聚磷生物膜的快速启动及微生物特性研究

在同步去除并富集磷的基础上,探究采用前期不排泥、后期排泥的挂膜方式对聚磷生物膜反应器的运行效能、微生物特征及群落结构的影响.结果表明,经过驯化运行,聚磷生物膜的蓄磷能力明显提升.在挂膜阶段,生物膜厚度及EPS含量出现一定程度的增长;PN/PS上升至3.12,PN/PS比值增加有利于微生物粘附在填料上.在好氧出水达标的情况下,富集液中磷酸盐浓度提升至89.5 mg·L~(-1),达到了鸟粪石回收标准.高通量测序结果表明,经过富集培养,微生物群落多样性呈下降趋势,群落组成变化明显.优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),其丰度从33.6%增长至75.3%;反应器中的聚磷菌属丰度明显增加,从11.8%上升至23.2%,红环菌属(Rhodocyclaceae)、UKL 13-1为反应器中的优势聚磷菌.     

挂膜方式对模拟河道生物反应器启动与稳态运行的影响

对比研究了自然挂膜和改进型闷曝排泥挂膜2种启动方式对模拟河道生物反应器修复微污染水源水过程特性的影响.结果表明,采用改进型闷曝排泥挂膜法有效缩短了弹性填料的挂膜周期,该反应器的NH3-N去除率比自然挂膜组提前1周达到70%以上.挂膜成熟后,闷曝排泥挂膜组附着的生物膜量和胞外多聚物含量分别为自然挂膜组的1.38倍和1.41倍,生物膜结构亦较为致密,2组反应器的NH3-N、CODMn平均去除率最终分别稳定在92%和82%以上.通过改变曝气强度和方式开展系统运行工况研究,发现2组反应器的NH3-N和CODMn去除性能呈现不同程度的波动,相比而言,采用闷曝排泥挂膜法启动的反应器对工况变化具有较强的适应能力, P(NH3-N)为0.001,一定程度上说明不同挂膜方式对填料附着的生物膜群落结构以及微污染水源水修复系统稳态运行性能影响显著.     

污水厂尾水MBBR反硝化深度脱氮填料比较

针对污水处理厂尾水中NO-3-N含量高的特点,采用移动床生物膜反应器(MBBR)对其进行反硝化深度脱氮,并对填料效能进行比较.结果表明:在p H值为7.2~8.0、温度为24~26℃、HRT为12 h、甲醇投加量为25.5 mg·L-1、填料填充率为30%、进水TN浓度为7.5~13.3 mg·L-1、NO-3-N浓度为2.2~12.4 mg·L-1的条件下,MBBR采用聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯泡沫体和陶粒4种填料,均有较好的脱氮效能,其中,聚丙烯填料MBBR的脱氮效能最优,其TN、NO-3-N平均去除率分别达45.3%和76.3%,出水TN、NO-3-N最低为2.4 mg·L-1和0.2 mg·L-1,最大反硝化速率可达10.6 g·m-2·d-1(以NO-3-N计).三维荧光图谱分析表明,各填料MBBR进水和出水中均含有SMP和BOD5,陶粒和聚丙烯填料MBBR对其去除效能较优.     

MBBR填料快速挂膜的菌群特征与校园景观池水净化试验

采用接种排泥和间歇性曝气联合进行MBBR挂膜,并探究不同尺寸、不同填充率对填料生物挂膜、微生物群落结构和污染物去除效率的影响。采用联合法挂膜培养,兼顾两者优点,可以在15 d实现挂膜,附着的生物膜对有机负荷和污染波动具有较好耐受性,对污染物的去除效果较好。16S rRNA基因高通量测序结果显示,不同尺寸填料上生物膜中的优势菌均为Candidatus Saccharibacteria,占比均超过40%。以分别投放有两种尺寸的挂膜填料的MBBR处理校园景观池水,填充率为30%的小填料具有更高的污染物去除能力,8 h后出水水质可达到地表水Ⅳ类水质标准。     

生物膜CANON反应器性能的优化:从FBBR到MBBR

控制温度为30℃±1℃,在移动床式生物膜反应器(MBBR)采用以改性聚乙烯为填料的全程自养脱氮(CANON)工艺,以无机高NH_4~+-N(约400 mg·L~(-1))人工模拟废水为连续进水,研究MBBR对生物膜CANON工艺脱氮性能的优化.试验控制pH在7.8左右,HRT为6 h,填料填充率为35%,经过一个月调试与培养,NH_4~+-N及TN平均去除率达到74.28%和87.93%,最高分别可达84.68%和98.82%,此时ΔNO-3/ΔTN为0.12,接近理论值0.127,由此判断CANON污泥在MBBR工艺中逐渐适应并得以稳定运行.同时,对比采用相同进水基质及控制条件的固定床式生物膜反应器(FBBR),计算发现MBBR与FBBR工艺NH_4~+-N去除率、TN去除率及去除负荷3组均方差分别为:8.31%和14.06%,7.09%和11.79%,0.17kg·(m3·d)-1和0.27 kg·(m3·d)~(-1),前者均低于后者;并且,在MBBR与FBBR的DO平均浓度分别为1.96 mg·L~(-1)和3.09mg·L~(-1)的情况下,MBBR与FBBR中每升氮去除负荷分别为0.53 kg·(m~3·d)~(-1)和0.37 kg·(m~3·d)~(-1).因此,(1)相比FBBR,MBBR具有更加稳定的脱氮性能;(2)相比FBBR,MBBR中每升填料中的微生物具有更高的O2利用效率及总氮去除负荷.     

微生物载体对MBBR工艺性能及微生物群落结构的影响

通过选用聚氨酯吸水凝胶(porous polymer carriers, PPC)、聚氨酯海绵(polyurethane, PU)、聚丙烯(polypropylene, PP)3种材质的微生物载体,对分别投加这3种载体的移动床生物膜反应器(MBBR)的启动性能、氮去除性能及微生物群落结构进行对比分析。结果表明:在进水氨氮浓度为20 mg/L的情况下,PPC及PU载体表现出较好的挂膜启动性能和氨氮去除性能,出水氨氮平均浓度在5 mg/L左右,而PP载体的出水氨氮平均浓度将近7 mg/L,且去除效果稳定性较差;此外PU载体和PP载体的反硝化效果不理想,出水硝态氮平均浓度分别为6.07,4.87 mg/L,比PPC载体(2.80 mg/L)高出许多。微生物测序结果表明,微生物载体的选择对MBBR工艺微生物群落结构有一定影响,但Proteobacteria和Bacteroidetes始终是占比最大的细菌门类。属水平的分析表明PPC载体上存在较高丰度的反硝化Denitratisoma菌属,且PPC载体独特的结构和亲水性有助于营造缺氧环境,提高反应器整体脱氮性能和稳定性。     

低温下磁性载体MBBR系统微生物群落特征和功能预测分析

为阐明低温下磁性载体对移动床生物膜反应器(MBBR)处理能力的影响,探究了反应器内生物膜的微生物多样性、群落结构、功能特征和氮代谢通路.结果表明,与商用载体反应器(对照组)相比,磁性载体反应器具有更高的污染物去除率,其对NH⁺₄-N和TN的平均去除率分别提高了16.2%和12.1%.Illumina高通量测序结果显示,磁性载体生物膜的微生物多样性和丰富度更高.由于不同微生物的磁化率不同,导致两种载体生物膜微生物群落结构存在显著差异.磁性载体生物膜中硝化菌属(如：Nitrosomonas、Nitrospira)和反硝化菌属(如：Sphaerotilus、Zoogloea)的相对丰度显著增多.PICRUSt2功能预测分析显示,磁性载体生物膜的整体基因功能表达水平更高,在信号传导机制和细胞内运输、分泌和囊泡运输等方面优势更明显.此外,大多数与氮代谢相关基因在磁性载体生物膜中丰度更高,如涉及硝化过程的基因amo、hao和反硝化过程基因nap、nor等,使得生物膜的低温脱氮潜力增强.以上结果从微观生物学角度更好地解释了反应器处理能力的差异,为磁性载体强...     

采用生物亲和聚氨酯处理污水的原理与应用

作为生物膜法的核心,生物载体在污水处理中起着关键作用. 然而,传统的商用生物载体存在生物亲和性差、挂膜困难等固有缺陷,因此,开发新型载体用以提高废水处理效率对生物膜反应器的应用与发展具有重要意义. 通过物理涂覆方法制备得到BPU(生物亲和性聚氨酯),对载体的表观特性和化学组分进行表征,并将其作为移动床生物膜反应器的填料处理模拟生活污水,初步评价BPU的生物亲和性和污水处理效果,之后通过比较生物膜生长情况差异和微生物群落结构变化对其增效机理进行分析. 结果表明:①改性增加了载体表面的粗糙度和比表面积,载体表面Zeta电位由(?31.70±1.93) mV变为(2.14±0.14) mV,接触角由44.50°±0.14°降至24.88°±1.46°. ②投入生物膜反应器使用后,BPU表面附着的生物量和胞外聚合物(EPS)分泌量增加,生物膜组成结构得到改善,TN和NH₄+-N的去除率分别增加了6.27%±0.30%和13.74%±0.68%. ③微生物分析表明,BPU丰富了微生物群落多样性,脱氮功能菌数量增加,从而促进了污染物的去除. 研究显示,BPU具有良好的生物亲和性,能够有效提高生物膜反应器的性能.      

氨氮浓度对MBBR工艺中微生物群落结构的影响

采用移动床生物膜反应器（moving bed biofilm reactor,MBBR）处理模拟废水,考察进水氨氮浓度（20,30,50,100,200 mg/L）对MBBR工艺处理效果的影响,并利用16S rDNA高通量测序技术,分析微生物群落结构变化。结果表明:氨氮浓度为30~100 mg/L时,氨氮浓度越小,越有利于氨氮的去除,对COD去除率影响较小。氨氮浓度为20,50,200 mg/L时,Ottowia为第1优势菌属,相对丰度分别为66.76%、34.40%、53.88%,而氨氮浓度为30,100 mg/L时,Ottowia优势地位被Arcobacter、Hydrogenophaga等取代,说明微生物群落结构发生波动性变化可能与各类起反硝化作用的菌属和Ottowia菌属争夺优势地位有关。与自养型硝化作用有关的菌属相对丰度稳定在0.3%左右,相对丰度受氨氮浓度影响不大,高浓度氨氮对硝化菌属产生的抑制作用,可能是对其微生物活性的抑制。通过研究发现,进水氨氮浓度对MBBR生物膜中的微生物群落结构有一定的影响。     

复合生物滤池处理H2S和NH3的研究:生物相机理分析

采用天然斜发沸石和木屑作为复合生物滤池(生物滴滤池+生物过滤池)的填料,研究了该工艺处理含H₂S和NH₃混合恶臭气体的生物相机理.结果表明:生物滴滤池中形成了由细菌、藻类及原生动物组成的复杂生态系统,而生物过滤池中真菌为优势微生物.生物滴滤池的下层优势菌种主要为葡萄球菌属和球形芽孢杆菌等细菌,中层主要为梨形四膜虫属和肾形虫属,上层主要为钟虫和舟形藻属;生物过滤池优势菌种主要是聚多曲霉菌种.据对复合生物滤池的生物相机理探讨推论,生物滴滤池去除H₂S和NH₃机理主要是生物链的分级捕食和沸石的吸附-生物再生机理;生物过滤池去除H₂S和NH₃机理主要是真菌降解.因此,通过控制生物滴滤池和生物过滤池处于不同的环境条件,可使复合生物滤池能高效地同时处理H₂S和NH₃组成的混合恶臭气体.      

水质净化生物滤池工艺的微生物群落特征及运行效果研究

为探讨水质净化生物滤池(生物强化滤池和生物活性炭滤池)工艺的微生物群落特征和运行效果,采用Biolog和PCR-SSCP (单链构象多态性)技术分析生物滤池中的微生物群落代谢功能与结构,测定生物滤池进出水NH⁺₄-N、NO^-₂-N、高锰酸盐指数、UV₂₅₄和BDOC等指标,考察其净水效果. 结果表明,原水经过生物滤池后,出水微生物群落代谢活性显著降低,说明生物滤池截留了原水中的活性微生物. 工艺运行6个月后,2个生物强化滤池中微生物群落代谢特征相似,其碳源利用率分别为73.4%和75.5%. 2个生物活性炭滤池中微生物群落代谢特征存在明显差异,颗粒活性炭生物滤池微生物群落碳源利用率79.6%高于柱状活性炭生物滤池的53.8%(p>＜0.01). PCR-SSCP分析表明各生物滤池微生物群落呈多样性,优势菌群基本一致. 研究还发现,生物强化滤池中的填料对微生物群落结构和代谢功能的影响较小,2种生物强化滤池净水能力无统计学差异(p>＞0.05);而生物活性炭滤池的颗粒活性炭填料有利于微生物群落生长繁殖,微生物群落有较强的代谢活性,其滤池对NH⁺₄-N、高锰酸盐指数、BDOC的去除效果优于柱状活性炭生物滤池(p>＜0.05);这也提示生物滤池运行效果与滤池中微生物群落代谢能力有关.     

生物滤塔处理含氨气体的长期运行研究

针对含氨恶臭气体的处理,选用堆肥和污泥颗粒作为填料,研究了生物滤塔长期运行(210d)处理氨的效果.结果表明,运行初期在低负荷(NH3浓度＜110 mg·m-3)条件下,生物滤塔对氨的去除能力均保持在较高水平,氨去除效率达到99%以上;随着负荷的不断增加,到实验后期,当进气浓度大于190 mg·m-3时,氨去除效率下降...     

应用PCR-DGGE技术研究处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性

变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)在微生物生态学领域有着广泛的应用.本文应用DGGE技术对处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性随时间的变化进行了研究.在生物滤塔运行的不同时间采集滤塔中的填料样品,进行了生物滤塔对氨处理效果的分析和DGGE分析.结果显示,污泥和混合填料生物滤塔氨的出气浓度在经过一段时间后,逐渐升高,而堆肥生物滤塔的运行情况较好,对氨的去除效率始终在98%以上.PCR-DGGE图谱显示,不同时间的相同填料中微生物DGGE图谱有着明显的差异性.Shannon指数分析表明,填料中微生物的多样性都随着反应器运行时间的延长而有所减少.运行一个月后,混合填料的微生物多样性指数最低为0.389;其次为污泥填料,其多样性指数为0.473;堆肥填料的微生物多样性程度最高为0.569.生物滤塔对氨的去除效果与填料中微生物多样性Shannon指数之间有一定的相关关系.主成分分析(PCA)显示对于堆肥和污泥来说,填料样品之间微生物群落结构相似性较高,而混合填料样品间的微生物群落结构相似性较低.     

4种不同工况生物滤池净化效能与微生物特性分析

为了从微生物层面探讨曝气、挂膜周期、池形(或流态)改变对生物滤池净化效率的影响,试验设计了4种不同工况的生物滤池,即MAVF、NAVF、NVF、BHF,其中前三者为垂直流滤池,最后一种为折流式水平流滤池. 4组滤池框架和滤料相同,MAVF与BHF串联,且于试验前期运行1 a,NAVF及NVF为新启用滤池. 4组滤池采取同步序批式运行,其中MAVF、NAVF进行间歇曝气,其余两组未曝气.于新启用滤池挂膜阶段,对4组滤池同步处理生活污水的净化效率进行持续监测,并于挂膜结束后采集基质样品分析滤池微生物群落结构特征.结果表明,3组垂直流滤池的净化效率显著高于水平流滤池;曝气显著提高了滤池的净化效能,但与滤池微生物成熟度相比,前者的影响更弱. 4组滤池内均无明显的硝氮、亚硝氮积累,反硝化进行得很彻底. 16S r DNA高通量测序分析表明,4组滤池的多样性指数高低是BHF MAVF NAVF NVF,表明滤池愈成熟,多样性指数愈高. 4组滤池内微生物以兼性异养菌为主,且以异养反硝化脱氮菌最为丰富. NVF及BHF滤池内发生了异养硝化过程,曝气促进了滤池内好氧硝化菌的富集. 4组滤池内均未检测到好氧聚磷菌,磷的去除以反硝化聚磷为主.试验工况下,滤池对总氮的去除率不高主要归结于滤池内尚未富集到自养硝化菌或其丰度不高,后者导致滤池的氨氧化能力有限,进而影响总氮去除.以上研究结果表明,不同工况的调整会影响到生物滤池的氧化还原状态和功能菌富集,进而最终影响净化效率.     

MBBR处理制药废水的试验研究

采用二级移动床生物膜反应器(MBBR)处理呋喃铵盐制药废水。在填充比为40%,总水力停留时间为32h时,COD的去除率为88.6%,TN的去除率为25.7%,第二级反应器对NH3-N的去除率为56.2%。     

Performance of two biofilters with neutral and low pH treating off-gases

Two different functional biofilters were carried out and compared for the treatment of off-gas containing multicomponent odors and volatile organic compounds (VOCs) in this study. The effects of pH values and the empty bed retention time (EBRT) on the performance of the bioreactors were studied; and the characteristics of microbial populations in the two biofilters were also determined. The experimental results indicated that the removal effciencies of hydrophilic compounds such as butyric acid and ammonia ...     

不同填料甲苯生物滤塔中微生物群落结构与代谢功能解析

对填料为珍珠岩、玻璃珠和聚苯乙烯泡沫(EPS)的甲苯生物滤塔中微生物群落的结构和代谢功能进行了分析.结果表明,在稳定运行阶段,生物滤塔的微生物群落结构相似且与接种物存在较大差异.3种填料的生物滤塔中在门水平上的优势菌均为变形菌门Proteobacteria(36.1%~67.5%)、放线菌门Actinobacteria(4.3%~43.4%)、厚壁菌门Firmicutes(3.0%~16.4%)和拟杆菌门Bacteroidetes(1.9%~10.2%);属水平上,相同的优势属为红球菌属Rhodococcus(2.4%~38.5%)和假单胞菌属Pseudomonas(5.9%~25.3%),在珍珠岩生物滤塔中相对丰度更高的属为戴沃斯氏菌属Devosia、戈登氏菌属Gordonia和根瘤菌科某属Rhizobiales_E,在玻璃珠和EPS生物滤塔中相对丰度更高的属为着色菌科某属Chromatiaceae_A和Fluviicola.不同填料的生物滤塔中微生物群落整体碳源代谢能力相似且相比接种物均显著下降,微生物群落结构与代谢呈现一致性,多样性水平均为珍珠岩EPS玻璃珠.与接种物相比,不同填料的生物滤塔中微生物结构物种多样性都降低,代谢多样性都升高.     

R-PFR与CSTR厌氧消化餐厨垃圾运行效率及微生物群落结构对比

以中温餐厨垃圾(FW)厌氧消化反应器为研究对象,结合稳定运行过程中的微生物群落结构特征,考察了两种常见的厌氧消化反应器—完全混合式反应器(CSTR)和有回流的推流式反应器(R-PFR)的运行效率和稳定性.结果表明,两种构型的反应器均能在3.0 kg·m-3·d-1(以VS计)负荷下稳定高效地运行.R-PFR具有更稳定的稳定性指数,如总碱度(TA)和挥发性脂肪酸比TA值(VFA/TA),以及更低的氨氮(TAN)和游离氨(FAN)浓度,但产气效率(如比甲烷产率(SMP))不及CSTR.R-PFR中以Chloroflexi门(37.35%)和Firmicutes门(31.22%)为优势细菌,而CSTR中以Bacteroidetes门(31.14%)与Firmicutes门(44.41%)为优势细菌.CSTR和R-PFR均以Methanosaeta属为优势产甲烷菌(98.72%和84.90%),乙酸型产甲烷途径为主要的产甲烷途径.但CSTR中除Methanosaeta属以外还有一定丰度的混合营养型的Methanosarcina,以及氢营养型Methanospirillum和Methanolinea.CSTR中具有对VFA和TAN更具耐受性的产甲烷菌群,更有利于餐厨垃圾产甲烷过程的稳定进行.由于R-PFR的敏感性较低,有利于处理剧烈变化的底物,但R-PFR容易出现严重的局部酸化现象,不利于长期处理过高负荷的易降解底物(如餐厨垃圾).这些结果可为优化餐厨垃圾厌氧消化工艺设计提供基础依据.     

焦化废水生物流化床系统脱氮中试研究

以厌氧流化床、缺氧流化床作生物反应器 ,聚合物多孔高分子颗粒作微生物固定化载体 ,采用厌氧 缺氧 好氧工艺进行了焦化废水处理中试研究。结果表明 :当系统稳定运行时 ,进水NH3 N、CODCr、酚平均浓度为 5 39 5mg L、14 88mg L、2 4 7 7mg L时 ,出水NH3 N、CODCr酚平均浓度分别为 14 3mg L、2 5 2 4mg L、0 2mg L ;厌氧流化床、缺氧流化床反应器中存在厌氧氨氧化反应 ,在这 2个阶段NH3 N分别去除 9 8%和 3 3%。该生物流化床系统脱氮技术对现有焦化废水活性污泥法处理系统的改造具有指导意义