污水处理系统中硝化菌的菌群结构和动态变化

研究分析了4种不同工艺类型的城市污水处理厂中氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的丰度及菌群结构.实时定量PCR结果表明4种工艺中AOB菌群的丰度范围为8.56×106~4.46×107cells/gMLSS;NOB菌群的丰度为3.37×108~1.53×109cells/gMLSS.每个工艺中Nitrospira都是优势NOB,占NOB菌群的88% 以上. A2O工艺冬季AOB和Nitrospira丰度比夏季均有所降低,这是导致冬季生物脱氮效果变差的主要原因.基于 amoA基因的系统发育分析结果显示所有的序列属于Nitrosomonas,其中Nitrosomonas oligotropha cluster 占克隆文库的60.1%,是AOB 种群中的优势菌属,Nitrosomonas-like cluster和 Nitrosomonas europaea cluster次之,分别占克隆文库的29.6%和9.1%.N. europaea cluster只在A2O工艺中出现,且在A2O工艺夏季污泥样品克隆文库中达到44.7%.低DO运行使N. europaea cluster成为优势AOB是A2O工艺夏季出现较高亚硝酸盐积累率的主要原因.研究结果证实了城市污水处理厂中优势AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira,硝化菌群占总菌群的1%~7%,其丰度、相对含量和菌群结构是影响硝化效果的主要因素.     

低温投加短程硝化污泥下城市污水SPN/A工艺运行特性

以城市污水为研究对象,考察低温条件下通过生物添加强化氨氧化菌（AOB）活性,并进一步提高短程硝化-厌氧氨氧化一体化（SPN/A）工艺脱氮效果的可行性.平行运行2个序批式反应器（SBR） SBR1与SBR²,在间歇曝气条件下运行,控制温度由30℃梯度下降至15℃（30,27,24,21,18,15℃）,随后逐步回升至30℃.在降温与升温过程中,向SBR²中定期投加短程硝化污泥强化AOB活性,SBR1作为空白试验不进行投加.结果表明,30℃时SBR1与SBR²在不外加短程硝化污泥的条件下均可成功启动并稳定运行,脱氮效果均良好;温度降至15℃时,SBR1与SBR²出水NH₄⁺-N分别为36.38,33.10mg/L,总氮去除率分别为30.72%与35.76%,2个反应器脱氮效果均变差,SBR²较SBR1抗低温能力较强;梯度升温至30℃时,SBR1与SBR²总氮去除率分别升至52.43%与63.60%.通过考察SBR1与SBR²菌群活性可知,2个反应器的菌群活性均随着温度降低而降低,但SBR²的AOB丰度活性均高于SBR1;温度回升阶段,2个反应器的菌群活性有所升高,其中SBR²亚硝酸盐氧化细菌（NOB）活性受到抑制持续降低,推测这是因为SBR²中的AOB活性得到强化后,产生更多的亚硝酸盐,厌氧氨氧化菌（Anammox）可获得基质增多,造成Anammox活性丰度较高,所以SBR²脱氮效果相对较好.因此,在低温条件下通过生物添加强化SPN/A系统中AOB活性,可提高系统抗温度冲击能力,利于系统脱氮效果的恢复.     

FNA处理絮体污泥恢复城市污水PN/A工艺短程硝化

为了探究游离亚硝酸（FNA）旁侧处理絮体污泥来恢复城市污水短程硝化/厌氧氨氧化一体化（PN/A）工艺的可行性,考察了不同浓度FNA对氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性的影响,探究了SBR反应器两次采用FNA处理絮体污泥的运行效果.结果表明：采用0.45mgHNO₂-N/L的FNA处理能够抑制NOB活性,亚硝积累率（NAR）达88.8%,但投加后第8d开始NOB活性逐渐恢复.采用1.35mgHNO₂-N/L的FNA处理能够显著抑制NOB活性,NAR达89.1%,与此同时AOB活性也受到抑制,氨氮转化率降低为6.8%.采用增大好/缺氧时间比即t_好/t_缺（由0.4~2.7）以及提高DO（由0.3~1.5mg/L）的方法能够恢复AOB活性,氨氮转化率达77.8%,在150d内NOB活性未恢复,NAR达98.1%.随着短程硝化的稳定实现,系统脱氮性能逐渐恢复,平均出水总无机氮（TIN）为8.2mg/L,平均TIN去除率为84.1%.因此,通过先用较高FNA处理絮体污泥同时抑制AOB与NOB,再采用增大t_好/t_缺并提高DO来恢复AOB活性的策略,能够实现PN/A工艺短程硝化的恢复.     

四区一体反应器冬季启动脱氮特性及硝化菌群结构分析

我国分散型污水处理问题亟待解决,研究开发了四区一体式生物膜-活性污泥生物脱氮反应器,采用梯度缩短HRT方法,考察了冬季8~15℃水温环境下的反应器COD、NH+4-N、TN去除效果,同时,采用荧光原位杂交技术(FISH)对种泥及其启动过程中的生物膜硝化菌群(AOB、NOB)结构进行分析,并对反应器运行效果与功能微生物的相关关系进行了探讨.结果表明,在HRT为9.2 h下COD、NH+4-N、TN去除率分别为92.11%、99.21%、61.63%;启动末期生物膜内AOB、NOB数量是种泥的5.82倍、6.14倍,硝化细菌占总菌量由6.12%上升至16.38%,成为生物膜的优势菌群;末期硝化效率由初期78.49%上升至97.52%,NOB数量增长5.61倍,AOB/NOB值优化为1.47,反应器内富集生长的AOB、NOB及合适的AOB/NOB比值是确保硝化出水水质的重要保障.     

高氨氮废水与城市生活污水短程硝化系统菌群比较

短程硝化是污水脱氮工艺中的重要环节,系统中的菌群结构决定了其处理效果.为探讨短程硝化系统中的微生物对不同污水的适应性,利用细菌16S rDNA克隆文库、磷脂脂肪酸(PLFA)和定量PCR分析方法对高氨氮废水和城市生活污水短程硝化系统中活性污泥的细菌群落结构、总体微生物的多样性以及功能微生物进行了比较.克隆文库结果表明两个系统中细菌群落结构明显不同,城市生活污水中细菌种类更丰富,但两个系统的优势菌群都属于变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidete).磷脂脂肪酸分析结果显示高氨氮废水短程硝化系统中微生物多样性指数和均匀度指数明显低于城市生活污水.定量PCR结果表明,高氨氮废水短程硝化系统中氨氧化菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)的数量都多于城市生活污水短程硝化系统;高氨氮废水短程硝化系统中AOB比NOB高3个数量级,而城市生活污水短程硝化系统中AOB比NOB高2个数量级.     

单级和多级A/O工艺中氮的去除效果及N2O的产生特性

利用SBR反应器模拟单级和多级A/O工艺,在进水水质、水力停留时间(HRT)、泥龄(SRT)、温度、缺氧好氧时间比(A/O比)均相同的条件下,考察了两种脱氮系统中氮的去除效果及N_2O的释放情况.结果表明,对于与城市污水水质相当的进水水质,单级A/O工艺和多级A/O工艺对COD、氨氮的去除率均在95%以上,二者无明显区别,但是前者对TN的去除效率高于后者,二者的总氮去除率分别为72.1%和52.2%.在氮素的转化过程中,典型周期内(3 h)单级A/O工艺和多级A/O工艺中N_2O的产生量分别为16.95 mg和3.59 mg,其转化率(即N_2O的产量与TN的去除量之比)分别为11.47%和4.11%,且N_2O的产生和释放主要发生在好氧段(硝化阶段),缺氧段(反硝化阶段)基本无N_2O释放.单级A/O工艺比多级A/O工艺更有利于硝化细菌(AOB、NOB)的生长,在相同的运行条件下,两工艺中AOB的优势菌种皆为Nitrosomonas,但前者的相对丰度高于后者;单级A/O工艺中NOB的种类和相对丰度也明显多于多级A/O工艺.在实际运行中采用合适的A/O分区或供氧方式既可以较好地去除污水中氮素污染,又可以减少N_2O的释放对大气造成二次污染.     

外源全程硝化污泥对城市污水SPNA系统的影响

为强化城市污水短程硝化-厌氧氨氧化(SPNA)系统脱氮性能与稳定性,在间歇曝气条件下研究投加外源全程硝化污泥对城市污水SPNA系统的影响及机理.结果显示,空白组(SBR3)总氮去除率由35.5%升高至66.3%,短周期分批次投加外源全程硝化污泥(SBR2,投加周期为5d,投加比为2.5%)与长周期分批次投加(SBR1,投加周期为20d,投加比为10%)的SPNA系统总氮去除率分别由31.7%和36.5%升高至76.3%和67.2%,这表明,投加全程硝化污泥有利于提高SPNA系统的脱氮性能,且当投加总量相同时,短周期分批次投加的效果优于长周期分批次投加.功能菌活性结果与脱氮效果一致,SBR1~SBR3的厌氧氨氧化菌(AnAOB)最大活性分别由3.43mg-N/(L·h)升高至7.66,8.19和7.31mg-N/(L·h),氨氧化细菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性比分别为8.79,9.83和8.78.在间歇曝气条件下投加全程硝化污泥,可选择性抑制NOB、富集AOB,提高AOB与NOB的活性比,利于稳定短程硝化效果,为AnAOB提供稳定的基质,且短周期分批次投加可降低外源硝化污泥中的NOB对系统的冲击,更有利于实现高AOB与NOB活性比,提高系统稳定性.此外,内源短程反硝化菌Candidatus_Competibacter相对丰度明显升高,可为AnAOB提供更多的亚硝酸盐氮,进一步利于AnAOB富集.     

游离氯联合湿干比调控启动CRI系统短程硝化研究

短程硝化反硝化工艺为解决人工快渗(CRI)系统脱氮效率低的弊端提供了新思路,通过适宜的调控方法启动短程硝化是实现该工艺的关键。为此,考察了游离氯和湿干比对CRI系统内氮素污染物转化的影响,分析了不同阶段的菌群活性和结构特征,探究了游离氯联合湿干比调控启动CRI系统短程硝化的可行性。结果表明,连续添加3 mg/L游离氯23 d后NO2--N积累率稳定在70%左右,亚硝酸氧化菌(NOB)的活性将受到严重抑制且难以在短期内恢复。此时调节湿干比为1∶5,NH_4~+-N平均去除率、NO_2~--N平均积累率分别升高至97.41%、94.80%,成功启动短程硝化。16S rRNA高通量测序结果表明,CRI系统内氨氧化菌(AOB)的主要类型为Nitrosomonas、Nitrosovibrio,NOB的主要类型为Nitrospira。CRI系统短程硝化启动成功后,AOB的相对丰度由启动前的4.21%增加到6.69%,而NOB的相对丰度由4.34%降低到0.17%。因此,游离氯联合湿干比调控能选择性抑制NOB活性和促进AOB增殖,可为CRI系统启动短程硝化提供一种可行的新方法。     

羟胺对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的竞争性选择

有效抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)是实现稳定短程硝化的关键.使用运行方式为厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)的SBR反应器,探究羟胺(NH_2OH)对氨氧化菌(AOB)和NOB的竞争性选择.在混合液NH_2OH浓度分别为3 mg·L~(-1)和5 mg·L~(-1)条件下采用不同处理频率观察短程硝化的启动情况.结果表明,每2个周期投加1次混合液浓度为5mg·L~(-1)的NH_2OH时,亚硝态氮积累率(NAR)在6 d内从0.1%增长到57.4%,并保持在(62.0±4. 6)%至实验结束;通过分析第6 d的典型周期中可以看出:好氧阶段结束时,氨氮浓度由26. 05 mg·L~(-1)降至8. 06 mg·L~(-1),同时生成9.02 mg·L~(-1)的亚硝态氮和6.70 mg·L~(-1)的硝态氮;AOB最大活性(rAOB)与NOB最大活性(rNOB)的比值从第1 d的1.05增长到第9 d的4.22;通过进一步qPCR分析可以看出:实验第9 d时, AOB与NOB丰度分别下降至处理前的30. 2%和19. 1%.因此,基于NH_2OH对AOB和NOB的竞争性选择有望为城市污水短程硝化的快速启动提供可能.     

不同短程硝化系统中微生物群落结构的对比分析

为探讨有机碳源对短程硝化系统中微生物群落结构的影响,采用构建克隆文库的方法对模拟无机城市生活污水和模拟实际城市生活污水短程硝化系统中的微生物群落结构进行对比分析.实验结果表明,变形菌门(Proteobacteria)和未培养菌(uncultured bacterium)是两系统中的优势菌群.两系统中的菌群结构存在差异,但优势菌群及其所占比例相似.两系统中的主要脱氮菌类群也相似,但由于有机碳源浓度的不同其菌属及比例有所差异.无机短程硝化系统中的脱氮菌群包括亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化螺菌属(Nitrospira)和Denitratisoma,其中自养硝化菌的比例高于其在有机短程硝化系统中的比例,但仍低于异养菌在该系统中的比例.有机短程硝化系统中的脱氮菌群主要包括β-Proteobacteria中的一些反硝化细菌和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),其中亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)的含量很少.     

UASB-A/O工艺处理垃圾渗滤液短程生物脱氮的实现

应用缺氧/厌氧UASB-A/O组合工艺处理高氮晚期渗滤液,在获得稳定有机物和氮同步去除的前提下,考察了如何实现并维持A/O系统内稳定短程硝化的途径.结果表明:在单一UASB反应器内,同时发生了缺氧反硝化和厌氧产甲烷的反应,有机物和NOx--N去除速率分别为5.3,1.1kg/(m3×d).12~30.6℃时,经过54d的运行, A/O反应器实现短程硝化 (亚硝态氮积累率>50%),此后亚硝态氮积累率迅速上升,70d后,亚硝态氮积累率稳定在90%以上.在A/O反应器内,游离氨和游离亚硝酸协同作用是实现并维持稳定短程硝化的决定因素.此外,以pH值作为A/O硝化反应进行的过程控制参数,可准确把握硝化终点,避免过度曝气破坏短程硝化,为氨氧化菌的生长创造有利条件,有效抑制亚硝酸盐氧化菌的生长并逐渐从系统中淘洗出去,实现了硝化菌种群的优化,荧光原位杂交技术检测也证明这一点.     

生活污水常温处理系统中AOB与NOB竞争优势的调控

常温（19℃±1℃）条件下,采用SBR工艺处理低碳氮比（C/N）实际生活污水,研究氨氧化菌（AOB）与亚硝酸盐氧化菌（NOB）竞争优势的调控,在接种全程硝化污泥的系统中使AOB成为优势菌群,启动并维持常温短程硝化.通过控制曝气量为40 L/h使系统溶解氧处于较低水平（DO_average<1.0 mg/L）,同时结合好氧硝化时间的优化控制,即在pH值“氨谷"点前及时停止曝气的短周期定时控制,强化AOB的竞争优势.待AOB的竞争优势初步形成后（亚硝酸盐积累率NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N达到50％）,每周期曝气时间随着NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N的提高由3 h逐步延长至4 h、 5 h,从而提高NH⁺₄-N去除率,进一步增强AOB在系统中的竞争优势,短程硝化成功启动,NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N稳定在95%以上.FISH检测结果表明AOB大约占总菌群的9.97％.在线控制好氧硝化时间可以很好地维持短程硝化效果,NH⁺₄-N去除率达到97%以上.研究还表明,对于全程硝化污泥常温下如果不限制溶解氧,单纯依靠短周期定时控制无法使AOB成为优势硝化菌群.     

硝化细菌AOB与NOB衰减速率实验测定

污水生物处理过程中由于硝化反应分两步进行,因而对于硝化细菌的衰减速率也应该分别测定.通过实验测定了氨氮氧化细菌(AOB)和亚硝酸氮氧化细菌(NOB)在好氧饥饿状态下的衰减速率,实验结果显示,AOB和NOB具有不同的衰减特征.前者在衰减过程中其活性匀速下降,而后者的活性则是先迅速下降再平缓降低,通过对比分析还发现,SBR系统中AOB和NOB的衰减速率差异较大,而在常规活性污泥系统中AOB和NOB的衰减速率基本相当.     

游离氨对硝化菌活性的抑制及可逆性影响

为考察游离氨(FA)对硝化菌(氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB)活性的抑制影响,采用SBR反应器,基于FA与过程控制协同作用在实现短程硝化的基础上,考察了不同FA浓度(1.0,5.3,16.6,13.4,9.9,5.2,1.0mg/L)梯度下,FA对AOB和NOB活性的抑制作用及可逆性.结果表明,当FA浓度达到13.4mg/L时,系统内亚硝态氮积累率(NiAR)逐渐增加,硝态氮积累率(NaAR)逐渐减小,且NiAR/ NaAR>1时,系统实现了稳定短程硝化.在此FA浓度条件下,FA对AOB和NOB活性均产生一定的抑制作用,但相对于AOB,NOB对FA的抑制作用更加敏感.当AOB活性被短暂抑制后,其活性又迅速恢复;而NOB活性被完全抑制.此后当FA浓度又逐渐降至1.0mg/L时,AOB活性始终维持较高水平,而NOB活性尚未恢复.也即是说,在本试验控制的FA浓度条件下,FA对AOB活性的抑制作用是可逆的,而对NOB活性的抑制作用不可逆.     

SBR法常、低温下生活污水短程硝化的实现及特性

采用序批式反应器(SBR)处理实际生活污水,通过实时控制好氧曝气时间,在常温下快速实现短程硝化,并在低温下长期维持稳定的短程硝化.结果表明,随着温度逐渐降低,比氨氧化速率略微减缓,27℃的平均比氨氧化速率是13℃时的1.68倍,但亚硝化积累率始终维持在90%以上,该温度区间内氨氧化反应的温度系数为1.051.通过荧光原位杂交(FISH)技术对低温下维持稳定短程硝化的污泥进行种群分析发现,实时控制策略为氨氧化菌(AOB)成为优势硝化菌群创造了有利条件,AOB的相对百分含量达到8%~9%,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)逐渐被淘洗出反应器.在低温下要实现短程硝化,可首先在常温下利用好氧曝气时间实时控制实现亚硝态氮的积累和AOB的优势生长,然后通过逐渐降温使AOB适应在低温下生长.     

利用羟胺实现城市污水短程硝化最优投加点选择

模拟缺氧/好氧（A/O）模式运行的序批式活性污泥法（SBR）处理系统,探究利用羟胺实现城市污水短程硝化的投加点优化.批次实验发现,溶解氧存在会降低羟胺对亚硝酸盐氧化菌（NOB）抑制效果的（20±0.5）%.此外,相较于未经缺氧处理和延长缺氧时间（>15min）处理,缺氧时间为1~5min可提高NOB活性抑制率13%~25%.长期试验表明,在缺氧段末投加羟胺的短程硝化系统维持NO₂^--N积累率92%以上,而在好氧阶段投加羟胺的系统NO₂^--N积累率逐渐降低.qPCR分析证明,羟胺投加点为缺氧段末可在充分抑制NOB基础上,降低对氨氧化菌（AOB）的抑制作用,从而有利于AOB成为优势菌群结构.本研究为优化羟胺投加点和稳定维持短程硝化提供理论基础.     

Community analysis of ammonia-oxidizing bacteria in activated sludge of eight wastewater treatment systems

We investigated the communities of ammonia-oxidizing bacteria(AOB) in activated sludge collected from eight wastewater treatment systems using polymerase chain reaction(PCR) followed by terminal restriction fragment length polymorphism(T-RFLP),cloning,and sequencing of the α-subunit of the ammonia monooxygenase gene(amoA).The T-RFLP fingerprint analyses showed that different wastewater treatment systems harbored distinct AOB communities.However,there was no remarkable difference among the AOB TRFLP profiles from different parts of the same system.The T-RFLP fingerprints showed that a full-scale wastewater treatment plant(WWTP) contained a larger number of dominant AOB species than a pilot-scale reactor.The source of influent affected the AOB community,and the WWTPs treating domestic wastewater contained a higher AOB diversity than those receiving mixed domestic and industrial wastewater.However,the AOB community structure was little affected by the treatment process in this study.Phylogenetic analysis of the cloned amoA genes clearly indicated that all the dominant AOB in the systems was closely related to Nitrosomonas spp.not to Nitrosospira spp.Members of the Nitrosomonas oligotropha and Nitrosomonas communis clusters were found in all samples,while members of Nitrosomonas europaea cluster occurred in some systems.     

间歇曝气对部分硝化-厌氧氨氧化处理氨氮废水的影响

采用间歇曝气在MBBR反应器中成功实现一段式部分硝化耦合厌氧氨氧化(PN/A)过程.结果表明,在实验温度为35℃,进水氨氮浓度为150.00mg/L,进水氮负荷为0.24kg/(m3·d),DO浓度为(1.41±0.24)mg/L条件下,反应器总氮去除效率达到83.74％.生物膜中厌氧氨氧化菌(AnAOB)和氨氧化菌(...     

好氧亚硝化颗粒污泥特性的研究

对在小试曝气上流式污泥床反应器中成功培养出的好氧亚硝化颗粒污泥的特性进行了研究.工艺稳定运行时,亚硝化颗粒污泥的VSS/SS稳定在80%左右,粒径大于1.0 mm的颗粒污泥约占总数的70%,粒径大于0.8 mm的颗粒污泥的湿密度约为1?022 kg/m³.荧光原位杂交结果表明,亚硝化细菌主要分布在颗粒污泥的表层,而硝化细菌则分布在表层之下;最大可能数结果显示,亚硝化工艺稳定运行时亚硝化细菌的数量远多于硝化细菌,甚至可高于硝化细菌4个数量级以上.上述结果表明,硝化细菌（AOB和NOB）以接种的产甲烷颗粒污泥或其碎片为载体,通过在其表层附着生长,最终形成好氧亚硝化颗粒污泥.