高海拔温度变化对活性污泥中磷去除及相关代谢途径的影响

基于高原生境下A²O工艺,探讨不同温度条件下厌氧、缺氧和好氧3个反应器的除磷性能,讨论了优势聚磷酸盐累积生物(PAOs)和糖原累积生物(GAOs)以及相关代谢途径中基因对温度变化的响应情况.结果表明,在20℃时磷去除效果最佳(82.99%～88.39%),但低于平原地区同工艺研究下的除磷性能.通过分析优势微生物PAOs和GAOs群落结构发现,GAOs不具竞争优势,不随温度的升高而增强.在10℃时存在污泥膨胀和在25℃时不利于PAOs生长的环境条件下,不动杆菌属(Acinetobacter)(PAO)、脱氯单胞菌属(Dechloromonas)和氢嗜胞菌属(Hydrogenophaga)(反硝化PAOs)在缺氧反应器中相对丰度较高,对缺氧反应器中的磷去除率的提高具有一定的贡献.此外,研究确定了糖酵解(EMP)是葡萄糖代谢的主要途径.多羟基戊酸盐(PHV)的主要合成途径是Propionyl-Co A.厌氧和好氧反应器所需ATP均主要来源于三羧酸循环(TCA cycle)途径.     

不同温度An/A/O-SBR反硝化除磷及N2O释放特性

在不同温度(T=32,27,22,17,12℃)下驯化厌氧-缺氧-好氧序批式生物反应器(An/A/O-SBR),考察各温度条件下系统同步脱氮除磷性能及N₂O释放量,基于聚磷菌(PAOs)、聚糖菌(GAOs)降解特征和内源物质变化分析,确定了不同温度条件下系统PAOs和GAOs间竞争和N₂O释放特性。结果表明：随温度降低,An/A/O-SBR反硝化除磷性能呈先提升后降低的趋势。T=22℃,缺氧阶段NO^-_x和TP去除率最高,分别达95.5%和90.3%,N₂O产率为3.71%。低温促进了PAOs竞争优势,温度由32℃降至12℃,厌氧阶段合成的PHA中PHB占比(ΔPHB/ΔPHA)、缺氧阶段消耗PHA(PHA_con)中PHB(HB_con)占比(PHB_con/PHA_con)、缺氧阶段合成糖原(Gly_in)占PHA消耗比例(Gly_in/PHA_co...     

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.     

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.     

倒置AAO工艺聚磷微生物的吸磷行为

采用人工配水和市政污水研究了“缺氧-厌氧-好氧”(倒置AAO)脱氮除磷工艺中,聚磷微生物(PAOs)在低碳源、高硝酸盐环境下的释磷和吸磷行为.结果表明,在低碳源、高氮和磷环境中,尽管PAOs在缺氧厌氧段释磷程度低,如果适当延长厌氧段和好氧段的HRT、且好氧曝气较充分,仍能超量吸收磷.PAOs过量吸磷的能量来源不仅仅是厌氧段吸收与合成的胞内聚合物在好氧段的氧化,还来自好氧环境正常代谢过程中多余的能量.外加碳源的投加时间点对PAOs吸磷的影响不显著.PAOs在厌氧段后期出现过量吸磷现象,推测是细胞内有机物厌氧降解产生的ATP通过某种代谢途径被用于无机磷的吸收.     

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.     

温度对生物强化除磷工艺反硝化除磷效果的影响

以处理城市污水的中试规模生物强化除磷A2/O活性污泥工艺系统为研究对象,考察了温度对系统COD去除和脱氮除磷效果的影响,特别是温度对活性污泥反硝化除磷性能的影响.结果表明,当温度从(30.9±0.8)℃降低到(9.1±0.6)℃时,A2/O系统的脱氮除磷效果显著下降,系统对TN和TP的污泥去除负荷明显下降.通过污泥反硝化除磷活性实验发现,随着温度的降低,系统中活性污泥的最大厌氧释磷速率、最大好氧吸磷速率和最大缺氧吸磷速率都降低.活性污泥中反硝化除磷菌(DPB)占聚磷菌(PAOs)总量的比例随温度降低稍有下降,但平均值仍维持在47.5％左右.用阿伦尼乌斯公式对实验结果进行拟合,得到系统中活性污泥聚磷菌厌氧释磷反应活化能Ea1为148.0 kJ· mol-1,聚磷菌好氧吸磷反应活化能Ea2为228.8 kJ·mol-1,发生在缺氧条件下反硝化除磷菌的吸磷反应活化能Ea3为315.8 kJ·mol-1.对不同温度下污泥絮体粒径分析结果表明,随温度降低,粒径分布更加集中,系统中活性污泥絮体颗粒平均粒径减小,不利于污泥絮体内部反硝化除磷缺氧微环境的形成.     

pH调控反硝化除磷过程PAOs-GAOs竞争及N2O释放特性

该文以厌氧/缺氧/好氧方式(An/A/O)运行序批式生物反应器(SBR),采用NO_3~-驯化缺氧反硝化聚磷菌,利用pH值调控An/A/O-SBR内各菌群间的竞争优势,通过考察脱氮除磷过程的化学计量学参数变化,确定了不同pH下SBR内聚磷菌-聚糖菌(PAOs-GAOs)间竞争关系及N_2O释放特性。结果表明,An/A/O-SBR内存在PAOs和GAOs对碳源的竞争,高pH有利于反硝化聚磷菌增殖、提升SBR内同步脱氮除磷效率并降低N_2O产率。pH由6.5增至8.0,PAOs转化外碳源比例由24.1%增至55.6%。pH=8.0,SBR内脱氮和除磷效率均达90%以上,平均N_2O产率为2.8%。不同pH值下,An/A/O-SBR内厌氧阶段ΔGly/ΔPHA、ΔGly/CODin、PRA/CODin以及缺氧阶段PUA/NaRA、ΔGly/ΔPHA均表现出PAOs-GAOs共存特性,微碱性条件促进SBR内微生物趋向富集反硝化聚磷菌的生化反应动力学。pH=6.5,N_2O产率达11.2%。低pH值耦合高NO_2~-形成高浓度游离亚硝酸,对反硝化聚磷菌的毒性及对亚硝态氮还原酶、氧化亚氮还原酶的活性抑制作用,是导致低pH值下SBR脱氮除磷性能降低和N_2O产率增加的重要因素,以N_2O作为终产物的GAOs反硝化比例增加,加剧了低pH条件下N_2O释放。     

多点交替进水阶式A2/O工艺氮磷去除途径

为分析CMICAO(多点交替进水阶式A2/O)工艺处理实际生活污水时对氮、磷的去除机理,基于物料衡算方程,计算各反应池内污染物质量浓度,并与实测值进行对比,分析氮、磷的去除途径,提出强化工艺脱氮除磷的方法.结果表明,试验条件下,出水中ρ(TP)、ρ(TN)和ρ(氨氮)分别为(0.41±0.08)、(10.24±0.40)和(2.07±0.30)mg/L.除微生物同化作用外,系统中的氮主要通过好氧硝化、缺氧/厌氧反硝化及SND(同步硝化反硝化)途径去除,阶段一3#反应池、阶段二2#反应池和阶段三1#反应池的SND率分别达到37%、52%和58%左右.磷通过聚磷菌厌氧/缺氧释磷、好氧吸磷和反硝化除磷途径去除,阶段一4#池的反硝化吸磷量达到3 mg/L左右.降低好氧池ρ(DO)和改变缺氧池与厌氧池的进水量比例可强化脱氮除磷效果.     

A2/O工艺中溶解性有机氮的分子转化与生物有效性特征

本研究探究了厌氧/缺氧/好氧(A²/O)工艺沿程溶解性有机氮(DON)浓度分布及其分子转化规律,并运用多种方法表征了各单元污水DON的生物有效性特征.结果表明,DON浓度由进水(5.3±0.3)mg/L沿厌氧池、缺氧池分别下降至(2.0±0.1),(1.8±0.2)mg/L,而有意思的是好氧池中DON浓度反而升高至(1.9±0.1)mg/L,去除率竟为(-5.6±0.6)%.傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)分析DON分子组成特征显示,各单元活性DON分子(H/C≥1.5)占比为:厌氧池(38%)<缺氧池(41%)<好氧池(42%),表明好氧池出水DON最不稳定,易被受纳水体中藻类微生物摄取利用.同时在各单元产生的DON分子中,以蛋白/氨基糖类化合物为特征的微生物源DON占比沿程上升,由厌氧池24.77%分别上升至缺氧池29.12%、好氧池33.11%,表明微生物源DON分子是导致好氧池出水DON生物有效性升高的原因.进一步地,采用藻类生物测定厌氧池、缺氧池和好氧池沿程DON生物有效性,分别为(33.2±3.0)%、(34.9±7.0)%...     

聚糖菌颗粒污泥基于胞内储存物质的同步硝化反硝化

采用特殊运行方式的厌氧-好氧SBR系统(厌氧后排水),以乙酸钠为有机基质成功富集了聚糖菌颗粒污泥.聚糖菌颗粒污泥厌氧-好氧批式实验表明,聚糖菌颗粒污泥具有较强的SND能力,TOC/N分别为5.0,4.0,2.8时,SND效率分别96.4%、95.3%及96.2%,而周期总氮去除效率随着碳氮比降低而降低,分别为66.0%、61.2%及56.3%.通过对周期氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、TOC以及胞内糖原、PHB变化的测定分析,证明聚糖菌颗粒污泥SND过程中,污泥以厌氧阶段储存于胞内的多聚物PHB作为反硝化碳源,并且反硝化聚糖菌是系统中反硝化能力的来源.与溶解性基质相比,PHB的降解速率相对较低,因此在SND过程中,反硝化可以与硝化保持相近的速率,从而有助于获得良好的SND效果.     

Removal of nitrogen and phosphorus in a combined A2/O-BAF system with a short aerobic SRT

A bench-scale anaerobic/anoxic/aerobic process-biological aerated filter （A^2/O-BAF） combined system was carded out to treat wastewater with lower C/N and C/P ratios. The A^2/O process was operated in a short aerobic sludge retention time （SRT） for organic pollutants and phosphorus removal, and denitrification. The subsequent BAF process was mainly used for nitrification. The BAF effluent was partially returned to anoxic zone of the A^2/O process to provide electron acceptors for denitrification and anoxic P uptake. This unique system formed an environment for reproducing the denitdfying phosphate-accumulating organisms （DPAOs）. The ratio of DPAOs to phosphorus accumulating organisms （PAOs） could be maintained at 28% by optimizing the organic loads in the anaerobic zone and the nitrate loads into the anoxic zone in the A^2/O process. The aerobic phosphorus over-uptake and discharge of excess activated sludge was the main mechanism of phosphorus removal in the combined system. The aerobic SRT of the A^2/O process should meet the demands for the development of aerobic PAOs and the restraint on the nitrifiers growth, and the contact time in the aerobic zone of the A^2/O process should be longer than 30 min, which ensured efficient phosphorus removal in the combined system. The adequate BAF effluent return rates should be controlled with 1--4 mg/L nitrate nitrogen in the anoxic zone effluent of A^2/O process to achieve the optimal nitrogen and phosphorus removal efficiencies.     

pH对低温除磷微生物种群与聚磷菌代谢的影响

在5°C条件下通过运行SBR生物除磷反应器和静态实验考察pH对低温生物除磷系统的影响。pH不仅影响生物除磷反应器的性能,而且也会影响生物除磷系统的微生物种群结构。在pH为6的条件下长期运行的生物除磷系统中聚糖菌大量存在;而在中性(pH=7)和弱碱性(pH=8)条件下,聚磷菌在活性污泥中占有优势地位。静态实验结果表明,当pH在6⁸.5之间变化时,聚磷污泥的厌氧释磷能力随pH的升高而提高。pH在68.5之间变化时,聚磷污泥的厌氧释磷能力随pH的升高而提高。pH在6⁸之间变化时,乙酸吸收和PHB的合成能力随着pH升高而加强,当pH升高到8.5时,PHB合成能力下降,从而抑制了好氧段磷酸盐的吸收。pH为8时,生物除磷系统实现了充分的释磷和吸磷,并取得了最好的除磷效果。     

C/P对EBPR系统PAOs与GAOs竞争及PHAs代谢过程影响研究

以富含聚磷菌(PAOs)活性污泥为基础,基于FISH技术研究了SBR工艺不同C/P(25∶1、20∶1、15∶1和10∶1)对EBPR系统中功能菌变化特征与微生物胞内聚合物(PHAs)代谢过程的影响.结果表明,经过10 d运行处理,C/P分别为25∶1、20∶1和15∶1系统磷酸盐去除率88%,而C/P为10∶1系统磷酸盐的去除率为0%.FISH检测结果显示,随着C/P从25∶1下降到10∶1,EBPR系统中PAOs的含量相应从(76.42±1.24)%减少到(10.40±0.97)%,而聚糖菌(GAOs)则从(16.36±3.41)%增加到(34.25±2.59)%.在厌氧段,不同C/P条件下EBPR系统中PHB和PHV的合成动力学系数大小分别为K25∶1K20∶1K15∶1K10∶1和K15∶1K20∶1K25∶1K10∶1.随着C/P从25∶1下降到10∶1,合成PHB在PHAs中所占的比例从85%下降到24%,而PHV则从15%上升到76%;在好氧段,不同C/P系统消耗PHB和PHV的动力学系数大小均为K20∶1K25∶1K15∶1K10∶1,且C/P为25∶1、20∶1和15∶1时系统消耗主要成分是PHB(占PHAs 71%～75%),而C/P为10∶1时系统消耗主要成分是PHV(占PHAs 71%).由此表明,随着C/P的降低,EBPR系统内GAOs增加而PAOs减少,从而导致系统内PHB合成与消耗比例逐渐减少,而PHV合成与消耗比例逐渐增加.     

聚磷菌与聚糖菌竞争影响因素的研究进展

根据国内外文献的有关报道,综述了在强化生物除磷系统中聚糖菌与聚磷菌相互竞争的有关影响因素,并指出了今后的研究方向。     

进水C/P对SNEDPR系统脱氮除磷性能的影响

为了解不同进水C/P条件下同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)的脱氮除磷特性.以实际城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180 min)/低氧(溶解氧0.5~1.0 mg·L~(-1))运行的序批式反应器(SBR),考察了进水C/P(分别为60、30、20、15、10)对系统C、N、P去除特性的影响.结果表明:适当降低进水C/P(由60降至30)有利于提高系统内PAOs竞争优势.当C/P为30时系统除磷性能最高,厌氧段释磷速率(PRR)和好氧段吸磷速率(PUR,以P/MLSS计,下同)分别高达3.5mg·(g·h)-1和4.2 mg·(g·h)-1,出水PO3-4-P浓度均低于0.3 mg·L~(-1),且PPAO,An高达88.1%;但进一步降低进水C/P至10时,PO3-4-P去除率和PPAO,An分别由38.1%和82.4%降低至3.1%和5.3%,PRR和PUR分别仅为0.2 mg·(g·h)-1和0.24mg·(g·h)-1,系统表现出较差的除磷性能.降低C/P对系统COD去除性能没有影响,COD去除率稳定在85%左右.此外,当C/P由60降低至20时,系统硝化性能变差,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度分别由0和6.9 mg·L~(-1)升高至5.1 mg·L~(-1)和16.2 mg·L~(-1);而当C/P进一步降低至10时,系统硝化性能得以恢复,但亚硝积累特性遭到破坏,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度逐渐降低为0,但出水NO-3-N浓度由0.08 mg·L~(-1)升高至14.1 mg·L~(-1).SNED率先由62.1%降低为36.4%后又逐渐提高至56.4%.C/P低于15时,有利于提高GAOs的竞争优势,且C/P由20降至10时系统脱氮性能得以恢复,原因在于GAOs内源反硝化作用的增强.     

好氧颗粒污泥处理制糖工业废水厌氧出水的除磷特性研究

制糖工业废水经厌氧生物处理后,COD大幅下降,但是出水中N、P含量仍然较高,严重破坏水体生态平衡.利用好氧颗粒污泥对制糖工业废水的厌氧出水进行脱氮除磷处理,讨论了其除磷过程.经复合底物(乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐)培养的好氧颗粒污泥直径1.7 mm,SVI为38.43 mL.g-1,TP去除率达90.9%,出水磷含量仅为1.3 mg.L-1,单位COD释磷率为0.571,厌氧条件下磷的释放速率达到5.73 mg.(g.h)-1,好氧颗粒污泥表现出较好的沉淀性能和较高的除磷活性.由于底物中丙酸盐、丁酸盐含量增加,使得聚磷菌在反硝化过程中NO3--N的利用率增加,即消耗单位质量的NO3--N可以吸收更多的磷.好氧颗粒污泥及其胞外聚合物中P元素的含量与其中Mg、Ca、Fe元素的含量表现出很高的相关性,胞外聚合物对P的吸附使得体系除磷能力进一步增强.通过对污泥反硝化除磷的研究发现,反硝化聚磷菌占总聚磷菌的61.9%,其吸磷量与消耗硝酸盐的比值[m(P)/m(NO3--N)]为1.14.