自养硝化颗粒污泥培养过程及微观特征

采用SBR以成熟好氧颗粒污泥和絮状活性污泥为接种污泥以期快速培养自养硝化颗粒污泥.实验结果表明,加入成熟好氧颗粒污泥有利于硝化颗粒污泥的快速形成和SBR启动,好氧颗粒污泥可以为硝化细菌提供附着载体,在反应器内快速培养具有良好氨氮转化效果的自养硝化颗粒污泥.EPS对自养硝化颗粒污泥的形成和聚集具有重要作用,TB-EPS蛋白质多糖含量最高,分别达到192.197、59.380mg/g vss,表明自养硝化颗粒污泥最核心的TB-EPS层微生物间交流密集,TB-EPS在自养硝化颗粒污泥形成过程中发挥重要作用.疏水性的色氨酸和酪氨酸达到70%有利于为SMP-EPS和LB-EPS提供较多的疏水性吸附位点,从而增强污泥间的粘附性并促进自养硝化颗粒污泥的形成.TB-EPS中腐殖酸和可溶性微生物代谢物占比增多有利于增强自养硝化颗粒污泥的絮凝能力.谷氨酸作为碳和氮代谢之间的交叉点其占比达到11.18%~13.64%,是生物机体内氮代谢的基本氨基酸,脯氨酸含量的增加有助于维持膜结构的稳定性.自养硝化颗粒污泥酰胺Ⅰ区的蛋白质二级结构α-螺旋、β-转角和反向β-折叠等聚集有利结构远高于聚集不利结构,表明培养过程中自养硝化颗粒污泥的稳定性增强.

硝化颗粒污泥胞外聚合物及信号分子功能分析

在SBR中以活性污泥为接种污泥培养自养硝化颗粒污泥.结果表明自养硝化颗粒污泥启动时间长,污泥颗粒化进程控制难度较大,但是仍能形成沉降性较好的自养硝化颗粒污泥,氨氮去除率能够达到90%以上.TB-EPS蛋白质和多糖含量占比最高,在第70d时TB-PN为90.69mg/gVSS,TB-PS为53.69mg/gVSS,TB-EPS作为污泥颗粒结构的最核心,在颗粒化过程中发挥重要作用.疏水性的色氨酸和酪氨酸有利于SMP层和LB-EPS增强污泥间的粘附性,从而促进自养硝化颗粒污泥的形成.8种疏水性氨基酸的相对占比由初始的34%上升到最高66%,也表明疏水性氨基酸在絮状污泥颗粒化的关键时期发挥重要作用.聚合链相对占比的升高可以增强污泥间的结合力,β-折叠能提供较多的疏水位点从而促进硝化污泥的聚集,有利于自养硝化颗粒污泥的形成.C4-HSL浓度达到112.00ng/L,其可与LuxR蛋白结合可促进蛋白酶活性和EPS的产生.C6-HSL和C8-HSL对硝化菌群生物膜的形成具有调节作用,C6-HSL在第30d时达到30μg/L,其含量最高表明其在自养硝化颗粒污泥的信号传递中占有重要地位.3OC6-HSL和蛋白质类物质呈正相关,其与SMP-PN和LB-PN的相关性系数为0.77和0.71,可能通过指导蛋白质类物质的合成以增强污泥的粘附性从而有利于污泥微粒的聚集.

自养硝化颗粒污泥的异养反硝化性能研究

文章研究了自养硝化颗粒污泥(ANGS)的异养反硝化性能,通过单因素试验确定ANGS对总无机氮(TIN)去除率的影响,确定响应曲面各因素变量的取值范围。利用响应曲面法和Box-Behnken Design(BBD)方法设计试验,研究各因素变量和TIN去除率之间的关系,并探索最佳工艺组合。各个因素对TIN去除的显著性影响顺序是:外投碳源浓度(COD浓度)>污泥浓度>反应时间>搅拌速率,时间和搅拌速率、COD浓度和搅拌速率、COD浓度和污泥浓度、污泥浓度和搅拌速率的交互作用较显著。得出最佳运行参数为:反应时间2.868 h、COD浓度320 mg/L、搅拌速率202 r/min和污泥浓度6000 mg/L,预测TIN的去除率响应值为20.5%。

自养硝化颗粒污泥吸附铅离子机理研究

为高效去除无机废水中铅离子,利用Langmuir方程、准一级动力学和准二级动力学拟合自养硝化颗粒污泥(ANGS)对铅离子的吸附过程,再对吸附前后的ANGS进行FTIR、XPS及XRD表征,探究ANGS吸附铅离子的吸附机理。Langmuir方程的R2=0.9984,最大吸附容量为39.84 mg/g,即吸附过程属于单分子层吸附。用准一级动力学和准二级动力学模型拟合计算ANGS对铅离子的吸附速率,R^(2)分别为0.9699和0.9995,但拟二级动力学模型计算出的平衡吸附量更接近实测值(误差为5.01%),表明ANGS对铅离子吸附过程中的控制步骤为化学吸附。吸附前后ANGS的结构和形貌无明显变化,ANGS吸附铅离子的机理为离子交换、静电吸附和表面络合。

自养硝化颗粒污泥原位储存及恢复

文中探索了自养硝化颗粒污泥(ANGS)的原位储存及恢复效果。观察发现,储存4个月的ANGS保持了较好的颗粒形态,未出现明显的解体现象,但颗粒内部变成黑色;储存过程中ANGS的主要理化特性下降明显,MLSS下降了20.3%,SOUR下降了71.3%。通过投加外源硝化细菌促进原SBR中ANGS的恢复,观察到ANGS颜色快速转变为褐色,16 d后的氨氮去除率超过90%,30 d后污泥量(3800 mg/L)和污泥SVI(25 mL/g)恢复至储存前水平,颗粒中活性成分较高(MLVSS/MLSS>0.95),形态饱满,平均粒径维持在0.9 mm。常温原位储存ANGS不仅操作方便和节省空间,而且能在短时间内恢复稳定,为ANGS反应器的稳定性维持提供了一种新思路。

自养硝化颗粒污泥吸附铅离子的性能

稀土冶炼产生了大量重金属废水,污泥因其来源广而成为常用的生物吸附剂,用于重金属废水治理。研究探索了自养硝化颗粒污泥(ANGS)吸附铅离子效果。通过单因素试验探究了铅离子浓度、吸附时间、污泥浓度及pH对吸附效果的影响,确定了实现ANGS对铅离子高效吸附适应的反应条件,即:吸附时间为2.0~2.5 h;污泥质量浓度为5000~9000 mg/L;pH值为3~5;铅离子质量浓度≤300 mg/L。利用响应曲面法分析各影响因素与铅离子去除率之间的交互作用并确定最佳吸附条件,影响力排序为:污泥量>pH>吸附时间;最佳吸附条件为:吸附时间=2.03 h,污泥质量浓度=6061.98 mg/L,pH值=3.01,此时,ANGS吸附铅离子的预测值可达100%,实际值>95%。利用Freundlich方程描述吸附过程,拟合度R^(2)为0.9453,表明该吸附是一个非均相表面吸附过程;最大吸附量(Q_(max))为40.09 mg/g,证实了ANGS可以作为一种高效的铅离子生物吸附剂,旨在为稀土冶炼废水治理提供技术支持。

自养与异养颗粒污泥的特性比较

采用两个几何形状相同的SBR反应器(R1和R2),控制其负荷分别为2.4、0 kg-COD/(m3.d),以分别培养异养和自养好氧颗粒污泥并分析其特性。结果表明:R1的好氧颗粒污泥中存在大量丝状菌,以异养菌为主,而在R2中自养硝化菌为优势种群。颗粒强度测试结果表明,以丝状菌为骨架的异养颗粒污泥的强度要大于自养颗粒污泥的。R1、R2对NH+4-N的平均去除率分别为92%和87%。然而,异养颗粒污泥氧化氨氮的能力却弱于自养颗粒污泥,两者分别为108.2和579.7 mg/(gMLVSS.d)。另外计算表明,在R1的异养颗粒污泥中自养菌与异养菌的数量之比约为1∶8。

自养硝化颗粒污泥的干式储存及恢复

在冷藏密闭、冷藏敞开、常温密闭和常温敞开的条件下对琼脂包埋后的自养硝化颗粒污泥(ANGS)进行储存,研究储存环境对ANGS稳定性的影响,考察储存后ANGS的恢复效果。储存40 d后,大部分ANGS的形貌仍饱满光滑,其质量分别减少了32.5%、31.3%、47.5%和39.2%,比耗氧速率(SOUR)分别下降到13.39、16.75、11.87和14.64 mgO_(2)/(gMLVSS·h)。恢复期间,颗粒有部分破碎现象,但未发生明显解体;ANGS的活性在第22天恢复到储存前的水平[18.6~28.9 mgO_(2)/(gMLVSS·h)];SOUR_(NH4^(+))/SOUR_(NO2^(-))在34 d后一直维持在1以下,说明亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性高于氨氧化菌(AOB)的活性;50 d后反应器对氨氮的去除率达到了80%左右,但由于缺乏反硝化碳源,TIN去除率不足5%。储存前的优势菌属Nitrosomonas(17.27%)和Comamonas(15.2%)等消失,恢复后Methylobacillus(40.92%)和Hyphomicrobium(11.62%)成为优势菌属。

交替曝气及外投碳源强化自养硝化颗粒污泥脱氮效果研究

探索了在交替曝气序批式反应器(SBR)中的缺氧段外投有机碳源提高自养硝化颗粒污泥(ANGS)脱氮效果,为离子型稀土矿山废水高效脱氮提供技术支持。首先,探索各影响因素(外投碳源浓度、曝气量及曝停比)对总无机氮(TIN)去除率的影响,确定它们适宜的范围。然后,利用响应曲面法(RSM)耦合出最佳工况点,即:COD投加量=600 mg/L,曝气量=0.6 L/min,曝停比=9∶21。此工况下2 h缺氧段ANGS对TIN去除率的预测值为69.39%,实测值为(68.52±3.35)%。应用双倒数法,拟合求解最佳工况下ANGS对氨氮、亚硝态氮及硝态氮的基质降解动力学方程,发现ANGS对硝态氮的亲和性最好,亚硝氮居中,对氨氮亲和性最差。最后,探索了典型周期试验中各污染物的变化规律,探究出外源硝化反硝化对TIN去除的贡献率为85%,而内源硝化反硝化占比为15%。研究结果表明,通过交替曝气并外投有机碳源具有高效脱氮并降低运行成本的潜力。