷活性只有0.24 g/(g.d),对产甲烷菌活性产生了明显的抑制作用.颗粒污泥微生态系统的结构和功能较稳定,球菌和短杆菌成片地聚集生长.

厌氧膨胀颗粒污泥床处理冷轧含油废水的微生物相研究

以厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器处理冷轧含油废水过程中所形成的厌氧颗粒污泥的形态和微生物相为研究对象,对颗粒污泥的驯化及微生物相变化进行研究并初步鉴定污泥微生物。结果表明,接种污泥被驯化并稳定运行后,微生物较快适应反应器环境并稳定成长,颗粒污泥粒径出现渐增且有明显分层,且粒径从底部到上部逐渐减小。扫描电镜及微生物相鉴定结果主要显示以甲烷蝇菌属、鬃毛甲烷菌属、甲烷八叠球菌属3种菌属为主。

生物载体在促进厌氧污泥颗粒化过程中的应用

文章对国内外生物载体加速厌氧污泥颗粒化过程中的应用现状进行了分析与总结,归纳了传统与新型生物载体各自的特点与作用机理,以期为厌氧颗粒污泥的工程化培养提供帮助。