藻-菌颗粒污泥粒径与除污效能的研究

作为一种光驱动的新兴污水处理工艺,藻-菌颗粒污泥(Microalgae-Bacterial Granular Sludge,MBGS)因其高除污效能、低能耗、零温室气体排放等优点而被广泛研究.MBGS粒径可以影响MBGS的藻-菌质量比与生态位,从而影响其传质及光利用效率,进而影响其污染物去除效能.鉴于此,考察了不同粒径MBGS(1.08,2.20,3.17和4.08 mm)的除污效能,发现1.08 mm的MBGS系统对有机物、氨氮及磷酸盐的去除效能最高,同时其出水溶解氧浓度最高.进一步结合文献调研和分析表明:当光强为100~500μmol·m^(-2)·s^(-1)时,MBGS最优粒径范围为0.80~1.60 mm;MBGS粒径对于有机物及氨氮的去除影响较磷酸盐更大;通过提供剪切力(如水力或机械搅拌)能够维持MBGS的最优粒径.研究结果可为MBGS工艺应用于实际污水处理提供理论基础.

藻-菌颗粒污泥工艺对不同碳源污水的处理效能

藻-菌颗粒污泥(MBGS)工艺是一种低碳绿色的污水处理新技术。该工艺通过细菌和微藻间协同作用去除污染物,具有效能高、能耗低、温室气体排放少等优点。目前关于MBGS工艺的报道较多,但对于不同碳源污水的研究对比相对欠缺,这在一定程度上限制了该工艺的进一步应用。文章探究了MBGS工艺处理分别以乙酸钠、葡萄糖和蔗糖为碳源的模拟污水的效能。试验结果表明,碳源种类对MBGS工艺去除有机物影响较小,当乙酸钠作为碳源时效能最高,平均去除率可达87.3%。在氨氮去除方面,蔗糖作为碳源的效果最佳,平均去除率达92.3%。对于磷酸盐,乙酸钠作为碳源时MBGS的去除效能最高,平均去除率为82.3%,这可能与系统的pH有关(乙酸钠产碱,葡萄糖、蔗糖产酸)。此外,葡萄糖更有助于颗粒粒径的增长,而蔗糖作为碳源时MBGS的叶绿素a质量分数最高(7.3 mg/g),说明蔗糖可能更有利于促进MBGS中微藻的代谢和生长。文章的研究结果可为MBGS的基础研究与应用提供了理论支持。

藻-菌颗粒污泥处理低C/N生活污水的研究

在光暗交替、零曝气条件下建立两组不同进水C/N(chemical oxygen demand,COD/total nitrogen,TN)(R_(1):10.0,R 2:5.6)的序批式反应器并运行了70 d,研究微藻-细菌颗粒污泥(microalgal-bacterial granular sludge,MBGS)在低C/N进水条件下的污染物去除效果、颗粒组成及稳定性的变化。研究发现,R^(1)组颗粒形态稳定,结构紧密,而R^(2)组颗粒形态出现差异化,结构略松散。R^(2)的COD去除率无显著变化,并且有更好的NH_(4)^(+)-N去除效果(94.68±7.24)%,但其PO_(4)^(3-)-P的去除效果不佳(50.69±13.64)%。通过元素分析进一步发现低C/N条件使MBGS中细菌的比例增加36%,并证明低C/N生活污水中的COD和PO_(4)^(3-)-P主要依靠MBGS的同化作用去除,NH_(4)^(+)-N主要被细菌的硝化作用转化。此外,低C/N组中蛋白质含量显著增加,并分泌更多的松散结合EPS(loosely bound EPS,LB-EPS)来提高颗粒稳定性。

微藻生物强化对藻-菌颗粒污泥的形成影响及污染物去除研究

为了探究微藻强化好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS)方式培养藻-菌颗粒污泥(microalgal-bacterial granular sludge,MBGS)的可行性及其关键藻种的潜在作用机理,分别向序批式光生物反应器(光强4000 lx)中投加小球藻(R1反应器),小球藻和斜生栅藻(R2反应器),小球藻、斜生栅藻和鲍氏细鞘丝藻(R3反应器),并对形成的MBGS理化特性、污染物去除及微生物群落结构进行系统研究.结果表明:①MBGS均能在30 d左右形成,其稳态下的污染物去除总体优于AGS,对COD、NH_(4)^(+)-N、TN和TP的平均去除率分别在98%、97%、77%和93%以上,且R2、R3反应器对NH_(4)^(+)-N、TP的去除率显著高于R1反应器(P<0.05).②胞外聚合物(EPS)分析表明,与R1反应器相比,R2、R3反应器具有更多的芳香蛋白、可溶性微生物副产物、腐殖酸、类富里酸等成分,有利于MBGS的形成.③R3反应器中鲍氏细鞘丝藻被淘汰,形成了与R2反应器主要藻种类似的MBGS.④R1、R2和R3反应器稳态下具有硝化螺旋菌门(Nitrospirae)和红环菌科(Rhodocyclaceae)等脱氮除磷功能微生物.研究显示,在微藻生物强化形成MBGS的过程中,斜生栅藻可能起到重要作用,提高了氮、磷的去除率,并有利于维持MBGS的稳定性.

藻-菌颗粒污泥工艺在自然光昼夜交替条件下处理含复杂有机物生活污水的效能及机理研究

藻-菌颗粒污泥(MBGS)工艺是一种节能环保的新型污水处理工艺,当前关于该工艺的研究主要集中于连续光照、间歇式反应器及含简单有机物的模拟污水,对其在昼夜交替条件处理含复杂有机物污水的研究鲜有报道,从而极大地限制了MBGS工艺的进一步工程应用.该文采用连续流的管式光生物反应器(直径2.3 cm、管长50 cm、容积200 mL),探究了在自然光昼夜交替条件下MBGS工艺处理含复杂有机物(蛋白胨、酵母提取物、淀粉和尿素)的模拟市政污水的效能及机制.结果表明:①在白天平均进水ρ(COD)、ρ(NH_(4)^(+)-N)、ρ(TN)和ρ(PO_(4)^(3-)-P)分别为219.4、20.0、41.4和3.0 mg/L,晚上平均进水ρ(COD)、ρ(NH_(4)^(+)-N)、ρ(TN)和ρ(PO_(4)^(3-)-P)分别为237.0、21.2、43.7和3.0 mg/L的条件下,白天COD和PO_(4)^(3-)-P的平均去除率分别为77.1%和87.2%,其相应的夜晚平均去除率分别为88.0%和42.7%;TN在昼夜间的平均去除率均低于30%.②进一步分析表明,MBGS可在昼夜交替条件下调节系统DO浓度,从而实现MBGS系统的自我维持和COD的高效去除,COD在白天和晚上的平均去除速率分别约为0.34和0.42 kg(m^(3)·d).③Miseq测序结果表明,拟杆菌纲(Bacteroidia)、热带单胞菌属(Tropicimonas)和四膜虫属(Tetrahymena)丰度增高,可促进复杂有机物的降解.研究显示,MBGS工艺可以在自然光昼夜交替条件下实现有机物的高效去除,适用于碳氮比约为5的生活污水的处理.

藻-菌颗粒污泥培养方案的研究进展

传统活性污泥法因其能耗高、排放大量的二氧化碳以及资源回收能力差等问题,难以满足未来环境和经济的可持续发展需求,因此迫切需要开发新的污水处理技术。近年来,藻-菌颗粒污泥(MBGS)技术因其高效的废水处理能力、低能耗、低二氧化碳排放、潜在的资源回收能力而受到广泛关注。然而,目前MBGS技术主要停留在实验室研究阶段,其工程化应用还存在一些挑战。本研究通过对MBGS的培养方法进行分析,对其培养过程中的影响因素进行了探究,可为该技术尽快实现工程化、经济化以及高效化发展提供参考。

藻-菌颗粒污泥——低碳污水处理新技术

藻-菌颗粒污泥(Algal-bacterial granular sludge,ABGS)是近年来新兴的一种污水处理技术,其利用好氧颗粒污泥(Aerobic granular sludge,AGS)与微藻相耦合,具有沉降性能好、生物量高、抗冲击负荷能力强、污水处理效率高、外部曝气需求和碳排放量低、资源回收潜力大等优势。通过文献整理和分析,归纳了ABGS系统的建立和强化方式、颗粒特性、除污效果和机理、影响因素,最后讨论了ABGS技术的未来需求和局限性,并对ABGS的未来研究方向进行了展望。

藻-菌颗粒污泥的污染物去除和微生物群落演替研究

通过比较好氧颗粒污泥(AGS)与藻-菌颗粒污泥(ABGS)两组SBR反应器,旨在评价微藻的加入对污染物去除和微生物群落的影响.结果表明,微藻的生物强化作用会加速活性污泥颗粒化.同时,ABGS对PO_(4)^(3-)P和总无机氮的平均去除率比AGS分别高5.3%和16.3%,这可归因于微藻对污染物的同化作用.16S rRNA结果进一步发现,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是主要两个生物反应器中的优势菌,然而,由于微藻的增殖和代谢作用,绿弯菌门(Chloroflexi)、浮霉菌门(Planctomycetes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)在藻-菌颗粒污泥中的丰度被发现远高于好氧颗粒污泥中.此外,18S rRNA结果显示,初始接种的蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidesa)被快速生长的四孢藻属(Tetraspora)所取代,致使藻-菌颗粒污泥比好氧颗粒污泥展现了更好的氮、磷去除率.

藻-菌颗粒污泥中微生物胞外多糖特性研究

藻-菌颗粒污泥(Microalgal-bacterial granular sludge,MBGS)工艺在城市污水生物处理领域引起了越来越多的研究兴趣.胞外多糖(Polysaccharides,PS)是胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的重要组分,是维持颗粒稳定性的关键物质之一.研究了MBGS中PS的凝胶性能,以及松散结合的胞外聚合物(Loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密结合的胞外聚合物(Tightly bound EPS,TB-EPS)中PS的含量、分布及单糖组成,并探究了MBGS的EPS中PS可能的微生物来源.结果表明,MBGS的PS具有凝胶性,主要分布在TB-EPS中,含量为(40.06±2.30)mg·g^(-1),其中半乳糖、葡萄糖和鼠李糖为主要单糖组分,而果糖和古罗糖醛酸未被检出.Thauera、Hydrogenophaga、Azoarcus和Acutodesmus是PS的主要微生物潜在来源.本文研究结果阐释了MBGS PS的基本特性,为MBGS工艺的稳定运行提供了理论基础.

菌-藻共生好氧颗粒污泥的稳定性机理

在非曝气条件下接种好氧颗粒污泥(AGS)和绿藻藻种,经过18d的培养,成功构建了菌-藻共生好氧颗粒污泥系统(ABGS).研究表明,在非曝气条件下,与传统的AGS相比,ABGS具有更高的生物活性、除污染效能和机械强度,说明ABGS的稳定性更优.对ABGS的稳定性机理进行分析,发现在颗粒化过程中,胞外聚合物(EPS)特别是紧密结合层EPS(TB-EPS)中蛋白质(PN)含量明显增加,实验末期其含量增加至114.4mg/g MLSS,约为AGS的2.8倍.采用三维荧光光谱进一步分析EPS的组分,结果表明TB-EPS中氨基酸、色氨酸、芳香族蛋白质、络氨酸和色氨酸类物质是维持颗粒结构稳定性的重要原因.在微生物群落结构方面, ABGS的物种多样性和群落丰富度更高,原核生物绿弯菌门(Chloroflexi)和浮霉菌门(Planctomycetes)、真核生物绿藻门(Chlorophyta)的富集有利于加强系统的稳定性.

光辅自耦合藻-菌颗粒污泥处理系统特性

在当前温室气体成为生态环境严重威胁的背景下,探究了实验室条件下光辅助自耦合藻-菌颗粒污泥处理系统达到最佳处理效果时,系统所需的曝气量大小。本工作首先阐述了该系统的培养过程,接着考察了藻类供氧完全替代曝气(零曝气)的情况下系统处理效果,最后探究了适当增加不同曝气量(0.2,0.4,0.6,0.8 L/min)的条件下系统处理效果。结果显示,在零曝气条件下经过12 h的处理,出水COD、总磷、总氮浓度分别降至76.70,1.09,3.52 mg/L,各指标浓度下降趋势明显,继续增大水力停留时间出水能够达标,但处理成本随之增大。对比几种不同曝气量条件,在0.2 L/min曝气量条件下系统各项出水指标效果达到最佳,COD、总磷、总氮浓度分别降至25.6,0.40,1.67 mg/L。因此0.2 L/min为系统最佳曝气量,在保证处理效果的同时能够为污水厂节能减排带来可观效果。

聚苯乙烯微塑料对菌-藻颗粒污泥的影响机制研究

在成熟的好氧颗粒污泥(AGS)中接种小球藻,成功构建了菌-藻共生好氧颗粒污泥(ABGS)系统.开展了聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)对ABGS系统的影响机制研究.研究表明:低浓度PS-MPs(1mg/L)对ABGS的生物量、藻类生长、沉降性能和污染物去除效率无明显影响.相较于ABGS对照组,高浓度P S-MPs(10mg/L和100mg/L)胁迫作用下ABGS的生物量、藻类生长、沉降性能受到了明显抑制,叶绿素α/MLSS比值降低了0.19mg/g,污泥平均粒径降低了200μm,颗粒污泥结构逐渐松散破碎,有机物、氮和磷等污染物的去除效率分别降低了4.83%、5.06%和4.11%.此外,PS-MPs抑制了ABGS胞外聚合物(EPS)的分泌,降低了EPS中色氨酸和芳香族蛋白质的含量.在微生物群落结构组成方面,PS-MPs提高了ABGS系统内物种多样性,但抑制了疣微菌门(Verrucomicrobiota)、蓝藻门(Cyanobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)等功能细菌的生长,不利于维持系统的长期稳定性.