OPCRP填料的SBMBBR处理低温污水脱氮细菌多样性试验

针对低温污水生物脱氮效率低问题,采用有机高分子复合硬性颗粒（OPCRP）-SBMBBR反应器处理低温污水,与传统SBR反应器对比,通过Miseq高通量测序技术分析了2套反应器中活性污泥的细菌菌群多样性及组成结构丰度差异,揭示高效处理低温污水优势脱氮菌群。结果表明:在水温（6.5±1）℃条件下,OPCRP-SBMBBR反应器出水脱氮效果及污泥沉降速率均明显提高;投加填料有助于提高活性污泥系统内硝化反硝化菌多样性和相对丰度,即优势氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、厌氧反硝化菌总相对丰度分别由SBR （R1）的3.9%、3.47%、15.87%增加到OPCRP-SBMBBR （R2）的5.21%、5.26%、23.64%。异养硝化-好氧反硝化菌种红环菌科、Enterobacteriaceae、Terrimonas,分别由R1的2.77%、1.63%、2.43%增加到R2的3.3%、3.11%、2.59%;R2独有的好氧反硝化菌种包括假单胞菌属、氢噬胞菌属等,其相对丰度分别为1.17%、0.79%。R1、R2中优势好氧反硝化菌种总相对丰度分别为10.66%、17.35%,优势硝化菌种总相对丰度分别为7.37%、10.47%,优势硝化反硝化菌种总相对丰度分别为28.65%、43.32%,为低温污水中生物脱氮提供了良好的细菌环境。     

微生物强化猪场沼液脱氮效果研究

微生物强化可以提高序批式生物反应器(SBR)的处理效果。对高NH_4~+-N(氨氮)、低COD/N猪场沼液脱氮条件进行优化,结果表明,投加硝化细菌对促进SBR活性污泥系统硝化作用不明显,总氮(TN)去除率为1.7%,以甲醇为碳源的投菌组,当COD/N为11:1时总氮去除率约为84%。此外,使用低聚果糖废液作为混合碳源,同等COD/N条件下,脱氮效果优于甲醇,约为95%。优化投菌比例,综合碳源实验,脱氮效果最佳条件为硝化细菌10~5 CFU/mL、反硝化细菌10~5 CFU/mL,水力停留时间为3 d,NH_4~+-N、TN去除率分别为(99±0.4)%,(95±1.5)%,出水的相应浓度分别为(2.63±0.88)、(13.80±4.34)mg/L。此外,COD从最初的530 mg/L降低至100 mg/L以下。改进的工艺出水氨氮和总氮优于一级A标准,为养殖废水的深度脱氮提供了基础数据。     

水解反硝化+AO工艺强化污水脱氮效能研究

试验采用水解反硝化+AO工艺处理城镇废水,系统连续运行7.5个月,日处理水量达48 m~3,其间无剩余污泥外排。系统出水ρ(COD)、ρ(NH~+_4-N)和ρ(SS)均值分别为27.32,0.59,6.68 mg/L;系统功能强化段,系统出水ρ(TN)和ρ(TP)均值分别为14.68,0.151 mg/L,优于GB 8978—2017《污水综合排放标准》一级A排放标准。研究发现:硝化螺菌属和陶厄氏菌属为系统优势菌群,代谢机制类和信号传导类基因丰度较高表明微生物活性和代谢能力较强,糖苷水解酶和碳水化合物结合模块丰度较高反映分解合成代谢能力较强,这表明水解反硝化+AO工艺具有较强的脱氮能力。中试规模试验运行稳定且高效,为废水强化脱氮提供了参考依据。     

聚己内酯与聚羟基丁酸戊酸酯的脱氮性能对比

以可生物降解聚合物聚己内酯(PCL)和聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)作为反硝化缓释碳源和微生物载体,利用清水释碳和批式反硝化试验选出适用于再生水反硝化深度脱氮生物滤池的可生物降解碳源滤料,通过比较与分析碳源滤料的表面形态及物质特性和附着微生物的群落特征揭示其性能优越的原因.结果表明,PHBV反硝化启动时间短,反硝化速率高,剩余有机物浓度低,相比PCL具有更稳定持续的反硝化效果.原因是其表面粗糙,且含有大量C—O和CO等亲水性基团,易于微生物附着和降解利用;其表面附着的微生物种类多样,其中发硫菌属(Thiothrix)、假单胞属(Pseudomonas)、菌胶团属(Zoogloea)、黄杆菌属(Flavobacterium)和脱氯菌属(Dechloromonas)等优势菌属均具有异养反硝化功能.因此,PHBV更适合作为再生水反硝化深度脱氮生物滤池的碳源滤料.     

后置固相反硝化滤池工艺沿程微生物特性

为解决现有低碳源污水处理工艺能耗高、工艺复杂和脱氮效果不佳等问题,提出一种新型的混凝沉淀/后置固相反硝化滤池工艺.为了从微生物角度来解释该工艺的宏观脱氮效果,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术研究了工艺中生物滤池沿程微生物群落结构的变化规律及脱氮功能菌的类型.结果表明,硝化滤池内生物膜中微生物的多样性和丰度沿上向流方向呈逐渐上升的趋势,且硝化细菌在顶端富集,而固相反硝化滤池呈先上升后下降的趋势,反硝化菌在中部富集.硝化滤池中的优势菌株为硝化细菌Nitrosomonas sp. Nm47和Candidatus Nitrospira defluvii;固相反硝化滤池中的优势菌株为反硝化菌Rubrivivas gelatinosus和固体碳源降解反硝化菌Myxobacteria.     

基于全流程分析的低碳氮比进水污水处理厂运行调控

为使某污水处理厂出水达标排放,对该厂进行了全流程测试,分析其主要污染物沿工艺流程分布特征以及活性污泥特性,评估工艺运行现状,为该污水处理厂优化调控提供基础数据。研究发现,该厂进水ρ（BOD₅）/ρ（TN）仅为2.45,属于典型的低碳氮比进水。此外,通过活性污泥特性测试发现,反硝化潜力为9.0 mg/（g·h）,反硝化菌群相对丰度较高。进水碳源不足及外部碳源投加位点设置不合理是该厂无法实现TN达标排放的主要原因。在采取改变碳源投加位点、减小好氧池末端曝气量、增加碳源投加量等措施后,出水ρ（TN）由32.0 mg/L降至12.7 mg/L,实现了TN的达标排放;此外,厌氧释磷潜力由1.3 mg/（g·h）提升至2.6 mg/（g·h）,生物除磷能力也有了较大提升。研究提供了一种解决污水处理厂出水水质超标问题的思路,可为含低碳氮比进水的城镇污水处理厂运行调控及稳定达标提供参考。     

添加芽孢杆菌污泥反硝化特性及菌群结构分析

以普通活性污泥为对照,研究投加芽孢杆菌菌剂的活性污泥(以下称芽孢杆菌活性污泥)的反硝化性能,以及芽孢杆菌对微生物菌群结构的影响.结果表明,在一定范围内两污泥反硝化速率与碳氮比呈正相关,实验组污泥在碳氮比为10时最大比反硝化速率可达27.144mg TN/(g MLSS·h),约为对照组的2.7倍.利用Miseq高通量测序技术对比两组污泥菌群结构,发现在细菌门、纲、目、科、属层面实验组菌群多样性均优于对照组,在细菌属水平上实验组污泥主要包括芽殖杆菌属(Gemmobacter)、短单胞杆菌属(Brachymonas)、热单胞菌属(Thermomonas)、Defluviimonas、长绳菌属(Longilinea)、Ornatilinea、Aridibacter、微小杆菌属(Exiguobacterium)等优势菌属,在碳源充足的条件下这些细菌协同作用,使芽孢杆菌活性污泥具有高效反硝化特性.     

多级土壤渗滤系统处理低有机污染水的脱氮效果与机理解析

采用"微曝气+缺氧"的两段式多级土壤渗滤系统(multi-soil-layering system,MSL)工艺,建立了在缺氧段模块中添加不同碳源的MSL系统并进行脱氮效率对比.其中,MSL1系统添加了传统碳源木屑,MSL2系统添加了一种基于PHBV(聚羟基丁酸戊酸酯)的共混固相碳源(GC-4).通过10个月的连续运行,深入探讨碳源、水温、表面水力负荷等条件对该工艺脱氮性能的影响.整个运行过程期间不同条件影响下,添加新型固相碳源的MSL2比MSL1表现出更好的强化脱氮性能.在相同表面水力负荷(1.0 m3·m-2·d-1)条件下,水温的降低会直接降低系统的脱氮效率.当水温从平均19℃下降到15℃时,MSL1系统对NH+4-N、TN的平均去除率分别由91%、62%下降为81%、45%,MSL2系统对NH+4-N、TN的平均去除率分别由88%、72%下降为80%、55%,但MSL2系统仍然优于MSL1系统.水力负荷的降低会提高2个系统TN去除率大约20%,证明了低水力负荷利于系统的脱氮效果.在各个运行阶段,MSL系统添加固相碳源均没有出现碳源过度释放现象,表现出较好的COD去除效果.分子生物学研究揭示了两段式MSL系统中微生物、硝化菌、反硝化菌的功能分区及其丰度,在生物量和反硝化基因数量上MSL2均大于MSL1,硝化菌(amo A基因)集中分布在微曝气段,反硝化菌(nir S、nir K)集中分布在土壤模块层,比较好的解释了不同碳源类型条件下MSL系统的脱氮效果的差异性.     

缺氧反硝化除磷菌驯X菌的筛选与生长条件优化

以SBR强化生物除磷装置污泥为研究对象,进行反硝化除磷菌的筛选,并用传统与现代分子生物学相结合手段确定其分类地位,同时采用响应面分析试验进行菌的生长条件优化. 结果表明:驯X菌的生理生化指标显示其具有缺氧反硝化除磷功能,根据细菌形态观察、培养特征、生理生化指标和16S rDNA测序结果,驯X菌与Escherichia coli最相似,同源性高达99.9%,因此驯X菌(Escherichia coli)是缺氧反硝化除磷菌. 由响应面分析可知,影响驯X菌生长的关键因素次序为ρ(碳源)＞pH＞ρ(氮源),二次项中ρ(碳源)2也是唯一的显著因素,ρ(碳源)对菌的生长具有决定作用;其中碳源采用乙酸钠+葡萄糖,氮源采用硫酸铵+蛋白胨. 驯X菌的最优化生长条件:ρ(碳源)为3.48g/L,ρ(氮源)为1.22 g/L,pH为8.00,此时实测的菌浊平均值为0.732.      

长三角地区MBBR泥膜复合污水厂低温季节微生物多样性分析

为表征长三角地区采用MBBR泥膜复合工艺（hybrid-MBBR）的污水厂在低温季节的微生物群落变化,得出微生物分布规律,采用Illumina MiSeq高通量测序对该区域5座市政污水处理厂进行研究,对好氧区活性污泥及悬浮载体生物膜微生物群落结构进行了分析.结果表明,同污水厂悬浮载体生物膜微生物物种数低于同系统活性污泥,且物种分布更不均匀.悬浮载体的投加可提升系统微生物多样性,但同时进水及运行方式对系统微生物群落组成具有一定选择性.各污水厂相对丰度较高的菌属主要有Nitrospira、Mycobacterium、Defluviicoccus、Hyphomicrobium和Macellibacteroides等,悬浮载体的投加极大程度上强化了优势硝化菌属Nitrospira的富集.核算悬浮载体中硝化细菌生物量占系统中总量的86.12%~95.36%;各污水厂好氧区悬浮载体中均检测到一定相对丰度的反硝化菌群,结合沿程及小试结果确认好氧区悬浮载体生物膜上发生了显著的同步硝化反硝化（SND）现象,强化了系统TN去除.     

新型固定化细胞膜反应器脱氮研究

研究了一种新型的废水土生脱氮反应器，即利用固定化细胞膜将反应器一隔为二，膜的侧与好氧的氨氮废水接触，另一侧与缺氧的乙醇 水溶液（反硝化碳源）接触，固定于膜中的硝化细菌将氨氮氧化成亚硝氮和硝氮，随即被同一膜中的反硝化细菌还原成氮气。硝化细菌和反硝化细菌混合固定于膜内时的氨氧化速率约为硝化细菌单独固定时的2倍。未发现碳源重复利用对脱氮过程产生不利影响。此新型反应器 可以稳定运行50天以上。     

A/O-MBBR工艺处理生活污水性能及菌群结构

采用设计规模为100m³/d的一体化缺/好氧-移动床生物膜反应器(A/O-MBBR)处理实际生活污水,通过265d的中试研究考察了该工艺在多因素扰动下的除碳和脱氮性能,并对不同运行阶段微生物群落结构的动态变化进行了研究.结果表明,一体化A/O-MBBR系统具有良好的COD去除效果和脱氮性能.当好氧池溶解氧(DO)浓度和进水碳氮比(COD/N)分别为2.5~3.5mg/L和(7.9±2.0)时,COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别达到(93.3±5.4)%、(99.1±0.6)%和(67.9±10.5)%.Proteobacteria、Bacteroidetes和Chloroflexi在不同运行时期均有较高的相对丰度,保证了有机物的高效去除.A/O-MBBR系统脱氮功能菌在运行初期主要分布于活性污泥中,且相对丰度较低.长期运行后,生物膜与活性污泥中均同时检出大量硝化菌和反硝化菌.其中,相对丰度最高的硝化菌为Nitrospira,主要分布于生物膜上(19.48%~28.05%).反硝化菌则以Thauera、Terrimonas和Dokdonella等为主.     

基于DGAOs富集的内碳源短程硝化反硝化工艺特性

采用序批式生物反应器（SBR）,以厌氧-好氧-缺氧的运行方式,研究了低C/N比下内碳源驱动的短程硝化反硝化工艺运行性能.结果表明,反应器内可同时富集反硝化聚糖菌（DGAOs）和氨氧化细菌（AOB）.DGAOs可以利用聚-β-羟基脂肪酸酯（PHA）为内碳源进行反硝化,且利用的PHA中PHB （聚-β-羟基丁酸酯）占主要部分.稳定运行后,第39d厌氧末期污泥胞内存储物质在荧光显微镜下清晰可见,内碳源存储的PHA在缺氧阶段净消耗量为2.34mmol C/L,较文献报道值高29%.经过55d的驯化后,SBR系统达到了较为稳定的脱氮效果,平均氨氮去除率为（93.13%±4.91%）,内碳源反硝化效率为（49.62%±8.97%）.驯化后的污泥淘汰了反硝化聚磷菌（DPAOs）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）,富集了DGAOs和AOB,其丰度从接种时的0.13%和0.20%分别上升到7.13%和1.11%,实现了低C/N下内碳源驱动短程硝化反硝化.     

固定化细胞单级生物脱氮研究

利用硝化菌和反硝化菌混合固定的方法,研究了好氧条件下同时进行硝化和反硝化作用的单级生物脱氮技术.结果表明,反硝化菌被固定后,在好氧条件下仍具有反硝化功能.硝化菌和反硝化菌被混合固定后,可以在好氧条件下同时进行硝化和反硝化作用,并且其氨氧化速率约为硝化菌单独固定时的1.4倍.硝化菌和反硝化菌混合固定构成的单级生物脱氮系统其脱氮速率是分别固定构成的单级生物脱氮系统的2.6倍.     

不同碳源下硫还原地杆菌对反硝化过程的影响机制探讨

硝酸盐是废水中常见的污染物,其具有较高的氧化还原电位,在水中的去除主要依靠微生物的反硝化作用.目前的初步研究表明,电活性细菌能够和反硝化细菌通过互营生长加速反硝化过程.为探究在不同外加碳源下电活性细菌对反硝化过程的影响,选取不能够利用硝态氮作为电子受体的模式电活性细菌硫还原地杆菌(G.sulfurreducens PCA)与不同碳源(乙醇、丙酸或葡萄糖)驯化得到的反硝化细菌进行共培养.结果表明,改变碳源为乙酸盐后,不同体系中硝态氮的去除效率达到了94%.碳源的改变造成了不同程度的反硝化滞后现象,在当以乙醇为外加碳源时,G.sulfurreducens PCA的加入能够将迟滞时间缩短3 h,其反硝化速率可达到186 g·m~(-3)·d~(-1),同时产生的亚硝氮含量也相对最低.但以葡萄糖作为反硝化外加碳源时,迟滞时间最短,但加入G.sulfurreducens PCA后会延长反硝化所需的时间,这可能是与反硝化细菌同G.sulfurreducens PCA竞争体系中的乙酸盐碳源有关.分析微生物群落结构变化发现,G.sulfurreducens PCA的加入提高了反硝化细菌的相对丰度,使其能够适应因碳源改变而产生的对反硝化细菌的生长抑制现象.     

多孔生物质基材用于城镇污水处理厂尾水深度净化的试验研究

为探讨城镇污水处理厂尾水的深度净化技术,以农林秸秆生物质发电后的废料制成的生物质基材为填料,考察填料对城镇污水处理厂尾水的处理效果,并借助Miseq高通量测序技术对移动床生物膜反应器（MBRR）中的悬浮填料,多孔生物质基材中生物膜的微生物群落组成和结构进行了解析。结果表明:多孔生物质基材能够深度净化市政污水处理厂尾水,对MBBR出水NH₄+-N、TN、COD和TP的平均去除率分别提高了0.9%、19.0%、7.1%和10.5%。此外,由于多孔生物质基材的微生物物种丰度和多样性高于MBBR,其微生物群落结构中反硝化相关菌属占优势（24.2%）,并含有一定比例的聚磷菌（4.6%）和自养硝化菌（1.3%）,因此多孔生物质基材更利于脱氮除磷等功能菌群的富集和生长,可对污水的强化处理起关键作用。该结果可为城镇生活污水处理厂尾水深度净化过程中强化脱氮除磷的工程化应用提供依据和参数。     

新型玄武岩纤维填料净化槽处理分散式生活污水

为解决农村生活污水分布广、差异大、变化多的难题,探究利用新型玄武岩纤维(BF)作为生物载体构建一体化净化槽装置。通过多因素正交试验与处理实际污水评价其效果,并对好氧、缺氧反应池进行微生物菌群分析。结果表明:当净化槽好氧池ρ(DO)为3 mg/L,HRT为8 h,pH为7~7.5时,净化槽对COD、NH₄+-N、TN等污染物去除效果最佳,且当好氧池ρ(DO)>2 mg/L时,净化槽对COD负荷、C/N等具有一定的抗冲击性能。使用实际生活污水评价净化槽的运行效果,其COD、NH₄+-N、TN去除率分别高达89.60%、87.03%、82.22%,脱氮性能优于传统颗粒填料净化槽。净化槽中Ferruginibacter、Candidatus_Saccharimonas、Terrimonas为优势菌属,能够分解污水中大分子有机物,好氧池与缺氧池中Terrimonas、Acidovorax、Thermomonas等菌属能够在氮循环中起到不同的促进作用。     

负荷交替法快速培养好氧硝化颗粒污泥的研究

在3个SBR(R1、R2、R3)中分别培养好氧硝化颗粒污泥,R1和R2分别采用进水氮负荷交替变化和进水碳氮负荷同步交替变化这2种新的培养方式,R3采用传统的逐步提高氮负荷法.对R1、R2和R3培养得到的硝化颗粒污泥在物理性状、污染物去除效能等方面进行对比分析.结果表明,R1和R2的培养方式明显缩短了培养时间,70 d左右成功培养出完全意义上的硝化颗粒(硝化菌的活性超过异养菌的活性),而R3需147 d.采用进水碳氮负荷同步交替变化法快速培养出的颗粒外形更规则、硝化菌活性更高、脱氮性能更优,稳定运行时氨氮和总氮去除率分别为95%和70%左右,在理化性状和脱氮性能上明显优于其他2种.对比发现,在硝化颗粒污泥培养初期,适当提高进水有机负荷,能加快颗粒的形成及生长.