悬浮载体生物膜内硝化菌群空间分布规律

利用16S rRNA寡核苷酸探针荧光原位杂交和共聚焦激光扫描显微镜联用技术,对悬浮载体生物膜内硝化菌群的空间分布规律进行了分析.试验采用3组结构完全相同的悬浮载体生物膜反应器,每个反应器的曝气区为6L,沉淀区为2L,水力停留时间为1.0h,3个反应器的进水COD/NH₄⁺-N分别为15、10和5,从反应器中取出载体颗粒表面的生物膜进行分析,研究各反应器中生物膜的微生物群落结构的变化规律.结果表明,SCBR内载体表面生物膜的总体厚度在80～120μm左右,氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌主要分布在生物膜表面的20～30μm左右范围内.随着进水中COD/NH₄⁺-N的增加,氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌在整个生物膜中所占的比例逐步下降.     

不同低碳氮比废水中好氧颗粒污泥的长期运行稳定性

为了研究好氧颗粒污泥系统处理低碳氮比废水的长期运行稳定性,采用低碳氮比（C/N）条件下逐步增加碳氮负荷的进水方法,分别在反应器A和B中接种好氧颗粒污泥,考察其长期运行过程中的理化性质、处理性能及应对冲击负荷的稳定性.其中A反应器的碳氮比一直维持在2,而B则由4逐步降至2.结果表明,在4℃存储30d的好氧颗粒污泥,经过25d的培养,其活性基本恢复,A、B反应器化学需氧量（COD）和氨氮（NH₄⁺-N）的去除效率均达到90%以上.在其后的稳定阶段,B反应器COD和NH₄⁺-N去除率达到90%以上,实现了完全硝化;而A反应器COD去除率仅80%左右,虽然NH₄⁺-N去除率最终也达到90%以上,但仅实现短程硝化.在冲击负荷阶段,A和B反应器COD去除率仍维持在80%以上,但是NH₄⁺-N去除受到很大冲击.A反应器NH₄⁺-N去除效率恶化,B反应器仅实现了部分硝化.整个运行过程,好氧颗粒污泥的物理性质受到的影响不大,A和B反应器的污泥容积指数（SVI₃₀）分别维持在60 mL ·g^-1和75 mL ·g^-1左右,混合液悬浮固体（MLSS）在5g ·L^-1和3.7g ·L^-1左右.颗粒污泥微生物群落分析表明,B反应器相对于A反应器丰富度和多样性更高.同时B反应器具有更高丰度的Zoogloea属,在颗粒中能产生更多的胞外蛋白促使颗粒结构更稳定,保证系统的长期稳定运行.以上结果表明,与C/N为2的好氧颗粒污泥系统相比,C/N为4的系统脱碳硝化效果好,抗冲击负荷能力强,更有利于颗粒污泥的长期稳定运行.     

2种MSW好氧生物反应器型填埋方式的对比实验

在系统分析现有MSW生物反应器型填埋方法优缺点基础上,对其改进,将强制通风好氧和渗滤液循环2种方式有机结合组成新的反应器(称之为反应器A) ,与只有强制通风好氧的反应器(称之为反应器B)作对比.实验过程中对2反应器中NH₃、CH₄、CO₂、pH、温度、电导率及沉降进行控制和监测,对渗滤液中Fe³⁺和NH₄⁺进行监测与分析,研究2种MSW好氧生物反应器对所填垃圾降解及所产生渗滤液中COD、Fe³⁺和NH₄⁺的去除效果,探讨两者对所填埋垃圾降解和渗滤液中所测参数去除机理,从而得出反应器A比反应器B对垃圾和渗滤液有更好的降解和去除效果.     

官厅水库入库水生物接触A/O工艺低温试验研究

试验表明,生物接触A/O工艺可以在低温下稳定运行,对官厅水库入库水中NH₄⁺-N有较好的去除效果,对COD、TN均有一定的去除效果.当温度大幅下降时,在温度下降初期NH₄⁺-N去除率明显下降,但经过一段时间后,NH₄⁺-N去除率逐渐回升,并稳定在较高的去除率水平.在本试验条件下,0～5℃时,进水N₄⁺-N为10mg/L左右,NH₄⁺-N去除率最终稳定在95%以上,出水NH₄⁺-N稳定＜0.5mg/L.另外,温度变化对COD去除效果的影响不明显.镜检结果表明,在0～5℃条件下生物膜中的微生物仍具有较好的活性.     

限NH4+和限NO2-厌氧氨氧化系统的运行特性及微生物种群特征

在控制进水TN浓度<50 mg·L^-1、水力停留时间为2.0 h和水温为20℃条件下,采用连续流完全混合式反应器对比研究了限NH₄⁺和限NO₂^-厌氧氨氧化系统的脱氮效能及微生物种群特征.结果表明,尽管两厌氧氨氧化反应器维持了类似的TN去除负荷［0.45~0.5 kg·（m³·d）^-1］和TN去除率（70%左右）,但限NH₄⁺厌氧氨氧化反应器中ΔNO₃^-/ΔNH₄⁺呈现更快的上升趋势.批式试验及高通量测序结果表明,限NH₄⁺厌氧氨氧化反应器比限NO₂^-反应器具有更为显著的功能及微生物种群空间异质性.Candidatus_Brocadia是两反应器中的优势厌氧氨氧化菌属,限NH₄⁺条件下Candidatus_Brocadia在大粒径颗粒污泥中的富集水平（53.9%）显著高于絮体污泥（19.1%）;而在限NO₂^-条件下颗粒污泥与絮体污泥中Candidatus_Brocadia的相对丰度差别不大,分别为28.1%和21.3%.两反应器中均有Nitrospira存在且主要生存于絮体污泥中,对O₂的需求应是驱动Nitrospira于絮体污泥中生长的关键因素;此外,限NH₄⁺（即NO₂^-富余）环境可以促进Nitrospira的生长繁殖.综上,提出了基于选择性排泥的限NH₄⁺厌氧氨氧化系统优化运行策略.     

水力停留时间对活性污泥系统的硝化性能及其生物结构的影响

利用微生物呼吸醌指纹谱图结合传统分析方法研究了水力停留时间(HRT从30 h逐步缩短至5 h)对活性污泥硝化性能及种群结构的影响.结果表明,对于NH₄⁺-N浓度为500 mg·L^-1的废水,在HRT≥20 h时,氨氮去除率可达98%以上.若继续缩短HRT,污泥流失严重,尽管进水NH₄⁺-N浓度降低,出水NH₄⁺-N和NO₂     

一体式膜曝气生物膜反应器实现部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合生物除磷

针对我国城市生活污水碳氮比低、处理成本高及氮磷同步去除存在碳源竞争等问题,构建了一体式膜曝气生物膜反应器（Membrane aerated biofilm reactor, MABR）,分别采用纯生物膜系统和生物膜-絮体污泥复合系统,逐步实现了部分亚硝化-厌氧氨氧化与生物除磷工艺在单一反应器中的耦合及低碳氮比城市生活污水中氮、磷的高效去除.结果表明,第1阶段（纯生物膜系统）,在进水中仅含有氨氮的条件下, 部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺的NH₄⁺-N和TN去除率分别为65.39%和50.67%.第2阶段（生物膜-絮体污泥复合系统）,进水中增加了有机物,在COD/TN为3的条件下,TN和PO₄^3--P的去除率分别达到89.90%和70.42%,实现了氮和磷的同步高效去除.微生物群落分析结果表明,反应器内存在大量的变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidota）,其中,Proteobacteria在生物膜和絮体污泥均有分布,而Bacteroidota主要分布于絮体污泥;反应器内还检测到了Candidatus Kuenenia、Candidatus Jettenia和Candidatus Brocadia 3种厌氧氨氧化菌,且 Candidatus Brocadia为优势菌属,其在生物膜上的丰度达到了3.23%;此外,Candidatus Competibacter、Defluviicoccus等聚糖菌和聚磷菌Candidatus Accumulibacter、Dechloromonas在反应器内均有大量富集,共同构成了该生物膜-絮体污泥复合系统,实现了低碳氮比城市生活污水的同步脱氮除磷.     

大分子有机物对除磷颗粒污泥特性及菌群结构的影响

分别采用NaAc（R1）、NaAc+胰蛋白胨（R2）和可溶性淀粉+胰蛋白胨（R3）为碳源模拟生活污水,研究大分子有机物对除磷颗粒污泥特性及菌群结构的影响.结果表明,在培养初期,大分子有机物有利于除磷污泥的凝聚,随着大分子有机物含量的增多,除磷污泥的颗粒化速度依次加快,经过120 d的培养R3反应器最先实现颗粒化.系统稳定后,3个反应器中成熟颗粒污泥的平均粒径分别为500、400和300 μm,SVI₃₀在45 mL·g^-1上下波动,R2和R3的大分子有机物系统中存在少量絮体污泥.所有系统对COD、PO₄^3--P和NH₄⁺-N的去除率分别达到90%、95%和99%以上.扫描电镜观察显示,R1系统颗粒污泥密实,表面光滑,主要由球菌组成;R2、R3系统污泥表面呈毛毯状,R2系统污泥以丝状菌为骨架,表面附有大量球菌和杆菌,R3系统污泥由球菌、杆菌和丝状菌共同组成.16S rRNA基因高通量测序结果显示,碳源的不同导致各颗粒污泥系统细菌群落呈现较大差异.NaAc易促进酸杆菌门（Acidobacteria）的生长,而胰蛋白胨和可溶性淀粉这类大分子有机物有利于拟杆菌门（Bacteroidetes）和放线菌门（Actinobacteria）的生长.在属水平,Defluviicoccus这一偏好乙酸盐的传统聚糖菌为R1系统的优势菌群,而水解菌Cloacibacterium及发酵型聚磷菌Tessaracoccus为R3系统的优势菌群.各系统中均未检测到传统聚磷菌Candidatus Accumulibacter.     

膜曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

炭膜作为膜曝气生物膜反应器膜组件处理人工合成废水,在单一反应器内实现了同时去碳脱氮.结果表明,当进水COD和NH^＋₄-N浓度分别为338 mg/L和75 mg/L,HRT为14 h,炭膜腔内压力为13.6 kPa时,COD、NH⁺₄-N和TN的去除效率分别为82.5%、 95.1%和84.2%.但是在反应器运行的后期TN去除效率明显下降,主要是因为高有机负荷导致无纺布上的微生物过度繁殖,严重影响了硝化过程的进行.通过荧光原位杂交和扫描电镜技术观察生物膜微生物结构,得出厌氧或兼氧菌主要分布在生物膜外层的缺氧区,而氨氧化菌主要分布在生物膜内层的好氧区.硝化细菌和反硝化细菌在生物膜内的共存实现了炭膜曝气生物膜反应器的同步硝化反硝化.     

FCR多级接触氧化系统处理乳品工业废水的研究

为提高乳品工业废水生物处理的去污脱氮能力,以新型螺旋状纤维填料作为载体,采用多级氧化槽内不同种类微生物形成的食物链系统（food chain reactor）,详细考察了不同水力停留时间COD、TN、NH^＋₄-N、TP等的去除率及其去除机理,并对污泥减量化效果进行了初步探讨.结果表明,当进水COD为842～1 843 　mg/L、TN为36.3～92.2 　mg/L、NH^＋₄-N为30.1～52.1 　mg/L,HRT=6　h时,系统COD的平均去除率达到93.3%;TN和NH⁺₄-N的去除效果显著,其平均去除率分别达到73.3%和80.7%,出水COD、TN、NH⁺₄-N平均值分别为79.4　mg/L、9.6 　mg/L、6.1　mg/L,均低于《污水综合排放标准》（GB 8978-2002）的一级标准.该系统不仅具有较高的去污脱氮效果,而且产生的剩余污泥量极少,其污泥产率的平均值为7.7%.该系统运行费用低,操作管理方便,长期运行稳定,可应用于城市污水、中高浓度有机废水（如餐厅污水、食品工业废水）等的处理.     

处理实际生活污水短程硝化好氧颗粒污泥的快速培养

以普通序批反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)和气提式序批反应器(Sequencing Batch Airlift Reactor,SBAR)处理低COD/TN的实际生活污水,考察了不同沉淀时间以及反应器类型对快速培养短程硝化好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)的影响.试验结果表明,沉淀时间为15min时,SBR和SBAR系统中均为全程硝化,当将沉淀时间分别改为5min、8min后的第17d和第16d时,两个反应器中均形成AGS,并且AGS与絮状污泥共存;此时两系统均由全程硝化转化为短程硝化,出水NO2-/(NO2- NO3-)平均值分别长期维持在98.7%和85.6%左右.本试验中以沉淀时间作为选择压,快速启动了具有短程硝化功能的序批式AGS反应器.由于AGS固有结构对氧传质的限制,使亚硝酸氮氧化受阻即抑制了亚硝酸氮氧化细菌的活性,从而产生了亚硝酸氮积累现象.DO是造成本研究中出现短程硝化的主要原因,而pH值、游离氨、温度、污泥龄等因素都不是导致短程硝化的关键因素.污泥颗粒化后,两个系统中NH4 -N降解速率分别提高了2.6倍和2.4倍.     

高浓度Vc生产废水培养好氧颗粒污泥的试验研究

采用高浓度难降解的Vc生产废水可以在SBR反应器中培养出好氧颗粒污泥.转化母液反应器中污泥实现完全颗粒化,得到的好氧颗粒污泥粒径为0.2～1 mm,平均沉降速度为31.2 m·h^－１;精制或提取母液反应器中污泥部分颗粒化,得到的颗粒粒径为0.5～2.5 mm,平均沉降速度为26.3 m·h^－１.由于形成好氧颗粒污泥,反应器系统表现出良好的运行性能,在进水COD 1 000～1 500　mg·L^－１时去除率达到80%左右.如果反应器进水中补充加入一定浓度的易降解有机物,处理系统的去除效率还可进一步提高并能缩短启动时间.通过观察和比较不同进水反应器中的生物相发现,好氧颗粒污泥中出现的原后生动物种类及生物相丰富程度不仅与反应器运行状态有关,更重要的是取决于反应器中的进水水质.实验中好氧颗粒污泥的形成过程经历了污泥复活、污泥驯化和污泥颗粒化3个阶段.在运行控制过程中通过将沉降时间作为培养好氧颗粒污泥的一个关键控制参数,它既可以去除反应器中沉降性差的污泥还可以在短时间内调节反应器中的运行负荷,从而促进反应器中好氧污泥快速实现颗粒化.     

运行调控方式对好氧颗粒污泥特性的影响

采用厌好氧交替的SBR反应器培养好氧颗粒污泥,研究不同运行调控方式形成的好氧颗粒污泥性质的差异。结果表明,通过进料负荷和沉降时间的调控,都可以实现好氧污泥完全颗粒化。通过进料负荷调控培养出的好氧颗粒,污泥浓度大,颗粒周围原后生动物丰富,颗粒存在核心,从中心到表面有明显分层;使用短沉降时间调控培养出的好氧颗粒污泥,颗粒粒径均匀,表面有丝状微生物伸出,污泥浓度较小,颗粒周围少见原后生动物,颗粒从中心到表面无明显分层。两种颗粒的微生物分布具有相似性,即颗粒表面多为杆菌,中心以球菌为主。两种颗粒形成过程中,污泥浓度变化很大,但污泥均保持较高的沉降性,污泥良好的沉降性是形成好氧颗粒污泥的必要前提。     

Cultivation of aerobic granules for simultaneous nitrification and denitrification by seeding different inoculated sludge

Cultivation of aerobic granules for simultaneous nitrification and denitrification in two sequencing batch airlift bioreactors was studied. Conventional activated floc and anaerobic granules served as main two inoculated sludge in the systems. Morphological variations of sludge in the reactors were observed. It was found that the cultivation of aerobic granules was closely associated with the kind of inoculated sludge. Round and regular aerobic granules were prevailed in both reactors, and the physical charactedstics of the aerobic granules in terms of settling ability, specitic gravity, and ratio Of water containing were distinct wnen the inoculate sludge differe. Aerobic granules formed by seeding activated floc are more excellent in simultaneous nitrification and denitrification than that by aerobic granules formed from anaerobic granules. It was concluded that inoculated sludge plays a crucial role in the cultivation of aerobic granules for simultaneous nitrification and denitrification.     

处理城市污水的好氧颗粒污泥培养及形成过程

在中试序列间歇式活性污泥法(SBR)反应器中采用有机物浓度低的城市污水培养好氧颗粒污泥. 运行过程中考察了污泥性能,并通过调整、优化沉淀时间和排水比等运行参数,培养出了高性能且稳定的好氧颗粒污泥. 活性污泥接种40 d后反应器内开始出现细小颗粒,160 d后颗粒污泥趋于成熟,粒径可达0.8 mm,且其周围有大量的原生动物. 颗粒化过程中,污泥密度、沉降速率和ρ(MLSS)分别从初期的1.004 0 g/cm3,6.8 m/h和4 000 mg/L升至1.010 5 g/cm3,38.5 m/h和8 000 mg/L,污泥容积指数(SVI₃₀)则从75 mL/g降至40 mL/g. 形成后的颗粒污泥对城市污水中COD_Cr和NH₄+-N有很好的去除效果,出水中ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)分别在50和5 mg/L以下.      

好氧污泥颗粒化中胞外聚合物（EPS）的动态变化

在SBR中分别运行普通活性污泥和好氧颗粒污泥工艺,考察普通絮体污泥颗粒化过程中EPS的组分变化和分布情况.结果表明,通过减少沉淀时间可以获得质量高的颗粒污泥,污泥系统中的EPS可划分为紧密结合型、松散结合型和溶解性3种;普通污泥期、颗粒污泥初期和颗粒污泥稳定期的EPS含量均以紧密结合型EPS为主,颗粒污泥中总EPS和溶解性EPS含量均高于普通污泥,且颗粒形成初期溶解性EPS增长明显;颗粒污泥中紧密结合型EPS含量相对稳定,松散结合型EPS在不同污泥中含量很低,一个典型反应周期中蛋白质和多糖的变化趋势普遍是先降低后上升,普通污泥和颗粒污泥EPS中蛋白质含量均高于多糖,颗粒形成初期EPS中蛋白质含量有明显上升;普通絮体污泥中EPS和细菌分布均匀,颗粒污泥的表层聚集大量的细菌、内部主要成分是EPS.     

厌氧推流进水对反硝化除磷好氧颗粒污泥系统的影响

实际生活污水成分复杂,且碳氮比较低,而厌氧推流进水可以通过提供局部高底物浓度来加强好氧颗粒污泥对进水中COD的利用.实验采用间歇曝气的方式在序批式反应器（SBR）中培养好氧颗粒污泥,以实际生活污水为进水,接种污水厂污泥.R1采用厌氧快速进水,R2采用厌氧推流进水,探究不同进水模式对生活污水好氧颗粒污泥系统的影响.结果表明,快速厌氧进水条件下,R1中更早出现颗粒结构,但在运行71 d时出现颗粒破裂的现象;应用厌氧推流进水模式的R2生成的颗粒结构较R1的更为致密,颗粒表面更加光滑,且反硝化聚磷菌（DPAO）的富集效果更好.最终R1和R2反应器内DPAO占聚磷菌（PAO）的比例分别为14.17%和22.07%.结果表明,厌氧推流进水模式能够加强颗粒污泥对进水中COD的利用,有利于富集DPAO,生成结构更加致密稳定的颗粒,实现"一碳两用",获得更好的脱氮除磷效果.     

UASB反应器中颗粒污泥的沉降性能与终端沉降速度

从流体力学角度,通过建立沉降速度模型探讨了UASB反应器中颗粒污泥的沉降性能与终端沉降速度．计算结果表明,(1)绝大多数颗粒污泥的沉降过程属于过渡区(1＜Re＜100)而非层流区,其沉降速度与直径成正比,可用Allen公式进行计算;(2)颗粒污泥的终端沉降速度远高于厌氧反应器中废水的上流速度,其良好的沉降性能解决了在高负荷情况下污泥的流失问题．所建模型能较好地反映实际条件下的情况．为厌氧反应器的工艺设计与正常运行提供理论依据．     

高频交替OLR强化好氧颗粒污泥性能研究

本研究设置4个反应器R1、R2、R3和R4,分别采用恒定有机负荷率（OLR）和三个交替OLR方式运行,高低OLR分别为0.67/0.67、0.71/0.60、0.77/0.52、0.80/0.40gCOD/（L·d）,以合成配水为基质,探究高频交替OLR对好氧颗粒污泥性能的影响,为提高好氧颗粒污泥的稳定性提供可行策略.由实验结果可知,R1、R2、R3和R4的完整性系数分别可达到87.26%、94.78%、96.29%、79.63%,四者的EPS含量（以VSS计）可达到81.04、109.46、115.28、139.56mg/g,PN/PS分别为4.75、7.49、8.28、3.26,表明m值（高OLR/低OLR）为1.48时有利于提高好氧颗粒污泥的结构稳定性.此外R1、R2、R3和R4在稳定时期的COD平均去除率分别为92.58%、91.52%、92.45%、92.52%,TP平均去除率分别为92.81%、93.35%、95.10%、61.01%,TN平均去除率分别为93.04%、92.24%、92.06%、85.32%,表明m值为1.48时好氧颗粒污泥去除污染物的效果最好.     

接合子细胞强化对生物反应器降解2，4-D效应研究

研究了接合性质粒pJP4在2株纯菌E．coliDH5α、Alcaligenes sp．及好氧颗粒污泥混合菌群中的水平转移情况,并以获得pJP4质粒的接合子Alcaligenes sp．：：pJP4为强化菌种,考察了接合子细胞强化对好氧颗粒反应器和生物膜反应器中难降解有机物2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）的去除效应．结...