文章对海南某焦炭制造厂的全规模污水处理系统进行了深入分析,该系统包含两个缺氧罐、四个好氧罐和三个硝化罐及相关配套设施.在研究过程中对系统的污水净化性能进行了评估,并基于运行参数对全规模颗粒污泥去氮的出水浓度影响进行了探讨.结果表明,尽管系统面临苯酚、SCN、氨和氰化物等污染物带来的硝化作用不稳定的问题,但通过调整废水净化系统的运行参数,可以达到对排放浓度的调控.此外,研究还展示了微生物活性在颗粒污泥硝化和反硝化活性的变化中所发挥的关键作用.因此,研究为提高工业废水的处理效率,特别是提高全规模颗粒污泥法的氮素去除效率提供了有益的研究成果和实践建议.

好氧颗粒污泥是微生物通过自凝聚作用形成的一种特殊的生物聚集体,具有结构致密、沉降性能优异、抗冲击负荷能力强、多功能微生物分区定殖等特点,其在废水强化脱氮除磷与难降解有机物去除方面具有明显的技术优势.针对目前工业和养殖废水及城镇生活污水等碳氮比低、处理出水总氮达标压力大等突出问题,综述基于好氧颗粒污泥的全自养、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化、异养硝化-好氧反硝化等强化脱氮工艺,介绍其脱氮机制及技术优势,阐明不同好氧颗粒污泥脱氮工艺的特点与颗粒污泥特性,同时总结各种工艺的启动条件及富集相应功能菌的好氧颗粒污泥的形成因素,评估不同工艺应用于实际废水生物处理的可行性.在此基础上进一步分析进水基质组成(不同碳氮比)、运行模式(连续曝气和间歇曝气)、运行条件(溶解氧浓度、温度和pH)等对好氧颗粒污泥工艺强化脱氮性能与稳定运行的影响.最后提出应进一步优化好氧颗粒污泥强化脱氮工艺的运行参数,解析好氧颗粒污泥微生物菌群功能,揭示好氧颗粒污泥形成与结构稳定的微生物学机理.

群体感应是微生物在繁殖过程中分泌一些特定的信号分子,当信号分子浓度达到一定阈值后,可以调控某些基因表达,从而实现信息交流的现象.群体感应调控着生物膜形成、公共物质合成、基因水平转移等一系列社会性行为,广泛存在于各类微生物信息交流中.活性污泥、生物膜和颗粒污泥等生物聚集体广泛存在群体感应现象,了解和认识群体感应与微生物之间的调控行为,对于废水处理具有重要意义.本文综述了感应信号分子的分类、群体感应调控机制,群体感应在活性污泥、生物膜、好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥等废水处理中的调控行为的研究进展,并对废水处理中群体感应的研究进行了展望,以期为深入理解废水处理中群体感应调控行为提供参考.

[背景]厌氧产氢颗粒污泥比絮状产氢污泥具有更高的生物量、沉降性与反应效率,对颗粒污泥进行蛋白质组学研究,有助于揭示其代谢调控的分子机制,从而对厌氧代谢过程进行优化调控.目前关于产氢颗粒污泥蛋白质组分析样品制备方法的研究尚未见文献报道.革兰氏阳性菌Ethanoligenens harbinense YUAN-3是自凝集产氢发酵细菌,在间歇和连续流培养中可形成自聚集的厌氧颗粒,由于其全基因组信息清楚,可作为模式研究材料对制备方法进行评估.[目的]针对厌氧产氢颗粒污泥的蛋白质组学研究,比较不同蛋白质提取方法进行优化.[方法]分别利用液氮研磨、超声破碎、匀浆破碎对产氢颗粒污泥破碎,比较这3种方法对总蛋白提取量的影响;通过双向电泳比较三氯乙酸(Trichloroacetic acid,TCA)-丙酮沉淀法与苯酚抽提法对总蛋白提取效果的影响;对总蛋白样品分别进行同位素标记相对和绝对定量标记(Isobaric tags for relative and absolute quantification,iTRAQ)、串联质谱标签(Tandem mass tag,TMT)标记以及质谱鉴定.[结果]液氮研磨、超声破碎、匀浆破碎3种破碎方法下总蛋白的提取量分别是对照样品的2.0、3.9与5.2倍.与TCA-丙酮沉淀法相比,苯酚抽提法总蛋白样品在双向电泳图谱上的蛋白质点明显增多,分布均匀,同时其在碱性蛋白端与小分子量蛋白端的蛋白质点也明显增多.质谱分析发现,iTRAQ标记样品与TMT标记样品中分别鉴定到1 797个与1 644个蛋白,在分子量、等电点、亚细胞定位的各个分布范围内,这些蛋白良好地覆盖了E.harbinense YUAN-3中各个类型的蛋白.[结论]匀浆破碎与苯酚抽提法联用的总蛋白制备方法更适用于厌氧产氢颗粒污泥,该方法有利于后续的蛋白质双向电泳和定量蛋白质组质谱分析,可作为产氢颗粒污泥以及革兰氏阳性菌总蛋白制备的方法参考.

虽然好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)具有沉降性能好、高效脱氮除磷以及抗冲击负荷等优点,但是该技术仍然存在颗粒化进程缓慢及容易解体等技术瓶颈.因此,如何克服上述瓶颈是实现好氧颗粒污泥技术在实际污水处理推广的关键.近年来,酰基高丝氨酸内酯(Acyl Homoserine Lactone,AHL)介导的微生物群感效应(Quorum Sensing,QS)成为微生物领域的研究热点,而有研究报道采用AHLs介导的微生物群感效应对活性污泥快速颗粒化以及颗粒稳定有积极作用,具体作用途径包括投加AHLs促进活性污泥胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)的分泌并影响微生物群落结构.本文首先回顾关于AHLs对污水处理过程中微生物的作用机理,讨论了不同环境因素(包括底物类型、电子受体、污泥浓度、pH值、温度)对微生物产出AHLs数量的影响,总结AHLs外源添加或引入产AHLs功能菌株的方法,进而通过AHLs调控污泥的快速颗粒化和长期稳定.最后,本文提出了AHLs介导的群感效应在好氧颗粒污泥技术上的未来研究方向.

从冬季北京化工大学污水处理站活性污泥、江苏省某污水处理厂生物转盘污泥和实验室的好氧颗粒污泥中筛选出3株较好的低温异养硝化的菌株制成混合菌剂,解决低温条件下异养硝化菌硝化能力差的问题.应用传统分离纯化培养技术筛选菌株,纳氏试剂分光光度法评价菌株的异养硝化能力,通过形态观察、生理生化特性和16S rDNA测序对菌株进行种属鉴定,设计正交试验和单因素试验,确定菌剂复配比并进行固定化,探究低温异养硝化的最优条件.在13℃下共筛选出3株脱氮效果好的菌株,经鉴定均属于不动杆菌(Acinetobacter sp.),复合菌剂最佳复配比为1:1:1,进行固定化后在碳源为柠檬酸钠、pH为8、NH4+-N浓度为50 mg/L、NaCl浓度为10 g/L-20 g/L时,其氨氮去除效率可达95.86％,对高氨氮,高盐度废水具有较高耐受性,在低温废水处理方面具有潜在的应用价值.

在过去的20多年里,好氧颗粒污泥(AeGS)技术在污水生物处理领域得到广泛研究和实际应用.目前,国内外已在AeGS形成机制、工艺参数优化、功能菌群解析、微生物代谢分泌强化等方面取得了研究进展,尤其在揭示颗粒化机理和加速颗粒化过程上成果显著,基于AeGS形成过程的四步理论和三大假说,已能实现AeGS在30 d甚至更短期内的快速培养.但是,实际生产运行中颗粒易失稳的问题始终未得到解决,成为AeGS工艺工程应用长期稳定运行的主要技术瓶颈.围绕AeGS生产运行过程中结构失稳及其影响因素进行了文献考察,从传质阻力、优势微生物结构和功能、EPS分泌与组成、颗粒内聚力等方面开展分析与讨论,总结了强化颗粒结构稳定的主控因子,包括颗粒粒径控制、功能菌群结构优化(通过慢速生长微生物富集、丝状菌及内核厌氧菌抑制)、EPS分泌特性调控、群体感应调控和颗粒内核外源强化(通过添加金属离子、成核剂,接种颗粒污泥或EPS),以期为AeGS工艺实际生产应用的长期稳定运行提供有效的调控策略.未来有必要结合表位表征技术、先进的分子生物学工具以及新型生物化学和生物物理学方法,深入挖掘颗粒失稳诱因和机理,为维持AeGS长期结构稳定指明方向.

为提高巢湖蓝藻的资源化利用率,以巢湖蓝藻为原料与干麦草,装填到厌氧发酵罐中,混合厌氧发酵产沼气.结果表明:干麦草:蓝藻(超声40 min):颗粒污泥为2:7:1时,产气效果最好,挥发性固体产气率为333.78 mL/g(VS),甲烷体积分数也最高,达到57％.对发酵液的pH、COD、NH3-N和产气量指标进行相关性分析,干麦草:蓝藻:颗粒污泥为2:7:1时,产气量与发酵液COD表现显著正相关;干麦草:蓝藻(超声40 min):颗粒污泥为2:7:1时,发酵液COD与发酵液NH3-N呈现显著正相关.研究结果为巢湖蓝藻资源化提供了一条新的解决思路.

自然界中的氮循环与铁循环相互交联,参与氮循环的厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)菌的生长代谢及活性发挥也与铁元素紧密关联.自然界广泛存在的铁矿物因具有运行成本低廉、稳定性好、二次污染小等优势,在污水处理领域得到广泛应用.在厌氧氨氧化脱氮系统中引入适量铁矿物,不仅有助于促进anammox菌和铁还原菌的富集,提高功能基因丰度和相关酶活性,还可能通过影响污泥浓度、血红素c含量、胞外聚合物含量和颗粒化程度,改善污泥性能和提高厌氧氨氧化系统的稳定性.同时,铁矿物具有促进体系多种氮素转化途径(如anammox、铁自养反硝化、铁氨氧化、异化硝酸盐还原成铵和反硝化)相耦合的潜能,可以提高anammox污水处理系统的总氮去除率.本文基于铁矿物在促进污水生物脱氮方面的良好性能及其在anammox系统中的变化,从脱氮效能、污泥特性、微生物特征及酶活性等方面,系统综述了铁矿物对厌氧氨氧化系统的强化作用机制,并从anammox菌对铁矿物的利用及铁元素的摄取角度展望了后续的研究方向,以期为铁矿物强化厌氧氨氧化系统的实际应用提供理论和技术指导.

厌氧生物处理技术因其具有有机负荷高、污泥产量低、能耗低等优点被广泛应用于各种废水处理中.厌氧颗粒污泥具有沉降性能好、微生物浓度高、有机负荷高等优点,极大地提高了废水处理效率.尤其在处理含高氨氮废水中,厌氧颗粒污泥的形成对反应器的高效生物脱氮至关重要.但到目前为止,厌氧反应器中的颗粒污泥形成及废水处理效果还缺乏系统的认识.鉴于此,总结了厌氧反应器中颗粒污泥的形成机制,分析了影响厌氧反应器中颗粒污泥形成的因素,论述了厌氧反应器中厌氧颗粒污泥生长的模拟,最后介绍了厌氧颗粒污泥在国内外的主流应用.厌氧反应器中颗粒污泥的形成是综合因素影响的结果,对影响厌氧颗粒污泥形成的每个因素都需要认真对待,可为在厌氧反应器中颗粒污泥的培育和应用提供理论指导和技术支撑.