城市污水处理厂氧化沟工艺微生物种群分析

应用荧光原位杂交技术(fluorescent in situ hybridization,FISH)对我国北方某城市污水处理厂氧化沟工艺中的微生物进行种群分析,考察系统活性污泥中聚磷菌(phosphorus accumulating organisms,PAOs)和聚糖原菌(glycogen accumulatingorganisms,GAOs)的种群结构特点及其空间分布变化关系.结果表明,厌氧池、氧化沟缺氧区和好氧区中PAOs占全菌百分比分别为2.0%±0.6%、3.4%±0.6%和3.5%±1.2%;GAOs所占全菌百分比分别为25.3%±8.7%、30.3%±7.1%和24.4%±6.1%.该厂氧化沟工艺PAOs含量低于已报道其他脱氮除磷系统水平(7%～22%),其除磷性能较差.数据统计分析显示,氧化沟缺氧、好氧区中PAOs含量相对于厌氧池有显著上升,而GAOs含量沿程变化不大.     

五氯苯酚对活性污泥中微生物活性抑制机理研究

四个工艺结构完全相同的活性污泥法反应系统由于添加五氯苯酚的浓度不同,在稳定运行期,其总有机污染物COD及目标污染物五氯苯酚的去除率也不相同。BIOLOG方法分析各活性污泥系统中细菌的功能结构及镜检观察分析污泥中原生动物的种群结构后发现:五氯苯酚降低活性污泥污染物去除效率的根源在于,不同浓度的五氯苯酚对活性污泥中的微生物种群结构的定向选择,在不同程度上改变了活性污泥中微生物种群的功能结构,使微生物种群对污染物的降解速率和程度发生了改变。     

剪切作用对活性污泥沉降性能的影响

采用序批式活性污泥法系统(SBR)研究了搅拌型反应器中水流剪切应力对处理系统中活性污泥沉降性能的影响,通过微生物数量、絮凝体形态和微生物种群的观测分析,探讨了水流剪切应力影响活性污泥沉降性能的机制。结果表明:活性污泥的微生物数量和沉降指数随水流剪切应力增加先减少后增加,活性污泥的界面沉降速度随水流剪切应力的增加先增加后降低。水流剪切应力对活性污泥处理系统沉降性能的影响是通过剪切应力对微生物的选择作用实现的。     

高浓度硝酸盐对城市污水活性污泥中微生态种群结构的影响

研究了城市污水处理系统中微生态种群结构在无机培养基和基础培养基条件下受到无机硝酸盐冲击的情况,并分析了微生物群落结构及行为特征．利用分子生物学技术直接从活性污泥样品中提取DNA,对16S rDNAV3区进行PCR扩增,结合DGGE(变性浓度梯度凝胶电泳)分析活性污泥中微生物种群结构．测定了活性污泥中部分菌种的16S rDNAV3区片段序列,通过NCBI(美国国立生物技术信息中心)基因库比对,初步确定了部分细菌的属．在受到高浓度硝酸根离子冲击时,城市污水处理系统微生态种群结构在尽可能保持原有微生物多样性的同时,会及时改变菌群结构以尽快适应新的环境条件．     

PCR-DGGE技术在城市污水化学生物絮凝处理中的特点

通过PCR-DGGE等分子生物学技术可以不经过常规培养直接从活性污泥和生物膜样品中提取DNA,对16Sr DNA V3区进行PCR扩增,结合DGGE(变性梯度凝胶电泳),从而分析活性污泥与生物膜中微生物种群结构.研究证实,活性污泥培养前后微生物种群结构发生很大的改变.同时对2种污水处理工艺中微生物种群结构进行了对比研究,对同一反应器不同位置微生物分布以及不同工况下的微生物种群结构进行了初步探讨.测定了活性污泥中部分菌种的16S rDNA V3区片段序列,通过NCBI(美国国立生物技术信息中心)基因库比对,初步确定细菌的属.结果显示,PCR-DGGE结合测序技术是一种完全可行的快速进行环境学样品微生物研究的分析方法.     

除磷工艺中含氧条件对聚磷菌种群结构影响研究

利用分子生物学技术直接从活性污泥样品中提取DNA,采用套式PCR技术对特征基因片断进行扩增,结合DGGE(变性浓度梯度凝胶电泳)分析活性污泥中微生物种群结构.研究了除磷工艺在正常运行情况下的微生态系统种群结构,并分析了微生物群落结构及行为特征.测定了活性污泥中变形杆菌(Proteobacteria)和产酸菌(Acidobacterium)部分菌种的16S rDNA V3区片段序列,通过NCBI(美国国立生物技术信息中心)基因库比对,初步确定了部分细菌的属.在厌氧/好氧和缺氧/好氧工艺中各类优势菌群变化规律研究表明,在除磷效果稳定的情况下,系统中除磷微生物种群结构大致能保持不变,少数数量或种类发生变化的种群与系统中含氧量变化有关,但是处于动态变化中的菌群结构总体能够适应工艺运行环境.     

短泥龄活性污泥系统碳磷污染物去除机制及微生物结构分析

在污泥停留时间（SRT）为3 d的条件下,探究了不同水力停留时间（HRT）条件下（4、6、8、12和16 h）的超短龄活性污泥系统碳、磷去除效果、机制,以及微生物群落结构特征.结果表明,在HRT=8 h及以上时短活性污泥系统才会有稳定的碳、磷去除效果,去除率分别能达到80%和90%以上;去除机理为吸附和生物作用,但COD和磷以吸附的方式去除比例随HRT的延长而减小,分别从47.2%和89.1%降低至35.9%和33.6%.微生物群落结构分析表明,短SRT系统中主要的优势微生物种类与传统活性污泥系统相似,除磷由传统聚磷菌（PAOs）和反硝化聚磷菌（DPAOs）共同完成,相对丰度随着HRT的延长而增加.     

平行AO/AN除磷工艺中放线菌种群结构及分类

利用分子生物学技术直接从活性污泥样品中提取DNA,采用套式PCR技术对特征基因片断进行扩增,结合DGGE(变性浓度梯度凝胶电泳)研究了平行AO/NO除磷工艺中的放线菌种群结构,并分析了活性污泥中微生物种群结构及行为特征.测定了活性污泥中部分菌种的16SrDNA V3 区片段序列,通过NCBI(美国国立生物技术信息中心)基因库比对,初步确定了部分细菌的属.在除磷效果稳定的情况下,系统中除磷微生物种群结构大致能保持不变,少数数量或种类发生变化的种群与系统中含氧量变化有关,但处于动态变化中的菌群结构总体能够适应工艺运行环境条件.     

基于聚糖菌和聚磷菌竞争的代谢模型及影响因素

聚糖菌的富集已成为造成EBPR强化生物除磷系统非稳定运行的重要因素之一.本文基于活性污泥数学模型ASM.2D的生物除磷代谢模型,围绕化学计量学和动力学阐述了聚磷菌PAOs胞内糖原的代谢途径以及聚糖菌GAOs在厌氧和好氧条件下的代谢模型,揭示了2类微生物的竞争本质.同时,对比分析了影响代谢模型化学计量学参数的若干因子,如碳源类型、温度、pH条件和污泥龄SRT等;结果发现,这些因素对PAOs和GAOs的代谢模型系数具有重要的影响作用,并进而决定着2类微生物的竞争优势.此外,针对目前对两类微生物的竞争主要集中于厌氧代谢的现状,提出今后的研究重点应放在好氧/缺氧机理方面.     

微生物强化活性污泥法的中试

为了进一步优化活性污泥处理城市污水的效果,减少剩余污泥量及臭气的排放,中试试验利用腐殖土微生物强化传统活性污泥法技术,以处理城市生活污水。结果表明,剩余污泥量平均减少40%,系统能耗可降低33%,除臭效果明显,实验现场基本无臭味,检测结果符合GB 14554—93《恶臭污染物排放标准》中一级标准,通过本底值对比分析发现微生物降解了大量的臭气成分。经过微生物检测分析,系统存在大量的微生物菌种,且相比普通活性污泥法,微生物种类和数量都有明显增加,这进一步证实了微生物菌群强化活性污泥法在消臭与污泥减量化的显著作用。     

多壁碳纳米管长期作用对活性污泥系统的影响

为研究MWCNTs(multi-walled carbon nanotubes,多壁碳纳米管)对活性污泥长期作用的影响,建立3组(每组包括3个平行反应器)序批式活性污泥反应器,研究了2种质量浓度(1、20 mg/L)的MWCNTs长期(120 d)作用对活性污泥系统废水处理效果的影响,并采用Illumina MiSeq高通量测序技术研究MWCNTs长期作用后活性污泥中细菌群落结构的变化. 结果表明:20 mg/L的MWCNTs对生物脱氮效果存在明显的抑制作用,TN平均去除率由83.4%降至71.7%;1 mg/L的MWCNTs长期作用后TN平均去除率由83.7%降至79.7%. 1和20 mg/L的MWCNTs对磷的去除均有抑制作用,TP平均去除率分别由98.0%和98.2%降至52.0%和34.0%. Illumina MiSeq高通量测序结果表明,不同质量浓度的MWCNTs长期作用后降低了活性污泥中细菌群落的多样性. 同时,活性污泥中细菌群落结构也发生了变化,其中α-Proteobacteria和γ-Proteobacteria的丰度升高,Bacteroidetes的丰度降低. 1 mg/L的MWCNTs长期作用可致以Defluviicoccus和Micropruina为代表的一类聚糖菌(glycogen-accumulating organisms, GAOs)丰度显著升高,20 mg/L的MWCNTs长期作用可致16个核心属的丰度明显降低.      

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥培养过程微生物群落变化

本实验利用生活污水培养具有同步脱氮除磷(simultaneous nitrogen and phosphorus removal,SNPR)功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS).采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序对AGS培养过程中细菌群落变化进行了研究,以期揭示污泥好氧颗粒化成因.采用实时荧光定量PCR对AGS培养过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms,PAOs)的丰度变化进行了研究.结果表明:历时100 d培养出的AGS质地紧实,具有良好的SNPR效果.AGS胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中多糖含量在培养过程中增加明显,而蛋白质含量保持稳定.AGS培养过程中,AOB的丰度略微下降,AOA的丰度明显下降,NOB的丰度无明显变化,而PAOs的丰度在AGS培养初期明显增加.在AGS培养过程中,细菌群落多样性呈现出先升高后降低的趋势,且细菌群落组成发生了明显的变化.持久型OTUs占样品总序列数的92.70%,其中变形菌门(Proteobacteria,31.07%~53.67%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,6.70%~16.50%)和绿弯菌门(Chloroflexi,7.84%~13.36%)是AGS培养过程中的细菌优势门.Candidatus competibacter属在AGS培养过程中大量富集(由种泥中的0.11%增加到35.33%),其可能会分泌胞外多糖,形成黏性EPS,促进絮状污泥团聚成为AGS.     

厌氧/好氧交替快速筛选聚磷菌及其生理特性的研究

通过厌氧/好氧交替的平板筛选方法,快速的筛选出除磷率高于60%的高效聚磷菌15株,并对其进行16S rDNA和生理生化测定,除2株为芽孢杆菌外,其余均为γ变形菌纲,主要以Klebsiella sp.和Pseudomonas sp.为主.菌种除磷实验表明,聚磷菌除磷能力越高,发酵终点pH值越高.聚磷菌反投加实验表明,与活性污泥52%的除磷率相比,投加后除磷率可达到73.3%,可以有效提高活性污泥的除磷能力.     

污泥浓度对双重后置反硝化工艺脱氮除磷的影响

利用城市实际污水考察了ρ(MLSS)在2 400、3 350、4 300和5 250 mg/L 4种工况下SBR反应器(厌氧/好氧/缺氧/再好氧/沉淀/排水/预缺氧运行模式)的脱氮除磷效果,并分析了反应器单个周期内有机物、氮和磷的转化过程及污泥产量. 结果表明:ρ(MLSS)由2 400 mg/L升至5 250 mg/L时,系统TN去除率由52.5%升至66.6%;后续缺氧及预缺氧工序的脱氮比例(该工序TN去除量占系统TN总去除量的比例)由12.7%增至23.1%;ρ(MLSS)为4 300 mg/L时系统TP去除率(75.6%)达到最大. 后续缺氧及预缺氧工序中,ρ(MLSS)与内源反硝化速率呈正相关(R2=0.703 7);提高ρ(MLSS)可使PAOs(聚磷菌)在下一个周期内获得更多的碳源,使厌氧释磷量由1.62 mg/L升至9.10 mg/L,但PAOs吸磷动力会减弱,对除磷不利. 在后置反硝化、污泥衰减、能量解偶联等减量机制共同作用下,ρ(MLSS)为4 300 mg/L时系统污泥减量可提高24.4%. 从脱氮除磷及污泥减量效果综合考虑,ρ(MLSS)是双重后置反硝化工艺重要的控制参数,在该研究条件下控制在4 300 mg/L最优.      

沉降速率作为选择压对好氧颗粒污泥性质影响

在序批式反应器中以普通活性污泥驯化而得的好氧颗粒污泥为接种污泥,葡萄糖为碳源,研究作为选择压的沉降速率对好氧颗粒污泥性质的影响。结果表明:作为选择压的沉降速率与反应器中SV值和MLSS成反比关系;在沉降速率变化过程中,污泥龄、耗氧速率、胞外多聚物和COD去除率均产生变化。在本试验条件下,改变沉降速率,能改变反应器中生物量的洗出量并在一定程度上影响微生物群体的组成,从而影响活性的生物学性能;但生物相的改变限度在一定范围内,存在着动态平衡。污泥龄的波动与不同沉降速率下反应器中污泥中的胞外多聚物含量的变化有关。大量的胞外多聚物在颗粒污泥表面形成粘液层,对颗粒污泥形成保护。不同沉降速率下颗粒污泥的的胞外多聚物发生变化,进而影响颗粒污泥的稳定性。     

Production and application of anaerobic granular sludge produced by landfill

Sludge granulation is considered to be the most critical parameter governing successful operation of an upflow anaerobic sludge blanket and expanded granular sludge bed(EGSB)reactors.Pre-granulated seeding sludge could greatly reduce the required start- up time.Two lab-scale and a pilot-scale EGSB reactors were operated to treat Shaoxing Wastewater Treatment Plant(SWWTP) containing wastewater from real engineering printing and dyeing with high pH and sulfate concentration.The microbiological structure and the particle size distribution in aerobic excess sludge,sanitary landfill sludge digested for one year,and the granular sludge of EGSB reactor after 400 d of operation were analyzed through scanning electron microscopy (SEM) and sieves.The lab-scale EGSB reactor seeded with anaerobic sludge after digestion for one year in landfill showed obviously better total chemical oxygen demand (TCOD)removal efficiency than one seeded with aerobic excess sludge after cation polyacrylamide flocculation-concentration and dehydration.The TCOD removed was 470.8 mg/L in pilot scale EGSB reactor at short hydraulic retention time of 15 h.SEM of sludge granules showed that the microbiological structure of the sludge from different sources showed some differences.SEM demonstrated that Methanobacterium sp.was present in the granules of pilot-scale EGSB and the granular sludge produced by landfill contained a mixture of anaerobic/anoxic organisms in abundance.The particle size distribution in EGSB demonstrated that using anaerobic granular sludge produced by sanitary landfill as the seeding granular sludge was feasible.     

Production and the application of anaerobic granular sludge produced by landfill

Sludge granulation is considered to be the most critical parameter governing successful operation of an upflow anaerobic sludge blanket and expanded granular sludge bed (EGSB) reactors. Pre-granulated seeding sludge could greatly reduce the required start-up time. Two lab-scale and a pilot-scale EGSB reactors were operated to treat Shaoxing Wastewater Treatment Plant containing wastewater from real engineering printing and dyeing with high pH and sulfate concentration. The microbiological structure and the particle size distribution in aerobic excess sludge, sanitary landfill sludge digested for one year, and the granular sludge of EGSB reactor after 400 d of operation were analyzed through scanning electron microscopy (SEM) and sieves. The lab-scale EGSB reactor seeded with anaerobic sludge after digestion for one year in landfill showed obviously better total chemical oxygen demand (TCOD) removal efficiency than one seeded with aerobic excess sludge after cation polyacrylamide flocculation-concentration and dehydration. The TCOD removed was 470.8 mg/L in pilot scale EGSB reactor at short hydraulic retention time of 15 h. SEM of sludge granules showed that the microbiological structure of the sludge from different sources showed some differences. SEM demonstrated that Methanobacterium sp. was present in the granules of pilot-scale EGSB and the granular sludge produced by landfill contained a mixture of anaerobic/anoxic organisms in abundance. The particle size distribution in EGSB demonstrated that using anaerobic granular sludge produced by sanitary landfill as the seeding granular sludge was feasible.     

不同C/P下AOA-SBR工艺磷形态转化规律及污泥特性

采用5组厌氧/好氧/缺氧(AOA)模式运行的SBR反应器, 考察不同C/P(120, 40, 24, 17, 13)下AOA-SBR系统磷形态转化规律及污泥特性.结果表明, 5组反应器的COD、TN、NH₄⁺-N去除效果均优于一级A标准.随着C/P的降低, 系统TP去除量逐渐提高.C/P小于24时, TP的去除效果开始变差且波动剧烈, 在C/P为40时系统TP去除效果最稳定, 平均去除率为99.22%.磷形态结果表明, 随着C/P的降低, 污泥中各项磷形态含量均有所升高.IP是TP最主要的磷形态, 不同C/P下IP占TP的含量相近(约96%).随着C/P的降低, NAIP、AP占污泥TP的含量与IP都呈先上升后下降的趋势, 而OP占污泥TP的含量保持下降趋势.生物有效磷(NAIP与OP之和)对污水除磷效果影响最大, C/P为40的系统中污泥中生物有效磷占比最高, 污水TP去除效果最好.污泥MLSS与SVI值随着C/P的降低而增大, C/P较低的系统有发生污泥膨胀的风险.高通量测序表明, 随着C/P的降低, 除Dechloromonas外, PAOs与DPB含量均有所下降, 污水TP去除效果较差且波动较大.     

富磷污泥厌氧发酵过程中乙酸浓度对磷释放的影响

以强化生物除磷(EBPR)污泥为研究对象,考察了不同初始乙酸浓度条件下富磷污泥厌氧发酵过程中磷及相关指标的变化,并探讨释磷机制.结果表明:初始乙酸浓度对污泥最大释磷量影响不大,(73.1±2.2)%的污泥总磷量(TP)以磷酸盐的形式释放到液相中,其主要来自聚磷的分解.聚磷的分解途径包括:1)聚磷菌(PAOs)通过吸收乙酸贮存聚β-羟基烷酸酯(PHA)的厌氧生物释磷机制释放磷酸盐;2)PAOs的维持作用导致的聚磷直接分解过程.当初始乙酸浓度不充足时,生物释磷过程受限制,聚磷以相对较慢的速率直接分解;随着乙酸浓度的增大,生物释磷速率增快,同时随之增加的PHA含量能促进污泥的水解酸化.上清液中PO43--P和Mg2+浓度在达到最大值后出现了下降的现象,其可能形成鸟粪石等沉淀.根据试验数据,本文提出了从富磷污泥中回收磷的策略,即可在厌氧消化开始前向污泥中投加一定量碳源,并在发酵24h内分离上清液进行磷回收,这样不仅可以快速大量地从上清液中回收磷并减少沉淀引起的管道堵塞等问题,还可消除高浓度磷酸盐对厌氧消化的影响.