微生物强化活性污泥法的中试

为了进一步优化活性污泥处理城市污水的效果,减少剩余污泥量及臭气的排放,中试试验利用腐殖土微生物强化传统活性污泥法技术,以处理城市生活污水。结果表明,剩余污泥量平均减少40%,系统能耗可降低33%,除臭效果明显,实验现场基本无臭味,检测结果符合GB 14554—93《恶臭污染物排放标准》中一级标准,通过本底值对比分析发现微生物降解了大量的臭气成分。经过微生物检测分析,系统存在大量的微生物菌种,且相比普通活性污泥法,微生物种类和数量都有明显增加,这进一步证实了微生物菌群强化活性污泥法在消臭与污泥减量化的显著作用。     

MBR活性污泥培养驯化过程中生物多样性研究

以MBR反应器启动调试阶段的活性污泥为主要研究对象,系统考察了传统活性污泥法(Conventional activated sludge,CAS)污泥接种至MBR反应器内污泥培养驯化过程中生物多样性情况及微生物群落结构的演变规律.同时,在传统污水污泥检测指标的基础上,对各阶段污泥中总细菌基因组DNA进行提取,应用PCR-DGGE分子生物学技术获得了相应的凝胶电泳图谱并进一步分析了菌群间的相似性.结果表明,以CAS污泥为接种污泥在MBR反应器内培养驯化过程中微生物的多样性变化突出,细菌群落结构演替明显,不同阶段菌群间的相似性说明了各阶段菌群的演变关系:污泥培养驯化是一个逐步有序的过程,微生物随反应器内不同时期及环境的变化而调整,逐渐演变成适应MBR工艺的群落结构.     

采用FISH、DGGE和Cloning对短程脱氮系统中硝化菌群的比较分析

针对4种不同的实际污水短程生物脱氮系统(SBR大型中试反应器、UASB-A/O小型反应器、A/O中试反应器和SBR小型反应器),采用Fish、PCR-DGGE和PCR-Cloning-Sequencing分子生物学方法对系统中硝化菌群AOB和NOB进行定性与定量化分析.Fish结果表明,在4种短程脱氮系统中,AOB相比于NOB已成为明显的优势菌群,占总菌群的3%～12%;在SBR中试和小试反应器中没有检测出NOB;A/O中试反应器中存在极少量的Nitrospira(＜0.2%),而UASB-A/O小型反应器中存在极少量的Nitrobacteria(＜0.2%).PCR-DGGE结果表明SBR中试、A/O和UASB-A/O 3种短程脱氮系统中的AOB均以Nitrosomonas-like为主.SBR大型中试反应器中污泥样品的PCR-Cloning-Sequencing结果表明,所有的克隆相似于Nitrosomonas,其中60%以上的克隆相似于Nitrosomonas europaea.     

硫酸盐还原反应器污泥驯化过程中微生物群落变化分析

采用PCR-DGGE技术,对硫酸盐还原反应器UASB污泥驯化过程中微生物群落的变化进行了分析.结果表明,污泥驯化过程中,微生物群落生物多样性与反应器硫酸盐及COD去除率呈明显的正相关,微生物群落Shannon指数大于3.45时,反应器硫酸盐去除率稳定在95%左右;对DGGE图谱中优势条带进行回收克隆并测序表明,污泥中微生物群落主要包含Firmicutes、Proteobacteria、Deinococcus-Thermus和Chloroflexi这4大类群,分别占总数的50.0%、28.6%、14.3%和7.1%;其中厌氧发酵细菌Clostridium sp.在驯化全过程中均占优势,但优势菌群的种类发生变化;厌氧细菌Chloroflexi sp.、Geopsychrobacter sp.等在污泥驯化过程中曾成为优势菌群但之后消亡;厌氧细菌Geobacter sp.则在污泥驯化过程中逐渐成为优势菌群;Desulfovibrio sp.在污泥驯化的最后2个阶段成为优势菌.     

不同好氧颗粒污泥中微生物群落结构特点

为了探讨活性污泥好氧颗粒化过程对微生物种群的影响、不同底物及不同颗粒化方法培养的好氧颗粒污泥中微生物群落结构的差异,以接种污泥、模拟废水好氧颗粒污泥和分别投加粉末活性炭和硅藻土的实际生活污水好氧颗粒污泥为研究对象,利用PCR-DGGE对比分析了接种污泥和好氧颗粒污泥中的微生物群落结构.结果表明:活性污泥好氧颗粒化过程会减少微生物种群多样性,影响颗粒污泥稳定性的细菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、难降解有机物降解菌等污水处理功能微生物都在颗粒化过程中得到保留.活性污泥好氧颗粒化过程中能够实现亚硝化细菌(AOB)一定程度的富集.与接种活性污泥相比,好氧颗粒污泥中AOB的多样性指数与均匀性指数均有提高.好氧颗粒污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).     

厌氧出水培养好氧颗粒污泥及其微生物多样性分析

以处理黄连素废水的厌氧折流板反应器(ABR)出水为进水基质,在序批式反应器(SBR)中培养好氧颗粒污泥,反应器运行80 d后形成粒径在2~10 mm间的成熟稳定的颗粒污泥。采用扫描电镜(SEM)和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对好氧污泥颗粒化进行分析,考察微生物形态、群落演替和多样性,并对优势菌种进行了分析。DGGE图谱表明,好氧污泥颗粒化进程中,微生物种群呈明显演替变化,好氧颗粒污泥菌群多样性较强。克隆测序结果表明,好氧颗粒污泥反应器优势菌群主要为未分类bacteria、CFB group bacteria和Bacteroidetes。     

腐殖土对污泥沉降和脱水性能的影响及其机理

主要研究了腐殖土对活性污泥脱水和沉降性能的影响机理。结果表明:腐殖土能够改善活性污泥沉降和脱水性能。腐殖土与活性污泥最佳接触时间为3 h。随着接触时间变化,污泥沉降和脱水性能变化与腐殖土析出的一价和二价阳离子M/D比值一致。腐殖土析出阳离子对改善活性污泥沉降和脱水性能起重要作用。二价阳离子Ca~(2+)、Mg~(2+)对于对改善污泥性能起正面促进作用,而污泥沉降性能和脱水性能受一价阳离子K~+、Na~+影响较小。SVI值随腐殖土和等效阳离子投加量增加而显著增加,ZSV也相应增加。而CST值随腐殖土和等效阳离子投加量增加而减少。此外,随着腐殖土投加量增加,污泥索太尔径和体平均径都明显降低,污泥粒径累积分布曲线上各百分比对应的粒径明显降低,污泥絮体结构发生变化,污泥的脱水性能和稳定性能得到改善。     

生物强化膜生物反应器(MBR)处理邻苯二甲酸二乙酯(DEP)效果及微生物群落结构分析

为强化邻苯二甲酸二乙酯(DEP)降解,将从活性污泥中分离的高效DEP降解菌Arthrobacter sp.LMS13运用到MBR反应器,考察强化系统对DEP去除效果,并通过实时荧光定量(q-PCR)和Illumina Mi Seq技术分别对系统运行期间邻苯二甲酸双加氧酶降解基因(phtA)数量以及微生物群落结构特征进行了分析.结果表明,强化系统能加快反应器启动,对进水浓度为800 mg·L-1的DEP,强化系统和未经强化系统在运行后期(61 d)对DEP平均去除率分别为81%和19%.q-PCR结果显示,在驯化阶段,phtA基因拷贝数上升,但当DEP浓度大于400 mg·L-1时,phtA基因数量下降;phtA基因拷贝数与DEP降解率呈正相关.Mi Seq测序结果进一步表明,高浓度DEP导致系统中群落多样性指数下降,但对强化系统多样性影响相对较小.反应器运行过程中,原活性污泥中占有较高比例的拟杆菌门(Bateroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)丰度降低,ε-变形纲(ε-Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)在反应系统中逐渐被淘汰,而β-变形纲(β-Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)成为系统中的优势菌门,其中红环菌属(Rhodocyclus)、博得氏杆菌属(Bordetella)、节杆菌属(Arthrobacter)为优势菌属,在DEP降解系统中起着主要作用,是保证DEP生物处理效果和维持反应器稳定运行的重要菌属.     

ABR-MABR耦合工艺处理畜禽养殖废水的同步启动

为评价采用ABR-MABR（厌氧折流板反应器-膜曝气生物膜反应器）耦合工艺处理畜禽养殖废水的可行性,采用模拟畜禽养殖废水,通过在ABR的厌氧格室接种厌氧颗粒污泥和MABR的好氧格室接种活性污泥,逐步升高进水负荷进行反应器的同步启动,并通过PCR-DGGE技术研究了反应器中微生物群落结构.结果表明:48 d后反应器OLR（有机负荷,以COD_Cr计）达到5.0 kg/（m3·d）,此时,耦合反应器对COD_Cr、NH₄+-N的去除率分别可达89%、60%,反应器成功启动;成功启动之后反应器中厌氧颗粒污泥的浓度在14.0~35.0 g/L之间,直径由1.18~1.58 mm增至1.62~2.37 mm.ABR-MABR中的污泥主要由杆状菌和少量丝状菌、球状菌以及胞外聚合物组成;反应器中微生物群落结构丰富,厌氧格室中存在优势的具有产氢、产甲烷功能菌群或反硝化功能的菌群,曝气格室中存在硝化细菌[uncultured Nitrospira sp.、uncultured Nitrospira sp.（Nitrospirae）]与反硝化细菌（Thauera sp.）,同时也发现了与厌氧消化产甲烷相关的菌群.研究显示,采用接种厌氧颗粒污泥与逐步升高进水负荷的方式可以快速实现ABR-MABR的同步启动.      

腐殖SBR降解大分子有机物时污泥性能的研究

为考察腐殖活性污泥在降解颗粒态和溶解态有机物过程中对污泥的沉降,脱水性能以及胞外聚合物组分和含量的影响,采用两组平行运行的腐殖土SBR反应器。试验结果表明:腐殖污泥在降解溶解态有机物过程中污泥的脱水性和沉降性能均优于颗粒态的,CST和SVI明显较小。颗粒态有机物在水解的过程中导致腐殖活性污泥分泌大量胞外酶,致使EPS中蛋白质和多糖含量的增加。     

北京翠湖表流和潜流湿地对细菌多样性的影响

以北京翠湖湿地污水塘、表流湿地和潜流湿地3个单元为研究对象,在了解其水质的基础上,利用流式细胞仪和培养法分别测定微生物细胞总数目和可培养细菌的菌落数目,并采用PCR-DGGE和16S rDNA文库技术对样品的细菌多样性和优势群落结构进行分析.结果表明,翠湖表流和潜流湿地处理对化学需氧量、总氮和总磷的去除率分别达到42.33%、 52.92％和 41.4％;随湿地的逐级处理,总的微生物数量呈逐渐上升的趋势;而可培养的细菌数则表现为先降低后升高;污水塘的水流经表流湿地后,细菌的多样性指数H由3.081 9提高到3.285 0,随潜流湿地的进一步处理又降为3.0181;污水塘细菌的主要类群为Actinobacteria、Cyanobacteria、α-Proteobacteria,分别占38％、　18%和18%;表流和潜流湿地处理后最主要的细菌类群变为β-Proteobacteria,分别占32%和44%,Cytophaga/Flexibacter/Bacteroides（CFB）类群也明显增加,达24%.因此,北京翠湖表流和潜流湿地在去除有机物、氮和磷的同时,微生物数量、细菌多样性及优势群落都发生了明显变化,对水质可能造成危害的某些类群如Actinobacteria、Cyanobacteria比例减少,而β-Proteobacteria和CFB类群的细菌增加.     

处理BPA模拟废水的SBR工况参数对污泥有机毒性的影响研究

在处理双酚A(BPA)模拟废水的序批式活性污泥系统(SBR)反应器中,保持进水COD含量均为300 mg·L-1左右,通过改变水力停留时间HRT从12~8 h,污泥龄SRT从20~10 d,考察污泥有机毒性和其他水质指标的变化.试验分析了空白组和40 mg·L-1初始浓度BPA对照组在不同工况条件下周期末出水COD值、污泥有机毒性分布规律以及稳定期单周期内COD值和污泥有机毒性的变化趋势.结果表明,缩短水力停留时间和污泥龄有利于活性污泥降解BPA,并消减稳定期污泥的有机毒性;出水COD稳定在50 mg·L-1左右,且水相和泥相均无BPA残留.在应用PCR-DGGE技术分析SBR系统内微生物菌群多样性和不同样品间的相似性过程中,得出污泥总毒性抑制率与微生物多样性呈负相关性关系,进水成分的不同和运行参数改变是导致污泥总毒性差异的主要原因.     

低DO下AGS-SBR处理低COD/N生活污水长期运行特征及种群分析

本研究在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),构成AGS-SBR系统,研究其在低DO(0.5~1.0mg·L~(-1))条件下,处理低COD/N比(4.0)生活污水同步脱氮除磷的长期稳定运行特性,并解析反应器的主要菌群构成.结果表明,在反应器运行的180d里,AGS-SBR系统表现出了良好且稳定的除污能力,反应器对水体中COD、NH~+_4-N、TN和TP平均去除率分别达到87.17%、95.21%、77.05%和91.11%.好氧颗粒污泥沉降性能一直很好,污泥始终保持着完整的颗粒外观和密实紧凑的结构,并没有出现明显的颗粒污泥解体的现象.同时,高通量测序结果表明,变形菌门、厚壁菌门、绿菌门、绿弯菌门和拟杆菌门为SBR-AGS反应器中主要优势菌群.Denitratisoma、Planctomycetaceae、Thauera、Comamonas、Nitrosomonas和Nitrospira是反应器中与脱氮有关菌群;Clostridium和Anaerolinea是除磷相关细菌.     

MBR和CAS工艺污泥在贫营养培养条件下的微生物群落结构研究

采用聚合酶链式-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术,研究了膜生物反应器（MBR）和传统活性污泥工艺（CAS）反应器中微生物在贫营养条件下的总细菌群落结构.结果表明,在培养过程中,污泥的微生物种群经历了一个比较明显的变化过程,且以CAS污泥微生物种群的变化更为明显,演替过程中既有原始优势种群的消亡,又有新的优势种群...     

低强度超声波强化污水生物处理中超声辐照污泥比例的优化选择

通过超声波的SBR反应器与对照反应器处理人工配制生活污水的对比试验,研究了利用低强度超声波强化污水生物处理的另一个重要工艺参数———超声处理污泥比例(即超声处理污泥量占反应器内总污泥量的百分比).设置超声波反应器采用频率35kHz、声强0.3W/cm²超声波每隔8h取反应器中一定比例的活性污泥辐照10min后再返回反应器.结果表明,超声处理污泥比例为10%时,其COD和NH₃-N去除率可分别提高5%和0.5%左右,以好氧呼吸速率(Oxygen Uptake Rate,OUR)表示的污泥活性可提高12%以上.通过对污泥增长率的研究表明,当超声污泥比例为10%,超声波反应器内污泥的增长率比对照反应器降低了11%左右,减轻了后续污泥处理工序的负荷.随着超声处理污泥比例的增加,污泥体积指数SVI持续增大,但是超声污泥比例不超过10%对污泥沉降性能影响不大.因此,在超声强化污水生物处理工艺中,可采用强度0.3W/cm²超声波每隔8h取反应器中的10%的活性污泥辐照10min后再返回反应器,来提高反应器的生物处理效率.     

采用不同微生物来源培养真菌的实验研究

试验分别接种普通活性污泥、酵母浸粉和土壤三种不同的方法用SBR反应器培养真菌,使其成为活性污泥中的优势菌群,为纤维素乙醇发酵提供新的糖化途径。试验观察发现接种土壤上清液培养真菌是效果最好的一种方式,污泥中的酵母菌菌落数达到4.83×105个/mg污泥,分别是普通活性污泥和酵母浸粉的69倍和3.47倍;而丝状菌菌落数可达到4.6×104个/mg污泥,分别是上述两种方法的16倍和7.7倍。采用土壤培养的污泥絮体较大、不规则、松散,菌丝很长,呈单体手状分布,对有机物和氨氮的去除率较高,分别达到80%和30%。实验还从微生物动力学参数耗氧速率间接指示真菌数量的百分比在三种情况下逐渐增多。     

20℃ EGSB 反应器中颗粒污泥的微生物种群结构分析

利用PCR-DGGE和RTO-PCR等技术,对6个取自20℃下小试EGSB反应器中不同有机负荷下的颗粒污泥进行研究.结果表明,在20℃下反应器有机负荷从1.5 kg/(m3·d)逐渐提升至10.0 ks/(m3·d)的过程中,未对其污泥中占菌和真细菌的种群结构产生明显影响,各污泥样品中古菌种群相似性较高,其多样性指数分别为5.51、5.88、5.47、5.25、5.32和5.11;除接种污泥外,其余5个污泥样品中真细菌种群相似性也较高,其多样性指数分别为2.97、5.07、5.44、6.38、6.66和5.21;6个污泥样品中主要优势古菌为Methanobacterium、Methanocorpusculum、Methanosaeta和Methanospirillum等,随着有机负荷的增加和运行时间的延长,与氧营养型产甲烷菌Methanocorpusculum parvum和Methanospirillum hungatei相似的菌种的优势地位明显增强;各污泥样品中古菌的相对数量先略有降低而后逐渐升高,最终明显超过接种时的水平.     

城市污水处理厂活性污泥的表面形态和微观结构研究

使用光学显微镜、电子显微镜和激光粒度分析仪考察了某城市污水处理厂中活性污泥的表面形态和微观结构。结果显示:该活性污泥中菌胶团结构致密,数量多,形状不规则,部分丝状细菌从絮状污泥结构中伸出,连接着不同的污泥絮体;污泥中原生动物数量较多,种类丰富,并生长有少量微型后生动物;电子显微镜观察显示出活性污泥主要由数量众多的细菌和有机质等组成,其中球状细菌在微生物类群中占据主导地位;粒径为100μm的活性污泥絮体所占比例最大,达到7.6%。     

超声波促进好氧/缺氧污泥消化过程中细菌群落结构分析

应用基于16S rDNA的PCR-DGGE对超声波-好氧/缺氧污泥消化过程中微生物种群的多样性进行研究.通过SDS细胞裂解法提取不同时期污泥中的基因组DNA,采用通用引物进行V3区域PCR扩增,长约190 bp的PCR产物经DGGE分离后,获得污泥微生物群落的DNA特征指纹图谱,对条带进行切胶测序,使用序列数据进行同源性分析并建立系统发育树.DGGE图谱表明,在反应器运行的不同时期,微生物群落结构发生动态演替.5、10、15、20、25 d微生物相似性与0 d相比分别为61.2%、48.2%、46.4%、42.6%、41.7%,总细菌Shannon指数经历了一个从逐渐减少到趋于稳定的过程,这表明超声波改变污泥内部性质,导致微生物多样性的降低.UPGMA聚类分析将DGGE图谱区分为三大族群并对应于不同运行时期.测序结果表明,超声波-好氧/缺氧污泥消化中微生物群落主要为Firmicute、Genuscitrobacter、Bacilli、α-Proteobacteria、β-Proteobacteria.     

紫外辐照对活性污泥中菌群存活率的影响

利用荧光原位杂交技术(Fluorescent in-situ hybridization,FISH)特异性地标记了活性污泥中α-Proteobaeteria、β-Proteobaaeria、γ-Proteobacteria和Comamonas sp.4大类群的微生物,借助流式细胞术(Flow cytometry,FCM)检测了这些类群的相对含量.结果表明,上述微生物的相对含量分别为15.09%、20.50%、12.00%和8.37%.紫外线辐照3min后,活性污泥中菌群的相对含量分别变为20.75%、9.10%、81.89%和41.16%,这说明不同菌群对紫外线的敏感度不同.