固定膜-活性污泥系统细菌多样性及脱氮关键菌研究

固定膜-活性污泥系统具有高效的脱氮效果,是传统活性污泥法升级改造的优选技术之一。对采用该工艺的上海某污水厂进行近2年监测,分析了该系统悬浮相和附着相的细菌多样性及脱氮关键菌,结果表明:1)悬浮相中细菌多样性及均匀度均优于附着相,两相生长的优势细菌有明显差别;2)NOB菌属的Nitrospira菌为整个系统的脱氮关键菌,且主要集中于附着相上;3)4号曝气池中Nitrospira细菌数量明显高于2号池,尤其在低温条件下,表明4号池附着相是脱氮反应的主要发生场所,且能够耐受冬季低温的不利影响。综上,论文从不同相态下功能微生物的角度阐明了其脱氮原理。     

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。     

多级MBBR与A~2O工艺处理低C/N生活污水对比分析

结合包头市某污水厂A~2/O工艺的运行情况,对比分析多级MBBR与A~2/O工艺对低碳氮比生活污水的处理效果及污泥减量化的性能。试验结果表明:多级MBBR工艺处理低碳氮比生活污水时,出水COD、总氮和氨氮平均值分别为23.1、10.2、2.07 mg/L均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准,其平均去除率分别为90.7%、85.2%、96.7%;各项指标均优于A~2/O工艺,特别是TN能够稳定达标,解决了低碳氮比污水TN难以达标的问题。但是多级MBBR工艺除磷效果不佳,需要额外投加药剂化学除磷。多级MBBR工艺同时表明:反应器的污泥产率为0.12,约为A~2/O工艺的1/4~1/5,污泥减量效果显著。同时多级MBBR工艺为A~2/O工艺提标改造提供新的思路。     

丝状菌污泥膨胀对脱氮除磷功能菌群的影响

丝状菌引起的污泥膨胀或生物泡沫是活性污泥法污水处理厂运行管理中经常碰到的异常问题,为确定丝状菌引起的污泥膨胀对脱氮除磷系统功能菌群的影响,采用形态学鉴定和Illumina MiSeq高通量测序对5座城市污水处理厂非膨胀期和膨胀期活性污泥、生物泡沫中关键微生物菌群分布特征进行分析研究.结果表明,污泥膨胀和生物泡沫主要由微丝菌(Microthrix parvicella)引起,膨胀期污泥和生物泡沫中微丝菌最高比例达6%和38%.主要脱氮除磷菌属为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)、硝化螺菌(Nitrospira)、陶厄氏菌(Thauera)和Candidatus Accumulibacter phosphatis.膨胀期与非膨胀期相比AOB和聚磷菌相对丰度明显降低,最大变化比例为54%和47%,反硝化菌相对丰度显著升高,最大变化比例为73%;脱氮除磷菌群的波动变化受污泥膨胀的影响外,还与处理工艺及菌群的生理特性相关.     

活性污泥中硝化螺菌(Nitrospira)的富集及其动力学参数

采用连续进水的进水方式对污水处理厂活性污泥系统中的Nitrospira富集培养并对其相关动力学参数进行研究.结果表明,在控制反应器亚硝酸盐浓度不高于2 mg·L~(-1)的条件下可以成功富集出以Nitrospira为优势种属的活性污泥,其最大比亚硝酸盐氧化速率(以N/VSS计)为48.72 mg·(g·h)~(-1).荧光原位杂交结果显示Nitrospira占活性污泥总微生物量的75%左右,而Nitrobacter仅占总微生物的0.1%.此外通过对Nitrospira在20℃时的动力学参数进行测定,结果表明Nitrospira的最适生长温度为30~35℃,温度修正系数τN为1.046,其基质半饱和常数KS和氧半饱和常数KO分别为(0.32±0.03)mg·L~(-1)和(1.52±0.09)mg·L~(-1).Nitrospira动力学参数的研究为污水处理厂的设计运行及工艺优化提供理论参考.     

悬浮填料生物膜工艺的应用与研究进展

介绍了悬浮填料的种类和特点,以及移动床生物膜反应器(MBBR)工艺的特点和原理。详细分析了MBBR工艺在生活污水、工业废水、微污染低浓度水、高浓度有机废水及脱氮除磷等方面的研究程度及应用进展,以期为污水处理厂升级改造提供理论依据。     

Orbal氧化沟工艺达标排放难点诊断及脱氮潜力分析

江苏省于2018年6月颁布了DB 32/1072—2018《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》,随后太湖流域城镇污水处理厂开展了新一轮的提标改造。以太湖流域某市政污水处理厂为研究对象,采用全流程分析方法作为评估诊断的手段,探讨奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺在实际运行过程中存在的主要问题。结果表明:该厂活性污泥的反硝化潜力和速率分别为8.0,2.24 mg NO₃--N/（g VSS·h）,通过化学需氧量（COD）及总氮（TN）的全流程分析可知,碳源相对缺乏、内回流比低、氧化沟底部淤积等因素限制了脱氮效率的进一步提高,优化运行后尚有一定的脱氮潜力。这为该厂的实际运行管理及后续的提标改造方案设计提供依据,也为类似具有提标改造需求的城镇污水处理厂提供借鉴。     

MBBR泥膜复合系统泥膜竞争关系的影响因素

为探究MBBR泥膜复合硝化系统内泥膜竞争关系，通过小试试验研究了水处理过程中常规因素（污泥浓度、DO、温度、C/N）对MBBR泥膜复合系统硝化效果的影响，分析了系统内污泥容积负荷和移动床生物膜反应器（MBBR，Moving-Bed Biofilm Reactor）生物膜容积负荷变化趋势，进而得出泥膜竞争规律.结果表明，MBBR泥膜复合系统容积负荷均大于单一污泥或MBBR生物膜系统的容积负荷.在一定范围内，污泥浓度、DO、温度与MBBR泥膜复合系统容积负荷呈现正相关，且系统内活性污泥在与MBBR生物膜在竞争DO和基质时优势明显，而MBBR生物膜则具有更强的耐低温能力.进水C/N与MBBR泥膜复合系统硝化负荷呈负相关，且活性污泥在应对进水C/N过高时较MBBR生物膜更具优势，MBBR的“镶嵌”则强化了系统SND效果.微生物群落变化显示MBBR泥膜复合系统内的硝化细菌优势菌属为Nitrospira，且悬浮载体生物膜对其富集能力明显高于活性污泥.     

BioDopp中试系统强化脱氮除磷及微生物菌群分析

为论证存量市政污水处理厂同时提标和扩容的可行性,以北京市某低C/N的生活污水处理中心提标扩容改造项目为依托,采用基于BioDopp工艺的IFAS-微氧AO技术构建了中试系统,考察了该工艺对有机物和氮磷营养物的去除效能及其微生物菌群特征,并核算了其经济效益.试验结果表明,基于实际污水污染物浓度较低,通过逐渐提高处理水量以提高负荷的启动策略是可行的.中试装置启动8d后,系统稳定运行,出水COD、NH₃-N、TN和TP浓度分别为18.9,0.4,8.3和0.7mg/L.高通量测序结果表明,该工艺强化了对功能菌,尤其是反硝化聚磷菌的富集,其总相对丰度7.6%,达接种活性污泥的23.6倍.该系统HRT 16.6h,仅为该污水处理中心原工艺（27.2h）的61.0%,节地优势显著;生物除磷效率高,节省药剂投加成本;且微氧控制和空气提推回流大幅降低了污水处理的曝气和回流能耗,由此可见,BioDopp工艺可用于紧凑型污水处理厂建设,是污水处理厂高效节能减碳利器.     

MBBR泥膜复合系统泥膜竞争关系的影响因素

为探究MBBR泥膜复合硝化系统内泥膜竞争关系，通过小试试验研究了水处理过程中常规因素（污泥浓度、DO、温度、C/N）对MBBR泥膜复合系统硝化效果的影响，分析了系统内污泥容积负荷和移动床生物膜反应器（MBBR，Moving-Bed Biofilm Reactor）生物膜容积负荷变化趋势，进而得出泥膜竞争规律.结果表明，MBBR泥膜复合系统容积负荷均大于单一污泥或MBBR生物膜系统的容积负荷.在一定范围内，污泥浓度、DO、温度与MBBR泥膜复合系统容积负荷呈现正相关，且系统内活性污泥在与MBBR生物膜在竞争DO和基质时优势明显，而MBBR生物膜则具有更强的耐低温能力.进水C/N与MBBR泥膜复合系统硝化负荷呈负相关，且活性污泥在应对进水C/N过高时较MBBR生物膜更具优势，MBBR的“镶嵌”则强化了系统SND效果.微生物群落变化显示MBBR泥膜复合系统内的硝化细菌优势菌属为Nitrospira，且悬浮载体生物膜对其富集能力明显高于活性污泥.     

部分反硝化耦合厌氧氨氧化IFAS系统脱氮性能

采用部分反硝化活性污泥耦合厌氧氨氧化生物膜处理低碳氮比废水(C/TN=1.63),考察生物膜-活性污泥复合系统(IFAS)进行部分反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)处理低碳氮比废水的可行性及其耦合后两相中功能菌活性与菌群分布变化规律.结果显示,系统耦合运行期间,出水TN为(5.07±0.2)mg/L,去除率为(90.7±0.1)%,厌氧氨氧化途径对TN去除的贡献率高达(86.61±3.4)%;固着相对厌氧氨氧化活性的贡献率为100%,悬浮相上,μ(NO₃^--N)占比为99.32%,μ(NO₂^--N)占比为99.22%;与耦合前相比,悬浮相中硝酸盐还原酶(Nar)活性由(0.43±0.05)μmol/(mg protein·min)增加至(0.49±0.09)μmol/(mg protein·min),亚硝酸盐转化率明显升高[(70±2.2)%~(90.01±2.3)%];Illumina MiSeq结果显示,固着相上的优势菌属为Candidatus_Brocadia,且耦合前后丰度无明显变化(33.61%~33.43%),悬浮相上反硝化菌属Prosthecobacter,Ferruginibacter,OLB8丰度增加.以上结果表明,在IFAS系统中可以实现稳定的PD/A协同脱氮,耦合后部分反硝化由悬浮相主导,厌氧氨氧化由固着相主导,厌氧氨氧化菌(AnAOB)与反硝化菌对NO₂^­--N的竞争强化了悬浮相部分反硝化能力.     

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.     

复合固体碳源强化农村生活污水处理工艺脱氮性能及其功能性菌群研究

针对农村生活污水低碳氮比(C/N)限制反硝化脱氮效果的问题,采用复合固体碳源强化SBR工艺(SCS-SBR)对实际农村水利枢纽污水及村庄污水进行处理,并对特定功能性菌群进行深入分析,发现通过投加PHBV+秸秆复合固体碳源可以有效提高SBR工艺的反硝化能力。结果表明:SCS-SBR工艺稳定运行期出水ρ(COD)、ρ(NH₄+-N)和ρ(TN)均保持在25.0,0.4,5.0 mg/L以下,其中村庄污水的TN去除率达到83.1%。微生物测序结果表明,复合固体碳源的投加促进SCS-SBR工艺筛选出特定功能性微生物。不同于传统活性污泥中的硝化细菌(Nitrosomonas)与反硝化细菌(Pseudomonas),SCS-SBR工艺中硝化功能菌主要是norank_f_JG30-KF-CM45,反硝化功能菌主要为Thermomonas和Rubrivivax,其中,Thermomonas的相对丰度在未加固体碳源阶段(AS1、AS2)未检测出(含量过低),在添加固体碳源阶段(SCS1、SCS2)其相对丰度为2.54%和7.55%。此外,活性污泥中好氧型和氧胁迫耐受型菌属Nakamurella的相对丰度由AS1、AS2中的44.52%和57.66%锐减到SCS1、SCS2中的1.06%和0.86%,表明工艺内不能利用固体碳源的微生物被逐渐淘汰。因此,PHBV+秸秆复合固体碳源在规避液体碳源缺陷的同时,能有效提高SBR工艺的反硝化能力,并对系统内功能性微生物进行有效筛选,从而为农村生活污水处理提供了理论基础和技术支持。     

磁性活性炭强化SBR脱氮除磷及微生物种群分析

为了提高传统活性污泥法脱氮除磷效率,改善污泥易膨胀等问题,在序批式活性污泥反应器（SBR）中,投加140目1.00g/L的磁性活性炭构建磁性炭基活性污泥系统（1^#）,同时,以不投加任何材料（单独活性污泥系统）为对照组（0^#）,研究磁性活性炭对活性污泥系统除污性能和主要微生物种群结构组成的影响,探讨了磁性活性炭强化活性污泥系统脱氮除磷机理.结果表明：1^#对TN和TP的平均去除率分别为68.59%和78.25%;而0^#对于TN和TP的平均去除率则为53.17%与54.10%,1^#出水NO₃^--N浓度平均降低了7.03mg/L,两系统对NH₄⁺-N和COD的去除效率差别不大,均在95.00%以上.典型周期内1^#中TN、NH₄⁺-N、TP、COD的下降速率快于0^#;0^#同步硝化反硝化效率为60.31%,反硝化速率为4.44mg/（L·h）,1^#同步硝化反硝化效率为80.74%,反硝化速率为6.13mg/（L·h）,实验组1^#脱氮速率明显快于空白对照组0^#.高通量测序结果表明,1^#内污泥的优势菌门为Saccharibacteria（38.74%）、Proteobacteria（22.52%）、Actinobacteria（18.54%）和Chloroflexi（8.40%）.此外,与0^#相比,1^#引发污泥膨胀密切相关的Actinobacteria菌门的微生物相对丰度显著下降;与脱氮除磷功能相关的Micropruina、Shinella、norank_f_Anaerolineaceae和norank_f_Xanthomonadaceae 4种菌属的相对丰度都明显上升.SBR系统中加载一定量的磁性活性炭既能抑制引起污泥膨胀微生物的生长,又能利于脱氮除磷微生物的富集,整个污泥系统表现出良好的稳定性和脱氮除磷性能.     

MBBR工艺中SNEDPR的启动及性能研究

为探究同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)强化移动床生物膜反应器(MBBR)工艺脱氮除磷的可行性,采用连续曝气和搅拌/曝气交替运行的MBBR反应器,以磁性填料作为载体处理模拟生活污水,考察了SNEDPR启动过程中的脱氮除磷性能,并结合荧光显微镜和高通量测序技术对各个功能菌群结构变化情况进行了分析.结果表明,经两阶段运行后,氨氮和磷去除率分别达到97.6%和85.37%,出水NO₂^-—N、NO₃^-—N和COD浓度分别为1.3949,3.88和20.4mg/L,同步硝化内源反硝化率(SNEDR)由0.07%逐渐升高至86.35%.好氧阶段同步硝化内源反硝化率的提高,使出水NO_x^-—N浓度下降,提高了系统的脱氮性能和厌氧阶段内碳源的储存量.荧光显微镜和高通量测序结果表明,经过53d的运行,微生物群落多样性呈显著提高,系统内GAOs、AOB、NOB丰度的提高(分别由接种污泥中的3.3%、0.84%和0.66%提高至系统内的27.08%/20.48%、1.45%/1.76%和1.05%/0.85%)和PAOs、DPAOs的存在,保证了系统的脱氮除磷性能,在MBBR工艺中实现了EBPR与SNED的耦合.     

A2O缺氧池添加天然碳源玉米芯的脱氮特征

基于低碳源污水易硝化难反硝化的问题,构建了在A²O缺氧池添加天然碳源玉米芯的中试系统,采用物料衡算、反硝化速率测定和微生物群落分析等方法,研究了该系统的脱氮效能和反硝化体系特征.结果表明,TN去除率提升13%,出水从16.2降至10.0mg/L;同时不会造成出水氨氮和色度超标的风险.物料衡算表明,COD碳源的氧化消耗量和出水排放量降低,更多的碳源用于反硝化和污泥增殖,从而提升了氮素的去除量,其中反硝化的提升贡献更大.缺氧池形成了悬浮污泥加生物膜的复合型脱氮体系:在污水自身碳源存在时,生物膜和悬浮污泥的反硝化速率分别为24.89和32.42mg/(L∙h),可实现快速脱氮;当自身碳源消耗殆尽,二者的反硝化速率分别是4.71和1.73mg/(L×h),单位生物量反硝化速率分别是1.58和59.1mg NO₃^--N/(g VSS×h),表明玉米芯主要被生物膜利用以维持反硝化进行.该体系的主要反硝化菌属为Azospira,此外在生物膜表面还富集了能够附着生长的Iamia和Haliangium,以及能够降解玉米芯木质素的Sulfuritalea等反硝化菌属.     

铁基质强化新型功能性化粪池高效处理黑水的试验

以铁基质生物载体为核心,将物理、生物和化学方法结合,对化粪池进行功能强化,实现黑水的原位深度处理.探究了溶解氧（DO）和碳氮比（C/N）等因素对黑水中污染物降解的影响,并在最佳运行参数下考察了氮素在系统中的转化机制.结果表明,当C/N为7.3~8.4时,好氧生物铁基质载体池DO为2.3~2.7mg/L时,系统氨氮（NH₄⁺-N）、总氮（TN） 、COD和总磷（TP）的平均去除率分别可达90.74%、85.81%、92.65%和95.78%;当进水C/N降至3.3~4.2时,系统NH₄⁺-N、TN、COD和TP的平均去除率仍可维持在81.16%、76.62%、93.87%和94.75%.铁基质生物载体内电解作用显著强化了化粪池内TN的脱除、COD的氧化和TP的固定.氮素转化机制分析表明,内电解与反硝化菌的耦合强化了反硝化作用,降低了反硝化过程对有机碳源的需求,强化了低C/N条件下TN、TP的脱除.