强化生物除磷过程中厌氧合成PHA代谢机制的最新研究进展

聚羟基链烷酸酯(PHA)是许多微生物在不平衡生长条件下合成的一类可作为细胞碳源和能源的物质。PHA代谢已被证明是影响生物脱氮除磷尤其是强化生物除磷功能的一个关键过程。本文综述了强化生物除磷系统中厌氧合成PHA代谢机制的最新研究进展。首先,重点介绍了聚磷菌和聚糖菌利用不同碳源厌氧合成PHA的代谢机制以及合成PHA的还原力和能量来源问题;然后对聚磷菌和聚糖菌合成PHA的代谢机理及其化学计量学进行了对比分析;最后,针对强化生物除磷机理和PHA厌氧代谢机制研究进展缓慢这一现状,指出了今后PHA还原力和能量产生机制的研究可能是完善强化生物除磷机理的关键点和突破口之一。     

富磷污泥厌氧发酵过程中乙酸浓度对磷释放的影响

以强化生物除磷(EBPR)污泥为研究对象,考察了不同初始乙酸浓度条件下富磷污泥厌氧发酵过程中磷及相关指标的变化,并探讨释磷机制.结果表明:初始乙酸浓度对污泥最大释磷量影响不大,(73.1±2.2)%的污泥总磷量(TP)以磷酸盐的形式释放到液相中,其主要来自聚磷的分解.聚磷的分解途径包括:1)聚磷菌(PAOs)通过吸收乙酸贮存聚β-羟基烷酸酯(PHA)的厌氧生物释磷机制释放磷酸盐;2)PAOs的维持作用导致的聚磷直接分解过程.当初始乙酸浓度不充足时,生物释磷过程受限制,聚磷以相对较慢的速率直接分解;随着乙酸浓度的增大,生物释磷速率增快,同时随之增加的PHA含量能促进污泥的水解酸化.上清液中PO43--P和Mg2+浓度在达到最大值后出现了下降的现象,其可能形成鸟粪石等沉淀.根据试验数据,本文提出了从富磷污泥中回收磷的策略,即可在厌氧消化开始前向污泥中投加一定量碳源,并在发酵24h内分离上清液进行磷回收,这样不仅可以快速大量地从上清液中回收磷并减少沉淀引起的管道堵塞等问题,还可消除高浓度磷酸盐对厌氧消化的影响.     

A2/O污水处理工艺中基质转化机理研究

以实际污水培养驯化污泥的小试规模A2/O工艺为研究对象,对系统中基质的转化机理及硝态氮对基质转化的影响进行了批式试验研究.结果表明,在无硝态氮存在于厌氧环境的系统中,厌氧段消耗的COD有51%可被聚磷菌吸收并合成为聚羟基链烷酸(PHAs);缺氧和好氧条件下的比吸磷速率为3.87和6.54 mg/(g·h),利用单位PHAs的吸磷量(rP/PHA)分别为0.38和0.78而在有硝态氮存在于厌氧环境的系统中,厌氧段消耗的COD仅有30.8%可被聚磷菌吸收并合成PHAs,61.5%用于还原硝态氮;缺氧和好氧条件下的比吸磷速率为2.24和4.58 mg/(g·h),rP/PHA值分别为0.35和0.77.同时,在这2个系统中厌氧阶段释放的磷和消耗的COD成良好的线性关系.硝态氮存在于厌氧环境会降低聚磷菌的厌氧释磷速率和效率,使PHAs的合成量减少,从而降低聚磷菌的缺氧和好氧吸磷速率,但并不会影响其吸磷能力.     

Tetrasphaera聚磷菌研究进展及其除磷能力辨析

强化生物除磷（EBPR）工艺在污水脱氮除磷中扮演着重要角色，其机理研究与工程应用也较为成熟.长期以来，Accumulibacter菌属（A菌）作为EBPR工艺最主要的聚磷菌（PAOs）已被广泛接受.同时，具有聚磷能力的Tetrasphaera菌属（T菌）亦被发现，且在某些特定环境下其丰度甚至远高于A菌，进而引发业内一定的关注.本文通过对T菌发现、研究过程的梳理，总结了关于T菌丰度、代谢途径及影响其活性的因素等方面的研究成果.与A菌不同，T菌代谢途径具有多样性，可依赖发酵代谢进行细胞维持和增殖，其发酵产物甚至可以供给A菌利用.T菌可利用大分子有机物（如葡萄糖、氨基酸等）和VFAs（亲和性较低）进行厌氧释磷，继而完成好氧、甚至缺氧吸磷过程.T菌主要菌株（T.elongata）因缺少合成PHA相关酶基因而不能以PHA作为内聚产物在厌氧环境下储能；糖原和游离氨基酸被检测到可作为T菌的能源/碳源内聚物，但亦有结果相左的研究.借助于拉曼光谱技术，一些污水处理厂中T菌与A菌被证实对磷去除的贡献大小相当.总之，目前对T菌的研究还十分有限，现有研究仍不足以证明它们在EBPR中可稳定发挥除磷贡献.今后应在T菌不同代谢途径控制因素及所需环境条件方面进行深入研究，以确认T菌可否持续、稳定地实现除磷作用.     

聚磷菌胞内聚合物的染色条件优化及染色方法比较

聚磷菌在强化生物除磷中起关键作用,与聚磷菌新陈代谢密切相关的胞内聚合物有PHAs、糖原和poly-P。聚磷菌胞内聚合物的定性和定量测定方法有很多。文章采用多种方法对多聚物PHAs和poly-P进行染色,结果显示,对厌氧阶段生成的PHB颗粒的染色,尼罗蓝染色法比苏丹黑染色法特异性高;好氧阶段生成的多聚磷酸盐的染色方法中,DAPI染色法和奈瑟氏新方法效果更好。     

SBR无厌氧段实现生物除磷

研究了SBR在模拟城市生活污水处理中的除磷效果.结果表明, SBR在进水后未经过传统除磷理论认为所必须的厌氧段而直接好氧曝气,废水中磷的浓度仍下降较快.在曝气时间为4h,进水COD浓度为400mg·L-1左右,反应过程中pH值7.0±0.2时,进水中TP浓度由15-20mg·L-1降到1mg·L-1以下,磷的去除效率达到90%以上.反应过程中传统的储能物质多β-羟基烷酸盐(PHA)基本保持不变且含量较低(PHA浓度在5mg·L-l左右),聚合磷酸盐(聚磷)在4h好氧阶段呈先下降后上升的趋势(好氧开始时聚磷含量为83.034mg· g-1,好氧1h时污泥中聚磷含量为79.980mg·g-1,好氧结束时聚磷含量为83.086mg·g-1),在0.5h沉淀和3.5h静置期内聚磷没有明显的水解现象.此研究表明在无厌氧段、无PHA合成而直接好氧曝气,聚磷菌亦能将废水中磷酸盐合成聚磷,通过排除富磷污泥而达到除磷目的,这和传统的理论与研究有所区别.     

聚磷菌生物除磷机理研究进展

废水中过量磷酸盐是引起水体富营养化的主要原因之一,生物除磷是一项新型的水处理技术。聚磷菌生物在多聚磷酸盐的合成和降解过程中发挥重要作用。文章综述了目前聚磷菌生物除磷的生化机理,聚磷过程中涉及的主要酶类及磷酸盐转运过程相关基因的表达调控。     

不同乙酸浓度对聚磷菌厌氧释磷的影响

采用SBR工艺培养生物强化除磷活性污泥,通过厌氧批式试验对反应器中的高效除磷好氧颗粒污泥进行厌氧乙酸吸收动力学研究。结果表明：聚磷菌对乙酸吸收速率不受乙酸浓度影响,但受胞内聚磷浓度影响。当胞内聚磷浓度低于60mg—P／g—VSS时,乙酸吸收速率与聚磷浓度呈Monod关系。进而求出了聚磷菌吸收乙酸的动力学方程,其中最大乙酸吸收速率为3mg—HAe／g—VSS·min,胞内聚磷的饱和系数为20mg—P／g—Vss。另外,在pH为中性条件下,每吸收1mg乙酸,聚磷菌释放约0．5mg磷。     

不同污泥龄下腐殖土SBR工艺运行效果

以模拟生活污水培养驯化污泥的小试规模腐殖土SBR工艺为研究对象,进行了污泥龄(SRT)为5、10和15 d时对脱氮除磷的影响研究。结果表明,随着污泥龄的延长,SRT对COD的去除几乎没影响,COD去除率达90%~92%;TN去除率略有下降,但不同SRT下处理效果差别不大;TP的去除率逐渐提高,处理效果很好,出水浓度分别为0.84、0.42和0.37 mg/L。该文试验条件下,以SRT为15 d时系统脱氮除磷效果为最好。结果还表明,聚磷菌厌氧利用单位PHA释磷量及好氧利用单位PHA吸磷量在SRT为10 d时达到最高,5 d次之,15 d最低。但聚磷量/吸磷量比值却是随着SRT延长而增加。聚糖菌利用PHA合成糖原量随着SRT延长逐渐减少。总的来说,聚糖菌在长泥龄中的比例是下降的,聚磷菌仍然占据优势。这有益于解决同步脱氮除磷中有关污泥龄的矛盾,从而有利于腐殖土SBR工艺系统的推广和应用。     

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.     

荆州市地表水沉积物中磷的形态分析

通过对荆州地区主要地表水沉积物中磷的形态分析,揭示了地表水沉积物中不同形态磷的分布特征。结果表明：地表水沉积物中磷主要有交换态磷（Ex—P）、铝磷（Al-P）、铁磷（Fe—P）、闭蓄态磷（Oe—P）、自生钙磷（ACa—P）、碎屑钙磷（De—P）、有机磷（Or—P）7种磷,其中以自生钙磷（ACa—P）、碎屑钙磷（De—P）和有机磷（Or—P）为主,约占总提取磷的95％。自然条件下,绝大部分湖泊的沉积物中95％以上的磷是以生物较难利用的形态存在的,活性磷所占比例较小,不足沉积物总磷的3％;沉积物中铝磷、铁磷、闭蓄态磷、自生钙磷的含量与总磷含量均没有明显相关性。各形态磷的含量分布与水体沉积物的释磷特点及其地球化学循环规律,并受沿岸污水排放及近岸养殖排污等人为活动的影响。     

高效低温聚磷菌的筛选及特性研究

通过人工模拟自然降温的方式,从A2/O反应器驯化污泥中筛选到低温条件下聚磷效果较好的三株功能菌株P1、P2、P3,经试验得到一种分离聚磷菌效果较好的方法 -稀释混合平板法;分析研究三株菌的聚磷效果、生化特性,测定三株菌的多维生长曲线,研究了温度、pH、微量元素对这三株菌的生长量及除磷率的影响,结果表明,三株菌的生长最适温度均为15℃,适宜的生长和除磷pH为中性偏碱。最后用分子生物学的方法对三株菌进行鉴定,三株菌均属于不动杆菌属的约氏不动杆菌(A cinetobacter Johnson ii)。     

臭氧水杀灭模式微生物效果的试验研究

臭氧水对所选择的模式生物(大肠杆菌、不动杆菌)均有很强的杀灭作用。随着施加臭氧水剂量(浓度)的上升,模式生物的灭活率显著上升;在1 mL的大肠杆菌菌液中滴加2 500μL臭氧水就可以将浓度约为106 CFU/mL的大肠杆菌全部杀灭;在1mL的不动杆菌菌液中滴加1 750μL臭氧水就可以将浓度约为106CFU/mL的不动杆菌全部杀灭,而且杀灭细菌效果持久,均无细菌再生现象。大肠杆菌对于高浓度臭氧水的抗性大于不动杆菌,其灭活速率K值分别为0.192 min-1、0.279 9 min-1,Chick一级反应动力学模型能够体现出大肠杆菌、不动杆菌的灭活特性,所得结论与实验结果一致。     

三株反硝化聚磷菌的筛选及其生理生化特性的鉴定

为研究反硝化聚磷菌的生物学特性,通过吸磷试验、硝酸盐还原产气试验及异染颗粒和PHB颗粒染色辅助检验,从苏州某食品厂排放的废水中分离筛选出3株高效反硝化聚磷菌B4,B5和B6.经鉴定,分别属于沙雷菌（Serratia）、拉恩菌（Rahnella aquatilis）和不动杆菌（Acinetobacter）。测定了这3株菌的生长曲线。研究了温度和pH值对这3株菌的生长及除磷脱氮效能的影响,结果表明,B4,B5和B6菌株的生长和除磷脱氮反应最适温度均在30℃左右;在中温条件下,B4,B5和B6生长的最适pH值为6．5～8．5;3株菌除磷反应的最佳pH值均为中性偏碱。     

焦化行业苯并芘排放量与厂界达标预测分析

论文以某100万吨/年焦化项目为例,分析其在不同地形和风速参数条件下苯并芘排放量,预测不同条件下距离焦炉炉体中心-1000～1000米范围内各网格点的苯并芘超标概率,最终得出风速、地形参数对苯并芘浓度超标概率的影响.     

微生物异化Fe（Ⅲ）还原在环境污染治理中的应用及其发展前景

微生物异化Fe（Ⅲ）还原是指以Fe（Ⅲ）为末端电子受体在无氧条件下氧化有机物的产能过程,而铁元素是地壳中丰度最高的元素之一,因此,异化Fe（Ⅲ）还原在生物地球化学循环中起着重要的作用。文章围绕异化Fe（Ⅲ）还原机制,综述了国内外有关异化Fe（Ⅲ）还原在有机污染物（尤其是难降解有机污染物）、营养物质（N,P）等环境污染治理中的研究现状及其发展趋势,并对其进行了评述和展望,以期为特定污染物在环境污染治理中的实际应用提供参考依据。     

三峡库区农业化肥流失污染及其成因分析

农业化肥流失是三峡库区最主要的非点源污染源之一,其污染成因分析对有效控制三峡库区非点源污染具有重要的指导意义。通过对三峡库区19个区县化肥用量、施肥强度、品种、比例结构、流失负荷的统计资料分析,明确了库区化肥流失非点源污染的基本情况;接着随机性选取石柱县、开县、宜昌市、兴山县4库区县市12个监测点进行监测分析．同时结合秭归县15个人工模拟降雨试验。得出库区化肥施用强度高,分布不均匀,施用品种单一,重氮肥、磷肥轻钾肥,化肥N,P流失非点源污染有加重的趋势,且化肥N,P的流失量与土壤肥力成正比[N：R2=0.51〉0.468（n=16,95％）;P：R^2=0．68〉0．549（n=19.99％）],与农田地表中粉粒（0．002—0．02mm）和粘粒（〈0．002mm）浓度成正比,与施肥强度呈显著性正相关;降雨强度越大、地表植被越少,化肥N,P流失越大[R^2=0．98 R^2〉765（n=8.99％）]。     

白酒酿造废水治理方案分析

某白酒酿造厂年产优质大曲酒12000吨（65％原酒）,该厂产生的黄水底锅水原采用“厌氧＋好氧”工艺进行处理,难以满足标准要求。为达标排放,现对该废水处理工艺进行了改进,根据酿造废水中有机物浓度较高,氨氮浓度较低,可生化性较好的特点,选用两级预处理加两级厌氧处理,再加A／O工艺（厌氧水解一好氧）处理方法。两级厌氧处理分别采用UASB厌氧反应器和高效厌氧生物滤池。UASB厌氧处理工艺去除了大部分有机物,减轻了后续好氧处理工艺的处理压力,达到较好的处理效果。运行结果表明,经该工艺处理后．废水中的COD、BOD,等指标均能达标排放,有利于企业的可持续发展。     

常州市典型工业废水综合急性毒性评估

以不同营养级别的藻(生产者)、溞(消费者)和发光细菌(分解者)为指示生物,在发光细菌急性毒性、大型溞急性毒性和叶绿素荧光急性毒性实验这三者的基础上,采用毒性分级体系(toxicity classification system)对常州市六种典型企业原水和处理出水的综合急性毒性进行了评估及比较。结果表明,六种典型企业原水都具有明显的急性毒性,电镀厂、食品厂和综合污水处理厂的处理出水基本无毒,毒性削减明显,但化工厂、印染厂和电子厂处理出水具有较高的急性毒性,而理化指标监测结果表明这六种处理出水可以直接排放。废水综合急性毒性大小和理化指标结果没有必然联系,应进一步完善理化监测指标,强制性增加生物毒性指标的监测。     

河套地区湿地植被特征及水体净化潜力

农田退水中N、P含量的超标对黄河造成的污染已经日益严重。利用植被处理污水已成为当今社会的热点。本研究在调查河套地区湿地植物资源的基础上,探讨湿地植被生产力和多样性与水质净化功能的关系。结果显示：（1）河套地区湿地植被的物种比较单调,但优势物种的初级生产能力很高;（2）湿地优势群落芦苇的再生性很低,不适合于多次收割利用;（3）春季焚烧处理可以清除植被残茬,促进芦苇的生长和营养物质积累,是一种值得推广的管理方式;（4）通过对湿地植被的合理利用每年可以带走113.46kg/hm2的N和17.08kg/hm2的P,大大减轻河套灌区的污染负荷。