pH调控反硝化除磷过程PAOs-GAOs竞争及N2O释放特性

该文以厌氧/缺氧/好氧方式(An/A/O)运行序批式生物反应器(SBR),采用NO_3~-驯化缺氧反硝化聚磷菌,利用pH值调控An/A/O-SBR内各菌群间的竞争优势,通过考察脱氮除磷过程的化学计量学参数变化,确定了不同pH下SBR内聚磷菌-聚糖菌(PAOs-GAOs)间竞争关系及N_2O释放特性。结果表明,An/A/O-SBR内存在PAOs和GAOs对碳源的竞争,高pH有利于反硝化聚磷菌增殖、提升SBR内同步脱氮除磷效率并降低N_2O产率。pH由6.5增至8.0,PAOs转化外碳源比例由24.1%增至55.6%。pH=8.0,SBR内脱氮和除磷效率均达90%以上,平均N_2O产率为2.8%。不同pH值下,An/A/O-SBR内厌氧阶段ΔGly/ΔPHA、ΔGly/CODin、PRA/CODin以及缺氧阶段PUA/NaRA、ΔGly/ΔPHA均表现出PAOs-GAOs共存特性,微碱性条件促进SBR内微生物趋向富集反硝化聚磷菌的生化反应动力学。pH=6.5,N_2O产率达11.2%。低pH值耦合高NO_2~-形成高浓度游离亚硝酸,对反硝化聚磷菌的毒性及对亚硝态氮还原酶、氧化亚氮还原酶的活性抑制作用,是导致低pH值下SBR脱氮除磷性能降低和N_2O产率增加的重要因素,以N_2O作为终产物的GAOs反硝化比例增加,加剧了低pH条件下N_2O释放。     

好氧反硝化菌的异养硝化性能研究

对五株不同菌属的好氧反硝化菌进行了异养硝化性能研究。实验结果表明,五株菌均能以柠檬酸三钠为碳源、硝酸盐为氮源进行好氧反硝化,以柠檬酸三钠为碳源、硫酸铵为氮源进行异养硝化。五株菌在pH为7.0的硝化能力测定培养基中培养五天后,有三株菌(戴尔福特菌Delftia tsuruhatensis,恶臭假单胞菌Pseudomonas putida,蜡状芽孢杆菌Bacilluscereus)的NH4+-N,COD去除率均>50%。培养期间,五株菌的NO2--N累积量较少,有必要从氮平衡的角度来衡量其硝化性能。其中,一株戴尔福特菌能利用有机氮源乙酰胺进行氨化作用,利用无机氮源硫酸铵进行硝化作用。     

1株反硝化除磷菌的鉴定及其反硝化功能基因研究

研究反硝化除磷菌(denitrifying polyphosphate-accumulating organism,DPAO)的筛选、鉴定及反硝化功能基因.利用反硝化培养基分离得到菌株ZQN2,经好氧吸磷试验,硝酸盐还原产气试验并辅助异染颗粒和PHB颗粒染色,确定其为反硝化除磷菌.厌氧释磷/缺氧吸磷试验结果表明,菌株ZQN2在厌氧段释磷并合成PHB(poly-β-hydroxybutyrate),在缺氧段以NO3-为电子受体氧化PHB并过量吸磷,进行了同步反硝化除磷.对菌株ZQN2进行16S rRNA基因序列分析,并构建系统进化树,结果表明该菌株与GenBank数据库中多株Bacillus cereus菌株16S rRNA基因的同源性在99%以上.结合生理生化检测,判断菌株ZQN2为蜡状芽胞杆菌(Bacillus cereus).对其反硝化功能基因的研究表明,菌株ZQN2为nirS+和nirK-型,从分子生物学角度确认其具有反硝化功能;菌株ZQN2的nirS序列的系统发育分析结果表明,其nirS序列与多株Pseadomonas aeruginosa的亲缘关系最接近,这与基于16S rRNA的系统发育分析的结果不一致.     

A~3/O-MBR工艺反硝化除磷性能研究

为探究自行设计的A~3/O-MBR工艺脱氮除磷性能,以模拟生活污水为处理对象,重点研究了在内循环回流比(γ)为100%,硝化液回流比(α)分别为100%、200%、300%条件下系统反硝化除磷特性。结果表明:缺氧II区是工艺反硝化除磷的关键,系统具有优良的同步脱氮除磷效果,ρ(COD)出水均低于50 mg/L。当回流比为200%时,系统对TN、TP去除效果最好,平均去除率分别为75.46%和88.94%,出水平均ρ(TN)、ρ(TP)分别为14.97 mg/L和0.48 mg/L。通过静态释/吸磷试验测定不同硝化液回流比条件下反硝化聚磷菌占总聚磷菌的比例及污泥含磷量,当回流比为200%时,反硝化聚磷菌所占比例最高达95.47%,该回流比条件下缺氧II区污泥含磷量最高为23.07 mg/L,最大吸磷量为0.2136 g/d。     

一株异养硝化-好氧反硝化菌的脱氮性能研究

选用四因素三水平L₉(34)正交试验表设计实验,通过测定对NO₃－-N(硝酸盐氮)和TIN的去除能力,研究碳源、碳氮比(ρ(COD_Cr)/ρ(N))、溶解氧含量(ρ(DO))以及pH 4种不同因素对一株恶臭假单胞菌好氧反硝化性能的影响. 结果表明,该菌株对NO₃－-N的最大还原率可达100%;对NO₃－-N还原率影响最大的因素为ρ(COD_Cr)/ρ(N),其次为ρ(DO),碳源和pH;对应的最优条件:碳源为柠檬酸三钠,ρ(COD_Cr)/ρ(N)15,转速为60 r/min,pH为6.5.对TIN去除率影响最大的因素为ρ(COD_Cr)/ρ(N),其次为碳源,ρ(DO)和pH; 对应的最优条件:碳源为柠檬酸三钠,ρ(COD_Cr)/ρ(N)15,转速为100 r/min,pH为6.5. 同时又对该菌株的异养硝化能力进行了测定发现,该菌株自身可实现同步硝化反硝化,其对氨氮的去除率可达60.91%,即该菌株可以独立完成生物脱氮的全部过程.      

耐高温解磷菌的筛选及解磷能力研究

以高温堆肥为原料,通过无机磷培养基筛选、耐高温驯化得到5株耐高温解磷菌,命名为P1～P5.各菌株最佳生长温度为40～50 ℃,其中P1可在35～53 ℃生长,P2～P5在35～50 ℃生长.通过50 ℃高温摇床发酵培养,分别测定了耐高温解磷菌P1～P5的发酵液中ρ(水溶性磷),ρ(微生物量磷),总解磷量和pH.结果表明,在50 ℃下摇床振荡培养耐高温解磷菌P1～P5,7 d后发酵液中ρ(水溶性磷)为30.9～47.6 mg/L,ρ(微生物量磷)为116.4～164.4 mg/L,总解磷量为152.1～201.6 mg/L,发酵液pH明显为酸性,但其与菌株解磷能力没有显著的相关性.在解磷方面,ρ(微生物量磷)明显高于ρ(水溶性磷),因此ρ(微生物量磷)是分析解磷菌解磷能力不可忽视的重要部分.5株解磷菌均具有良好耐高温能力及解无机磷的生理生化功能.      

O_2、NO_3~-、NO_2~-为电子受体的生物除磷比较

通过平行运行3个分别以O2、NO-3、NO-2为电子受体的SBR除磷系统,探讨了反硝化除磷区别于好氧除磷的工艺特征及其内在微生物竞争机制.NO-2不会对经驯化后反硝化聚磷菌(DPAO)的缺氧吸磷产生直接抑制作用,但其作为反硝化除磷电子受体的效能远低于NO-3;具备利用NO-3而缺乏NO-2反硝化酶系的DPAO(DPAO5)流失及聚糖菌(GAO)增殖是根本原因.而NO-3是一种高效电子受体,其反硝化除磷效能与以O2为受体的好氧除磷系统相当,两者在除磷计量学和功能菌群构成上十分接近.作为聚磷菌(PAO)的竞争者,GAO在3个研究系统中均大量存在.基于对不同电子受体的利用能力,PAO包含PO、PN、Pn、PNn、PON、PONn等6个种类.PON和PONn等兼性PAO是生物除磷的主体,其在污泥中比例越高,系统的除磷负荷也越大,即SBRo＞SBRn5＞SBRn3.     

强化生物除磷体系中反硝化聚磷菌的选择与富集

采用SBR反应器 ,对以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌的选择和富集作了研究 .结果表明 ,反硝化聚磷菌存在于传统的强化生物除磷体系之中 .经过 3个阶段的选择和富集 ,反硝化聚磷菌在聚磷菌中的比例从 15 %上升到 73% .稳定运行的强化反硝化生物除磷体系具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能 ,缺氧结束时体系中磷浓度小于 1mg L ,除磷和脱氮效率分别大于 94 %和 95 % .     

低碳源下反硝化除磷菌培养及试验研究

研究通过对具有脱氮除磷效果的活性污泥进行强化培养,使得其中的反硝化聚磷菌成为优势菌种,实验研究表明在缺氧条件下反硝化聚磷菌的吸磷量取决于在厌氧条件下释磷量,在相对较高COD浓度下反硝化聚磷菌释磷效果较相对低浓度好,如果足够碳源和硝态氮同时存在的情况下反硝化聚磷菌优先选择碳源作为吸磷的电子受体,低碳源情况下就会选择硝态氮作为电子受体,达到同步反硝化除磷效果,提高了碳源的利用效率。     

从不同反应器筛选、鉴别好氧反硝化菌

采用2个序批式反应器A和B,以硝态氮为唯一氮源,采用间歇曝气,以驯化、富集耐氧脱氮污泥.反应器A,其pH约为6.3,ρ(DO)为2.2～6.1 mg/L,碳氮比(ρ(C)/ρ(N),ρ(C)以ρ(COD_Cr)计)约为9;反应器B,其pH约为6.8～7.8,ρ(DO)为 2.2～3.0 mg/L,ρ(C)/ρ(N)约为15.2个反应器的ρ(NO₃－-N)均保持为80 mg/L.当2个反应器的总氮去除率达到60%以上,则认为完成好氧反硝化菌的富集.从2个反应器中共筛选得到20株BTB阳性菌,其中8株菌株的DNA样品经PCR成功扩增,进行16S rRNA测序.测序结果提交GenBank进行Blast同源性检索,并分析比对鉴别,判断8株菌株分属于假单胞菌(Pseudomonas),戴尔福特菌(Delftia),草螺菌(Herbaspirillum)和丛毛单胞菌(Comamonas)菌属.反硝化性能测定证实8株菌株均为好氧反硝化菌.      

强化生物除磷体系中的反硝化除磷

 采用SBR反应器,研究了以硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷过程.结果表明,反硝化聚磷菌存在于传统的强化生物除磷体系中.厌氧段磷的释放和COD的消耗成线性关系.通过厌氧/好氧交替运行方式,反硝化聚磷菌在聚磷菌中的比例从13.3%上升到69.4%.稳定运行的厌氧/缺氧SBR反应器具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能,缺氧结束时体系中磷浓度小于1mg/L,除磷效率大于89%.     

SBR中短程反硝化除磷菌的培养驯化研究

以周期运行培养方式在间隙反应器中驯化以亚硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷菌,并比较了硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体时反硝化除磷的效果.结果表明,经厌氧/好氧+厌氧/缺氧(连续投加硝酸盐)+厌氧/缺氧/好氧(连续投加亚硝酸盐)方式成功筛选出能以亚硝酸盐作电子受体的反硝化除磷菌,该系统磷的去除率可达88.62％;在外加硝酸盐,...     

电子受体亚硝酸氮在反硝化除磷过程中的作用

针对先前文献提到的亚硝酸氮在反硝化除磷中存在着一定的抑制作用,以亚硝酸氮作为电子受体,对其在缺氧反硝化吸磷过程中的抑制影响进行了大量的静态烧杯试验.结果表明,在亚硝酸氮浓度大于30mg·L-1的时候,确实存在严重的抑制作用,而且该临界抑制浓度与污泥的特性和运行操作条件等因素有关;但是在亚硝酸氮浓度低于25mg·L-1的情况下不会对反硝化条件下磷的吸收产生毒害作用,相反地,它可以取代氧气、硝酸氮做为良好的电子受体用来进行缺氧段磷的生物摄取,在反硝化除磷中表现一定的积极作用.     

1株脱氮除磷菌的筛选及其特性研究

采用YG培养基,结合蓝白斑筛选、异染粒染色及好氧除磷能力检测等实验,从城市生活污水处理厂好氧生化池的活性污泥中分离出7株好氧除磷菌;再经硝酸盐还原产气和缺氧培养实验,筛选出1株高效脱氮除磷菌;通过16S rRNA基因同源性比较和生理生化鉴定,初步将其鉴定为Pseudomonas grimontii,命名为C18.菌株C18在好氧培养24h后,培养基中上清液磷浓度从38.7mg/L降低到2.28mg/L,除磷率达94.1%.C18在缺氧培养24h后,培养基中上清液磷浓度从44.5mg/L降低到5.21mg/L,除磷率达88.3%;上清液硝酸盐氮浓度从184.2mg/L降低到30.6mg/L,脱氮率达83.4%.菌株C18最适脱氮除磷温度为30℃;最适脱氮除磷pH为7.5.     

Influence of carbon source and temperature on the denitrifying phosphorus removal process

To supply the valuable operating parameters for the popular usage of the new denitrifying phosphors removal process, it is essential to study the dominant biochemical reactions and the characteristics of denitrifying phosphorus removing bacteria (DPB). Thus, parallel batch experiments using DPB sludge were carried out to assess the effect of substrates (sewage, HAc, and endogenous carbon source) on denitrifying dephosphorus removal efficiency in this study. The results showed that the initial specific phosphorus release rate increased with the high concentration of the short-chain volatile fatty acids ratio in the influent, and sufficient phosphorus was released by DPB. This improved the subsequent denitrification and phosphorus uptake efficiency. The specific endogenous denitrification mainly relies on the internal carbon source (PHB) stored by poly-P bacteria. Denitrifying phosphorus removing bacteria were very hungry when the internal PHB was consumed. Consequently, the specific endogenous denitrification rate was low and the phosphorus uptake did not happen. On the other hand, in the experiment, the denitrifying phosphorus removal performance under two temperature conditions (8–10°C and 25–26°C) was also investigated and analyzed. It was found that the lower temperature decreased the specific phosphorus release and uptake rate, but did not inhibit the denitrifying phosphorus removal completely. Therefore, the negative influence of the low temperature on the overall phosphorus removal was not significant. Translated from Acta Scientiae Circumstantiae, 2006, 26 (2): 186–192 [译自: 环境科学学报]     

基于反硝化聚磷菌的颗粒污泥的培养

采用SBR反应器,利用絮状污泥为接种污泥,培养反硝化聚磷菌颗粒污泥,在提高污泥氮磷去除率的同时,实现污泥的颗粒化.结果表明,经过三个阶段45d的培养,体系达到稳定状态,利用其处理模拟生活废水时,磷的去除率在90%左右,氨氮、COD的去除率在95%左右,单位硝态氮反硝化吸磷量达到0.876mg/mg,反硝化聚磷菌占聚磷菌的比例为74.36%.污泥的平均粒径在1.0~2.0mm之间,平均沉降速度为44~72m/h.由此可以看出,通过调节溶解氧,使污泥处于厌氧、缺氧及好氧状态,可以实现基于反硝化聚磷菌的污泥颗粒化.     

内循环比对反硝化除磷工艺处理效果和群落结构的影响

反硝化除磷作为一种新型可持续发展技术受到广泛关注. 前期在多级缺氧-好氧工艺的基础上开发了一种新型反硝化除磷工艺(DPR-MAO). 为探明内循环系统对DPR-MAO工艺脱氮除磷效能的影响，考察了不同内循环比条件下的氮磷去除效果，分析了各反应池的脱氮除磷过程以及微生物群落特征. 结果表明:当内循环比由100%提至200%时，总氮和总磷的平均去除率由76.05%和86.39%分别提至87.46%和93.42%. 通过氮磷质量平衡分析发现，提高内循环比可以使工艺表现出优良的反硝化除磷性能. 高通量测序结果表明，DPR-MAO工艺中具有反硝化除磷功能的菌属主要有Thiothrix、Dokdonella、Candidatus accumulibacter、Thauera、Comamonas、Dechloromonas和Pseudomonas. 当内循环比由100%提至200%时，具有反硝化除磷功能的菌属的相对丰度总和增加了约4倍，其中Thiothrix的相对丰度由0.36%~0.52%增至53.58%~56.64%. 研究显示，提高内循环比可以强化DPR-MAO工艺的反硝化除磷效果以及反硝化聚磷菌在微生物群落中的优势地位.      

两级生物选择同步除磷脱氮新工艺

针对现有市政污水处理工艺难以兼顾同时生物脱氮除磷的矛盾,结合生活污水低碳氮比的特点,通过在传统的A/O工艺的基础上增设了1个厌氧选择器以提供生物释磷最适宜环境,1个缺氧选择器以避免回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷影响以及防止污泥膨胀,开发了一种新型的2级生物选择同步除磷脱氮新工艺.研究表明,应用2级生物选择反硝化除磷脱氮工艺处理生活污水,当进水COD/TN=4.4, COD/TP=33的情况下,稳定期的COD、氨氮、总磷的去除效率分别可达到88%、90%和97%,出水水质达到了国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准,反硝化除磷量占总除磷量的35%,并且缺氧段硝酸盐量和缺氧吸磷量成明显的线性关系,平均每消耗1mgNO3--N约吸收1.8mgTP,此线性关系可作为本工艺反硝化除磷的一个重要控制参数.     

Effect of carbon source and nitrate concentration on denitrifying phosphorus removal by DPB sludge

Effect of added carbon source and nitrate concentration on the denitrifying phosphorus removal by DPB sludge was systematically studied using batch experiments, at the same time the variation of ORP was investigated.Results showed that the denitrifying and phosphorus uptake rate in anoxic phase increased with the high initial anaerobic carbon source addition. However once the initial COD concentration reached a certain level, which was in excess to the PHB saturation of poly-P bacteria, residual COD carried over to anoxic phase inhibited the subsequent denitrifying phosphorus uptake. Simultaneously, phosphate uptake continued until all nitrate was removed, following a slow endogenous release of phosphate. High nitrate concentration in anoxic phase increased the initial denitrffying phosphorus rate. Once the nitrate was exhausted, phosphate uptake changed to release. Moreover, the time of this turning point occurred later with the higher nitrate addition. On the other hand, through on-line monitoring the variation of the ORP with different initial COD concentration, it was found ORP could be used as a control parameter for phosphorus release, but it is impossible to utilize ORP for controlling the denitrificaion and anoxic phosphorus uptake operations.     

厌氧-缺氧下反硝化除磷对低碳污水的处理性能研究

采用厌氧-缺氧条件运行的序批式移动床生物膜反应器,考察了NO3--N进水浓度及其投加方式对低碳废水(COD=200mg/L)反硝化除磷的影响.经驯化后,反硝化聚磷菌(DPB)在总聚磷菌的份额从15.7%增长到71.3%,富集了DPB.NO3--N的浓度对处理有较大影响.在NO3--N为30mg/L(即C/N=6.7:1)时,COD、PO43--P和NO3--N的去除率分别为97.8%、82.0%和81.2%,实现低碳污水的高效处理.NO3--N较低或较高浓度(20mg/L和40mg/L)时,缺氧段吸磷不充分,PHB由厌氧开始时的2.2mg/g左右分别积累至5.1mg/g和3.5mg/g,影响下一周期磷的释放.1次投加、2次投加和连续流加NO3--N,除对缺氧初期的反硝化吸磷速率有影响外,对反硝化除磷的效率影响不明显.