强化生物除磷系统微生物群落结构对水温变化响应的试验研究

在富集聚磷菌(PAOs)且具有较高磷去除率的强化生物除磷(EBPR)系统中,通过对系统水温的控制,研究了EBPR系统微生物群落结构对温度升高和恢复的响应.结果表明,运行温度上升后,EBPR系统除磷效率急速下降.处理水温为25℃和30℃的系统恢复至20℃运行后能够恢复至原始的良好除磷状态,而处理水温为35℃的系统崩溃(磷...     

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.     

强化生物除磷系统除磷特性对水温变化响应的试验研究

以富集聚磷菌(Phosphorus Accumulating Organisms,PAOs)的活性污泥为基础,研究了强化生物除磷(Enhanced Biological Phosphorus Removal,EBPR)系统的磷酸盐去除特性对温度升高和恢复的响应.结果表明,水温从20℃分别上升到25、30和35℃3种状态持续运行8d后,EBPR系统厌氧释磷和好氧吸磷受到明显抑制,系统磷酸盐去除率显著下降.20℃对照处理系统的磷酸盐去除率约为80.3%,而35℃的升温处理其磷酸盐去除率为0,说明此系统处于崩溃状态.当所有处理系统水温恢复到20℃运行后,25℃处理系统经过1d的恢复,磷酸盐去除率可恢复至80%,30℃处理系统经过5d的恢复,磷酸盐去除率可达80%,而35℃处理系统则无法恢复到原来的状态.此外,水温上升到25、30和35℃分别运行8d后,系统内厌氧胞内聚合物(PHA)的合成量和好氧PHA的消耗量随着反应器内水温的升高而增加.20℃对照处理系统的厌氧PHA合成量约为0.03mg·mg-1(以污泥计,下同),好氧PHA消耗量约为0.06mg·mg-1;35℃升温处理系统的厌氧PHA合成量约为0.11mg·mg-1,好氧PHA消耗量约为0.12mg·mg-1.当所有处理水温恢复到20℃运行后,升温处理的反应器内厌氧PHA合成量和好氧PHA消耗量都明显降低.     

全耦合活性污泥模型(FCASM3)Ⅰ:建模机理及数学表征

在充分分析活性污泥系统中生物反应机理的基础上,建立了活性污泥系统生物去除营养物质的细观机理模型--全耦合活性污泥模型(Fully Coupled Activated Sludge Model No.3,简称FCASM3).FCASM3将系统中微生物划分为8类菌群,包含31种组分、72个子过程;该模型的主要特点是将活性污泥系统中的微生物进一步细化,充分考虑了系统中微生物间的相互作用.FCASM3引入了硝化-反硝化过程中的中间产物亚硝酸盐.实现了对两步硝化-反硝化过程的模拟;FCASM3不仅包含聚糖菌的有关生物反应过程,而且还考虑了聚磷菌(非反硝化聚磷菌和反硝化聚磷菌)以及聚糖菌的厌氧维持过程,为直接体现温度对生物反应的影响,FCASM3将温度作为一个变量直接耦合到生物反应速率方程中.     

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.     

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。     

生物除磷系统的聚磷微生物种群及其检测方法

总结了强化生物除磷(EBPR)系统中的聚磷菌微生物学的研究成果,介绍了聚磷菌所涉及主要菌群的菌属分类情况及其生物特性,阐述了EBPR系统内聚磷菌微生物学研究的各种分离鉴定技术的特点,包括传统的微生物纯培养技术、染色与光学显微镜技术,现代分子及其扩展技术及组合技术等,并分析了各分子生物技术的应用情况。重点介绍了以Accumulibacter为主的聚磷菌形态学和代谢特性方面取得的研究进展,并对今后聚磷菌微生物学的研究和发展方向进行了论述。     

增强生物除磷系统中微生物及其代谢机制研究进展

阐述了增强生物除磷系统中两种重要微生物——聚磷菌和聚糖菌的厌氧-好氧代谢的基本原理,着重介绍了几种典型的聚磷菌和聚糖菌,以及这两类微生物的生长环境、分离纯化方法和探针序列的最新进展,接着进一步分析了聚磷菌和聚糖菌基于乙酸、丙酸和混合酸作为碳源的厌氧代谢模型及物质转化关系,最后对增强生物除磷的研究方向进行了展望。     

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.     

不同碳源对EBPR启动期聚磷菌的影响研究

以实验室序批式反应器(SBR)为强化生物除磷工艺(EBPR)载体,接种具有初步除磷功能的污泥后,以乙酸∶丙酸=1∶1(按各自折算的COD计)为混合碳源(以下简称混酸),厌氧初始pH 7.6±0.1,富集聚磷菌(PAO)。启动30 d后,EBPR反应器中为PAO和聚糖菌(GAO)的混合菌属,此时从反应器中取泥样进行批式试验,分别考察乙酸、丙酸及混酸对聚磷菌的富集和厌氧释磷的影响。结果表明:在EBPR启动期内,乙酸作为单一碳源时释磷量最大,但混酸碳源释磷效率最高,最有利于PAO富集;丙酸作为单一碳源时降解率最大而释磷量最小,不适合EBPR启动期的PAO富集。     

污水处理过程中聚糖菌的富集培养

研究了通过磷限制条件来达到聚糖菌的选择与富集,同时在驯化过程中还观察到,在第一阶段培养过程中,对除磷效果乙酸比丙酸更加有效。     

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.     

SPNED-PR系统内PAOs-GAOs的竞争关系及其氮磷去除特性

为研究同步短程硝化内源反硝化除磷（SPNED-PR）系统的脱氮除磷特性及系统内聚磷菌（PAOs）和聚糖菌（GAOs）在氮磷去除的贡献和竞争关系,本研究以实际低C/N比（4左右）生活污水为处理对象,考察了不同浓度的溶解氧（DO）（0.5~2.0mg/L）、NO₂^--N（4.7~39.9mg/L）和NO₃^--N（5.0~40.0mg/L）对延时厌氧（150min）/低氧（180min,溶解氧0.5~0.7mg/L）运行的SPNED-PR系统氮磷去除特性和底物转化特性的影响.结果表明,DO浓度均不影响PAOs和GAOs的好氧代谢活性,且两者之间几乎不存在DO竞争.不同NO₂^--N浓度条件下,GAOs较PAOs更具竞争优势,NO₂^--N主要是通过GAOs去除的（约占58%）;且GAOs所具有的高内源反硝化活性和亚硝耐受力,减弱了高NO₂^--N浓度（26.2~39.9mg/L）对PAOs反硝化吸磷的抑制,保证了系统的脱氮除磷性能.不同NO₃^--N浓度条件下,PAOs较GAOs处于竞争优势,其在NO₃^--N去除中的贡献比例达61.2%.此外,SPNED-PR系统的PUR_DO > PUR_nitrate > PUR_nitrite,PAOs对DO的优先利用保证了低氧条件下系统的高效除磷,且GAOs的内源短程反硝化特性保证了系统的高效脱氮.     

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.     

乙酸/丙酸作为EBPR碳源的动力学模型研究(Ⅰ) ——模型的建立

以活性污泥ASM2模型为基础,采用混合短链脂肪酸(SCFAs)作为基准物质,建立了增强生物除磷系统中聚磷菌和(PAO)的厌氧/好氧动力学模型.模型的显著特点是厌氧代谢过程中的糖原水解、聚羟基烷酸合成、以及聚磷水解速率由SCFAs的速率方程表示,并考虑了厌氧维持对动力学和计量学的影响.模型建立了过程计量学系数矩阵,包括3个溶解性组分、4个颗粒性组分,同时考虑了pH对代谢动力学的影响.最后,在PAO模型的基础上,建立了GAO的动力学模型,该模型包含7个过程,磷的浓度仅对其好氧生长有影响.     

乙酸/丙酸作为EBPR碳源的动力学模型研究(Ⅱ)——动力学模拟

以乙酸和丙酸作为混合碳源,采用2组序批式反应器(SBR)研究聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO)代谢过程中的物质转化规律.PAO和GAO动力学模型共包含7个计量学参数和24个动力学参数.根据计量学方程,推导了PAO和GAO动力学模型中的计量学参数.结合试验结果,确定了动力学参数的取值.采用Matlab软件积分计算了PAO和GAO胞内物质的变化规律.SBR运行的实际值与模拟值相吻合,表明基于SCFAs代谢的动力学模型能够很好地模拟PAO和GAO的好氧/厌氧代谢过程.     

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.     

序批式膜生物反应器中反硝化聚磷菌的富集

采用序批式膜生物反应器（SBMBR）对以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌的富集进行了研究.结果表明,经过厌氧-好氧和厌氧-缺氧-好氧2个阶段的富集,反硝化聚磷菌占全部聚磷菌的比例从19.4%上升到69.6%,每周期缺氧段投加硝酸盐氮120 mg时,SBMBR系统运行最为稳定.稳定运行的SBMBR反硝化强化除磷体系具有良好的强化除磷和反硝化脱氮性能,缺氧段脱氮和除磷效率分别达到100%和84%,膜出水总磷浓度平均低于0.5mg/L,系统除磷率达到96.1%.此外,氨氮去除率保持在92.2%,氨氮被去除的同时并没有发现亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的明显积累.     

不同污泥龄(SRT)对SNEDPR系统脱氮除磷影响

为了解不同污泥龄(SRT)对同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统脱氮除磷性能的影响,采用4组延时厌氧(180min)/低氧(溶解氧0.5~1.0 mg·L~(-1))运行的SBR反应器,以实际城市污水为处理对象,考察不同的SRT(5、10、15、25 d)条件下系统的脱氮除磷性能及其污泥性状的变化情况.结果表明,当SRT≥10 d时,短SRT有利于提高PAOs的竞争优势;在SRT为15 d和10 d时,系统除磷性能均较高,尤其是当SRT=10 d时,PPAOs,An平均为68.4%,PRA和PUA分别高达31.9mg·L~(-1)和34.3 mg·L~(-1).在SRT为15 d和10 d时,系统的硝化性能不受SRT变化的影响,且在SRT=15 d时,系统具有最高的脱氮性能,TN去除率和SNED率分别平均为89.6%和71.8%.在SRT≥10 d时,系统的COD去除性能不受SRT的变化影响,去除率达78%以上;但SRT=5 d时,由于系统生物量的流失使得系统对C、N、P的去除性能均较差,SNED率和PO3-4-P去除率分别低至5.7%和0.5%.此外,在SRT=15 d时,系统污泥沉降性能最好,SV和SVI分别为20%和64 mL·g~(-1),且污泥浓度随着SRT的延长而升高;长SRT(25 d)下系统抗冲击负荷能力较强,但污泥的沉降性能变差.     

乙酸/丙酸作为EBPR碳源的动力学模型研究(Ⅲ)——模型的应用

采用基于SCFAs代谢的动力学模型,模拟了不同碳源类型和不同m(P)/m(COD)对聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO)竞争的影响.结果表明,以乙酸作为唯一碳源时,EBPR中的微生物种群结构基本保持反应器初始状态的生物组成,PAO或GAO都无法取得明显的竞争优势.但是,在进水中添加丙酸有利于PAO成为优势微生物,当丙酸占总酸的质量分数达到33%以上时,EBPR趋于稳定.当m(P)/m(COD)<0.01时,即使丙酸作为EBPR的碳源,GAO仍占(PAO+GAO)总量的95%以上.为了使PAO占有优势,进水m(P)/m(COD)应该控制在0.04～0.10之间.