亚硝化/电化学生物反硝化全自养脱氮工艺研究

开发出了针对低C/N比高氨氮废水处理的亚硝化/电化学生物反硝化全自养脱氮新工艺,并对新工艺进行了系统的研究.试验结果表明,新工艺能取得较好的脱氮效果,在溶解氧为0.5～1.2mg·L-1,pH值为7.5～8.2,温度为17～30℃,进水氨氮浓度不高于1000 mg·L-1,C/N比不高于0.5,HRT不高于32h条件下,亚硝化/电化学反硝化工艺装置运行稳定,亚硝化段膜生物反应器(MBR)出水的氨氮去除率和亚硝氮生成率均能稳定在50%左右,MBR出水中的剩余氨氮和生成的亚硝氮经电化学生物反硝化段(硫碳混合反应器)处理后,最终出水总氮去除率超过95%;出水中的SO2-4浓度不高于1280 mg·L-1.新工艺最高氨氮负荷为1.11kg·m-3·d-1.     

同步硝化反硝化系统中反硝化细菌多样性研究

采用聚合酶链式反应(PCR)和分子克隆构建nirS克隆文库对同步硝化反硝化系统好氧池中反硝化细菌多样性进行了研究.从克隆文库中随机挑选75个克隆子进行序列测定,对测序结果进行了BLAST比对.结果表明,有74个克隆子分属于3个不同的细菌类群,包括β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria和Uncultured bacterium. β-Proteobacteria纲为好氧池内优势菌群,占文库比例的54.41%;其次是γ-Proteobacteria纲,占文库比例的25%.对测序得到的12个OTU用MEGA软件进行系统发育分析,结果显示Thauera属为该系统中最主要的脱氮菌属.     

动力学调控实现单一反应器内亚硝化与硝化过程的互相转化

通过动力学调控在单一反应器内实现了亚硝化到硝化再到亚硝化过程的转化.在小试曝气上流式污泥床(Aerated Upflow Sludge Bed,AUSB)反应器中,在20℃、DO为2～4mg·L-1的条件下,主要通过调节反应器内的pH值调控氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)比生长速率的相对大小,以无机自配水为进水时,分别在20d和25d内将反应器的亚硝化率(出水中亚硝氮与总硝态氮之比)从95%降低至15%再恢复至95%以上,期间反应器的氨氮去除率基本维持在90%以上;当以实际高氨氮废水为进水时,同样主要通过调节反应器的pH值,分别在30d和23d内实现了反应器的亚硝化率从90%降低至10%再恢复至90%的过程.     

3DBER-S反硝化脱氮性能及其菌群特征

针对污水处理厂尾水TN去除问题,采用16S rDNA克隆文库法,探究了3DBER-S(三维电极生物膜耦合硫自养脱氮工艺)的强化脱氮机制及其菌群特征. 结果表明,I(电流)和HRT(水力停留时间)对3DEBR-S中氢自养和硫自养反硝化作用所占比例的影响较大,但对脱氮效率影响不显著. 当进水C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕为1、ρ(NO₃--N)为35 mg/L、I为300 mA、HRT为4 h时,NO₃--N和TN去除率可分别稳定在80%和74%以上. 16S rDNA克隆文库结果显示,反应器中β变形菌纲为优势菌群,占47.89%〔以OUT(操作单元)计〕. 在β变形菌纲中,与具有反硝化功能的陶厄氏菌属(Thauera)相似的细菌所占比例最大,为52.94%;与可分别利用硫和氢为电子供体进行反硝化脱氮的硫杆菌属(Thiobacillus)和食酸菌属(Acidovorax)相似的细菌分别占17.65%和14.71%. 3DBER-S中存在异养联合氢自养和硫自养反硝化协同去除硝酸盐氮的作用,可为反硝化脱氮提供充足的电子供体,节约了有机碳源消耗,并保证了稳定高效的脱氮效果.      

16S rDNA克隆文库分析高含盐生物脱硫系统细菌多样性

采用分子生物学手段16S rDNA克隆文库方法研究连续运行1 a的生物脱硫反应器中细菌的多样性.从16S rDNA克隆文库中随机挑选40个克隆子进行序列测定(约1 400 bp),对测序结果进行了Blast对比.结果表明,脱硫系统中存在比例较高的优势菌种,有33个克隆子分属于3个不同的细菌类群,1个克隆子属于未知类群,优势细菌类群为Proteobacteria类群(变形菌类群),占85.3%.细菌类群优势顺序为:γ-Proteobacteria类群(55.9%),β-Proteobacteria类群(17.6%),Actinobacteridae类群(8.8%),δ-Proteobacteria(5.9%),α-Proteobacteria(5.9%),Sphingobacteria(2.9%).其中盐生硫杆菌属的Halothiobacillus sp. ST15和硫杆菌属的Thiobacillus sp.UAM-I是系统中的主要脱硫细菌.     

猪场废水厌氧氨氧化脱氮的短程硝化反硝化预处理研究

在常温(13～20℃)、不调节pH的条件下,采用短程硝化反硝化预处理低C/N（2左右）猪场废水,考察了反硝化与亚硝化过程,并以经过短程硝化反硝化预处理的猪场废水为进水,分析了厌氧氨氧化的脱氮效果.结果表明,采用短程硝化反硝化预处理低C/N猪场废水,可以达到去除部分COD、部分脱氮、控制出水氨氮和亚硝态氮浓度之比在1∶1左右、pH在7.5～8.0左右的目的,为厌氧氨氧化创造了进水条件,全程COD和总氮平均去除率分别为64.3%和49.1%;经过短程硝化反硝化预处理的猪场废水,其厌氧氨氧化脱氮效果稳定,氨氮、亚硝态氮、总氮的平均去除率分别为91.8%、99.3%、84.1%.     

序批式移动床生物膜反应器内同步短程硝化反硝化的控制

在序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)内,对进水COD较低的条件下,模拟生活污水的亚硝化及脱氮性能进行了研究.结果表明,缺氧时间、进水COD、NH44 -N浓度、pH值以及溶解氧对亚硝化过程有明显影响.在进水COD为100mg·L-1NH4 4-N浓度为50mg·L-1时,调控溶解氧、pH,出水的亚硝化率可到99.7%,总氮去除率可达66.4%,表明系统中发生了同步短程硝化反硝化.     

耐高氨氮异养硝化-好氧反硝化菌TN-14的鉴定及其脱氮性能

从环境中筛选出1株耐高氨氮、具有产絮、异养硝化-好氧反硝化能力的新菌株TN-14,对其进行生理生化特征及分子鉴定、异养硝化-好氧反硝化能力以及产絮性能的考察,并研究其与耐氨氮能力以及对高氨氮猪场废水的除污性能.根据菌株生理生化特征以及分子鉴定结果,可初步确定菌株TN-14为不动杆菌Acinetobacter sp..异养硝化反应体系中,24 h内菌株TN-14对氨氮、总氮的去除率分别达到97.13%和93.53%;硝酸盐反硝化体系中,24 h内硝态氮从94.24 mg·L-1降到39.32mg·L-1,硝态氮的去除率达到58.28%,反硝化速率为2.28 mg·(L·h)-1;亚硝酸盐反硝化体系中,亚硝态氮从反应初始浓度97.78 mg·L-1下降到21.30 mg·L-1,亚硝态氮去除率达78.22%,反硝化速率为2.55 mg·(L·h)-1.菌株TN-14具有良好的产絮特性,其培养液对0.4%的高岭土悬浊液的絮凝率可达94.74%;菌株TN-14能够在氨氮高达1200 mg·L-1的环境下生长.菌株TN-14对实际猪场废水中的COD、氨氮、总氮和总磷去除率分别达到85.30%、65.72%、64.86%和79.41%,在实际高氨废水生物处理中具有良好的应用前景.     

16SrDNA克隆文库方法分析MDAT-IAT同步脱氮除磷系统细菌多样性研究

采用分子生物学手段16S rDNA克隆文库方法对高效同步脱氮除磷系统MDAT-IAT(modified demand aerationtank-intermit aerationtank)的IAT池中的细菌进行了多样性研究.从16S rDNA克隆文库中随机挑选59个克隆子进行序列测定(约500bp),对测序结果进行了BLAST比对.结果表明,MDAT-IAT系统中IAT池的细菌群落具有高度多样性,有55个克隆子分属6个不同的细菌类群,3个克隆子属于未知类群,优势细菌类群为Proteobacteria类群(变形菌类群),占55.17%;细菌类群优势顺序为γ-Proteobacteria类群(34.48%)、Bacteroidetes类群(似杆菌类群,20.69%)、β-Proteobacteria类群(12.07%)、Candidate division TM7类群(12.07%)、α-Proteobacteria类群(5.17%)、δ-Proteobacteria类群(3.45%)、Firmicutes类群(厚壁菌类群,3.45%)、Candidate division OP11类群(1.72%)、Planctomycetes类群(浮霉状菌类群,1.72%).用clustalx软件从测序的58个克隆子中选出32个OTU进行系统发育分析,同样表明IAT池的细菌多样性较强.     

碳氮比对聚氨酯生物膜反应器短程硝化反硝化的影响

研究了聚氨酯生物膜反应器在短程硝化反硝化工艺中的应用,考察碳氮比(15∶1、10∶1、5∶1和1.8∶1)对聚氨酯脱氮系统脱氮性能和微生物群落结构的影响,以及微生物群落结构与其处理效果的对应关系.结果表明,经过100 d的运行,当进水碳氮比从15依次下降到10、5和1.8,亚硝酸氮累积率由56.1%逐次上升到62.3%、72.3%和83.2%.在进水碳氮比为10时,系统取得最佳处理效果,氨氮和总氮去除率分别为99.1%和91.0%.进水碳氮比在15、10、5和1.8时,硝化反应和反硝化反应均同时发生在聚氨酯生物膜系统内,随着进水碳氮比的降低,同时硝化反硝化效率逐渐降低.生物膜的功能微生物分析表明,在碳氮比15时,生物膜的微生物多样性要显著高于其他工况.生物膜上的优势亚硝酸菌和硝酸菌分别以亚硝化单胞菌(Nitrosospira sp.)和硝化螺旋菌(Nitrospira sp.)为主,而反硝化细菌则以假单胞菌(Pseudomonas sp.)占据优势.     

黄海西北部沉积物中细菌群落16S rDNA多样性解析

为揭示黄海西北部海域不同站位沉积物中细菌群落的多样性,采用16S rDNA文库技术,对黄海西北部辽东半岛和山东半岛近岸5个站位的沉积物中不同季节的细菌群落特征进行解析和评价.结果表明,沉积物中微生物种类丰富,主要分布于5~10个已知的门,另外还存在大量未被认知的序列;各站位沉积物中优势菌均为变形细菌门,占文库序列的46%~60%,其中γ-和δ-变形细菌纲为门中优势类群,但在各个站位中存在明显系统发育学分歧.微生物种群在不同地理区域和季节都存在明显差异,不同功能类群与其特殊生境密切相关.     

CANNED工艺细菌种群结构变化的FISH研究

采用电镜观察和荧光原位杂交技术（FISH）,对亚硝化/电化学生物反硝化全自养脱氮（CANNED）工艺在不同游离氨（FA）质量浓度下反应器内细菌形态和种群结构进行了研究. 结果表明:在亚硝化段,ρ（FA）为0.5 mg/L时,氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）分别占总菌数的0.9%和2.8%;ρ（FA）为12.4～48.6 mg/L时,AOB和NOB分别占33.6%～47.4%和1.0%～2.9%,能够实现短程硝化. 在电化学生物反硝化段,当ρ（FA）为0.5～12.4 mg/L时,脱氮硫杆菌、厌氧氨氧化菌和真细菌分别占总菌数的7.2%～15.3%,7.2%～10.3%和9.1%～14.3%;当ρ（FA）增加到48.6 mg/L时,上述3种细菌所占比例分别增加到总菌数的34.5%,44.2%和60.8%,表明随着ρ（FA）的增加,提高ρ（FA）有利于上述3种菌的生长,与SEM结果一致.      

序批式接触氧化反应器中细菌多样性及其功能

采用分子生物学手段,通过构建16S rDNA基因文库,对新型剩余污泥减量化处理系统——序批式生物砾间接触氧化反应器中细菌多样性进行了系统发育分析,并讨论了多种细菌共存对剩余污泥减量化的贡献.共有72个克隆子用于细菌系统发育分析. 结果表明:填料表面附着细菌与孔隙内细菌由变型菌属、噬纤维菌-屈挠杆菌-拟杆菌组(CFB)、硝化杆菌科、低G+C革兰氏阳性细菌、高G+C革兰氏阳性细菌、疣微菌科和绿菌科等七大类细菌组成. 其中,优势菌群分别是以兼具呼吸/发酵代谢方式的β变形菌纲(分别占生物膜和内泥中克隆子总量的18%和35%)和δ变形菌纲,以及以呼吸/发酵为主要代谢方式的CFB(分别占克隆子总量的24%和23%). 多种细菌对剩余污泥减量化的主要功能可归纳为能量解偶联、共代谢作用、生物溶胞作用和慢性生长种群的影响.      

16S rDNA克隆文库方法分析好氧颗粒污泥细菌组成

采用构建16S rDNA克隆文库方法对好氧颗粒污泥的细菌种群多样性进行研究. 随机测定了82个克隆子序列(700 bp),Blast比对结果表明,好氧颗粒污泥中微生物群落具有高度多样性,可分为7个主要类群,其中,β变形菌(β-Proteobacteria)类群和鞘脂杆菌(Sphingobacteria)类群在文库中所占比例最大,分别为34.16%和30.50%;其次是Candidate division TM7类群、黄杆菌(Flavobacteria)类群和γ变形菌(γ-Proteobacteria)类群,分别为9.76%,7.32%和7.32%;放线菌(Actinobacteria)类群和α变形菌(α-Proteobacteria)类群所占比例相对较小,分别为4.88%和1.22%. 序列分析结果表明,好氧颗粒污泥中不仅含有对好氧颗粒污泥形成和稳定运行具有重要作用的食酸菌属(Acidovorax)细菌、假单胞菌(Pseudomonas)等细菌,还含有对CODCr和氨氮具有很好去除能力的Micropruina glycogenica,丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)等细菌.      

再生水湿地香蒲根内生细菌群落多样性及其水质特征分析

以北京白河人工湿地再生水补水河段香蒲根为研究对象,采用16S rDNA克隆文库技术对香蒲根内生细菌群落多样性进行分析,得出该克隆文库包括4大类群细菌,最优势类群为变形杆菌门Proteobacteria,其中包括Gammaproteobacteria、Betaproteobacteria、Epsilonproteobacteria、Alphaproteobacteria;其次为厚壁菌门Firmicutes、疣微菌门Verrucomicrobia、拟杆菌门Bacteroidetes;另外还包括部分非培养未确定种属的细菌.结合研究区再生水排放口与湿地下游水质数据,得出TN、TP、NO₃^-去除率达到了42.15%、47.34%、28.56%,表明湿地对再生水中的TN、TP、NO₃^-具有明显去除机制,说明香蒲根内生细菌克隆文库中菌株与湿地氮、磷等生物地球循环关系密切.     

不同MBR反应器中硝化菌群落结构的研究

采用PCR-DGGE技术研究了正常运行工况下6个不同MBR反应器中的硝酸菌和反硝化菌的群落结构.结果表明,不同的MBR反应器好氧段中硝酸菌之间的相似性较高,相似性数值为78.7%~92.1%,但环境条件、进水水质及运行参数等因素的不同导致了不同MBR反应器硝酸菌群落的差异.MBR反应器中有5种硝酸菌和3种反硝化菌,其中优势硝酸菌种以α-变形细菌(Alpha proteobacteria)、生根瘤菌(Bradyrhizobium)、维氏硝酸菌(Nitrobacter winogradskyi)为主,反硝化菌以好氧反硝化菌-产碱杆菌属(Alcaligenes)、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、红球菌属(Rhodococcus)为主,说明反应器内同时存在好氧反硝化菌,推断MBR反应器内可能同时存在多种硝化和脱氮途径.     

空心菜浮床对鱼塘水质和微生物多样性的影响

为从环境微生物的角度探讨生物浮床的水质调节机理,采用宏基因组学测序技术和生物信息学手段,分析了环境微生物和根系微生物群落的多样性.研究结果表明,鱼菜共生模式下优势菌门是变形菌门（Proteobacteria）、蓝细菌门（Cyanobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和厚壁菌门（Firmicutes）等,主要菌属是聚球藻属（Synechococcus）、hgcI_clade、CL500-29_marine_group、芽孢杆菌属（Bacillus）和分支杆菌属（Mycobacterium）等;空心菜根系微生物群落中最丰富的优势菌门是变形菌门和蓝细菌门,主要菌属是红细菌属（Rhodobacter）、噬氢菌属（Hydrogenophaga）和聚球藻属等.研究结果还表明低覆盖率（3.5%）的空心菜生物浮床能够增加水体的溶解氧含量,降低水体中含氮化合物的浓度和改善养殖环境中的微生态平衡,提高有益菌和氮循环细菌的含量.     

石油污染地下水中细菌多样性研究

采集了某废弃炼油厂的石油污染地下水样品,提取水中微生物总DNA,构建细菌16S rDNA克隆文库,并通过16S rDNA序列的系统发育分析,对样品中的细菌种群多样性以及群落结构进行了研究.结果表明,文库中阳性克隆的16S rDNA序列分属10个细菌类群,分别为γ-Proteobacteria(49.1%)、α-Proteobacteria(12.9%)、β-Proteobacteria(11.1%)、Bacteroidetes(9.2%)、Verrucomicrobia(6.7%)、Acidobacteria(2.5%)、δ-Proteobacteria(1.2%)、Actinobacteria(1.2%)、Planctomycetes(0.6%)、Unidentifiedbacteria(5.5%).在这一生态系统中,γ-Proteobacteria类细菌占据主导地位,接近50%,尤其是假单胞菌属(Pseudomonas)微生物在文库中的比例达35.6%.该石油污染地下水样品中细菌与许多其它已知的降解菌亲缘关系较近,如鞘胺醇单胞菌(Sphingomonas)、红球菌(Rhodococcus)和短波单胞菌(B...     

微生物超量吸收实现生物脱氮

研究了SBR在不同pH值条件下处理模拟城市生活污水中的脱氮效果.结果表明,在曝气时间为4 h,沉淀静置时间为4h,进水COD浓度为250~300 mg.L-1,进水NH4+-N浓度30~40 mg.L-1时,R2(pH为8.0±0.2)出水氨氮浓度降到0~1 mg.L-1同时有大量的硝态氮生成,出水中硝态氮(NO3--N+NO2--N)的浓度基本在8~10 mg.L-1之间,TIN(TIN=NH4+-N+NO3--N+NO2--N)的去除率在70%左右.R1(pH为7.0±0.2)出水氨氮浓度降到0~5 mg.L-1,而硝态氮浓度在整个过程中基本保持不变且含量极低(1~2 mg.L-1),污泥中总氮含量较高且4 h好氧阶段呈先下降后上升的趋势,典型周期好氧开始时污泥中总氮含量为214 mg.g-1,好氧1 h时含量为210 mg.g-1,好氧结束时含量为215 mg.g-1,水相中TIN的去除率达到85%以上.说明在本研究特殊的工艺条件下,SBR能实现较高的生物脱氮效果,但氮的去除并不是通过传统的硝化反硝化途径实现,而是通过排除微生物超量吸收的富氮污泥来实现.