焦化废水活性污泥细菌菌群结构分析

焦化废水是一种高毒难降解的有机废水,以细菌菌群为主的好氧活性污泥决定焦化废水的处理效率,处理焦化废水的活性污泥细菌群落结构鲜见报道.利用454测序技术分析实际焦化废水污泥中的细菌菌群结构和多样性.结果表明,热图聚类分析和主成分分析说明不同焦化废水活性污泥细菌菌群多样性存在差异;焦化废水活性污泥中的细菌门类群主要为Proteobacteria、Planctomycetes、Acidobacteria、Candidatus Saccharibacteria、Bacteroidetes、Cyanobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Firmicutes、Thaumarchaeota、Ignavibacteriae和Verrucomicrobia,其中Proteobacteria门占主导地位,丰度为36.00%~76.98%;主要属为Thiobacillus、Thauera、Comamonas、Caldimonas、Steroidobacter、Nitrosomonas、Phycisphaera和Gp4,大多数主要属与芳香烃的降解和硝化反硝化过程有关.这些结果为焦化废水污染物的去除机制提供了理论基础.     

厌氧生物法处理果胶废水的研究

采用经果胶废水驯化的厌氧污泥处理果胶废水,考察了果胶浓度、温度对厌氧去除果胶和COD的影响,并对降解产物进行了分析.结果表明,与未驯化厌氧污泥处理果胶废水相比,驯化后的污泥对果胶去除率提高了59.2%.果胶浓度分别为100、2 500和4 500 mg·L-1时,果胶降解速率分别为4.5、49.8和74.0 mg·(L·h)-1,说明果胶浓度越高,降解速率越快.果胶浓度低于500 mg·L-1,COD去除率较低,仅为41.6%~82.0%,果胶浓度高于1 000 mg·L-1,COD去除率稳定在91%以上.温度越高,降解果胶所需的时间越短.随着温度在5~35℃范围内变化,厌氧污泥对果胶废水中COD的去除率从38.6%逐渐增加到91.5%,当温度高于35℃时,厌氧污泥对果胶废水中COD的去除率逐渐降低.果胶降解的中间产物主要是乙酸、丙酸、低级酯、烷基醇(C12~C40).     

乙酸驯化对厌氧污泥微生物群落结构及发酵特性的影响

采用乙酸对厌氧污泥进行逐步驯化,以富集乙酸营养型产甲烷菌群,解决厌氧发酵过程中的酸抑制问题.对驯化前后污泥中的微生物群落结构及其在高酸浓度和低p H值条件下的发酵特性进行了研究.结果表明:驯化后污泥中乙酸营养型产甲烷菌中的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)得到了明显富集,其相对丰度由原始的4.2%提高到58.1%,成为耐酸污泥中的主导优势古菌群;氢营养型产甲烷菌属的丰度则都有不同程度的下降.污泥中产甲烷菌群由氢营养型为主导转为乙酸营养型和氢营养型共同主导.驯化前后污泥中细菌的优势菌门均为主要降解纤维素和半纤维素的厚壁菌门(Firmicutes)和降解蛋白质的拟杆菌门(Bacteroidetes),其中驯化后Firmicutes的丰度由48.8%提高到61.7%,而Bacteroidetes的丰度则由30.1%降低至16.9%.驯化后的污泥对高VFA浓度和低pH值的耐受性均有较大程度的提高,其在VFA浓度为7500 mg·L~(-1)及pH 6.0条件下仍可以快速产气.     

市政污泥接种焦化废水好氧降解能力及微生物群落演替的响应分析

焦化废水是毒性很大的典型工业废水,生物处理过程中需要微生物具备很强的适应能力.以探讨焦化废水对微生物的毒性抑制以及微生物对焦化废水的适应过程为目的,通过于焦化废水原水中接种市政污泥,在考察COD、苯酚、氨氮和硫氰化物等主要污染物指标降解的基础上,运用Illumina高通量测序平台分析降解过程微生物群落组成及多样性变化的响应关系.结果表明,接种了市政污泥的焦化废水培养16 h后COD开始下降,40 h时苯酚降解了97.14%,72 h时硫氰化物开始降解,96 h时硫氰化物浓度低于检测限,氨氮浓度随着硫氰化物的降解而升高.群落测序分析表明,不同培养阶段污泥中微生物表现出群落结构及丰度上的差异:在苯酚降解阶段,苯酚优势降解菌Acinetobacter、Pseudomonas的丰度增大,48 h总相对丰度为13.04%;在硫氰化物降解阶段,Sphingobacterium、Brevundimonas、Lysobacter、Chryseobacterium为主导菌属,96 h时其总相对丰度为16.13%;在144 h阶段,优势菌属则变为Fluviicola、Stenotrophomonas和Thiobacillus,总相对丰度为22.45%.由此认为,市政污泥克服了焦化废水中毒性成分的抑制作用之后能迅速适应环境,表现出微生物群落结构随着废水降解成分的变化而改变,环境因子和降解功能菌之间的竞争是群落结构演变的主要因素.     

邻苯二甲酸酯生产废水的生物降解研究

采用活性污泥法对某化工厂的邻苯二甲酸酯生产废水进行降解研究。结果显示,种污泥对废水中的有机污染物适应很快,7 d后COD去除率达到99%。当进水COD浓度提高到9000mg·L~(-1),出水维持在35-55mg·L~(-1),上清液清澈。试验结果表明,活性污泥经过驯化对该废水具有高效的COD去除效果。     

好氧污泥-固定化光合细菌联合处理皂素废水研究

对比好氧污泥-固定化光合细菌和好氧污泥-未固定化光合细菌联合处理皂素废水的处理效果.实验结果表明:固定化光合细菌耐受的COD浓度范围明显增大,耐氯性达到20 000 mg/L,适宜的pH范围变宽为5.0～9.0.对于COD浓度为5000 mg· L-1 ～30000 mg·L-1的皂素废水,投加5％ V固定光合细菌∶V活性污泥=1 mL·mL-1∶1 mL·mL-1的接种量,好氧污泥-固定化光合细菌联合处理其CODcr去除率稳定在97％～ 99％,光合细菌的流失量大大减少,且固液分离效果好.     

驯化污泥厌氧还原脱氯促进2,4,6-三氯酚矿化及胞外呼吸脱氯途径

厌氧条件下,以乳酸钠为电子供体,2,4,6-三氯酚为电子受体对活性污泥进行驯化,考察了驯化污泥厌氧脱氯的代谢特性.结果发现,污泥可对2,4,6-三氯酚进行高效脱氯,乳酸钠、2,4,6-三氯酚初始浓度为20 mmol·L-1、40~80μmol·L-1时,9~24 h内可实现2,4,6-三氯酚100%初始性降解.中间产物有2,4-二氯酚,但检出浓度较低(4.22μmol·L-1),4-氯酚和苯酚为主要产物.驯化污泥以脱邻位氯(2,4,6-三氯酚,2,4-二氯酚)降解菌为优势种群,对4-氯酚和苯酚的进一步转化有限.厌氧代谢残留物经好氧污泥处理后,4-氯酚(初始浓度33μmol·L-1)2 h实现100%去除.驯化污泥可快速将Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),并具有较强的腐殖质(AQDS)还原能力,说明驯化污泥中富集了异化铁还原菌.电子介体[Fe(Ⅲ)和AQDS]明显地加速了脱氯速率,在电子介体的介导作用下,污泥可同步进行胞外呼吸脱氯.     

降解DMF引起污泥毒性及其毒性空间分布特性研究

以处理有毒难降解有机污染物N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的序批式好氧活性污泥系统(SBR)为对象,在进水化学需氧量(COD)为300 mg.L-1左右,各初始DMF浓度(40、80、120 mg.L-1)驯化阶段皆为30 d,运行周期为12 h,溶解氧(DO)为2.0～3.0 mg.L-1的条件下,研究了DMF在水、泥相的分布及污泥有机毒性变化趋势;探讨了单个运行周期内,出水COD、水相和泥相DMF浓度及毒性随时间的变化趋势.研究表明,各DMF浓度运行阶段的污泥毒性都体现为先升高后降低的趋势,污泥毒性随初始DMF浓度的升高而升高,污泥有机毒性主要由DMF降解过程引起,且主要集中在内层胞外聚合物(EPS)以及胞内区域.     

吲哚好氧降解污泥的强化培养特性与降解效能研究

为强化处理制药废水中吲哚类难降解有机污染物,采用人工驯化高效好氧活性污泥方式对制药废水进行深度处理。以特征污染物吲哚为碳源,在葡萄糖共基质存在的情况下,采用梯度增加吲哚浓度的方式驯化好氧活性污泥,研究培养过程中活性污泥对吲哚降解特性和微生物特性。实验结果表明:吲哚对活性污泥中微生物生长有抑制作用,但经过2个月强化培养,活性污泥可适应以吲哚为唯一碳源的环境,污泥中细菌种类主要为Comamonas(34.18%)和Acinetobacter(15.45%),可处理的吲哚浓度达200 mg/L,降解效率从80%升提高到98.6%以上,SOUR值稳定在7.61 mg/(g·h)以上,具备了在含吲哚制药废水深度处理工程中应用的条件。     

焦化废水中苯酚降解菌筛选及其降解性能

焦化废水中苯酚类及其衍生物的降解率高低是焦化废水COD是否达标排放的关键.采用不同培养基和菌种驯化方法,从焦化废水厂活性污泥中分离筛选获得4株苯酚降解菌,经生理生化和16S rDNA分子鉴定,A1为球杆菌属Sphaerobacter,C1为鲍曼不动杆菌Acinetobacter baumannii;D2为睾丸酮丛毛单胞菌Comamonas testosterone;D3为Novosphingobiumnaphthalenivorans.4株降酚菌均具有较高的苯酚耐受力和降解效率,是生物法处理酚类污染废水优质的种质资源.菌株D2不仅对苯酚具较高耐受力达到2 000 mg.L-1、且在48 h内可将初始浓度为1 000 mg.L-1的苯酚完全降解.环境因子考察研究表明,pH为7.5～8.5,温度为30～40℃范围内,转速为150 r.min-1,是菌株D2的最优降解条件,本研究结果为构建高效处理焦化废水基因工程菌提供了微生物基础.     

好氧-厌氧污泥耦合白腐真菌单元对焦化废水的处理

白腐真菌因能分泌胞外木质素降解酶降解难降解有机污染物,而在难降解有机废水处理中具有巨大应用潜力.其研究常采用白腐真菌直接处理废水,很少关注常规生物法耦合白腐真菌的处理方式.基于此,分别采用白腐真菌和好氧-厌氧污泥耦合Phanerochaete Chrysosporium处理焦化废水以考察后者的可行性.在好氧-厌氧污泥耦合P.chrysosporium的处理中,仅采用3 d的处理时间,好氧-厌氧污泥可将6097 mg·L~(-1)的COD和351 mg·L~(-1)的氨氮分别降至1634~1684 mg·L~(-1)和102~117 mg·L~(-1);进而固定化P.chrysosporium将COD和氨氮再次分别降至1322~1372 mg·L~(-1)和16~62 mg·L~(-1).最终COD和氨氮的去除率分别达77%~78%和82%~95%,这表明:好氧-厌氧污泥耦合P.chrysosporium处理焦化废水可在更短的处理周期完成比直接采用白腐真菌处理更好的处理效果,此思路合理可行.     

O池溶解氧水平对石化废水A/O工艺污染物去除效果和污泥微生物群落的影响

以实际石化废水为处理对象,研究溶解氧浓度对A/O反应器生物降解特性的影响.A、B两组反应器平行运行以进行对比,O段的溶解氧浓度分别控制在2~3 mg·L-1和5~6 mg·L-1.反应器稳定运行近半年的结果表明:在HRT为20 h时,A组反应器出水的COD(72.5 mg·L-1±14.8 mg·L-1)略高于B组(68.7 mg·L-1±14.6 mg·L-1),COD平均去除率分别为67.0%和68.8%;出水氨氮的平均浓度和去除率为0.8 mg·L-1和95%左右.出水的BOD5均低于5 mg·L-1.表明A/O反应器对有机物的生物降解比较彻底,溶解氧浓度对其没有显著影响.对O段污泥进行454高通量测序结果表明:变形菌门、浮霉菌门和拟杆菌门细菌所占比例较高,在A、B组反应器中的比例分别为58.7%和59.2%、14.7%和12.7%以及10.8%和12.4%.高溶解氧运行的反应器B具有较高的菌群丰度和多样性,氨氧化菌Nitrosomonas、亚硝酸氧化菌Nitrospira和专性好氧菌如Planctomyces的比例较高.厌氧反硝化菌如Azospira和Acidovora在反应器A中的含量较高.在属的水平,鉴定出的Novosphingobium、Comamonas、Sphingobium和Altererythrobacter属细菌具有降解多环芳烃、氯代硝基苯、农药和石油化合物的功能,有利于石化废水的降解.     

好氧颗粒污泥处理市政污水性能与微生物特性研究

以成熟好氧颗粒污泥（AGS）为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中考察其对低浓度市政污水的处理效能、污泥特性及微生物多样性的变化.结果表明,在低有机负荷（进水COD为179~212 mg·L^-1）、高溶解氧（DO>5 mg·L^-1）条件下,系统出水COD低于50 mg·L^-1,NH₄⁺-N浓度稳定在0.7~0.8 mg·L^-1,但脱氮除磷效能有待优化.体系中0.2~0.6 mm的污泥颗粒最为稳定,运行期间污泥SVI₃₀值始终保持在32~40 mL·g^-1,呈现出良好的沉降性能.系统中少量絮状污泥的存在对AGS的稳定性是有利的,本试验条件下,<0.2 mm污泥体积占比约为30%时AGS体系稳定运行.胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）含量增加与AGS的稳定性呈正相关,可见PN对AGS稳定运行起着重要作用.微生物高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes为主要菌门;运行过程中有利于硝化作用的Gammaproteobacteria逐渐成为优势菌纲;系统中存在促进EPS分泌和有机污染物去除的黄杆菌属（Flavobacterium）和陶厄氏菌属（Thauera）,这有利于AGS的稳定运行,同时也存在硝化螺旋菌属（Nitrospira）、陶厄氏菌属（Thauera）、副球菌属（Paracoccus）、梭菌属（Fusibacter）、变形菌属（Proteocatella）等脱氮除磷功能菌属,但需优化运行参数强化同步脱氮除磷效能.本研究结果对AGS系统处理实际市政污水的稳定运行具有重要的指导意义.     

环丙沙星对膜生物反应器中微生物群落及抗性基因的影响

用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理含环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的合成废水,考察了不同CIP进水浓度(0、5、10、15 mg·L-1)下MBR的微生物群落特征和抗性基因丰度的变化.结果表明,随着进水中CIP浓度从0 mg·L-1增加至15 mg·L-1,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)仍保持为优势菌门,相对丰度比例分别为57.5%和12.7%;红环菌科(Rhodocyclaceae)、Chitinophagaceae和丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)被选择成为优势菌科,比例分别为29.96%、5.44%和6.60%;Methyloversatilis、Ferruginibacter、动胶菌属(Zoogloea)和丛毛单胞菌属(Comamonas)被选择成为优势菌属,比例分别为21.70%、7.56%、5.24%和4.15%;Chao1、ACE、Shannon指数逐渐降低和Simpson指数逐渐升高,表明MBR污泥中微生物丰富度和多样性均降低;亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)、产碱菌属(Alcaligenes)和硝化杆菌属(Nitrobacter)相对丰度减少,使得氨氮去除率降低.CIP抗性基因(CIP-ARGs)分析表明,当MBR在CIP投加浓度为5 mg·L-1下运行至第33 d时,反应器中的gyr A、gyr B和par C基因相对丰度较CIP投加初期增加,加大了抗药风险.     

盐度对EGSB反应器的运行及厌氧颗粒污泥的影响

高盐废水通常含有高COD浓度,难以处理,引用具有耐盐性能的生物反应器处理高盐废水成为必要.使用模拟高盐废水在3.267 kg·(m~3·d)~(-1)的COD容积负荷下,将Cl~-浓度逐步从0提升至10 000 mg·L~(-1),研究盐度对膨胀颗粒污泥床(expanded granular sludge bed,EGSB)反应器的影响.结果表明,Cl~-浓度小于7 500 mg·L~(-1)时,对微生物的抑制作用较低;Cl~-浓度为7 500 mg·L~(-1)时,反应器的COD去除率能保持在98.1%左右,容积产气率能够基本保持在1.3 m~3·(m~3·d)~(-1)以上,大粒径的厌氧颗粒污泥仍然占据体系的主体;当Cl~-浓度为10 000 mg·L~(-1)时,反应器中的厌氧颗粒污泥受到严重影响.采用高通量测序技术对0和5 000 mg·L~(-1)两个Cl~-浓度下的厌氧颗粒污泥的微生物菌群结构进行分析,结果表明,盐度影响了微生物的种群分布,在5 000 mg·L~(-1)的Cl~-浓度下,主要的优势菌属由Cl~-浓度为0时的Methanoregula与Longilinea变为Methanobacterium、Methanospirillum、Methanothrix和Paludibacter.     

制革废水的厌氧氨氧化ABR脱氮工艺研究

采用小试规模的厌氧折流板反应器(ABR)研究制革废水的厌氧氨氧化脱氮.结果表明,ABR可作为实现厌氧氨氧化的良好反应器,厌氧氨氧化ABR反应器能有效和稳定地处理制革废水.当进水NH+4-N为25.0~76.2 mg·L-1、COD为131~237 mg·L-1,NH+4-N容积负荷为0.05~0.15 kg·(m3·d)-1时,出水NH+4-N为0.20~7.12 mg·L-1、COD为35.1~69.2mg·L-1,去除率分别达到90.8%~99.6%和66.9%~74.7%.此外,厌氧氨氧化ABR反应器污泥在驯化和运行过程中形成了棕红色、棕黄色和红色的颗粒污泥.电镜扫描观察证实在厌氧氨氧化ABR反应器的4个隔室的颗粒污泥中均存在厌氧氨氧化菌.荧光原位杂交(FISH)检测结果显示厌氧氨氧化菌在驯化和运行过程中出现不同程度的增殖,厌氧氨氧化ABR反应器4个隔室的污泥中厌氧氨氧化菌所占比率分别由4%增加到9%、8%、12%和30%,呈现出前段隔室少、后段隔室多的分布规律.     

碳源和氮源对异养硝化好氧反硝化菌株Y1脱氮性能的影响

从焦化废水活性污泥中筛选到一株高效脱氮细菌,命名为Acinetobacter sp.Y1.本实验对菌株Y1在不同碳源、氮源、碳氮比及底物浓度下的脱氮特性进行了研究,结果表明,菌株Y1可以利用氨氮、亚硝氮和硝氮生长,不能利用羟胺;以氨氮为唯一氮源进行硝化作用时,柠檬酸钠和乙酸钠是最佳碳源,最佳碳氮比为15,菌株Y1可降解高浓度氨氮,在36h内将400 mg·L-1氨氮全部去除,1600 mg·L-1氨氮的去除率可达21.3％,最大降解速率随着初始氨氮浓度的升高而增大.以硝氮或亚硝氮为唯一氮源进行反硝化时,菌株Y1可以适应高浓度氮源但不能完全去除氮源,当碳氮比为20,经36h培养硝氮和亚硝氮的去除率均达到100％.     

污泥厌氧产酸发酵液作碳源强化污水脱氮除磷中试研究

为研究城市污泥厌氧产酸发酵液作为补充碳源强化生活污水脱氮除磷系统的效果和可行性,建造了一个总有效体积为4 660 L的A2/O中试反应系统,以实际城市污水为研究对象,考察了添加污泥产酸发酵液后的污水脱氮除磷效果并和单纯添加乙酸作碳源的效果进行了比较.结果表明,在进水COD为243.7 mg·L-1、NH+4-N为30.9 mg·L-1、TN为42.9 mg·L-1、TP为2.8 mg·L-1、硝化液回流比为200%和污泥回流比为100%的条件下,向缺氧池中投加乙酸能增强系统脱氮除磷效果,反应器的最佳进水流量和投加碳源SCOD增量分别为7 500 L·d-1和50 mg·L-1.污泥发酵液代替乙酸作为外加碳源时的平均出水COD、NH+4-N、TN和TP去除率分别为81.60%、88.91%、64.86%和87.61%,相对应的出水浓度分别为42.18、2.77、11.92和0.19 mg·L-1,满足我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002所规定的一级A标准.结果表明,投加污泥产酸发酵液作为脱氮除磷碳源可达到和乙酸同样的效果,具有实际可行性,这为城市污泥处理处置实现资源化提供了一条新的可行途径.     

苯酚对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期影响

通过接种厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,研究了苯酚浓度对ANAMMOX污泥脱氮效能长短期影响.短期结果表明,随着苯酚浓度的增大,氮去除率快速下降.当苯酚浓度大于600 mg·L-1时,NH+4-N的去除率降低到6%以下,TN的去除率只有10%左右.长期实验结果表明,当苯酚浓度小于100 mg·L-1时,NH+4-N的去除率都能达到99%以上,说明低浓度苯酚对ANAMMOX菌有一个驯化的过程.当苯酚浓度高于400 mg·L-1时,NH+4-N的去除率只有23.59%,TN去除率只有50.3%,ANAMMOX污泥抑制明显,与短期结果相同.此时反硝化菌活性明显高于ANAMMOX菌,说明苯酚可作为有机碳源诱发体系中发生反硝化反应,最终导致反硝化菌在体系中占据主导地位.但高浓度(1 000 mg·L-1)苯酚对反硝化菌也具有抑制作用.通过拟合得到苯酚对ANAMMOX半抑制有效浓度(IC50)为71.57 mg·L-1.经过18 d的恢复后,NH+4-N去除率基本恢复,但氮素之间的转化计量式发生了改变,ρ(NH+4-N)去除/ρ(NO-2-N)去除/ρ(NO-3-N)生成为1∶0.86∶0.2.研究结果表明,将苯酚控制在合理范围内可以使反应器达到同步脱氮除酚的效果.     

PN/A双菌层系统的构建及其脱氮性能

分别采用SBR反应器和MBR反应器驯化培养亚硝化污泥和厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)污泥,并通过微生物包埋技术将两类污泥分别包埋,构建亚硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification-ANAMMOX,PN/A)双菌层系统.短期实验证明该系统中亚硝化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和ANAMMOX菌在不同阶段分别起主导作用,维持系统的酸碱平衡,并实现NH+4-N的高效去除(98.8%).长期实验表明,在溶解氧受限时,PN/A双菌层系统能够有效提高系统对溶解氧的利用效率,并增强系统的稳定性和脱氮效能.在溶解氧为1.0 mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度分别为200 mg·L~(-1)和400 mg·L~(-1)时,对照组脱氮效率仅为58.1%和61.4%,而PN/A双菌层系统脱氮效率均稳定在80%左右;溶解氧为3.0mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度为400 mg·L~(-1)时,PN/A双菌层系统总氮去除率达87.9%,总氮积累负荷(NLR)为0.4kg·(m3·d)-1,总氮去除负荷(NRR)为12.8 mg·(g·h)-1.