聚糖菌颗粒污泥基于胞内储存物质的同步硝化反硝化

采用特殊运行方式的厌氧-好氧SBR系统(厌氧后排水),以乙酸钠为有机基质成功富集了聚糖菌颗粒污泥.聚糖菌颗粒污泥厌氧-好氧批式实验表明,聚糖菌颗粒污泥具有较强的SND能力,TOC/N分别为5.0,4.0,2.8时,SND效率分别96.4%、95.3%及96.2%,而周期总氮去除效率随着碳氮比降低而降低,分别为66.0%、61.2%及56.3%.通过对周期氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、TOC以及胞内糖原、PHB变化的测定分析,证明聚糖菌颗粒污泥SND过程中,污泥以厌氧阶段储存于胞内的多聚物PHB作为反硝化碳源,并且反硝化聚糖菌是系统中反硝化能力的来源.与溶解性基质相比,PHB的降解速率相对较低,因此在SND过程中,反硝化可以与硝化保持相近的速率,从而有助于获得良好的SND效果.     

厌氧序批操作反应器中糖原储存及代谢模式研究

文章研究了在以葡萄糖为基质的厌氧序批操作反应器(ASBR)中糖原的储存及代谢模式,结果表明:当进水结束时,基质水解的量占36.22%,基质储存的量占50.48%。胞内糖原的代谢受到糖原总量和胞外挥发性脂肪酸(VFA)含量的影响,糖原总量和代谢速率成正比,最高可达26.36 mg/(g VSS·h);胞外VFA含量和代谢速率成反比。"快速吸收储存、缓慢利用"是微生物利用糖原的过程中的主要特点,糖原的代谢模式为"葡萄糖-胞内糖原储存-VFA"。     

有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响

接种稳定运行300余天的厌氧氨氧化污泥,通过批次试验,研究了不同浓度乙酸钠和不同种类有机物对厌氧氨氧化系统的冲击影响.结果表明:在初始NO2--N浓度为35mg/L左右,乙酸钠浓度为0~200mg/L时,乙酸钠的冲击不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,且一定程度上促进厌氧氨氧化反应的进行,最大比氨氧化速率与乙酸钠浓度呈正相关性;不同有机物对厌氧氨氧化系统的促进作用不同,氨氧化速率从高到低依次为乙酸钠、蛋白胨、葡萄糖和淀粉;反硝化作用伴随整个反应过程,但硝态氮还原速率[0.0155~0.0442mgN/(L?min)]小于氨氧化速率[0.1090~0.1498mgN/(L?min)],因此厌氧氨氧化菌在系统中一直占主导地位.在有机物的冲击下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的总氮,提高系统总氮的去除率,从而改善出水水质.     

溶解氧对活性污泥胞内贮存物和除磷性能的影响

分别以乙酸钠和葡萄糖为碳源,通过间歇实验,考察不同溶解氧(DO)浓度对厌氧-缺氧-好氧序批式反应器中活性污泥胞内贮存物聚羟基烷酸酯(PHA)、糖原和系统除磷性能的影响。实验表明:DO对以乙酸钠为碳源培养的胞内贮存物PHA和糖原影响较大,并影响污泥的除磷性能;对以葡萄糖为碳源培养的胞内物质影响较小,可能是因为细胞内存在其他类型的胞内贮存物。     

Ce~(3+)对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce3+对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce3+浓度＜1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce3+浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量＜3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce3+的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

乙二胺四乙酸(EDTA)生物降解特性

研究EDTA作为单一碳源以及在乙酸钠、葡萄糖共基质条件下EDTA的厌氧、好氧生物降解特性.静态试验厌氧采用厌氧间歇试验法,好氧采用瓦呼仪测试法.单基质条件时,好氧、厌氧情况下EDTA均难以生物降解;而共基质可促进EDTA降解.动态试验采用活性污泥法,结果表明:污泥经过30d的驯化,EDTA去除率可达到50%左右,加入10mg/L乙酸钠,HRT=160,EDTA去除率可达到80%;当HRT=20h,EDTA去除率可达到92.5%～95.1%.污泥龄是影响EDTA降解的主要因素.乙酸钠本身易生物降解,同时它与EDTA具有相似结构,这种官能团共享促进了EDTA的生物降解.乙酸钠的加入还改善了污泥性能.     

有机物对SAD的影响及其数学模拟

通过血清瓶批式实验,研究了不同C/N下葡萄糖和乙酸钠对厌氧氨氧化耦合反硝化系统（SAD）污泥活性及脱氮性能的影响.耦合系统颗粒污泥为在亚硝态氮充足的UASB连续流反应器中培养得到,具有较高的厌氧氨氧化活性和反硝化活性.以葡萄糖为碳源,C/N分别为1,2,4时,厌氧氨氧化活性差异不大,反硝化活性逐渐增加,亚硝态氮最大降解速率分别为0.265,0.345,0.453kgN/（kgVSS·d）;以乙酸钠为碳源,C/N分别为1、2、4时,厌氧氨氧化活性和反硝化活性都无明显差别.相同C/N下,耦合系统以葡萄糖为碳源时的厌氧氨氧化活性较高,以乙酸钠为碳源时的反硝化活性较高.C/N分别为1,2,4时,以葡萄糖为有机物的氨氮最大降解速率分别为乙酸钠的1.15,1.19,1.58倍,以乙酸钠为有机物时反应的亚硝态氮最大降解速率分别为葡萄糖的1.89,1.48,1.15倍.实验的数学模拟结果表明,通过模型的模拟,能较为准确地预测实验过程中氮素的变化趋势,在C/N为1~4时耦合系统中颗粒污泥的厌氧氨氧化活性无较大变化.     

不同共基质条件下3-硝基酚的好氧降解研究

采用SBR反应器,研究分别以葡萄糖和乙酸钠为共基质时3-硝基酚的好氧降解.试验结果表明:在SBR反应器中,以葡萄糖为共基质的3-硝基酚好氧降解效果比以乙酸钠为共基质的要好;保持反应器内初始COD浓度1 000 mg/L左右,在葡萄糖共基质条件下,初始浓度120 mg/L以内的3-硝基酚可完全降解;在乙酸钠共基质条件下,初始浓度40 mg/L 以内的3-硝基酚可完全降解;相同的初始3-硝基酚浓度、相同的硝基酚去除率下,葡萄糖共基质条件下3-硝基酚的平均降解速率大于乙酸钠共基质条件下的平均降解速率.     

Ce3+对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce³⁺对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce³⁺浓度<1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce³⁺浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量<3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce³⁺的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

不同共基质条件下上流式厌氧污泥床反应器中硝基酚的降解研究

用实验室规模的2个UASB反应器,分别研究了以葡萄糖和乙酸钠为共基质条件下3-硝基酚(3-NP)和2,6-二硝基酚（2,6-DNP）的降解效果.结果表明,对3-NP的降解,用葡萄糖作共基质的效果明显好于以乙酸钠为共基质;而对2,6-DNP的降解,乙酸钠作共基质效果更好.在含3-NP废水厌氧降解实验中,保持进水COD浓度为2 500 mg/Ｌ左右,HRT为26 h,以葡萄糖为共基质时,进水3-NP浓度可提高到254.6 mg/Ｌ,3-NP的去除率保持在99.0%以上;以乙酸钠为共基质时,保持HRT为30 h,3-NP浓度可提高到71.6 mg/Ｌ,3-NP去除率在90.0%以上.在含2,6-DNP废水厌氧降解实验中,保持进水COD浓度在2 500 mg/Ｌ左右,HRT为35 h,以葡萄糖为共基质时,2,6-DNP浓度可提高到170.0 mg/Ｌ,2,6-DNP的去除率保持在98.0%以上;以乙酸钠为共基质时,保持HRT为30 h,2,6-DNP最大浓度可提高到189.5 mg/Ｌ,2,6-DNP的去除率在99.2%以上.     

基于聚糖菌和聚磷菌竞争的代谢模型及影响因素

聚糖菌的富集已成为造成EBPR强化生物除磷系统非稳定运行的重要因素之一.本文基于活性污泥数学模型ASM.2D的生物除磷代谢模型,围绕化学计量学和动力学阐述了聚磷菌PAOs胞内糖原的代谢途径以及聚糖菌GAOs在厌氧和好氧条件下的代谢模型,揭示了2类微生物的竞争本质.同时,对比分析了影响代谢模型化学计量学参数的若干因子,如碳源类型、温度、pH条件和污泥龄SRT等;结果发现,这些因素对PAOs和GAOs的代谢模型系数具有重要的影响作用,并进而决定着2类微生物的竞争优势.此外,针对目前对两类微生物的竞争主要集中于厌氧代谢的现状,提出今后的研究重点应放在好氧/缺氧机理方面.     

pH对低温除磷微生物种群与聚磷菌代谢的影响

在5°C条件下通过运行SBR生物除磷反应器和静态实验考察pH对低温生物除磷系统的影响。pH不仅影响生物除磷反应器的性能,而且也会影响生物除磷系统的微生物种群结构。在pH为6的条件下长期运行的生物除磷系统中聚糖菌大量存在;而在中性(pH=7)和弱碱性(pH=8)条件下,聚磷菌在活性污泥中占有优势地位。静态实验结果表明,当pH在6⁸.5之间变化时,聚磷污泥的厌氧释磷能力随pH的升高而提高。pH在68.5之间变化时,聚磷污泥的厌氧释磷能力随pH的升高而提高。pH在6⁸之间变化时,乙酸吸收和PHB的合成能力随着pH升高而加强,当pH升高到8.5时,PHB合成能力下降,从而抑制了好氧段磷酸盐的吸收。pH为8时,生物除磷系统实现了充分的释磷和吸磷,并取得了最好的除磷效果。     

SPNED-PR系统内PAOs-GAOs的竞争关系及其氮磷去除特性

为研究同步短程硝化内源反硝化除磷（SPNED-PR）系统的脱氮除磷特性及系统内聚磷菌（PAOs）和聚糖菌（GAOs）在氮磷去除的贡献和竞争关系,本研究以实际低C/N比（4左右）生活污水为处理对象,考察了不同浓度的溶解氧（DO）（0.5~2.0mg/L）、NO₂^--N（4.7~39.9mg/L）和NO₃^--N（5.0~40.0mg/L）对延时厌氧（150min）/低氧（180min,溶解氧0.5~0.7mg/L）运行的SPNED-PR系统氮磷去除特性和底物转化特性的影响.结果表明,DO浓度均不影响PAOs和GAOs的好氧代谢活性,且两者之间几乎不存在DO竞争.不同NO₂^--N浓度条件下,GAOs较PAOs更具竞争优势,NO₂^--N主要是通过GAOs去除的（约占58%）;且GAOs所具有的高内源反硝化活性和亚硝耐受力,减弱了高NO₂^--N浓度（26.2~39.9mg/L）对PAOs反硝化吸磷的抑制,保证了系统的脱氮除磷性能.不同NO₃^--N浓度条件下,PAOs较GAOs处于竞争优势,其在NO₃^--N去除中的贡献比例达61.2%.此外,SPNED-PR系统的PUR_DO > PUR_nitrate > PUR_nitrite,PAOs对DO的优先利用保证了低氧条件下系统的高效除磷,且GAOs的内源短程反硝化特性保证了系统的高效脱氮.     

市政污水处理厂生物除磷运行效能与机理分析

选取浙江北部10个污水处理厂,调研污水厂生物除磷的运行效能并开展污泥活性以及微生物分布特征及其除磷机理的研究.通过活性污泥批试验表明,厌氧释磷率和好氧聚磷率(以P计)平均为2.4mg/(g·h)和2.2mg/(g·h);反硝化聚磷菌(DPAOs)占聚磷菌(PAOs)的比例为0.0%～80.1%.荧光原位杂交法(FISH)对活性污泥微生物群落结构分析表明,聚磷菌(PAOs)比例为2.0%～8.7%,聚糖菌(GAOs)比例为1.3%～22.4%.根据调查结果和生物除磷性能研究,可通过调整污水营养成分和设置独立前置反硝化池等方法改善除磷效果.     

城市污水处理厂氧化沟工艺微生物种群分析

应用荧光原位杂交技术(fluorescent in situ hybridization,FISH)对我国北方某城市污水处理厂氧化沟工艺中的微生物进行种群分析,考察系统活性污泥中聚磷菌(phosphorus accumulating organisms,PAOs)和聚糖原菌(glycogen accumulatingorganisms,GAOs)的种群结构特点及其空间分布变化关系.结果表明,厌氧池、氧化沟缺氧区和好氧区中PAOs占全菌百分比分别为2.0%±0.6%、3.4%±0.6%和3.5%±1.2%;GAOs所占全菌百分比分别为25.3%±8.7%、30.3%±7.1%和24.4%±6.1%.该厂氧化沟工艺PAOs含量低于已报道其他脱氮除磷系统水平(7%～22%),其除磷性能较差.数据统计分析显示,氧化沟缺氧、好氧区中PAOs含量相对于厌氧池有显著上升,而GAOs含量沿程变化不大.     

Exploration of the metabolic flexibility of glycogen accumulating organisms through metatranscriptome analysis and metabolic characterization

Glycogen accumulating organisms (GAOs) are closely related to the deterioration of enhanced biological phosphorus removal systems. However, the metabolic mechanisms that drive GAOs remain unclear. Here, the two-thirds supernatant of a reactor were decanted following the anaerobic period to enrich GAOs. Long-term monitoring demonstrated that the system was stable and exhibited typical characteristics of GAOs metabolism. Acetate was completely consumed after 60 min of the anaerobic phase. The level of glycogen decreased from 0.20 to 0.14 g/gSS during the anaerobic phase, whereas the level of glycogen significantly increased to 0.21g/gSS at the end of the aerobic period. Moreover, there was almost no phosphate release and absorption in the complete periods, thus confirming the successful construction of a GAOs enrichment system. Microbial community analysis demonstrated that Ca. Contendobacter was among the core functional genera and showed the highest activity among all of the communities. Furthermore, our study is the first to identify the involvement of the ethyl-malonyl-CoA pathway in the synthesis of polyhydroxyvalerate via croR, ccr, ecm, mcd, mch and mcl genes. The Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) pathway was preferentially used via glgP. Furthermore, the glyoxylate cycle was the main source of ATP under anaerobic conditions, whereas the tricarboxylic acid cycle provided ATP under aerobic conditions. aceA and mdh appeared to be major modulators of the glyoxylate pathway for controlling energy flow. Collectively, our findings not only revealed the crucial metabolic mechanisms in a GAOs enrichment system but also provided insights into the potential application of Ca. Contendobacter for wastewater treatment.     

聚磷菌与聚糖菌竞争影响因素的研究进展

根据国内外文献的有关报道,综述了在强化生物除磷系统中聚糖菌与聚磷菌相互竞争的有关影响因素,并指出了今后的研究方向。     

C/P对EBPR系统PAOs与GAOs竞争及PHAs代谢过程影响研究

以富含聚磷菌(PAOs)活性污泥为基础,基于FISH技术研究了SBR工艺不同C/P(25∶1、20∶1、15∶1和10∶1)对EBPR系统中功能菌变化特征与微生物胞内聚合物(PHAs)代谢过程的影响.结果表明,经过10 d运行处理,C/P分别为25∶1、20∶1和15∶1系统磷酸盐去除率88%,而C/P为10∶1系统磷酸盐的去除率为0%.FISH检测结果显示,随着C/P从25∶1下降到10∶1,EBPR系统中PAOs的含量相应从(76.42±1.24)%减少到(10.40±0.97)%,而聚糖菌(GAOs)则从(16.36±3.41)%增加到(34.25±2.59)%.在厌氧段,不同C/P条件下EBPR系统中PHB和PHV的合成动力学系数大小分别为K25∶1K20∶1K15∶1K10∶1和K15∶1K20∶1K25∶1K10∶1.随着C/P从25∶1下降到10∶1,合成PHB在PHAs中所占的比例从85%下降到24%,而PHV则从15%上升到76%;在好氧段,不同C/P系统消耗PHB和PHV的动力学系数大小均为K20∶1K25∶1K15∶1K10∶1,且C/P为25∶1、20∶1和15∶1时系统消耗主要成分是PHB(占PHAs 71%～75%),而C/P为10∶1时系统消耗主要成分是PHV(占PHAs 71%).由此表明,随着C/P的降低,EBPR系统内GAOs增加而PAOs减少,从而导致系统内PHB合成与消耗比例逐渐减少,而PHV合成与消耗比例逐渐增加.     

Determination of operational parameters of anaerobic phase for enhanced phosphorus removal in MBR

Two runs of experiments were carried out to obtain an understanding of phosphorus release and uptake under the anaerobic condition and then the aerobic condition respectively. Under anaerobic condition, it was found that the extent of phosphorus release appeared to increase with the increase of the initial organic loading rate when the initial organic loading rate was up to 0. 1 gSCOD/gMLSS.When the initial organic loading rate was higher than 0. 1 gSCOD/gMLSS, the amount of phosphorus release per unit mass of MLSS reached heady a same stationary value, and it seemed this is not affected by organic loading rate when there is extemal available substrate remained. In addition, the effect of NOx-N on the phosphorus release and uptake was also investigated, it was proved that the denitrifiers has an advantage over polyphosphate accumulating bacteria in competition for organic substrate under anoxic condition. Therefore, the existence of NOx-N is disadvantageous to the phosphorus release. Based upon the above investigations, the process configuration of membrane bioreactor(MBR) in combination with anaerobic phase was proposed to enhance the removal of phosphorus in treating domestic wastewater. Dunng the experimental period of four months, average removals of 92.50%, 84.25%, 100%, 94.09% and 85.33% were achieved for COD, TP, SS, NH3-N and TN respectively.