群感效应与信号分子在污泥颗粒化过程中的作用研究进展

好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能和较好的污水处理效果等优点.本文综述好氧颗粒污泥的形成过程,重点分析在污泥颗粒化过程中群感效应和细胞信号分子的作用.研究发现,群感效应和细胞信号分子在污泥颗粒化过程中发挥着重要作用,群感效应可以加快污泥胞外聚合物合成和提高微生物表面附着能力,信号分子可以促进微生物分泌胞外聚合物并影响生物膜的形成.举例说明信号分子中的c-di-GMP作为第二信使在污泥颗粒化过程中的重要作用,c-di-GMP可以将细菌从单细胞游走型转变为多细胞黏附型——生物膜状态.投加钙离子会促进能够分泌c-diGMP的菌群生长从而加快好氧颗粒污泥的形成,投加锰离子会减少好氧颗粒污泥中c-di-GMP的含量导致好氧颗粒污泥解体.最后进行前景展望,认为从群感效应和信号分子的角度去解析好氧颗粒污泥形成机理,可为确立好氧颗粒污泥形成机制奠定理论基础,对其进一步的工程化应用具有现实意义.     

聚糖菌颗粒污泥的反硝化特性与微生物群落分布

为了解聚糖菌在污泥颗粒化中的脱氮能力及其微生物生态特性,采用反应器工艺、批式试验、显微技术和荧光原位杂交技术来评估其反硝化能力,揭示其微生物群落的微观结构,探索聚糖菌和聚磷菌在不同粒径污泥中的分布特征.结果表明,污泥对有机物的吸收率稳定在90%以上.颗粒污泥的沉降指数(SVI10)稳定在30-50 mL g-1,远低于接种污泥的108.2 mL g-1.聚醣菌颗粒污泥对硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的反硝化去除率分别达到了65%和70%,氮气为主要气态产物.聚糖菌颗粒污泥被大量的四联球菌结构所充斥,丝状菌在其中起到了重要的构架和搭桥的作用.荧光原位杂交结果表明聚糖菌可生存于各尺寸颗粒化污泥内;而聚磷菌受到严重抑制只能较少地分布在颗粒污泥的外围空间.上述结果表明,在SBR反应器中采用厌氧搅拌—排水—好氧曝气的处理模式成功培育出具有聚糖特性的颗粒化微生物聚集体,培育成功的颗粒污泥对硝酸盐氮和亚硝酸盐氮均具有良好的反硝化特性.在整体颗粒污泥微生物群落中聚糖菌为优势种群.图8表1参19     

好氧颗粒污泥特性、应用及形成机理研究进展

好氧颗粒污泥因具有良好的沉降性能、较高的生物量、对污染物较高的去除能力,以及在工程应用中占地面积较少和运行成本较低,近年来被广泛关注.本文综述了絮状污泥的颗粒化过程,好氧颗粒污泥形成的影响因素及其物理、化学和生物学特性.研究发现,好氧颗粒污泥在生活污水、高浓度有机废水和富含有毒有害物质的废水处理中均可发挥重要作用,可以高效去除污水中的氮磷污染物、工业废水中的有机物、毒性物质和重金属等.好氧颗粒污泥的形成机理存在4种假说,基于絮状污泥颗粒化过程中形成的胞外聚合物及其助凝作用被普遍认为是好氧颗粒污泥的形成机理.最后进行了问题分析和前景展望,认为突破培养过程相对漫长、培养条件相对严苛技术瓶颈的好氧颗粒污泥技术对废水处理效能的提升具有重要意义.图3参110     

降解五氯酚的微好氧颗粒污泥的培养及其微生物种群分析

在微好氧的条件下培养出颗粒污泥并用含五氯酚(PCP)的废水对颗粒污泥进行驯化,研究了培养过程中颗粒污泥的MLSS、SVI、粒径以及对COD和PCP处理能力的变化.颗粒污泥培养成熟后, PCP和COD的去除率分别达到85.3%和86.1%.用扫描电镜观察了颗粒污泥的结构,颗粒污泥内细菌种群丰富,大多数为短杆菌和球菌.同时采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对培养出的微好氧颗粒污泥以及用PCP驯化后的颗粒污泥中微生物的种群进行了初步分析和对比,用PCP驯化后的微生物种群发生了较明显的动态变化,新增了某些菌群,如不动杆菌(Acinetobacter)、变形杆菌(Proteobacterium)和硫酸盐还原菌等.图6表2参20     

异养硝化微生物菌剂及其好氧颗粒污泥的脱氮试验

在3个相同的反应器(No.1、No.2、No.3)中,向活性污泥中投加异养硝化微生物菌剂,以批次试验和SBR试验的方式,研究了异养硝化微牛物菌剂对模拟废水的处理效果.结果表明,该菌剂可以大幅度提高活性污泥对氨氮和COD的去除率.批次运行试验中,反应器No.1运行3 d,氨氮去除率大于98.11%,COD去除率大于99%.该投加菌剂的活性污泥每克干污泥的脱氮能力为15.77 mg d-1.以SBR方式运行16 d的试验中,可能是由于功能菌株的流失导致3个反应器的脱氮效果有逐步降低的趋势.采用该异养硝化脱氮微生物菌剂培育出的异养硝化好氧颗粒污泥对模拟废水进行了脱氮试验.在较低运行温度(11～13℃)下以SBR方式运行10 d,反应器处理效果稳定,氨氮去除率70.75%～76.42%,COD去除率在90%以上.该异养硝化好氧颗粒污泥每克干颗粒的脱氮能力为372.00 mg d-1.以上试验都没有发现硝酸氮和亚硝酸氮的积累.图5表1参19     

厌氧好氧一体化生物反应器处理发酵废水的研究

采用新型厌氧好氧一体化生物反应器对发酵废水进行了中试处理研究.试验结果表明,系统总有机负荷最高可达到8.88kg(COD)m-3d-1,系统去除率稳定在88.10%~96.88%,说明反应器处理效率高,抗冲击能力强.反应器结构合理,利于保持丰富、高活性的微生物,反应器厌氧区颗粒污泥TS高达83.9gL-1,VS/TS为56.9%~57.4%,比产甲烷活性为280~350mL(CH4)gvss-1d-1;好氧区固定化微生物TS高达64.03gL-1载体,VS/TS为94.02%~94.30%.反应器各功能区对废水的降解过程分析,说明反应器厌氧区和好氧区一体化结构合理,可将废水逐级降解,从而保证整个系统的处理效果.图8表4参11     

好氧颗粒污泥工艺强化脱氮研究进展

好氧颗粒污泥是微生物通过自凝聚作用形成的一种特殊的生物聚集体,具有结构致密、沉降性能优异、抗冲击负荷能力强、多功能微生物分区定殖等特点,其在废水强化脱氮除磷与难降解有机物去除方面具有明显的技术优势.针对目前工业和养殖废水及城镇生活污水等碳氮比低、处理出水总氮达标压力大等突出问题,综述基于好氧颗粒污泥的全自养、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化、异养硝化-好氧反硝化等强化脱氮工艺,介绍其脱氮机制及技术优势,阐明不同好氧颗粒污泥脱氮工艺的特点与颗粒污泥特性,同时总结各种工艺的启动条件及富集相应功能菌的好氧颗粒污泥的形成因素,评估不同工艺应用于实际废水生物处理的可行性.在此基础上进一步分析进水基质组成(不同碳氮比)、运行模式(连续曝气和间歇曝气)、运行条件(溶解氧浓度、温度和pH)等对好氧颗粒污泥工艺强化脱氮性能与稳定运行的影响.最后提出应进一步优化好氧颗粒污泥强化脱氮工艺的运行参数,解析好氧颗粒污泥微生物菌群功能,揭示好氧颗粒污泥形成与结构稳定的微生物学机理.     

三种工业废水颗粒污泥的化学及微生物学组成

对ＵＡＳＢ反应器中处理酒精废醪、木材纤维板热压废水及石灰法造纸黑液颗粒污泥的化学及微生物组成进行了比较研究，结果表明：无机元素在颗粒污泥中的沉积与废水组成及运行条件密切相关；接种污泥中加入少量的颗粒污泥可作为新生颗粒污泥的生长核心；胞外多聚物有利于颗粒污泥的形成与稳定，其产量与颗粒污泥的生物量有关，其分布有一定的区域性；颗粒污泥的微生物组成与废水水质、运行温度及颗粒污泥所处的生理阶段等因素密切相关；丝状细菌，特别是索氏甲烷丝菌类似菌在颗粒污泥中起着重要作用；污泥颗粒化过程中各类生理菌群的增殖次序与其在厌氧消化过程中的功能次序一致。当发酵细菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌和产甲烷菌在每ｍＬ颗粒污泥中分别达到１０７－１０、１０５－７、１０６－８和１０５－６个时，可构成一个较稳定的厌氧微生态系统。     

用三维荧光和红外技术分析好氧颗粒污泥形成初期胞外聚合物的变化

为了研究聚合氯化铝(PAC)的投加在好氧颗粒污泥培养初期的作用,本研究分别在污泥培养的第1—7天(R1)和第8—14天(R2)投加PAC,并采用三维荧光光谱(3D-EEM)和傅立叶红外光谱(FTIR)技术分析好氧颗粒污泥形成初期胞外聚合物(EPS)各组分的含量及变化规律.结果表明,PAC投加时间推迟后,污泥沉降性能良好,且反应器中胞外聚合物和蛋白质含量明显增多,松散附着的EPS(LB-EPS)中蛋白含量变化趋势明显,多糖含量保持在较小范围内波动,与溶解性胞外聚合物(S-EPS)和紧密黏附的胞外聚合物(TB-EPS)相比较,LB-EPS和污泥颗粒化有密切关系;三维荧光光谱分析结果显示,R2中荧光类蛋白物质(峰A和峰B)强度均大于R1,而腐殖酸类物质(峰C)强度小于R1,说明A和B这两种荧光类蛋白物质在微生物聚集体形成过程中的作用更加重要;红外光谱表明,1636 cm-1、1654 cm-1分别属于蛋白质二级结构中C=O伸长振动引起的,分别存在于S-EPS和LB-EPS、TB-EPS中,且在投加PAC的时间推迟后1654 cm-1处的吸收峰吸收较弱,和三维荧光分析共同表明LB-EPS中的蛋白类物质是好氧颗粒污泥形成初期加入PAC进行强化造粒的核心原因之一.     

好氧颗粒污泥研究进展

好氧颗粒污泥具有厌氧颗粒污泥与活性污泥不可比拟的优势,成为目前的研究热点,通过从好氧颗粒污泥的形成机理、混凝强化培养、连续培养及好氧颗粒污泥微生物检测与流体CFD模拟等方面进行综述,提出混凝强化与连续培养相结合是快速培养好氧颗粒污泥的发展方向,现阶段高能量测序与CFD技术是研究好氧颗粒污泥形成的重要有效手段.参32.     

城市污水处理厂好氧颗粒污泥的特性

对城市污水处理厂曝气池中筛选出的好氧颗粒污泥进行了分析.结果表明,这些颗粒污泥的直径主要在0.2～0.8 mm范围;平均圆度为1.29;沉淀速率约在10～42 m h-1之间;比耗氧速率(SOUR)为14.2～18.9 mg g-1h-1,小于活性污泥;挥发性物质占总固体的量与活性污泥基本相似.这些颗粒污泥占污泥总量的0.1%～0.5%.颗粒污泥的激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)图像显示:颗粒污泥内部几乎都由胞外聚合物(EPS)组成;细菌主要分布在颗粒污泥表面至100μm厚度区域,少部分分布在100～400μm厚度区域.     

填料投加强化AnMBR性能研究进展

厌氧膜生物反应器(An MBR)是厌氧生物反应器和膜过滤技术的结合,具有高效降解有机物、能源回收利用等特点,逐渐应用于高浓度有机废水处理领域,但其稳定性较差、膜污染严重等问题制约其工业化应用.本文介绍沸石、活性炭、硬硅钙纤维粒子等不同类型填料投加强化An MBR污染物去除效率、缩短反应器启动时间、提升甲烷产量等的工艺性能研究,分析填料强化工艺电化学作用、吸附作用、强化厌氧污泥颗粒化等的可能机制,指出填料可有效提升工艺性能;综述An MBR工艺膜垢组成及膜污染形成过程,探讨膜材质、操作条件、微生物代谢产物、污泥浓度及菌群结构、废水水质等膜污染的影响因素,在此基础上分析填料投加减缓膜污染机制,以期进一步控制膜污染、延长膜寿命.今后应优选开发经济、高效的新型生物填料及新型组合填料,推广其工业化应用,并从厌氧菌群调控与膜污染控制角度构建高效稳定的An MBR工艺技术体系.     

SMBBR工艺处理生活污水脱氮效能及其微生物多样性

微生物是生物膜法处理技术的核心,微生物多样性的研究对于生物膜法去除污染物的机理探讨具有重要意义.采用特异性流化床生物膜反应器(Special Moving-Bed Biofilm Reactor,SMBBR)处理城市生活用水,并利用IlluminaHiSeq高通量测序技术对各反应器的微生物分布以及菌群与环境因子的相关性进行研究.结果显示,在水温20-30℃、上清液回流比为150%、DO为4 mg/L、水力停留时间为18 h的条件下,SMBBR对氨氮的去除率高达96.7%;SMBBR的好氧反应器和厌氧反应器的生物膜微生物种群结构组成存在不同,但优势微生物种群均为变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes).在属的水平检测到好氧反硝化菌红细菌(Rhodobacter)、陶厄氏菌属(Thauera),以及氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)亚硝化单胞菌(Nitrosomonadales)等.另外,DO是影响微生物群落结构最显著的环境因子.本研究表明环境因子会影响微生物群落替演,好氧反硝化以及氨氧化反应可能是SMBBR工艺中重要的脱氮机制.     

投加甲烷鬃菌对厌氧颗粒污泥培养的影响

通过在中温条件下向EGSB(Expanded Granular Sludge Bed,膨胀颗粒污泥床)反应器中加入竹节状甲烷鬃菌6Ac,研究其对颗粒污泥形成的影响以及形成的颗粒污泥性质和反应器运行的情况.在(35±1)℃下,利用实验室相同规模的反应器,对照组(R1)接种厌氧絮状污泥,R2组接种厌氧絮状污泥的同时加入甲烷鬃菌,培养颗粒污泥.结果显示:当有机负荷(以COD计)逐步提高到11.1 kg m-3 d-1时,R2的COD去除率达到85.9%,高于R1的75.0%.运行到第46天(d 46)时两个反应器均可观测到颗粒污泥,R2中污泥粒径大于0.1 mm的颗粒污泥已经达到62.3%,d 28-46时,0.1-0.3mm颗粒的比例从10.0%增加到49.8%,对照组R1只从10%增加到33.3%,仍主要以絮状污泥为主.研究表明,颗粒污泥培养过程中投加甲烷鬃菌有利于促进颗粒污泥的形成、增殖与稳定,改善其沉降性能,提高有机物的去除效果,加快EGSB的启动.     

COD与DO对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的影响

COD和DO浓度对好氧颗粒污泥的同步硝化反硝化反应有明显影响．COD浓度在400～1200mg／L范围内，好氧颗粒污泥去除COD的能力均在85％以上．颗粒污泥能吸附有机物，使废水中COD浓度快速下降．COD浓度小于800mg／L，好氧颗粒污泥具有良好的脱氮能力，氮去除率最高达85．3％．在溶氧浓度为1-4mg／L条件下，颗粒污泥对COD去除率均在90％以上．不同的溶氧浓度对氮的去除率有一定影响，在溶氧浓度3mg／L时，氮去除率最高，达83％．图7参7     

ABR反应器的启动及颗粒污泥特征的研究

在20-30℃条件下,对ABR反应器进行了169d 5个阶段的启动实验,进水COD容积负荷达到4.38kgCOD·m-3·d-1,出水COD,挥发性脂肪酸(VFA)和pH值达到要求;形成了大量的性能良好的颗粒污泥,其尺度介于2-3.8mm之间,沉降速度大于20m·h-1,MLVSS/MLSS值均大于65%;但各格室厌氧污泥的污泥指数(SVI)差异较大.显微分析表明,不同格室内呈现出种群配合良好的厌氧微生物分布,第一格室存在大量的优势发酵细菌,并有代谢乙酸的丝状甲烷细菌,然后颗粒污泥中的微生物逐渐向以产甲烷细菌优势菌群过渡,并存在许多浮游的原生和后生动物.另外,各格室中的颗粒污泥形状各异,表面凸凹不平,存在气孔,且颗粒污泥愈靠近核心,微生物数量愈少,细菌分泌物和无机质愈多.     

低溶解氧条件下生物脱氮研究中的新现象

活性污泥法中 ,曝气主要起供氧和扰动混合的作用 ,曝气提供的氧被微生物用来氧化有机物并合成细胞 .反应器中的溶解氧 (DO)浓度是重要的运行参数 ,曝气池中DO偏低 ,好氧微生物不能正常生长和代谢 ;DO过高 ,不仅能耗增加 ,而且细菌的活力也会降低 .一般要求曝气池中DO不低于 2mgL-1的水平 ,但在实践中常常会出现曝气强度过高的情况 .因而有必要通过有效手段将DO控制在适当的水平 ,既不影响微生物的正常生长和有机物的去除 ,同时又避免过多能耗 .传统观点认为 ,低DO条件会促进丝状菌生长 ,破坏污泥絮体的沉降性能 ;使胞外多聚物的产生量…     

接种污泥源对厌氧氨氧化启动效能的影响

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)菌生长缓慢是影响其实际应用的主要问题之一,选取合适的接种污泥十分重要.本研究采用好氧污泥、厌氧颗粒污泥和厌氧消化污泥3种接种污泥,分别经过61、70和85 d的运行均实现了厌氧氨氧化过程,氨氮去除率分别为82%、92%和91%,总氮去除率达76%、82%和80%.分别接种3种污泥源的厌氧序批式反应器(ASBR)R1、R2、1t3出水pH值最终稳定在8.4、8.5、8.5.好氧污泥呈絮状,但沉降性比接种前好,厌氧颗粒污泥解体后最终形成粒径集中在0.5～1.0 mm的污泥,厌氧消化污泥则呈沙化状态,有细小颗粒出现.根据厌氧氨氧化细胞产率系数及NH4+-N、NO2--N去除量和NO3--N生成量之间的计量学关系,估算出厌氧氨氧化菌产率系数(以1 mol NH4+产生的CH2O0.5N0.15量计)分别为0.080、0.105和0.114 mol·mol-1,说明反应器内厌氧氨氧化菌有不同程度的衰减.总体而言,厌氧颗粒污泥是富集厌氧氨氧化菌的最适污泥源.     

废水处理系统中生物聚集体胞外多聚物研究进展

胞外多聚物(Extracellular polymeric substances,EPS)是废水生物处理系统中生物聚集体(包括絮体污泥、生物膜、颗粒污泥等)的重要组成部分,直接包裹于微生物细胞壁外,其理化性质及所处的特殊位置决定了它在生物聚集体中的重要作用.综述了EPS对废水生物处理系统污泥沉降性能、脱水性以及膜生物反应器膜污染影响的相关研究,分析认为EPS组成与结构特性改变污泥表面电位、疏水性等,进而影响污泥沉降与脱水性能、膜污染程度;以好氧颗粒污泥为典型的生物聚集体代表,总结了EPS组分含量与分布对颗粒污泥的形成与结构稳定性的影响,并在EPS提取方法标准化、现代理化技术与分子生物学技术综合分析等方面进行了展望,进一步的研究有望揭示生物絮凝体形成过程EPS的产生与调控机制.     

好氧颗粒污泥耐受高碳氮负荷过程中的群体感应

为了探究好氧颗粒污泥耐受高负荷碳氮的生物学机制,对比分析了不同负荷条件下好氧颗粒对污染物的去除、形体结构和群体感应现象.结果表明,好氧颗粒污泥具有同时耐受高碳氮负荷的能力,当进水COD负荷为12.9 kg m-3 d-1时去除率为90%以上,NH4+-N负荷为0.455 kg m-3 d-1时去除率在80%以上.随着负荷的提高,颗粒的粒径不断减小,这可能增强颗粒的传质传氧作用.在进水负荷COD 8.9-10.9 kg m-3 d-1、NH4+-N 0.355-0.455 kg m-3 d-1时,AI-2活性较强,微生物之间相互交流比较活跃,并且保持较好的COD和NH4+-N去除效果.好氧颗粒污泥内部的AI-2活性高于出水溶液.研究表明,群体感应可能在好氧颗粒污泥同时耐受高碳氮负荷中发挥着重要的作用.