不同培养条件厌氧氨氧化颗粒污泥性质及微生物群落结构差异

采用膨胀颗粒污泥床(EGSB)和上升式厌氧污泥床(UASB)反应器在不同运行条件下培养厌氧氨氧化颗粒污泥,对比分析颗粒污泥性质和微生物群落的差异性.研究表明接种厌氧氨氧化絮状污泥经过EGSB和UASB反应器运行384 d后,均能实现颗粒化,颗粒污泥平均粒径分别达到1.17 mm和1.21 mm,各范围(0.2、 0.2～1.5、 1.5～3和3 mm)的粒径占比为6.06%、 60.05%、 25.25%和8.64%, 7.40%、 58.90%、 32.04%和1.66%.扫描电镜结果表明不同运行条件下的污泥菌群均以短杆菌、球型菌为主.高通量测序结果表明,Shannon指数EGSB反应器为7.52高于UASB反应器为7.18;变形菌门(Proteobacteria)是两个反应器各阶段污泥的主要菌门,浮霉菌门(Planctomycetes)从接种时的3.30%增到第384d的12.30%(EGSB)和13.30%(UASB).EGSB反应器中的主要厌氧氨氧化菌属为Candidatus Brocadia占7.53%,其次为Candidatus Kuenenia属占1.61%;而在UASB反应器中Candidatus Brocadia属和Candidatus Kuenenia属分别占比为3.69%和7.54%,Candidatus Kuenenia是其优势厌氧氨氧化菌属.优势菌群丰度与环境因子变化存在联系,Candidatus Brocadia丰度与上升流速(v)、氮容积去除负荷(NRR)呈正相关而与水力停留时间(HRT)呈负相关,Candidatus Kuenenia与氮负荷去除率(NRE)、NRR、HRT呈正相关,而与v呈负相关.     

利用序批式生物膜反应器启动厌氧氨氧化研究

研究了在缺氧条件下利用序批式生物膜反应器(SBBR)快速启动厌氧氨氧化过程,并考察了该过程中反应器的脱氮效率、厌氧氨氧化现象、生物膜性质及微生物群落的变化.从第60d开始出现ANAMMOX现象,经过100多天的启动,最高总氮负荷达0.67kg-N/m3×d,总氮去除率达到87.3%.生物膜厚度和污泥颜色、形态发生明显变化,厌氧氨氧化菌的相对含量达到40%以上,成为反应器的优势菌种.本研究表明SBBR是一种高效启动厌氧氨氧化的生物反应器.     

从亚硝酸还原厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化

在UASB反应器内,研究了由亚硝酸盐型厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化的过程及其微生物群落变化.结果表明,历时177 d成功实现了硫酸盐型厌氧氨氧化.进水氨氮和硫酸盐浓度分别为130 mg·L-1和500 mg·L-1下,反应器对氨氮和硫酸盐的去除率分别达到58.9%和15.7%,对氨氮和硫酸盐的去除负荷为74.3 mg·(L·d)-1和77.5 mg·(L·d)-1,氮、硫损失摩尔比约为2,出水p H值低于进水.污泥中细菌从以球菌为主转变成以短杆菌为主,菌群中细菌由Candidatus brocadia为优势种转变为以Bacillus benzoevorans为优势种.说明完成这两种厌氧氨氧化的优势菌不同,两种厌氧氨氧化并非同一种菌参与完成的.     

生物脱氮新技术在垃圾渗滤液工程化处理中的应用

针对渗滤液中高浓度氨氮的处理问题,采用厌氧折流板反应器（ABR）和复合生物膜（HBR）组合工艺对广州市大田山垃圾渗滤液生物处理系统进行改造.具体分析了工程改造后厌氧折流板反应器和复合生物膜反应器的氨氮处理效果及其微生物的状况.现场采用ABR-HBR组合生物脱氮工艺,通过合理控制HBR的溶解氧浓度,并将HBR出水以大比例回流到ABR,以促进部分硝化和厌氧氨氧化过程的发生.结果表明,在进水氨氮浓度高达336.24～685.09 mg/L的条件下,启动60　d后,ABR反应器成功地培养了厌氧颗粒污泥和厌氧氨氧化细菌,其平均氨氮去除率为34.9%.ABR反应器稳定运行30 d后,HBR反应器中氨氧化细菌的数量(MPN)高达6.4×10⁷ 个/mL,其平均氨氮去除率为95.1%.经组合工艺整体处理后,系统出水氨氮浓度稳定在25　mg/L以下,总氮的去除率也高达80%以上.     

温度对自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液性能及微生物群落的影响

通过运行4个不同温度条件下(30、25、20和15℃)的自养型同步脱氮反应器,研究了不同温度下自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液的性能差异及其微生物机制.结果表明,30℃条件下反应器脱氮性能最佳.当温度由30℃降为25℃时,反应器总氮去除率从73%降低到66%,总氮去除速率从2. 29 kg·(m~3·d)~(-1)降低到1. 72 kg·(m~3·d)~(-1),污泥的形态和粒径变化不明显(SMD由80. 85μm降为79. 95μm).当温度低于20℃时,总氮去除率降低到42%,总氮去除速率降低到1. 18 kg·(m~3·d)~(-1),同时发现污泥出现解体现象,粒径减小(SMD为63. 21μm).而当温度为15℃时,总氮去除率降低至37%,总氮去除速率低至1. 00 kg·(m~3·d)~(-1),反应器运行困难.微生物群落结构分析表明,温度对厌氧氨氧化细菌的影响明显大于氨氧化细菌,因此低温条件下反应器脱氮性能下降的主要原因是厌氧氨氧化细菌对温度更敏感.     

耦合短程硝化反硝化的垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理系统构建及微生物群落分析

本研究从某垃圾填埋场计划将现有的垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮工艺改造为短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的实际需求入手,以短程硝化反硝化污泥作为接种污泥,在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中完成厌氧氨氧化启动.探究反应器运行中的脱氮效能、氮容积负荷和氮去除负荷情况,并利用16S rRNA基因序列分析技术对长期运行条件下系统中微生物群落结构演替进行分析.结果表明,反应器经历了149 d后成功启动厌氧氨氧化,稳定运行后的进水总氮容积负荷达到4 000. 00 mg·(L·d)-1,总氮容积平均去除速率达到3 885. 76 mg·(L·d)-1,系统氨氮和亚硝酸盐氮的平均去除率均超过了95%.运行第250 d时,系统的生物多样性减少,门水平上厌氧氨氧化主要菌群Planctomycetes的丰度达到了54. 94%;属水平上Candidatus Kuenenia为主要菌属,其相对丰度达到了49. 66%.结果证明,在短程硝化反硝化基础上耦合厌氧氨氧化实现垃圾渗滤液深度处理的升级改造工艺具有可行性.     

应用RAPD方法分析厌氧氨氧化污泥驯化过程中的微生物遗传性质

采用随机扩增多态性DNA(RAPD)方法研究了厌氧氨氧化污泥驯化过程中微生物遗传多样性的变化,并对接种物不同的3个反应器中的微生物作了聚类分析.在污泥驯化培养过程中,3个反应器内的微生物发生了较明显的遗传变异,以缺氧污泥接种的反应器中微生物在驯化过程中的Nei基因多样性指数和Shannon信息指数均较高,遗传变异较大.硝化污泥中存在与厌氧氨氧化细菌亲缘关系较近的菌种,更适宜作为接种物驯化培养厌氧氨氧化细菌.以好氧污泥作为种泥启动反应器,通过培养硝化污泥再转入厌氧氨氧化驯化,这种驯化途径优于以缺氧污泥和厌氧污泥启动反应器的途径.     

启动炭管膜曝气生物膜反应器实现全程自养脱氮

启动包裹无纺布的多微孔炭管为膜组件的膜曝气生物膜反应器(MABR),实现基于短程硝化和厌氧氨氧化的完全自养脱氮.首先接种普通硝化污泥启动反应器,在温度35℃, pH为7.9条件下,通过对膜内腔压力的适当控制逐步降低反应器溶解氧浓度,实现亚硝酸盐的积累.然后再次接种厌氧氨氧化污泥,使无纺布上形成好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌稳定共存的膜曝气生物膜,从而实现全程自养脱氮结果表明,经过120 d连续运行,在膜内压力为0.015MPa,水力停留时间6 h,进水NH 4-N为200 mg/L±10 mg/L条件下, NH 4-N转化率达到88.7%,出水总氮平均为48.65mg/L,总氮去除率达到83.77%.荧光原位杂交(fluorescent in situ hybridization, FISH)分析表明,好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌作为主要功能菌群分别控制着靠近炭管膜/生物膜界面区域和靠近生物膜/液体界面区域.     

SBR反应器厌氧氨氧化系统启动过程中细菌群落结构的变化

以白洋淀岸边带沉积物为接种污泥,启动了SBR厌氧氨氧化反应器.对反应器启动过程中的进出水水质进行了连续监测,并采用PCRDGGE、定量PCR和基因测序等分子生物学技术研究了系统内总细菌和厌氧氨氧化(ANAMMOX)细菌群落结构随培养时间的变化规律.结果表明:在启动过程中,总微生物菌群动态变化水平为26.6%~50.5%;微生物多样性先变小后增大,优势菌种得到重新分布;ANAMMOX细菌的群落结构变得单一化,最后系统的优势ANAMMOX细菌是Brocadia属.富集培养阶段SBR系统中ANAMMOX细菌的最大生物量达到了1.73×109copies·g~(-1)干污泥,而且总氮的去除率最高达到约82%.     

厌氧氨氧化污泥群体感应信号分子检测及影响研究

厌氧氨氧化作为一种新型的脱氮工艺具有很好的应用前景,但厌氧氨氧化污泥富集培养困难.本研究以处理垃圾渗滤液的污泥作为接种污泥,在升流式厌氧污泥反应器(UASB)中启动厌氧氨氧化过程;检测驯化成功的厌氧氨氧化污泥中是否存在群体感应信号分子;并通过添加外源信号分子(cis-11-Methyl-2-dodecenoic acid,DSF和N-acyl-homoserine lactone,AHL),探究信号分子对厌氧氨氧化污泥附着生长能力的影响.结果表明,UASB反应器在运行150 d后,总氮去除率达到80%,菌群结构中厌氧氨氧化菌所占比例超过了20%,成功启动厌氧氨氧化工艺,且厌氧氨氧化污泥中存在低浓度的AHLs信号分子;人为添加3-碳位置取代基为羰基的AHLs(3-oxo-C6-HSL、3-oxo-C8-HSL、3-oxo-C10-HSL和3-oxo-C12-HSL)信号分子均能促进厌氧氨氧化污泥附着生长,而3-碳位置无取代基的AHLs中只有C12-HSL和C6-HSL存在积极影响,C8-HSL、C10-HSL和DSF信号分子对厌氧氨氧化污泥的附着生长能力并没有促进作用.     

快速启动厌氧氨氧化工艺

为研究如何获得厌氧氨氧化的快速启动工艺,采用两种不同水力流态反应器:完全混合式膜生物反应器(MBR)和推流式厌氧折流板反应器(ABR),分别接种絮状硝化污泥,考察其厌氧氨氧化快速启动性能.结果表明:两种反应器均能成功启动厌氧氨氧化,MBR启动周期(90 d)比ABR(111 d)缩短20%;稳定运行期内,MBR总氮(NH_4~+-N+NO_2~--N)平均去除负荷[0.098 kg·(m3·d)-1]也明显高于ABR[0.089 kg·(m3·d)-1];此外,两个反应器中污泥形态差异明显,MBR中污泥呈絮状,而ABR第1隔室中以厌氧氨氧化颗粒污泥为主;NH_4~+-N、NO_2~--N和NO_3~--N之间的定量关系分析表明:相较于ABR,MBR能实现完全的生物截留,使得系统内含有更多种类的脱氮功能菌,有利于氮素的去除.MBR在厌氧氨氧化的快速启动方面表现出更明显的优势.     

基于不同接种污泥复合型厌氧氨氧化反应器的快速启动特征

为获得快速启动厌氧氨氧化的最佳污泥源及厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成工艺,采用本实验室自主研发复合型CAMBR反应器(厌氧折流板反应器(ABR)+膜生物反应器(MBR),分别接种厌氧颗粒污泥(R1)和絮状反硝化污泥(R2),考察不同接种污泥的厌氧氨氧化启动特征和颗粒化程度.结果表明,R1与R2反应器分别耗时45 d和60 d均成功快速启动厌氧氨氧化,其启动过程均可分为活性停滞期、活性提高期、活性稳定期3个阶段,但每个阶段氮素的去除规律略有不同,稳定运行期内,R1和R2反应器内NH_4~+-N和NO-2-N的平均去除率均高达95%以上;此外,R1反应器中形成了直径0.8~1.6mm为主的厌氧氨氧化红色颗粒污泥,R2反应器则以不规则块状和絮状为主,颗粒化程度较低,两个反应器内均可观察到红色颗粒污泥上浮现象;稳定运行期内NH_4~+-N、NO-2-N和NO_3~--N之间的定量关系分析表明:R1反应器内可能存在着硝酸盐型厌氧氨氧化,致使NH_4~+-N过量转化,R2反应器内则为典型亚硝酸盐型厌氧氨氧化.     

接种不同普通污泥的厌氧氨氧化反应器的启动运行研究

采用 3套相似的小试UASB系统 ,分别接种普通厌氧颗粒污泥、普通厌氧颗粒污泥与好氧活性污泥的混合污泥以及河底污泥 ,以自配含NH 4 N和NO-2 N的废水为进水 ,分别经过 2 2 5d、2 2 0d和 2 5 0d的启动运行 ,均成功实现了厌氧氨氧化过程 ,氨氮去除率都达到 80 %以上 ,但在各反应器中由厌氧氨氧化过程所去除的氨氮与亚硝酸氮的比例有较大区别     

高浓度含氮废水生物脱氮新工艺研究

采用厌氧氨氧化-UASB工艺处理高浓度含氮废水,这是一种全新的生物脱氮工艺。厌氧氨氧化-UASB反应器、厌氧氨氧化-UASB-生物膜反应器在相同的进水条件和温控条件下稳定运行,实现了对氮素的持续去除能力,NH4^＋-N、NO2^--N、TN去除率分别保持在99．9％、99．9％、90．0％以上,稳定运行阶段出水pH值均保持在8．5附近。NH4^＋-N去除量与NO2^--N去除量、NO2^--N生成量的比值可以指示厌氧氨氧化反应器性能的演变。ANAMMOX菌在生长过程中需消耗碱度,因此反应器内pH值的变化可以反映生物反应的相对强度。生物膜的培养有利于ANAMIVIOX菌积累,UASB-生物膜反应器运行效果明显优于不具有生物膜的普通UASB反应器。     

一种新厌氧氨氧化菌的16S rRNA基因序列测试

运用序批式试验测定厌氧氨氧化污泥的氨氮和亚硝态氮消耗量,求得厌氧氨氧化活性为9.84×10-4 mg·(mg·h)-1,厌氧氨氧化菌消耗NO-2-N与NJ 4-N之比为1.311;采用分子生物学方法从EGSB反应器颗粒污泥中提取细菌总DNA,经纯化、特异引物PCR扩增、克隆、测序等过程,得到厌氧氨氧化菌部分16S rDNA序列;通过系统发育树分析可以发现,在EGSB反应器中富集得到的厌氧氨氧化菌种(anaerobic ammonium-oxidizing Planctomycete cquenviron-1)与Candidatus"Anammoxoglobus propionicus"和Candidatus"Jettenia asiatica"同属,arnaerobic ammonium-oxidizing Planctomycete cquenviron-1与其他厌氧氨氧化菌基因序列的同源性最大为93%.结果表明,前期EGSB反应器富集得到了一种新型厌氧氨氧化菌,该菌株命名为anaerobic ammonium-oxidizing Planctomycete cquenviron-1.     

Sludge granulation and e ciency of phase separator in UASB reactor treating combined industrial e uent

Sludge granulation and the effect of gas-liquid-solid separator （GLSS） design on the efficiency of upflow anaerobic sludge blanket （UASB） and upflow anaerobic sludge filter （UASF） reactors, operating at HRTs ranging from 3 to 12 h was investigated. VSS/TS ratio gradually increased in both the reactors with increasing sludge age （from 0.5 to more than 0.7 for UASB reactor and 0.012 to 0.043 for UASF reactor）. X-Ray diffraction analysis of the UASF sludge showed the presence of expanding clays revealing its additional absorption capability. Fuoraphyllite and albite precipitation related to excellular polymers of the microbial shell structure, showed the extended growth of microorganisms during sludge granulation. A gradual decrease （82%-69%） in COD removal with decreasing HRT was apparent in UASF reactor. In case of UASB reactor, this decrease was marginal because addition of GLSS device significantly improved （14%-20%） the overall efficiency of the UASB reactor. GLSS enhanced the efficiency of the UASB reactor by increasing the settleability of suspended particles and accelerating the coagulation of colloidal particles due to the velocity gradient.     

不同接种污泥的厌氧氨氧化反应器启动特性及菌群结构演替规律分析

采用两套相同的膨胀颗粒污泥床(EGSB),分别接种城市污水处理厂活性污泥(A)和厌氧颗粒污泥(B)启动厌氧氨氧化反应器,考察了A、B反应器中污泥的形态、脱氮性能、容积氮负荷和氮去除负荷的差异,同时利用高通量测序技术从分子生物学水平分析启动过程中菌群结构演替规律.结果表明:反应器运行119 d后,A、B反应器均成功培养出成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥,其中相比于B反应器,A反应器缩短了厌氧氨氧化启动过程的菌体自溶和活性迟滞阶段.微生物群落结构分析结果进一步表明,在活性迟滞和活性提高阶段,A反应器中浮霉菌门(Planctomycetes)的丰度分别为1.18%、5.98%,而B颗粒污泥反应器中浮霉菌门(Planctomycetes)的丰度仅为0.92%、1.41%,说明A反应器Planctomycetes菌在菌体自溶和活性迟滞阶的增长速度大于B反应器.此外,经过119 d的启动,A反应器中Candidatus Brocadia丰度可以达到11.34%,而B反应器中Candidatus Brocadia丰度仅为7.28%.     

厌氧氨氧化菌富集培养过程微生物群落结构及多样性

为深入理解厌氧氨氧化菌富集培养过程微生物群落变化特征,采用ASBR反应器进行厌氧氨氧化菌富集培养,考察了不同培养时间微生物群落组成、多样性及物种网络关系.结果表明,通过逐步提高基质浓度,实现了厌氧氨氧化菌富集,NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率分别为97.6%和95.4%,总氮去除率为84.9%.高通量测序发现,整个培养过程优势菌门（相对丰度>5%）为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、装甲菌门（Armatimonadetes）和放线菌门（Actinobacteria）;富集培养获得的主要厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia,相对丰度从1.42%增长到24.66%;培养过程,微生物群落优势菌群组成未发生变化,但相对丰度呈现显著差异（P<0.05）.富集培养过程不同时间,微生物群落α多样性呈现先升高后降低的趋势,且存在显著差异（P<0.05）;微生物群落β多样性在富集培养过程发生明显空间分异特征,且存在显著差异（R=0.5672,P<0.01）.培养过程不同时间,物种网络密度分别为0.188、0.068、0.059、0.18和0.0735;虽然富集培养过程导致微生物间的关联作用变弱,但浮霉菌门相关类群的物种成为网络中的主要节点.     

厌氧氨氧化工艺在UASB反应器中的启动运行研究

利用UASB反应器进行了厌氧氨氧化工艺的启动运行研究。以自配高氮低碳废水为进水,普通厌氧污泥为接种污泥,在温度35℃,pH7.5～8.0的条件下连续运行220d,成功实现了厌氧氨氧化工艺的启动,氨氮容积负荷为0.43kg/(m~3·d)时,氨氮的去除率最高达88.3％,扫描电镜的观察结果表明,厌氧氨氧化污泥中的细菌以形状不规则的短杆菌为主。