信号分子对高负荷UASB中ANAMMOX颗粒特性的影响

针对高负荷反应器中ANAMMOX颗粒污泥易上浮流失的问题,进行外源添加酰基高丝氨酸内酯类信号分子（AHLs）对污泥特性的影响研究.结果表明添加30mg/L辛酰基高丝氨酸内酯（C8-HSL）可对颗粒污泥沉降性能产生长期影响,能够有效控制高负荷UASB中ANAMMOX颗粒污泥上浮.仅在实验初期（0~20d）向反应器R2中添加C8-HSL,在实验进行至100d时R2中颗粒污泥B-EPS含量相比对照组R1降低15%,PN/PS值由4.22下降至2.14,同时污泥颗粒表面疏水性提高了26%,因此R2中颗粒污泥的沉降性能大幅提高（颗粒污泥密度增加了24%,沉速提高了90%）.实验进行至100d,R2未发生较明显污泥上浮现象,此时氮容积负荷NLR为12.9kg-TN/（m³·d）,氮容积去除率NRR高达11.3kg-TN/（m³·d）,氮去除率达88%.己酰基高丝氨酸内酯（C6-HSL）可使污泥颗粒的活性有所提高,而十二烷酰基高丝氨酸内酯（C12-HSL）则对高负荷反应器中颗粒污泥的特性没有影响.     

酰基高丝氨酸内酯延缓好氧颗粒污泥解体的研究

为探究外源信号分子对好氧颗粒污泥（AGS）稳定性的影响,在SBAR系统中分别投加不同类型的酰基高丝氨酸内酯（AHLs）,并分析AGS胞外聚合物（EPS）相对含量变化,采用液相色谱-质谱技术（LC-MS）分析系统中信号分子的分布,基于BugBase物种表型预测微生物种群变化.结果表明,投加C12-HSL对微生物分泌EPS有明显促进作用,EPS含量达120.78 mg?g^-1,系统运行90 d未出现颗粒解体现象,可维持AGS稳定状态;信号分子投加后C10-HSL主要分布于水相,而C12-HSL和C14-HSL更容易进入泥相;信号分子投加后种群结构变化显著,革兰氏阴性菌属丰度都有不同提升,在投加C12-HSL之后优势菌属为可塑菌属（Plasticicumulans）丰度显著增加（可达18.14%）、黄杆菌属（Flavobacterium）、梭菌属（Clostridium_sensu_stricto_1）.C12-HSL通过提高革兰氏阴性厌氧菌属,并促进内源C14-HSL分泌,进而使EPS相对含量增加的方式延缓好氧颗粒污泥解体.     

胞外聚合物和信号分子对厌氧氨氧化污泥活性的影响

为了探究胞外聚合物（EPS）对厌氧氨氧化颗粒污泥活性的影响,分别向厌氧氨氧化颗粒污泥中投加30mg/L的总胞外聚合物（IN-EPS）,松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）和紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）.结果表明,3种EPS均可提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性.对于添加了IN-EPS,LB-EPS和TB-EPS的实验组,厌氧氨氧化颗粒污泥的氨氮去除速率分别增加了6.68%,10.5%和19.29%,厌氧氨氧化菌的生长速率分别增加了18.25%,21%,16.3%.三维荧光光谱法分析发现3种EPS的组成基本相同,以芳香族蛋白质和可溶性微生物产物为主.对EPS中的高丝氨酸内酯类（AHLs）信号分子进行检测,发现EPS中含有3种信号分子,分别是C4-HSL,C6-HSL和C10-HSL,外源投加这3种AHLs到厌氧氨氧化颗粒污泥中,结果发现C4-HSL和C6-HSL可以提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性和生长速率,这是EPS可以提高厌氧氨氧化菌活性的原因.     

AHLs群体感应信号分子对硝化污泥附着生长及硝化效果的影响

污水生物脱氮系统中的硝化菌生长慢、易流失,人为添加N-酰基高丝氨酸内酯类(AHLs)群体感应信号分子,可能会强化硝化菌生物膜的形成,从而有助于富集硝化菌,提高硝化效率.本研究以采用低碳氮比(C∶N=8)人工配置废水驯化100 d后的硝化活性污泥为菌源,人为外加2μmol·L-1的AHLs信号分子(C8-HSL或OHHL),分析了两种信号分子对硝化污泥静态附着、氨氮动态降解及微生物生长速率的影响.研究结果表明,信号分子OHHL能快速强化微生物附着生长,且能在一定时间内持续发挥作用,有助于硝化生物膜的形成;而信号分子C8-HSL则能明显提高硝化污泥的氨氮降解速率;两种信号分子都能促进硝化污泥生长,提高微生物生长速率,增强硝化污泥活性,加速硝化污泥生物量累积.人为添加C8-HSL或OHHL信号分子,不仅能保证氨氮降解效率还能降低出水硝氮浓度,减轻氮污染.     

外源自诱导物对厌氧氨氧化的影响

厌氧氨氧化作为污水生物脱氮新工艺,存在着菌群倍增时间长,一旦随水流失,脱氮性能会急剧下降的问题.N-酰基高丝氨酸内酯（AHLs）作为一类典型的诱发群体感应效应的自诱导物,可能会激活部分基因的表达.有研究表明两种常见的AHLs：C6-HSL和C8-HSL对厌氧氨氧化菌群的成膜机制有促进作用.本试验通过外添加C6-HSL和C8-HSL两种自诱导物,深入探究其对厌氧氨氧化菌群的影响.结果表明浓度为0.5g/L的AHLs会抑制厌氧氨氧化菌群的生长,但能提高其脱氮性能,并显著促进联氨合成酶（hydrazine synthase subunit A,hzsA）基因的表达,但两种AHLs的促进作用有所差别,相同浓度的C8-HSL较C6-HSL对hzsA基因表达的促进作用更为明显.     

外源群体感应-好氧反硝化菌强化生物膜脱氮研究

重点研究了外源添加高AHLs调控能力的群体感应-异养硝化好氧反硝化菌(QS-HNAD)过程中生物膜反应器的运行、生物膜生理生化特征、信号分子浓度、脱氮功能基因含量、群落组成和空间结构的变化.结果表明,高C/N比(8～14)条件更有利于其促进反应器脱氮效能:添加群体感应Pseudomonas mendocina促进了反应器的反硝化,而添加Pseudomonas putida提高了氨氮的去除.与水相比,生物膜相信号分子对于环境变化具有更灵敏的响应,C6-HSL是潜在调控生物膜修复和强化脱氮的信号分子.荧光定量qPCR表明,外源添加QS-HNAD有效促进了氨氧化、硝酸盐还原和一氧化氮还原过程.微生物群落结构分析表明,添加不同外源QS-HNAD菌的生物膜微生物群落结构差异较大,P.mendocina菌促进了放线菌、TM7、变形菌在生物膜中富集.     

不同碳氮比对海水养殖废水脱氮效果的影响

工厂化海水养殖废水C/N（碳氮比）较低,有效碳源不足,生物脱氮工艺往往由于缺乏碳源而受到抑制.为揭示脱氮工艺中不同过程对碳源匮乏的敏感程度,应用A/O-MBBR（缺氧/好氧-移动床生物膜反应器）处理模拟海水养殖废水,探讨进水C/N降低（从12降至1）对反应器运行效果的影响,并根据EPS（胞外聚合物）、AMO（氨单加氧酶）、NOR（亚硝酸盐氧化酶）、NIR（亚硝酸盐还原酶）、NR（硝酸盐还原酶）的活性,分析碳源不足对不同脱氮过程的抑制状况.结果表明:①C/N降低时,COD_Cr、NH₄+-N、NO₂--N的去除率均未下降,自养型的氨氧化、亚硝化过程不受影响,AMO和NOR活性提高.②缺氧区pH降低,ρ（DO）升高,NO₃--N的去除率显著降低,C/N为5时开始积累,NR活性明显下降.③异养反硝化反应电子供体出现由外碳源向内碳源和EPS的转换,缺氧区EPS含量逐渐减少,C/N为1时比C/N为6时减少了47%.研究显示,碳源不足是造成海水养殖废水生物反硝化不彻底的主要原因,为了实现高效脱氮,需要在海水养殖废水处理过程中严格控制ρ（DO）并且提供足够的碳源.      

SMBBR处理焦化废水性能及菌群结构响应关系

采用特异性移动床生物膜反应器（SMBBR）处理焦化废水,连续监测生物反应器处理性能.通过HS-GC/MS和Illumina高通量测序探究污染物降解与生物膜菌群结构的响应关系;利用CCA分析废水变量对微生物菌群结构的影响关系.结果表明,系统稳定运行50d时总酚去除率达96.62%,100d时硫氰化物和氰化物完全降解,其中酚、硫氰化物和氰化物对NH₄⁺-N的降解具有毒性抑制作用.HS-GC/MS结果显示,经过好氧处理后,80%以上的有机物被完全去除,其中包括全部酚、部分含N、O杂环化合物和长链烷烃等.测序结果表明,反应时间的不同,生物膜菌群丰度和多样性存在差异.反应期间Proteobacteria（变形菌门）相对丰度最高（20.57%~34.55%）,促进了苯酚的降解;优势菌属为norank_f_ODP1230B8.23、unclassified_o_Micrococcales、norank_f_Anaerolineaceae;此外,Thauera（陶厄氏菌属）、Ottowia、unclassified_o_Rhizobiales（根瘤菌属）和Thiobacillus（硫杆菌属）为系统中苯酚、SCN^-和CN^-的降解优势菌.CCA分析表明,pH值与Nitrospira（硝化菌属）正相关性最大,有效控制pH值可有助于硝化反应的稳定运行.本文研究结论可为生物膜法处理焦化废水提供理论依据.     

厌氧氨氧化污泥群体感应信号分子检测及影响研究

厌氧氨氧化作为一种新型的脱氮工艺具有很好的应用前景,但厌氧氨氧化污泥富集培养困难.本研究以处理垃圾渗滤液的污泥作为接种污泥,在升流式厌氧污泥反应器(UASB)中启动厌氧氨氧化过程;检测驯化成功的厌氧氨氧化污泥中是否存在群体感应信号分子;并通过添加外源信号分子(cis-11-Methyl-2-dodecenoic acid,DSF和N-acyl-homoserine lactone,AHL),探究信号分子对厌氧氨氧化污泥附着生长能力的影响.结果表明,UASB反应器在运行150 d后,总氮去除率达到80%,菌群结构中厌氧氨氧化菌所占比例超过了20%,成功启动厌氧氨氧化工艺,且厌氧氨氧化污泥中存在低浓度的AHLs信号分子;人为添加3-碳位置取代基为羰基的AHLs(3-oxo-C6-HSL、3-oxo-C8-HSL、3-oxo-C10-HSL和3-oxo-C12-HSL)信号分子均能促进厌氧氨氧化污泥附着生长,而3-碳位置无取代基的AHLs中只有C12-HSL和C6-HSL存在积极影响,C8-HSL、C10-HSL和DSF信号分子对厌氧氨氧化污泥的附着生长能力并没有促进作用.     

反硝化悬浮填料适用性及其微生物群落结构解析

为研究温度及处理负荷对缺氧挂膜悬浮填料的活性恢复效果的影响,将填料分别置于低负荷、冲击负荷和低温环境中进行活性恢复适用性实验.结果表明在填料活性恢复过程中起关键作用的是EPS中多糖的增加,冲击负荷和低温条件下多糖含量增加比蛋白质更为明显.而低负荷下多糖和蛋白质含量均高于另外两者.缺氧挂膜悬浮填料的活性恢复对冲击负荷条件的适用性较好,低温条件次之,对低负荷环境适用性较差.另外,低负荷、冲击负荷和低温环境中Proteobacteria菌门的相对丰度分别由15 d时的72.23%、78.66%和76.35%上升至25d时的83.17%、84.30%和80.46%,15 d时低负荷下Proteobacteria菌相对丰度低于其他反应器,缺氧悬浮填料不能作为污水处理厂低负荷下总氮快速达标的备选方案.反硝化功能菌属Dechloromonas相对丰度的增加可能是引起填料生物膜反硝化脱氮能力提高的重要原因.Flavobacterium菌属的存在可能促进了低温下填料生物膜反硝化脱氮能力的恢复.不同恢复环境对缺氧生物膜恢复完成时的生物多样性影响较小.     

好氧颗粒污泥形成过程中群感效应的作用研究

通过观察污泥颗粒化过程中胞外聚合物和水解氨基酸的变化情况,同时监测在好氧颗粒污泥形成过程中不同种类酰化高丝氨酸内酯类化合物（AHLs）在AGS形成过程的变化规律,协同研究群感效应对胞外聚合物产生的影响,进而揭示颗粒化过程中污泥变化特征.结果表明,絮状污泥颗粒化过程中,AGS最终平均粒径约为150 μm,胞外聚合物中蛋白质增幅较大且以紧密结合型胞外聚合物及Pellet层胞外聚合物增加为主.污泥胞外聚合物中芳香族类物质及酪氨酸蛋白物质的生成是AGS形成的物质基础;丙氨酸、甲硫氨酸等疏水性物质可促进AGS的生成并维持其稳定.在AGS形成过程中,群感效应整体呈现为加强趋势,其中C4-HSL呈现明显浓度下降趋势,C6-HSL,3OC6-HSL及C8-HSL与胞外聚合物,蛋白质及多糖均呈现正相关趋势,其中C6-HSL和C8-HSL与紧密结合型胞外聚合物中的蛋白质及多糖呈现极显著正相关.     

有机负荷对污泥胞外聚合物(EPS)分泌特性及信号分子释放差异的影响

考察了连续流A2/O系统在3个有机负荷[0.29,0.58,1.16 kg COD/(m3·d)]条件下,胞外聚合物(EPS)分泌特性及信号分子(AHLs)的释放差异.结果表明:TB-EPS是污泥系统中EPS主要成分,TB-EPS组分具有较高的分子量,且分子量分布更广.有机负荷对LB-EPS各组分的影响大于TB-EPS...     

胞外聚合物在生物膜同步去除/富集磷酸盐系统中的作用

以基于同步去除/富集磷酸盐的厌氧/好氧交替生物膜序批式反应器内生物膜为研究对象,研究了胞外聚合物（EPS）内磷含量形态及生物膜内微生物种群变化,探究EPS在生物膜去除/富集磷酸盐中的作用及其与微生物种群之间的联系.结果表明,生物膜反应器在厌氧外加COD为200 mg·L^-1的条件下富集到了磷浓度为120.95 mg·L^-1的富集液.EPS在生物膜吸/释磷过程中发挥重要作用,EPS磷含量占生物膜磷含量的69.16%~79.00%,³¹P核磁共振实验表明ortho-P为EPS内主要磷形态,占比为85.47%~88.60%.高通量测序结果表明生物膜内微生物种群变化明显,Candidatus_Competibacter为优势菌属,其丰度由1.23%增至38.87%,有利于形成更具粘性的EPS进而黏附在生物膜上,可能促进EPS在吸/释磷中发挥作用;暖绳菌科为优势聚磷菌,随实验温度升高,其丰度由5.29%减至4.90%.     

PN/A-颗粒污泥工艺处理热水解污泥消化液

本研究构建了基于一体式厌氧氨氧化颗粒污泥及絮体污泥的部分硝化-厌氧氨氧化(PN/A)脱氮处理系统,通过运行参数优化调控实现了热水解污泥消化液的高效脱氮。试验结果表明,通过接种厌氧氨氧化菌(AnAOB)生物膜污泥与普通活性污泥、控制高游离氨(FA)(>20mg/L)和限制曝气(DO≤0.2mg/L)等运行条件,能够快速构建短程硝化-厌氧氨氧化反应,亚硝酸盐积累率可达85%以上,脱氮负荷达到0.60kgN/(m³·d)。稀释后的热水解污泥消化液仍对AnAOB活性具有一定的抑制作用,导致反应器总氮负荷降至0.20kgN/(m³·d)以下;但系统内AnAOB丰度总体呈增加趋势,说明AnAOB的增殖未受到完全抑制。系统内混合污泥的平均中位径由53μm缓慢增长至109μm。定量PCR数据及高通量分析显示,该处理系统富集了较高纯度的AnAOB,最大丰度占比可达8.06%,其优势菌属为Kuenenia菌属。此外,在第93运行周期下Kuenenia菌属在颗粒污泥的丰度占比大于AOB,为5.26%;絮体污泥中具有亚硝化效果的单胞菌属Nitrosomonas的丰度占比为1.64%,大于AnAOB。这展现了AOB和AnAOB丰度不同的空间分布特点。     

Fast start-up anammox process using Acyl-homoserine lactones (AHLs) containing supernatant

N-dodecanoyl homoserine lactone (C₁₂-HSL) was detected in the supernatant of an anammox granular sludge reactor (AGSR). C₁₂-HSL could enhance the specific anammox activity of anammox biomass. Adding C₁₂-HSL-containing AGSR supernatant into the continuously stirred tank reactors reduced the start-up time of the anammox process from 80 to 66 days. Moreover, the nitrogen loading rate was also enhanced to 1.6 times that of the control reactor. AHLs could increase the secretion of extracellular polymeric substances and anammox obtained better enrichment with the addition of AHLs-containing AGSR supernatant. Denaturing gradient gel electrophoresis analysis further revealed that AHLs played a role in mediating microbial community parameters. In conclusion, adding AHL-containing supernatant could be an effective and economical way to accelerate the start-up of anammox.     

聚磷生物膜的快速启动及微生物特性研究

在同步去除并富集磷的基础上,探究采用前期不排泥、后期排泥的挂膜方式对聚磷生物膜反应器的运行效能、微生物特征及群落结构的影响.结果表明,经过驯化运行,聚磷生物膜的蓄磷能力明显提升.在挂膜阶段,生物膜厚度及EPS含量出现一定程度的增长;PN/PS上升至3.12,PN/PS比值增加有利于微生物粘附在填料上.在好氧出水达标的情况下,富集液中磷酸盐浓度提升至89.5 mg·L~(-1),达到了鸟粪石回收标准.高通量测序结果表明,经过富集培养,微生物群落多样性呈下降趋势,群落组成变化明显.优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),其丰度从33.6%增长至75.3%;反应器中的聚磷菌属丰度明显增加,从11.8%上升至23.2%,红环菌属(Rhodocyclaceae)、UKL 13-1为反应器中的优势聚磷菌.     

外源性典型N-酰化高丝氨酸内酯类化合物(AHLs)信号分子对污水处理过程N2O产生的影响

群体感应信号分子对污水处理过程中微生物行为和功能微生物含量具有重要影响,但目前其对生物脱氮过程中氧化亚氮(N₂O)产生的影响尚不明确.为探明群体感应与N₂O产生的关联机制,选取两种N-酰化高丝氨酸内酯类化合物(AHLs)信号分子C₆-HSL(N-己酰L-高丝氨酸内酯)和C₈-HSL(N-辛酰-L-高丝氨酸内酯),在AO工艺中研究其外源性投加对污水处理效果、N₂O产生特征及微生物群落结构的影响.结果表明:①信号分子C₆-HSL和C₈-HSL能够显著提高处理系统的生物脱氮效率,2个反应器的硝化速率显著升高,NH₄+-N去除率分别提高了1.7%和2.2%,TN去除率分别提高了7.6%和5.4%,但COD_Cr去除率没有发生明显变化.②信号分子对N₂O产生量影响显著,投加C₆-HSL和C₈-HSL的反应器N₂O产生总量分别增加了39.0%和11.0%,N₂O增量的主要产生途径为好氧处理阶段的硝化细菌反硝化反应.③微生物分析结果显示,污泥中的微生物群落结构,以及与生物脱氮相关的功能微生物含量发生显著变化,投加C₆-HSL和C₈-HSL的反应器氨氧化细菌(AOB)相对丰度由0.3%分别提至0.5%和0.4%,硝化细菌(NOB)相对丰度由0.03%分别增至0.07%和0.08%,反硝化细菌(DNB)的相对丰度由6.3%分别升至8.5%和7.5%.研究显示,AHLs类外源性信号分子能够显著提高污水生物脱氮过程中关键功能微生物AOB、NOB和DNB的相对丰度,进而提升污水处理效果,但同时增加系统N₂O释放量.