生物强化除磷机理的探讨

对生物强化除磷(EBPR)的机理进行了探讨。首先介绍了聚磷菌胞内贮存物(聚磷、PHAs和糖原)的性质和功能,然后对这些贮存物在厌氧和好氧(缺氧)情况下的反应加以分析。旨在从能量转化的角度对EBPR过程加以阐述,加深对生物除磷机理的认识。     

水温变化对EBPR系统除磷效果响应机制的数值模拟研究

大量研究表明,水温变化会影响聚磷菌和聚糖菌之间的竞争关系,是造成EBPR系统除磷效果波动的重要因素.温度的逐步升高导致聚磷菌在强化生物除磷(EBPR)系统中逐渐失去优势直至系统崩溃.然而,有关如何利用物理模拟和数值模拟手段恢复升温破坏后的EBPR系统除磷效果及其响应机制的研究甚少.本文基于全耦合活性污泥数学模型(FCASM3),对EBPR系统进行数值建模和模拟试验,研究温度变化对EBPR系统的影响,旨在用模型预测及验证水温变化对EBPR系统除磷效果响应机制及适宜聚磷菌生存的极限条件,通过升温破坏及温度恢复的试验与模拟研究,进一步分析不同温度对EBPR系统中聚磷菌和聚糖菌的影响.通过对比FCASM3与国际水协的除磷代谢模型ASM2d在不同运行温度(20℃,25℃,30℃,35℃)下,对EBPR系统出水COD、PO43--P等污染物质的模拟变化趋势,结果表明FCASM3能更好地模拟EBPR系统中聚磷菌和聚糖菌的行为,且随着温度的升高,EBPR的除磷效率下降.在水温升高和恢复的过程中发现,温度升高到35℃,会导致EBPR的崩溃,短时间内不能恢复升温前的除磷效率.     

游离氨对强化生物除磷系统除磷效能及菌群结构的影响

为探究游离氨(FA)影响强化生物除磷(EBPR)系统除磷效能的生物学机制,采用SBR反应器,以EBPR系统的活性污泥为研究对象,探究了FA浓度分别为0,0.2,1,4,10,15,25,50 mg/L对EBPR系统除磷效能及菌群结构的影响。结果显示,FA浓度为0.2 mg/L时,对EBPR系统除磷产生促进作用,当FA浓度为1~50 mg/L时,对EBPR系统除磷产生抑制作用;门水平下,变形杆菌门Proteobacteria的丰度随着FA浓度的升高而升高;纲水平下,γ-变形菌纲Gammaproteobacteria的丰度与FA浓度呈正相关;属水平下,聚磷菌Ca. Accumulibacter与 Tetrasphaera相比,Tetrasphaera的丰度变化趋势更符合FA对除磷性能的影响;LEfSe分析显示低、中、高浓度样品的微生物标记物分别为绿弯菌门Chloroflexi、拟杆菌门Bacteroidetes及β-变形菌纲Betaproteobacteriales。研究结果明确了FA对 EBPR 系统影响的过程,加深了对EBPR系统除磷过程菌群结构的认识,可为深入研究生物除磷的抑制机理提供借鉴。     

生物除磷系统启动期聚磷菌的FISH原位分析与聚磷特性

应用FISH对以乙酸钠为碳源的强化生物除磷 (EBPR) SBR反应器启动期的微生物进行原位分析,考察除磷生态系统形成过程中聚磷菌种群结构、空间分布关系动态变化及其聚磷特性.结果表明,以异养菌为主的活性污泥经过厌氧/好氧驯化后,聚磷菌大量富集,在全菌中的比例由11.5%增加到40.48%.启动过程中,生物系统内菌群竞争持续进行：首先,聚磷菌淘汰异养菌,历时5 d;聚磷菌种群内选择过程历时19 d;经过优势聚磷菌群的二次增长后,共计34 d完成生物除磷系统的启动.富集过程中快速增殖的聚磷菌不能立刻行使除磷能力,要有一段“积累期”形成一定的PHA和poly-P储备.表现为污染物去除效率滞后于聚磷菌的增殖,经过4～8 d的 “积累期”后上升出现峰值.二次增长的优势聚磷菌群也经过“积累期”后才发挥作用.FISH图片显示,快速增殖期的聚磷菌菌体小,菌群结构松散.经过“积累期”之后,菌体不断增大,并开始紧密聚集形成致密的团状,此时反应器处理效率较高.     

发酵液作为EBPR碳源的动力学模拟

发酵液是一种优质的碳源,能够提高生物除磷系统(EBPR)的除磷效果.采用基于碳源代谢的修正ASM2模型,能够较好地模拟发酵液作为EBPR碳源的动力学变化规律.发酵液作为EBPR唯一碳源时,系统中的异养菌不仅不对聚磷菌(PAO)的生长构成竞争关系,反而促进PAO的生长.发酵液作为实际污水的补充碳源时,优化了污水中的碳源组成,创造了有利于聚磷菌生长的环境,使EBPR中聚磷菌达到微生物总量的40%以上,比实际污水作为碳源的EBPR中的PAO含量提高了3.3倍.     

低浓度Cr(Ⅵ)对颗粒化强化生物除磷(EBPR)系统的影响及系统恢复研究

低浓度Cr(Ⅵ)对颗粒化强化生物除磷(EBPR)系统长期暴露的试验结果表明,Cr(Ⅵ)投加浓度≤0.3 mg·L-1时,系统磷酸盐及COD去除率基本不受影响;而当Cr(Ⅵ)浓度高于0.3 mg·L-1时,系统除磷及除COD能力逐渐丧失.聚磷菌(PAOs)对Cr(Ⅵ)的毒性敏感性大于聚糖菌(GAOs)和其他菌.当Cr(Ⅵ)浓度高于0.3 mg·L-1时,聚磷菌占系统全菌的比例从84.26％下降到38.40％,聚糖菌比例则从8.04％上升为28.16％,其他菌的比例从7.70％上升到33.44％.这说明在Cr(Ⅵ)毒性作用下,聚磷菌的减少是导致颗粒化EBPR系统除磷能力丧失的主要原因.相关性分析结果表明,系统菌体内Cr浓度与系统磷去除及COD去除效率均呈显著负相关关系,说明Cr在菌体内累积是导致颗粒化EBPR系统磷酸盐和COD去除效率下降的重要原因.此外,受到Cr(Ⅵ)冲击的颗粒化EBPR系统,其磷酸盐和COD去除率在15d之内均可恢复至毒性试验前水平,且最终聚磷菌能够重新成为系统内的优势菌群.     

废水除磷工艺中聚磷菌及其缺氧态下吸磷现象

废水生物降磷研究是目前水处理的热点、难点，本文着重探讨了聚磷菌在废水生物处理工艺中的关键作用及运行机理，并介绍了缺氧状态下的生物吸磷现象。     

聚糖菌的化学计量学与动力学的研究

根据国内外文献的有关报道,介绍了在强化生物除磷(EBPR)系统中聚糖菌(GAOs)的化学计量学和动力学的特征,并指出了今后研究的重点。     

系列混合碳源条件下颗粒化EBPR系统菌群结构变化规律研究

在SBR反应器中接种富含聚磷菌的活性污泥,采用一系列不同丙酸/乙酸比例混合的碳源进行EBPR系统污泥的颗粒化培养,并考察了颗粒化进程中的系统菌群结构变化,以及不同混合碳源条件对系统功能菌种竞争的影响.结果表明,污泥颗粒化过程对EBPR系统菌群结构产生了较大的筛选作用.原本在系统中占优势的一类Uncultured bacterium被迅速淘汰;Uncultured Rhodocyclaceae bacterium、部分Candidatus Competibacter phosphatis、部分Denitrifying bacterium、Acinetobacter及部分Uncultured alpha proteobacterium分别逐渐被淘汰.在各个成熟的颗粒化EBPR系统中,除磷微生物主要为Uncultured Chlorobi bacterium与Uncultured alpha proteobacterium.不同混合碳源条件培养的颗粒化EBPR系统菌群结构差异主要表现为Candidatus Competibacter phosphatis(聚糖菌)与Uncultured Chlorobi bacterium(聚磷菌)菌群数量的不同.混合碳源中乙酸比例的提高可造成颗粒化EBPR系统中Candidatus Competibacter phosphatis的增长,使系统的除磷效率下降.而碳源中丙酸比例相对较高的条件有利于Uncultured Chlorobi bacterium增长,从而有助于颗粒化EBPR系统维持较好的除磷效率.     

EBPR中两类细菌PAOs和GAOs竞争的研究进展

强化生物除磷(EBPR)工艺可以获取高效的除磷效果,已在很多污水处理厂得到广泛应用。但是大型污水处理厂在相当多的条件下,EBPR工艺也会出现周期性除磷效果的波动和不充分。针对这一难题,研究者试图采用许多手段来研究工艺中的主要微生物。文章针对典型的EBPR工艺和碳源、pH值、温度等因素对EBPR工艺中两类细菌聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)竞争的研究进展进行了论述,并展望了未来的研究方向。     

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.     

生物除磷系统中聚磷菌检测常用技术

作为生物除磷系统中的主要功能菌,对聚磷菌菌群进行定性、定量分析是深入理解生物除磷系统、提高除磷效率的必然趋势。目前常用于检测聚磷菌的方法主要有生物化学法和分子生物学法,文章主要阐述了荧光原位杂交技术、聚合酶链反应技术、变性梯度凝胶电泳技术以及多技术结合使用的特点及应用情况,并在此基础上提出了改进措施以及聚磷菌检测技术的发展方向。     

Comparing results of cultured and uncultured biological methods used in biological phosphorus removal

Increasing attention has been paid to phosphate-accumulating organisms(PAOs)for their important role in biological phosphorus removal.In this study,microbial communities of PAOs cultivated under different carbon sources(sewage,glucose,and sodium acetate) were investigated and compared through culture-dependent and culture-independent methods,respectively.The results obtained using denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE)of polymerase chain reaction-amplified 16S rDNA fragments revealed that the diversity of bacteria in a sewage-fed reactor(1#)was much higher than in a glucose-fed one(2#)and a sodium acetate-fed one(3#);there were common PAOs in three reactors fed by different carbon sources.Five strains were separated from three systems by using a phosphate- rich medium;they were from common bacteria isolated and three isolates could not be found in DGGE profile at all.Two isolates had good phosphorus removal ability.When the microbial diversity was studied,the molecular biological method was better than the culture-dependent one.When phosphorus removal characteristics were investigated,culture-dependent approach was more effective. Thus a combination of two methods is necessary to have a comprehensive view of PAOs.     

胞外聚合物EPS在废水生物除磷中的作用

对EPS在废水生物除磷中的作用机理进行系统研究,探讨和完善生物除磷机理.试验结果表明,在生物除磷系统中,EPS贮存了部分磷,在生物除磷中起着重要的作用.在厌氧.好氧交替过程中.EPS中磷含量呈厌氧减少、好氧增加的周期性变化;污泥中的磷有82%左右被聚磷菌吸收,另外18%左右的磷聚集在EPS中;一个运行周期中基质所减少的磷84.3%被聚磷菌过量吸收,15.7%被贮存于EPS中;EPS对磷的去除能力与EPS的含量正相关.此外,泥龄对EPS影响较大,对EPS在生物除磷中的作用影响显著,泥龄越长,EPS含量越高,EPS中所贮存的磷含量越高.而磷负荷对EPS除磷影响不显著.     

脉冲SBR工艺短程脱氮的实现及对除磷的强化

采用脉冲进水缺好氧交替工艺(SAOSBR)处理低C/N实际生活污水,考察了短程脱氮对于低碳源生活污水同步脱氮除磷效果的强化作用,并分析了短程脱氮强化生物除磷的机理.结果表明,通过短时的饥饿处理配合缺好氧交替的运行方式实现了系统的短程硝化,亚硝酸盐积累率稳定在95%以上.短程的实现还强化了系统的同步脱氮除磷效果,总氮和磷的平均去除率相比于全程脱氮过程分别提高了约6%和36%.分析表明短程强化生物除磷的原因主要是由于残留的NO2-对聚磷菌厌氧释磷的影响较小.静态试验也证实,在碳源不足的条件下,以NO2-为电子受体的反硝化作用相比于NO3-可以减弱反硝化菌与聚磷菌之间的碳源竞争,从而提高聚磷菌的厌氧释磷量和聚羟基烷酸(PHA)的合成量.因此,在处理低C/N生活污水时,短程脱氮的实现更有利于系统的生物除磷.     

丙酸/乙酸比例对生物除磷系统的影响研究

在5个SBR反应器(1#～5#)中,用乙酸、丙酸/乙酸(以C计)比例为0.5、2、10和丙酸的合成废水,通过厌氧/好氧工艺驯化活性污泥使之富集聚磷菌,研究了丙酸/乙酸比例对强化生物除磷系统(EBPR)中COD降解、溶解性正磷酸盐(SOP)的释放、吸收及其去除率的影响。结果表明,PAO对COD的降解符合一级动力学过程,PAO对丙酸的利用速率较乙酸快,因此,增加丙酸/乙酸比例有助于EBPR系统的稳定性。随丙酸/乙酸比例增加,SOP的释放与吸收量减少,SOP的代谢速率降低,但SOP的去除率依次为88.2%,89.8%,92.2%,94.2%和95.2%,去除率增加了7%,因此增加丙酸/乙酸比例有助于提高EBPR系统除磷效率。     

不同厌氧时间对富集聚磷菌的SNDPR系统处理性能的影响

在延时厌氧(3h)/低氧(2.5h,溶解氧0.5~1.0mg/L)条件下运行的富集聚磷菌的同步硝化反硝化(SNDPR)系统中,以城市生活污水为处理对象,研究了不同厌氧时间(3.5,3,2,1.5h)对系统内碳源贮存以及脱氮除磷效果的影响.试验结果表明:厌氧时间为3.5h,反应器脱氮效果最好.厌氧时间为3h时,反应器除磷效果最好,出水PO₄^3-浓度为0.35mg/L.厌氧时间从1.5h逐渐上升到3.5h时,厌氧末贮存的聚羟基脂肪酸-PHAs的量也随之增加;当厌氧时间从3h升至3.5h时,释P量反而下降,出水P浓度反而升高.这说明增加厌氧时间有利于强化内碳源贮存,但过长的厌氧时间反而不利聚磷菌种群的富集.运行51个周期之后在厌氧时间为1.5h和2h的反应器内出现非丝状菌膨胀;反应周期内pH值的变化曲线可以作为反应各个过程的指示参数.     

市政污水处理厂生物除磷运行效能与机理分析

选取浙江北部10个污水处理厂,调研污水厂生物除磷的运行效能并开展污泥活性以及微生物分布特征及其除磷机理的研究.通过活性污泥批试验表明,厌氧释磷率和好氧聚磷率(以P计)平均为2.4mg/(g·h)和2.2mg/(g·h);反硝化聚磷菌(DPAOs)占聚磷菌(PAOs)的比例为0.0%～80.1%.荧光原位杂交法(FISH)对活性污泥微生物群落结构分析表明,聚磷菌(PAOs)比例为2.0%～8.7%,聚糖菌(GAOs)比例为1.3%～22.4%.根据调查结果和生物除磷性能研究,可通过调整污水营养成分和设置独立前置反硝化池等方法改善除磷效果.     

聚磷菌生物除磷机理研究进展

废水中过量磷酸盐是引起水体富营养化的主要原因之一,生物除磷是一项新型的水处理技术。聚磷菌生物在多聚磷酸盐的合成和降解过程中发挥重要作用。文章综述了目前聚磷菌生物除磷的生化机理,聚磷过程中涉及的主要酶类及磷酸盐转运过程相关基因的表达调控。