在(38±0.5)℃的温度下,研究不同配料比对餐厨垃圾和市政污泥混合厌氧消化过程中系统参数及微生物群落多样性的影响,设定餐厨垃圾和市政污泥的挥发性固体的质量比为1:0、0:1、1:1、1:2和2:1,并采用高通量测序技术分析厌氧消化过程中微生物组成的多样性.结果表明:质量比为1:1的体系混合厌氧消化时,产甲烷效果最佳,单位质量的挥发性固体含量的产甲烷量可达到232.86 L/kg,挥发性固体含量的去除率达46.09％.各个混合比例体系中的优势物种为拟杆菌门(Bacteroidetes)和甲烷八叠球菌属(Methanosarcina).在餐厨垃圾中添加市政污泥混合厌氧消化能够提高微生物群落的多样性,促进菌种间的协同作用,进而提升产气效率.

植物修复凭借低成本和环境友好的优点,在土壤修复中担任着至关重要的角色.将营养成分高且产量巨大的市政污泥用于园林栽培基质,不仅可以降低其处置成本,还可通过植物修复降低其重金属风险.本文对污泥中重金属的含量地域分布与形态特征、草坪草的生长特性及其对重金属的富集特征进行了论述,探讨了草坪富集重金属的影响因素,为污泥资源化以及后期草坪草修复土壤重金属提供技术支撑,对深入研究污泥中重金属修复及污泥的资源化利用具有指导意义.

[背景]活性污泥法已广泛应用于城市污水和工业废水的处理,微生物菌胶团的形成在污泥通过重力沉淀实现泥水分离和污泥回用的过程中起着重要作用.从西安北石桥污水处理厂活性污泥中分离到一株菌胶团形成菌XHY-A6,经鉴定为解壳聚糖松江菌(Mitsuaria chitosanitabida).[目的]旨在揭示该株解壳聚糖松江菌菌胶团形成相关的基因及其菌胶团形成机制.[方法]结合分子遗传学,包括转座子插入突变技术和遗传互补分析以及基因组学方法分析与菌胶团形成相关的基因和基因簇.[结果]通过转座子插入突变技术获得了两株菌胶团形成缺陷的突变株,转座子插入位点在糖基转移酶(称为gt3)和多糖链长决定蛋白(wzz)基因内,且这两个基因位于一个与菌胶团形成相关的大型基因簇内,该基因簇内还包括与胞外多糖生物合成和分泌相关的基因、epsB2-prsK-psrR-prsT基因以及一个编码PEP-CTERM蛋白A的基因,遗传互补分析证明gt3基因、WZZ基因及其下游WZC基因在菌胶团形成过程中是必需的.[结论]松江菌中菌胶团形成和调控机制极可能与活性污泥优势菌动胶菌(Zoogloea)非常相似,即由胞外多糖和PEP-CTERM家族胞外蛋白质共同介导.从武汉二郎庙、汤逊湖和深圳南山污水处理厂活性污泥中分离纯化出松江菌,这些松江菌属细菌可以用于富含几丁质和壳聚糖的市政污水和虾蟹类食品加工废水的净化和资源化利用.

活性污泥法由于操作简单、处理效果好被广泛应用于市政污水和工业废水的处理.污泥膨胀和污泥发泡现象影响二次沉淀池的泥水分离过程和生物反应池的微生物量稳定,严重困扰着污水处理厂的正常运行,被称为污水处理厂的“癌症”.本文从污泥膨胀和污泥发泡的定义及分类出发,全面地比较了表征污泥膨胀和污泥发泡的方法、引起污泥膨胀和污泥发泡的丝状细菌种类及控制污泥膨胀和污泥发泡方法的异同,并探讨了污泥膨胀和污泥发泡问题的未来研究方向和控制策略,期望能够为今后污泥膨胀和污泥发泡问题的研究和调控提供有价值的参考.

[背景]活性污泥中微生物的种群结构影响着污水生物处理的高效性及稳定性,是有效保证污水处理效果的关键.[目的]研究活性污泥中细菌的群落结构组成及多样性,并分析相应菌群的主要功能,旨在更好地发挥细菌的净化作用、保持污水处理过程的稳定及提高污水的处理效率.[方法]以京津冀区域内典型市政污水厂活性污泥为研究对象,通过Illumina MiSeq高通量测序及实时定量PCR技术,对5个污水厂活性污泥的微生物种群结构特征进行了详细解析,研究不同工艺参数下活性污泥中优势种群及脱氮菌群丰度的差异.[结果]5个污水厂活性污泥种群结构具有一定差异,其中Hengshui (HS)厂污泥的群落结构受温度的影响最大,而Shahe (SH)、Daoxianghu (DXH)、Nangong (NG)厂活性污泥群落结构则受总氮、总磷与氨氮的共同影响,氨氮对SH厂活性污泥种群结构影响最大.DXH、NG和HS厂污泥中优势菌均为Anaerolineaceae,而SH和Hejian (HJ)厂的优势菌则为Saprospiraceae与Lactobacillus.活性污泥中反硝化菌丰度最高的为HJ厂,丰度最低的为HS厂,反硝化功能基因nirS比nirK分布更为广泛.[结论]对于不同污水厂,影响其活性污泥群落结构组成的环境因素也是不同的,并且特殊的进水水质也会对污泥菌群组成和生物多样性产生影响.

市政污泥厌氧发酵能将污泥所含有机质转化为能源物质甲烷,使污泥实现“减量化”、“无害化”、“资源化”,但发酵效率与污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)的降解程度密切相关.综述了EPS的形成机理、解聚方法及其组分检测技术.主要结论为EPS由多聚糖类、脂质、蛋白质、DNA以及某些小分子类物质相互结合、聚集而成.根据物质之间结合的紧密程度,EPS可分为4个层次,因此EPS解聚方法通过对其结构破坏程度不同而表现出不同的EPS溶解率.解聚方法大致可分为物理、化学和生物3种,其中生物法效果显著、反应条件温和、反应过程能耗低且对环境无二次污染,具有巨大的应用前景.EPS组分检测技术通过监测EPS中金属离子、腐殖质、水分等的迁移以及污泥结构变化,评价EPS降解程度,为理解污泥厌氧发酵过程、提高污泥厌氧发酵效率提供新的视角和观点,同时为实现污泥厌氧发酵沼渣农林化利用提供理论支撑.最后提出EPS作为有机聚合体,生物预处理法优势明显,能在提高EPS溶解率的同时减少厌氧反应抑制物生成,实现污泥生物质资源的高效安全利用.

随着污泥产量的不断增加,未能妥善处置的污泥会给环境带来许多隐患.污泥厌氧消化技术可使污泥“无害化”“减量化”“资源化”,是污泥处置的主流技术路线之一.但污泥的厌氧消化效率低,限制了该技术的推广应用.利用污泥厌氧发酵罐的回流沼液,对污水处理厂脱水的市政污泥进行酸化预处理,从而提高污泥的产沼气效率.结果表明,污泥厌氧发酵最佳条件为温度35℃C,含固率8％,接种量40％;污泥酸化预处理最佳回流比为5％(V/m,回流液/污泥),该条件使污泥上清液的挥发性脂肪酸含量增加了26.14％.根据Gomperzt修正方程拟合结果表明,预处理后的污泥累计产甲烷率为85.53 mL/g,提高了43.96％;厌氧发酵延滞期缩短至2.97 d;最大日产甲烷量为8.81 mL g-1 d-1.本研究获得了沼液酸化预处理污泥的最佳回流比,成功提高了污泥的产气效率,开发了低成本的污泥酸化预处理工艺,具有一定的工程应用前景.

[背景]市政污泥堆肥过程中大量释放的含硫臭气不仅会污染周围环境,也会降低堆肥质量.生物脱硫除臭技术具有效率高、无二次污染等优点,但目前研究较多的中常温硫氧化菌在堆肥高温环境中易失活,而耐高温菌的研究较少,其在高温条件下的脱硫性能有待进一步探究.[目的]筛选并鉴定耐高温硫氧化菌株,研究并优化硫氧化的环境条件,为该菌在堆肥脱硫除臭方面的应用提供理论基础.[方法]利用含硫化物的选择性培养基从污泥堆肥物料中筛选纯化耐高温菌株,从表观形态观察、生理生化分析和16S rRNA基因序列分析的角度确定其种属地位,结合单因素分析和正交试验优化影响菌株硫氧化作用和生长能力的环境条件,并用Logistic模型拟合该菌的生长动力学曲线.[结果]筛选出一株耐高温硫氧化菌LYH-1,初步鉴定为爱媛类芽孢杆菌(Paenibacillus ehimensis),该菌的16S rRNA基因序列GenBank登录号为MW659161.优化后的最佳硫氧化条件为温度50℃、pH 7.5、接种量5％,此时硫酸盐的生成量可达到86.89 mg/L、生成率为36.20％.优化后的最佳生长条件为温度50℃、pH 8.0、接种量5％,此时的OD420可达到0.520;同时在该生长条件下拟合菌株的生长动力学,得到最大比生长速率μm为0.3042 h-1.[结论]爱媛类芽孢杆菌LYH-1具有较强的硫氧化能力和环境抗逆性,这为生物脱硫研究领域提供了新的菌种资源,也为污泥堆肥高温期的含硫臭气控制提供了一定的理论支持.

考察了不同的预处理方式对餐厨垃圾与市政污泥混合厌氧消化产甲烷的影响.结果 表明:对市政污泥进行热碱预处理效果最优,与空白组相比,热碱处理组累计单位质量的挥发性固体(VS)的甲烷产量达到了255.00 L,提高了13.03％,溶解性化学需氧量(SCOD)的降解率提高了27.05％,总固体(TS)的降解率提高了16.65％,VS的降解率提高了9.08％.在厌氧消化过程中,利用碳水化合物及蛋白质的热袍菌门(Thermotogae)的比例在所有处理中都有所上升;与产生短链脂肪酸有关的Erysipelotrichaceae菌属在预处理组中的丰度显著高于空白组,热碱处理组中Erysipelotrichaceae在末期的丰度最高,为19.21％;Petrimonas在厌氧消化体系中的作用为产氢产乙酸菌,热碱处理组的Petrimonas的丰度在产气高峰时最高,为6.84％.不同处理系统起主要产甲烷作用的古菌属为Methanosarcina,在产气高峰期热碱预处理组中Methanosarcina的丰度最高.预处理能够破环市政污泥的细胞结构,提高污泥的可生物利用性,提高混合厌氧消化产甲烷的效率.