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.

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.

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.