内循环半短程亚硝化工艺运行条件与微生物群落研究

在内循环半短程亚硝化工艺中,污泥浓度为4 000 mg·L-1、溶解氧小于0.2 mg·L-1、温度(15~29℃)、水力停留时间4.6 h条件下,不同的回流比对系统中微生物群落有着明显的影响,回流比75%时,微生物的生物量达到最高值,出水中的亚硝态氮和氨氮的浓度比可控制在1.定量PCR和16S rRNA基因的克隆文库结果表明:在低溶解氧浓度下氨氧化菌是主要脱氮菌群,该菌群促进了半短程亚硝化反应的进行,与传统的硝化系统比较,在内循环半短程亚硝化工艺中没有检测到硝化螺旋菌(Nitrospira)和硝化杆菌(Nitrobacter),在内循环半短程亚硝化系统中浮霉菌属(Planctomycetes)的量也高于传统的脱氮系统.氨单加氧酶基因克隆文库结果表明,系统中的氨氧化菌群主要属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).因此内循环半短程亚硝化工艺在经济和技术上是可行的.     

有机负荷对垃圾沥滤液短程硝化系统影响及微生物相探析

以短程硝化系统为研究对象,实际垃圾沥滤液为反应物,序批式生物反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)为基础,研究了短程硝化反应系统的启动过程及不同进水有机负荷对短程硝化系统的影响,并对经高有机负荷冲击后短程硝化系统恢复期污泥的脱氮功能基因和微生物群落进行分析.结果表明:采用实际垃圾沥滤液在较短的时间内成功启动了短程硝化反应系统,于第15.5 d时系统的氨氮去除速率(ARR)达到652 mg·L~(-1)·d~(-1),亚硝酸盐积累率(NAR)达到91.4%.该系统在受高有机负荷冲击后,降低有机负荷,系统仍能恢复高效短程硝化反应.对受冲击后恢复稳定的短程硝化系统中微生物相进行分析,结果发现,短程硝化系统具有完整的脱氮功能基因(AOB amoA、nxrB、nirS、nor、nosZ).污泥中细菌主要功能菌属是索氏菌属(Thauera)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),前者为异养菌,可进行反硝化,相对丰度为27.6%,后者是氨氧化菌(AOB),相对丰度为9.6%;此外,还存在一定比例的其他功能菌属.研究表明,采用短程硝化系统处理实际垃圾沥滤液,增强其脱氮效能具有潜在的研究价值.     

高氨氮废水与城市生活污水短程硝化系统菌群比较

短程硝化是污水脱氮工艺中的重要环节,系统中的菌群结构决定了其处理效果.为探讨短程硝化系统中的微生物对不同污水的适应性,利用细菌16S rDNA克隆文库、磷脂脂肪酸(PLFA)和定量PCR分析方法对高氨氮废水和城市生活污水短程硝化系统中活性污泥的细菌群落结构、总体微生物的多样性以及功能微生物进行了比较.克隆文库结果表明两个系统中细菌群落结构明显不同,城市生活污水中细菌种类更丰富,但两个系统的优势菌群都属于变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidete).磷脂脂肪酸分析结果显示高氨氮废水短程硝化系统中微生物多样性指数和均匀度指数明显低于城市生活污水.定量PCR结果表明,高氨氮废水短程硝化系统中氨氧化菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)的数量都多于城市生活污水短程硝化系统;高氨氮废水短程硝化系统中AOB比NOB高3个数量级,而城市生活污水短程硝化系统中AOB比NOB高2个数量级.     

实际垃圾渗滤液短程生物脱氮的常温实现及低温维持

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际垃圾渗滤液,主要考察了常、低温条件下,该生化系统短程生物脱氮的长期稳定性,同时研究了SBR内短程硝化的实现机理及微生物种群特性.598d试验结果表明:单级UASB-SBR生化系统对渗滤液内COD,NH4+-N和TN的去除率分别为92.0%,99.2%和98.0%以上,实现渗滤液内有机物和氮的深度去除.经过116d运行,SBR系统实现了短程硝化,亚硝积累率(NAR)达到90%以上,此后稳定运行,成功跨越2个冬季,15℃以下共计171d,最低温度为10.2℃.游离氨(FA)和过程控制的协同作用是实现与维持SBR 内短程硝化的决定因素.荧光原位杂交(FISH)技术检测表明:氨氧化菌(AOB)已经成为SBR硝化菌群中的优势菌属.扫描电子显微镜(SEM)检测表明:AOB菌属以活椭球状亚硝化球菌属(Nitrosococcus)和杆状亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主.     

基于MBR不同种泥短程硝化启动的微生物群落结构分析

为明确膜生物反应器(MBR)接种不同污泥启动短程硝化前后微生物群落结构变化特征,采用MBR反应器分别接种硝化污泥(R1)、厌氧亚硝化污泥(R2)和1∶1混合接种厌氧亚硝化污泥和反硝化污泥(R3),获取有利于实现快速短程硝化的污泥源.结果表明,结合间歇曝气和缩短水力停留时间(HRT),R1、R2与R3反应器分别耗时46 d、8 d和30 d成功启动短程硝化,R2反应器启动周期最短.稳定运行期内,R1、R2和R3反应器亚硝累积率平均为92%、93%和94%,R3反应器表现出更稳定的短程硝化性能.ACE、Chao、Shannon和Simpson指数结果表明,稳定运行后,R1和R2反应器微生物丰度和多样性水平均大幅低于接种污泥,R3反应器物种丰度略有减少而多样性水平变化不大.短程硝化成功启动后,3个反应器内的主要菌群为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),且主要脱氮功能菌变形菌门丰度相较于接种污泥均有提高.β-变形菌纲为3个反应器短程硝化系统的优势菌群,分别占比59.6%、63.6%和69.3%.R1、R2和R3反应器内的优势菌属均为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),所占比例分别达12.8%、20.2%和19.7%.相比R1反应器,R2和R3反应器接种污泥内存在一定比例的亚硝化细菌,更有利于系统短程硝化的实现.     

新型IEM-UF耦合短程硝化反硝化系统脱氮特性

针对低碳氮比生活污水的特点,提出新型离子交换膜-超滤组合膜（IEM-UF）氮富集短程硝化反硝化脱氮工艺.研究了新型IEM-UF亚硝化反硝化脱氮系统在三阶段运行工况下各反应器的性能及整个系统的脱氮及COD去除效果,同时应用高通量技术探究菌群结构变化对脱氮效果的影响.试验结果表明：C/N为3,亚硝化反应器中DO=0.5mg/L条件下,亚硝化反应器中NO₂^--N积累率仅用19d就达到了90%;在短程反硝化进水流量比为2：1的条件下,COD及NO_x^--N平均去除率分别达到80%和89%以上.TN去除率最高达到64.8%.高通量16S rDNA测序结果表明,三阶段菌群结构变化与系统脱氮效果的变化一致,亚硝化反应3个阶段亚硝化单胞菌Nitrosomonas所占比例分别为3.69%、5.48%和0.53%,反硝化反应3个阶段反硝化菌Dechloromonas、Thauera之和占活性污泥总菌群比例达到33.35%、25.62%、20.52%.     

丝状菌污泥膨胀对脱氮除磷功能菌群的影响

丝状菌引起的污泥膨胀或生物泡沫是活性污泥法污水处理厂运行管理中经常碰到的异常问题,为确定丝状菌引起的污泥膨胀对脱氮除磷系统功能菌群的影响,采用形态学鉴定和Illumina MiSeq高通量测序对5座城市污水处理厂非膨胀期和膨胀期活性污泥、生物泡沫中关键微生物菌群分布特征进行分析研究.结果表明,污泥膨胀和生物泡沫主要由微丝菌(Microthrix parvicella)引起,膨胀期污泥和生物泡沫中微丝菌最高比例达6%和38%.主要脱氮除磷菌属为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)、硝化螺菌(Nitrospira)、陶厄氏菌(Thauera)和Candidatus Accumulibacter phosphatis.膨胀期与非膨胀期相比AOB和聚磷菌相对丰度明显降低,最大变化比例为54%和47%,反硝化菌相对丰度显著升高,最大变化比例为73%;脱氮除磷菌群的波动变化受污泥膨胀的影响外,还与处理工艺及菌群的生理特性相关.     

不同好氧颗粒污泥中微生物群落结构特点

为了探讨活性污泥好氧颗粒化过程对微生物种群的影响、不同底物及不同颗粒化方法培养的好氧颗粒污泥中微生物群落结构的差异,以接种污泥、模拟废水好氧颗粒污泥和分别投加粉末活性炭和硅藻土的实际生活污水好氧颗粒污泥为研究对象,利用PCR-DGGE对比分析了接种污泥和好氧颗粒污泥中的微生物群落结构.结果表明:活性污泥好氧颗粒化过程会减少微生物种群多样性,影响颗粒污泥稳定性的细菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、难降解有机物降解菌等污水处理功能微生物都在颗粒化过程中得到保留.活性污泥好氧颗粒化过程中能够实现亚硝化细菌(AOB)一定程度的富集.与接种活性污泥相比,好氧颗粒污泥中AOB的多样性指数与均匀性指数均有提高.好氧颗粒污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).     

季节性温度对短程硝化系统微生物群落的影响

为了研究季节性温度对短程硝化生物膜系统中微生物群落结构的影响,以平均水温分别为28.3,23.3,21.6,9.6,-0.2℃条件下MBBR反应器的短程硝化生物膜为对象,利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)对比分析上述生物膜中的微生物群落结构,结果表明:在控制合适的水力停留时间(HRT)条件下,水温降低会影响微生物活性,但不影响短程硝化稳定性,平均水温在21.6~-0.2℃变化过程中总细菌和AOB的多样性及均匀性基本不变,芽孢杆菌、黄杆菌、亚硝化单胞菌等污水处理功能微生物都得到保留.平均水温28.3~-0.2℃条件下生物膜中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属本试验仅调控反应器水力停留时间(HRT)就可以实现低温短程硝化,对于短程硝化工艺广泛应用于工程实践具有重要意义.     

IEM-UF同步分离反硝化系统脱氮特性及种群结构分析

针对传统脱氮工艺处理低C/N污水存在的问题,本研究提出IEM-UF同步分离反硝化系统.考察了三阶段各反应器对系统COD去除与脱氮性能影响,同时应用宏全基因组技术分析了各反应器功能微生物种群结构特征.结果表明,系统在电流强度0. 2A时分离器氨氮富集率平均达到116. 1%,最高可达170%;系统进水C/N为2. 80稳定运行时,系统COD及TN平均去除率分别可以达到90%和50%以上. TN去除率最高达到65. 4%.宏全基因组测序表明,在硝化反应器中硝化螺旋菌属(Nitrospira)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)所占比例分别为12. 23%和2. 31%;在反硝化反应器中脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、陶厄氏菌属(Thauera)和Azospira所占比例分别为4. 57%、1. 76%和1. 03%,远大于其他菌属所占比例,保证了系统中COD、NH_4~+-N、NO_x~--N较高的去除率;同时铁自养反硝化菌的存在提高了系统的反硝化效率.     

生活垃圾焚烧厂渗沥液厌氧氨氧化脱氮效能及微生物机理分析

生活垃圾焚烧厂渗沥液是一种含高氨氮高有机物浓度的难处理废水,目前渗沥液生物脱氮多采用多级硝化反硝化处理工艺,存在能耗大、效率低等不足。以厌氧氨氧化技术为核心,构建连续流厌氧消化-短程硝化-厌氧氨氧化三段式工艺,分析垃圾焚烧厂渗沥液的生物脱氮效果、有机物迁移转化规律、功能微生物活性及组成变化。结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为900~1800 mg/L,ρ（COD）为3000~20000 mg/L时,系统处理效果良好,稳定运行期间总无机氮和COD去除率分别为85%和77%。其中厌氧消化段可去除约45%的COD,短程硝化段NO₂--N积累率保持在97%以上,厌氧氨氧化段稳定运行期间总无机氮去除率约为85%,系统内也存在一定程度反硝化反应。接入渗沥液后,自养脱氮体系中功能微生物氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（Anammox）的活性均有不同程度的下降,采用宏基因组学结合16S rDNA高通量测序技术对比分析微生物的群落和功能组成变化,发现渗沥液中高浓度的有机物使短程硝化段和厌氧氨氧化段内异养反硝化菌相对丰度上升,Anammox受到难降解有机物抑制,其中Candidatus_Kuenenia菌属适应性较强,在驯化后仍然可以维持厌氧氨氧化系统较高的脱氮效果。     

泥膜混合MBBR系统自养脱氮工艺的启动研究

为了加速厌氧氨氧化菌(AnAOB)富集,解决自养脱氮工艺启动缓慢的问题,在短程硝化絮状污泥反应器中投加含有少量AnAOB的悬浮填料,构建泥膜混合移动床生物膜反应器(MBBR)系统,探讨该系统在自养脱氮启动中的作用. 结果表明:①在温度为20~30 ℃、pH为7.8~8.2、DO浓度为0.2~0.9 mg/L的条件下,经45 d的运行,成功富集AnAOB. 通过调整运行模式和曝气量,TN去除率提高至70%左右,成功启动自养脱氮工艺. ②在运行过程中,曝气阶段主要发生短程硝化反应,缺氧阶段主要发生厌氧氨氧化反应. ③泥膜混合MBBR系统中优势的好氧氨氧化菌(AOB)和AnAOB分别为Nitrosomonas和Candidatus_Kuenenia. Nitrosomonas主要分布于絮状污泥中,其相对丰度从42.95%减至30.98%;而Candidatus_Kuenenia主要分布于填料生物膜中,其相对丰度从5.88%增至25.90%. ④泥膜混合MBBR系统中还检测出Ignavibacteriales_bacterium_UTCHB1、Pseudomonas、Denitratisoma等多种反硝化细菌,说明部分TN损失是通过内源反硝化途径实现. 研究显示,基于短程硝化絮状污泥的泥膜混合MBBR系统,可以维持稳定的短程硝化,快速富集AnAOB,也可以有效缩短自养脱氮工艺的启动时间.      

炭膜曝气生物膜反应器硝化作用及其微生物群落结构分析

采用炭膜曝气生物膜反应器处理无机含氮废水,通过改变进水氨氮浓度和水力停留时间,研究了反应器硝化性能、氧利用情况以及氨氮去除负荷,并对生物膜表面特性和硝化菌优势菌种进行分析.结果表明, 在膜内气压0.017 MPa,进水NH⁺₄-N 50 mg/L,HRT为8 h条件下,NH⁺₄-N去除率达到96%,出水NO^-₂-N平均为17 mg/L,一定程度上实现了短程硝化,炭膜所供给氧气被生物膜全部消耗;系统比表面氨氮最大去除速率为9.7 g/(m²·d),炭膜表面有限的生物量制约了去除速率的进一步提高; 荧光原位杂交技术分析揭示生物膜内亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）和亚硝化螺菌（Nitrosospira）为亚硝化细菌优势菌种,分别占细菌总菌数的19%和21%,硝化螺菌（Nitrospira）为硝化细菌优势菌种,占总菌数的20%,未检测到硝化杆菌（Nitrobacter）的存在.     

SBR反应器内短程硝化系统快速启动及影响因素研究

探讨了采用序批式反应器(SBR)快速启动自养短程硝化系统的方法,研究了溶解氧(DO)、pH、温度、外加有机碳源对自养短程消化系统的影响。以硝化污泥接种反应器(SBR),在纯自养条件下利用高浓度溶解氧1.0～1.6mg/L和中温(35±1)℃达到亚硝酸氮的快速积累。结果表明,在进水氨氮浓度为280～300mg/L,HRT为12h,控制pH值为7.5～8.5、温度在(28±1)℃、溶解氧浓度为0.8～1.2mg/L条件下,氨氮去除率达到90%以上,亚硝酸氮积累率高达95%。试验证明投加有机碳源(COD)50mg/L左右时,不会对短程硝化系统产生影响,且能实现较高氨氮去除率和稳定的亚硝酸氮积累率。     

全程自养脱氮新技术处理污泥脱水液的研究

以含有高浓度氨氮的消化污泥脱泥污水为基质,在悬浮填料床反应器中实现了稳定的全程自养脱氮过程.在填料表面培养形成了全程自养脱氮混菌生物膜.反应器的主控条件为T=28℃,pH=8.0左右,溶氧为0.8～1.0 mg/L.两级串联反应器的平均表面负荷为NH₄⁺-N 3～4 g/(m²·d),总的全程自养脱氮率达70%左右.对处理高氨氮含量和低C/N比的废水,全程自养脱氮较常规硝化-反硝化脱氮技术可大大降低氧耗并无需外加有机碳源,因此具有很好的应用前景.     

有机碳源条件下厌氧氨氧化ASBR反应器中的主要反应

采用5个已稳定运行在厌氧氨氧化状态的ASBR反应器,通过COD、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、pH等指标的监测和好氧硝化菌、异养反硝化菌的测定,研究了不同有机碳源条件下反应器中发生的主要反应.结果表明,反应器中存在好氧硝化菌、异养反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在COD、氨氮、亚硝酸盐氮等存在条件下,可发生好氧硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化反应,先是好氧硝化反应、厌氧氨氧化反应和异养反硝化反应共存,其后依次是异养反硝化反应和厌氧氨氧化反应占主导地位.当C/NO₂^--N在1.7～1.9范围内时,C/NH₄⁺-N为1.7的1号反应器具有最佳的厌氧氨氧化效果,反应结束时其COD去除率、NH₄⁺-N去除率、NO₂^--N去除率分别为100%、81.7%和74.4%.     

MBR系统CANON工艺的快速启动及微生物种群特征

为了考察CANON工艺的快速启动策略及功能微生物的种群特征,在常温MBR反应器内接种普通活性污泥后间歇运行.启动策略为以调控曝气时间和曝气量作为主要方法,首先在限氧条件下启动亚硝化,之后进一步降低DO启动CANON工艺.在CANON工艺启动成功后,通过调整曝气时间和无机碳源浓度提高了总氮去除负荷,并采用PCR-DGGE技术分析了稳定运行的CANON工艺内功能微生物的种群特征.结果表明,CANON工艺经36d成功启动,NH4+-N去除率和总氮去除率最终稳定在99%和84%左右,氮去除负荷达到0.41kg/(m3·d).DGGE测序结果表明,Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis是反应器内的优势菌种,两种微生物协同作用,共同在MBR内完成了高效的自养脱氮.     

新型生物脱氮工艺的研究进展

新型生物脱氮技术已经在国内外展开了广泛的研究和应用,为废水脱氮处理提供了一个实用而节能的新途径。该技术基于氨氮从短程硝化途径转化为氮气的生物反应过程,根据反应条件的不同,主要包括亚硝酸盐存在条件下的高活性氨氮去除反应器 (SHARON);厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX);亚硝酸盐存在的条件下全程自养脱氮过程(CANON);限氧自养硝化反硝化(OLAND)。介绍了国内外对新型工艺运行参数和影响因素(DO,ORP,pH等)的研究状况,以及新型生物脱氮反应器研究成果。     

运行模式对同步短程硝化反硝化脱氮及微生物群落特征的影响

采用复合序批式生物膜反应器（HSBBR）处理高盐废水,实现了同步短程硝化反硝化脱氮。考察了运行模式对同步短程硝化反硝化系统COD去除和脱氮性能的影响,利用高通量测序技术分析了微生物群落的变化。结果表明:当反应器以缺氧/好氧交替模式运行时（缺氧/好氧时间比为2.0 h/4.5 h）,NH₃-N、总无机氮（TIN）和COD去除率分别为95.00%、84.83%和86.72%,出水中含有NO₂--N和NO₃--N。以完全好氧模式运行时（缺氧/好氧时间比为0.0/6.5 h）,NH₃-N去除率达到100.00%,TIN和COD去除率分别为85.94%和89.46%,出水中只含有NO₂--N。高通量测序结果表明:在门水平上,2种模式下生物膜和悬浮污泥中的优势菌均为变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）;Nitrosomonas是本研究检测出的唯一氨氧化菌（AOB）属,当反应器由缺氧/好氧交替模式转换为完全好氧模式时,悬浮污泥和生物膜中Nitrosomonas的相对丰度均增加;悬浮污泥和生物膜中优势反硝化菌属相似,包括Candidatus_Competibacter、Paracoccus、Thauera和Denitratisoma,在完全好氧模式下,悬浮污泥和生物膜中Candidatus_Competibacter和Thauera的相对丰度较低,而Paracoccus和Denitratisoma的相对丰度较高。多种反硝化菌与氨氧化菌的共同作用,使反应器能够实现高效同步短程硝化反硝化脱氮。     

污水短程脱氮工艺中亚硝酸盐积累的影响因素

采用主要由厌氧-好氧-缺氧构成的短程脱氮工艺,进行了常温条件下处理生活污水的实验.分析了DO、游离氨(FA)等因素对亚硝酸盐积累的影响.结果表明,DO是影响短程硝化的主要因素,控制好氧1区的DO在1.5~2.5mg/L、好氧2区的DO在0.5~1.0mg/L,可以实现稳定的亚硝酸盐的积累,氨氮去除率达到90%.对氨氧化菌(AOB)进行T-RFLP群落分析表明,该工艺运行中的AOB优势菌种为Nitrosomonas oligotropha culster.