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.     

ABR-MBR组合工艺短程硝化过程的微生物种群

采用Miseq高通量测序技术研究氨氮进水负荷对ABR-MBR组合工艺MBR池中微生物种群的丰度及优势菌群的影响.结果表明,温度为28~32℃、pH值为7.1~7.4、DO为0.5~1mg/L并逐步提高氨氮进水负荷的条件下,可以使氨氧化菌（AOB）大量富集,并抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,从而实现短程硝化的稳定运行.在氨氮进水负荷为0.94kg/（m³·d）时,平均亚硝酸盐积累率达到60%以上,氨氮去除率稳定在90%.在系统运行过程中,变形菌门是系统中的优势菌门,Nitrosomonas的相对丰度由4.97%升至22.56%,硝化螺菌属的相对丰度为0.06%~2.12%.因此,ABR-MBR组合工艺短程硝化过程中亚硝酸盐积累率与AOB的活性、相对丰度密切相关,即AOB的大量富集可以有效实现短程硝化,而NOB的小幅度增长不会影响短程硝化的实现.系统中微生物种群的多样性和功能微生物的结构稳定性保证了ABR-MBR工艺具有稳定和较好的处理效果.     

沸石曝气生物滤池短程硝化特性及其机制

通过改变进水氨氮浓度和容积负荷,研究沸石曝气生物滤池(ZBAF)的短程硝化特性及其机制,利用高通量测序技术分析ZBAF中生物膜的微生物群落结构.结果表明:稳定运行阶段,亚硝氮产率(NPR)可达0.760kg/(m~3·d),亚硝氮积累率(NAR)高于98%;游离氨(FA)对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制是实现短程硝化的主要原因,沸石对氨氮的吸附作用有利于维持合适的FA浓度,从而选择性抑制NOB的活性;亚硝氮的产生遵循零级动力学模型;ZBAF内实现了AOB的富集以及NOB的抑制,其中AOB(Nitrosomoadaceae)的相对丰度高于61%,未检测出NOB.     

外加微量N2H4下SBR中硝化微生物特性

运行实验室规模单级硝化序批式反应器(SBR),研究长期外加微量N_2H_4(约3 mg·L~(-1))对硝化污泥中功能微生物好氧氨氧化菌(AOB)、亚硝酸盐氧化菌(NOB)的影响.结果表明,外加微量N_2H_4的硝化污泥中,AOB主要属于亚硝化球菌(Nitrosococcu)属和亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)属,另有少部分属于亚硝化螺旋菌(Nitrosospira)属,NOB属于硝化杆菌(Nitrobacter)属.外加微量N_2H_4前后,AOB amoA基因拷贝数(以干污泥计)由1.0×10~9copies·g~(-1)减少为2.09×10~4copies·g~(-1),NOB nxrB基因拷贝数由1.28×10~7copies·g~(-1)减少为2.56×10~5copies·g~(-1).AOB对环境因素较NOB相比更为敏感,N_2H_4对硝化微生物的抑制与毒性作用使外加微量N_2H_4的硝化污泥中AOB流失幅度大于NOB,但定量PCR方法无法准确比较N_2H_4对AOB与NOB活性抑制的强弱.长期外加微量N_2H_4破坏硝化微生物活性,使反应器崩溃.因此在没有厌氧氨氧化菌(AnAOB)消耗N_2H_4的亚硝化系统中,企图通过调控外加N_2H_4浓度水平抑制NOB活性,从而进一步洗脱NOB提高脱氮性能可能无法实现.     

15℃ SBBR短程硝化快速启动和稳定运行性能

本文通过控制C/N研究了15℃序批式生物膜反应器(SBBR)低氨氮污水短程硝化工艺的快速启动和稳定运行性能.结果表明,启动运行60个周期C/N为1. 5时成功快速启动短程硝化,C/N为0和3时快速启动失败;荧光原位杂交和激光共聚焦显微镜联用技术(FISH-CLSM)结果表明,生物膜载体在C/N为1. 5时成功富集氨氧化菌(AOB),C/N为0和3时,几乎没有AOB与亚硝酸盐氧化菌(NOB)的存在;启动成功的短程硝化在运行过程中可以不加入碳源,但投加适量的碳源可提升硝化性能,对短程硝化的稳定运行更有利.本实验在高溶解氧(DO)(约9 mg·L~(-1))下成功启动短程硝化,稳定运行过程中平均DO维持为6. 5 mg·L~(-1)左右,成功将实现短程硝化的DO值从低浓度解离出来.反应器内充足甚至过量的NH_4~+-N可以有效抑制NOB的生长,保证短程硝化的稳定运行. 15℃工况下,全量亚硝化工艺更适合处理高氨氮负荷的污水,而半量亚硝化更适合降解低氨氮污水.     

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.     

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.     

游离亚硝酸(FNA)对A~2O污泥菌群结构的影响

为了探究采用游离亚硝酸(FNA)实现连续流A~2O工艺短程硝化的可行性,考察了不同浓度的FNA对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性影响,研究了通过投加FNA对活性污泥进行预处理后A~2O反应器的运行效果和微生物菌群结构的变化.结果表明,当FNA浓度为1.12mg HNO_2-N/L时,经过3h的缺氧处理,AOB和NOB的活性分别下降了60%和86%,对NOB有一定的选择性抑菌效应,而投加FNA并对活性污泥进行缺氧处理后的A~2O反应器平均出水NH_4~+-N、NO_2~--N和NO_3~--N分别为12.76、1.56和7.82mg/L,亚硝酸盐积累率(NAR)仅为20%左右,并没有实现预期的短程硝化.高通量和定量PCR的结果也表明,投加FNA并进行缺氧处理后活性污泥中AOB的种群丰度由2.05×108copies/g VSS下降到了3.96×105copies/g VSS,导致系统的氨氧化过程受到了较大影响.最终Nitrobacter和Nitrospira丰度降低,Nitrotoga占总序列数的1.66%,是造成系统无法通过FNA预处理实现连续流A~2O工艺短程硝化的原因.     

低浓度环丙沙星对曝气生物滤池生物膜硝化过程及硝化微生物的作用影响

以曝气生物滤池(BAF)作为研究对象,考察了低浓度环丙沙星(CIP)对其生物膜微生物硝化过程及其功能微生物的作用影响,采用荧光定量PCR方法定量检测分析了4种环丙沙星抗性基因(CIP-ARGs)在硝化作用过程中的丰度变化,并探讨了其与硝化微生物之间的相关关系.结果表明,CIP对生物膜氨氧化阶段影响较小,但对亚硝酸盐氧化阶段具有一定抑制作用.通过对氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB,包括Nitrobacter和Nitrospira)的定量检测结果分析可知,CIP对生物膜亚硝酸盐氧化转化过程的抑制主要是通过对Nitrobacter和Nitrospira的抑制实现的.此外,CIP的加入对生物膜中aac和qepA抗性基因的变化影响较小,但对parC和oqxB的影响较大.通过相关性分析可知,Nitrobacter与parC之间具有显著相关性,Nitrospira与oqxB之间同样具有显著相关性,推测生物膜中不同硝化微生物的遗传因子中可能携带有CIP-ARGs.     

氨氮负荷对膜曝气生物膜反应器部分亚硝化性能的影响

对不同进水氨氮负荷下中试膜曝气生物膜反应器(MABR)部分亚硝化性能进行了考察,旨在确定在MABR中启动、优化和维持稳定亚硝化的控制策略.在进水氨氮表面负荷由(4.9±0.4)g·m-2·d-1(以N计,下同)升至(9.1±0.5)g·m-2·d-1的过程中,MABR氨氮去除负荷可以达到(5.7±0.5)g·m-2·d-1.当进水氨氮负荷为7.4 g·m-2·d-1时,本试验MABR部分亚硝化效果最佳,亚硝化率可达96.3%.部分亚硝化的维持需要控制合适的生物膜厚度,当生物膜厚度在110~170μm之间时,MABR亚硝化率在90%左右,能够有效实现对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制和亚硝酸盐的积累.利用微生物比氧利用率(SOURAOB)来反映生物膜中氨氧化菌(AOB)的活性,发现MABR生物膜的SOURAOB可达(133.9±31.1)mg·g-1·h-1(以每g SS利用的O2量(mg)计).实时定量PCR结果也表明AOB为MABR生物膜中的优势菌群,其微生物丰度比接种污泥高出3个数量级.通过调控进水氨氮负荷和生物膜厚度,维持AOB的种群优势和高活性并同时抑制NOB的活性,可以实现MABR的稳定部分亚硝化.     

好氧亚硝化颗粒污泥中硝化细菌群落结构分析

在小试好氧上流式污泥床(AUSB)反应器中,实现了由厌氧颗粒污泥到好氧硝化污泥再到亚硝化颗粒污泥的转化,AUSB反应器的亚硝化率稳定在90%以上.利用FISH、荧光实时定量PCR等技术,考察了AUSB反应器中好氧颗粒污泥中硝化菌群的生态分布.结果表明:好氧亚硝化颗粒污泥呈层状结构,氨氧化细菌(AOB)主要分布在颗粒污泥表层,亚硝酸盐氧化细菌(NOB)多分布在内层,颗粒内核则无活性细胞;随反应器氨氮负荷逐渐提高,颗粒污泥中AOB的相对含量逐渐升高,当NH₃-N负荷分别为0、0.4、1、     

温度对间歇曝气SBR短程硝化及硝化活性的影响

采用SBR反应器处理实际生活污水,单周期分别交替4次(30℃)和7次(18℃)好氧/缺氧模式,好氧/缺氧时间比为30min/30 min.进水氨氮和亚硝氮浓度为61.44 mg·L~(-1)和0.77 mg·L~(-1),分别运行61和90周期时,出水氨氮分别为0.68mg·L~(-1)和1.28 mg·L~(-1),氨氮去除率高达98.94%和99.57%;亚硝氮积累浓度达到20.57 mg·L~(-1)和20.18 mg·L~(-1),亚硝氮积累率分别达到95.92%和99.58%.在实现短程硝化过程中,氨氧化菌(AOB)活性逐渐增加最后稳定在100.00%左右,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性先增加后逐渐降低,分别在32和74周期时,AOB活性超过NOB活性,AOB成为优势菌种,61和90周期时NOB活性被完全抑制.     

MBR同步硝化反硝化及异养硝化试验研究

在以限制混合液溶解氧浓度方式运行的M BR反应器中,通过改变进水COD/TKN、混合液DO浓度等工艺参数,研究了对系统中同步硝化反硝化(SND)过程的影响因素。根据试验结果探讨了M BR系统中所实现的SND机理,同时对系统中存在的异养硝化细菌进行了分离培养,并对其硝化特性进行了初步研究分析。试验结果表明:影响系统SND的主要因素是进水COD/TKN和反应器中控制的混合液DO浓度。系统中存在一定量的异养硝化菌。     

硝化动力学研究进展

硝化反应包括NH4^＋氧化为NO2^-和NO2^-氧化为NO3^-两步,其中NH4^＋到NO2^-的氧化不是唯一的限制步骤;已发现叠氮化钠（NaN,）能有效的抑制亚硝酸盐氧化;丙烯基硫脲（ATU）抑制氨氧化反应。用呼吸仪的综合参数——细菌最大氧吸收速率（OUUmax／X）来描绘好氧氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的比生长速率具有准确性和唯一性,并得到了较多学者一致认可。浓度较高的氨氮和亚硝态氮分别抑制氨氧化反应和亚硝酸盐氧化反应,用抑制性动力学方程来分别描述高浓度氨氮浓度和亚硝态氮浓度对氨氧化反应和亚硝酸盐氧化反应的影响;对比氨氧化动力学和亚硝酸盐氧化动力学参数值与一步硝化动力学参数值可以看出,参数值差异较大;因此,要准确地描述NH4^＋氧化为NO3^-的动力学模型,必须将氨氧化与亚硝酸盐氧化反应独立出来,将NH4^＋氧化为NO2^-和NO3^-氧化为NO3^-这两步综合在一个反应动力学公式里是错误的。     

同步硝化反硝化生物脱氮技术

从宏观环境理论、微环境理论、微生物理论三个方面阐述了同步硝化反硝化的作用机理,并结合目前的国内外研究成果综述了其影响因素,同时介绍了同步硝化反硝化技术的应用现状,提出了该技术今后的研究方向.     

异养硝化作用的主要特点及其研究动向

废水生物脱氮是目前水处理领域中关注和研究的热点,在对自养硝化作用研究的同时,对异养硝化作用及其菌属的研究已成为环境废水生物脱氮领域的热点问题,同时对新型异养硝化作用的研究是对传统硝化理论的丰富与突破.在综述大量文献及已有实验研究工作的基础上,对异养硝化作用的主要特点（硝化作用主体、生长条件、硝化途径、作用酶系统以及分离方法等）,以及目前国内外研究现状进行了系统介绍,并对异养硝化作用的研究方向进行了展望.     

异养型同步硝化反硝化处理微污染水源水

针对微污染水源水营养贫乏特点,从富集驯化的底泥中筛选出3株异养硝化细菌和3株好氧反硝化细菌,3株异养硝化细菌对铵氮的去除率分别为97.02%、100%和100%,3株好氧反硝化细菌对总氮的去除率为98.52%,98.55%和98.6%,利用固定化微生物技术将异养硝化菌、好氧反硝化菌固定于海绵球型填料上,强化生物接触氧化处理水源水,试验结果表明:在水温25°C、溶解氧4mg/L左右、水力长期停留的条件下,经过17d的运行,铵氮去除效率可以达到100%,总氮去除率达到42%。     

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.     

好氧膜生物反应器的硝化性能研究

以含有高浓度氨氮的垃圾渗滤液为对象,针对好氧膜生物反应器的硝化性能进行了研究。结果表明:当进水氨氮<1000mg/L和负荷<1.5kgNH4+-N/m3d时,氨氮去除率保持在80%～99.7%之间,表明好氧MBR具有良好的硝化性能;硝酸菌在进水氨氮浓度>600mg/L时受到了抑制,而亚硝酸菌在进水氨氮浓度>1200mg/L时才受到抑制;在试验过程中,MBR污泥经历了由以异养细菌为主到自养细菌为主的转型过程。以硝化菌为主的污泥具有良好的沉淀性能,污泥的SV和SVI分别稳定在20%～30%之间和40～70mL/g之间。     

针对硝化菌抗盐机理的研究

为研究盐度对硝化菌的影响,以及硝化菌对盐度的抵抗机理,以模拟皮革废水为处理对象,考察了硝化菌硝化作用过程中的脱氮效率,脱氮数率,pH值,溶解氧,以及硝化菌胞外聚合物的含量与成分变化。结果表明在盐度逐步提高的情况下,出水氨氮从几乎检测不出升高到80 mg/L左右,硝化菌脱氮效率下降明显,并且有一定的规律性。pH值先降后升,溶解氧随着时间推移逐渐升高,但是随着盐度提高规律性越来越不明显。硝化菌所产生的胞外聚合物随着盐度提高,胞外聚合物总量有所提高,其主要成分含量发生变化,即多糖所占比例从35.2%升高到63.6%,蛋白质所占比例从58.8%减少到30.9%,从而影响活性污泥的絮凝性,从机理方面来解释盐度对硝化菌硝化作用的影响。