MBR中微生物演变及其对膜污染影响的试验研究

膜污染是制约膜生物反应器(MBR)应用的重要因素,对膜污染机理以及防治方法进行研究具有重要的现实意义。试验对MBR中微型动物演变及其对膜污染的影响进行了分析。随运行时间的延长MBR中优势种群依次为游动型纤毛虫、累枝虫和钟虫、表壳虫、红斑瓢体虫。优势种群对污泥状态具有指示作用,而污泥状态对膜污染有着直接影响,污泥状态恶化时膜污染速度约为污泥状态良好时的6倍。     

微型动物在污水处理中的指示作用

本文是上海石化总厂水质净化厂近五年来活性污泥生物相观察的总结。通过总结,发现该厂活性污泥中主要微型动物如:楯纤虫、等枝虫、钟虫、轮虫、裂口虫、鞭毛虫的数量和种类的变化与处理系统的进水、出水的水质,明显相关。这些微型动物在种类或数量上的突然变化,可反映出处理系统受到高浓度毒物冲击时,使处理效率明显地下降;如果这些微型动物的种类和数量趋于一个相对稳定的状态,则处理系统也进入稳态运转;如这些微型动物的种类和数量保持一个相对稳定的阶段,则可指示着该阶段是处于稳态运转,并可获得良好的处理效果。     

SBR工艺活性污泥驯化过程中微型动物群落物种多样性及其稳定性研究

以SBR反应器培养驯化阶段的活性污泥微型动物群落为研究对象,系统考察了活性污泥驯化过程中微型动物群落结构与优势种群变化规律,同时探讨了微型动物群落物种多样性及其稳定性.结果表明,1活性污泥培养驯化是微型动物群落类群和种属增多后趋于稳定的过程:污泥培养驯化过程中微型动物群落,由驯化初期以鞭毛虫为单一优势类群向鞭毛虫、匍匐型纤毛虫、固着型纤毛虫、肉食性纤毛虫等4个共优势类群演变,优势种属也由单一的波豆虫属(Bodo sp.)逐步向波豆虫属(Bodo sp.)、钟虫属(Vorticella sp.)、累枝虫属(Epistylis sp.)、楯纤虫属(Aspidisca sp.)、斜管虫属(Chilodonella sp.)、半眉虫属(Hemiophrys sp.)等6个共优势种属演变;2活性污泥培养驯化是微型动物群落物种多样性水平增高后趋于稳定的过程:Shannon-Wiener多样性指数H'在培养驯化过程中先急剧增大后小幅降低直至相对稳定,较培养驯化前增大约75%;3活性污泥培养驯化是微型动物群落趋于稳定的过程:驯化初期到中期微型动物群落稳定性略有减小,驯化中期到后期有较大的增加并趋于稳定,这是微型动物群落总多度、物种数均先增大后逐渐趋于稳定的结果;4微型动物群落稳定滞后于其污泥成熟与污水处理效能稳定.     

MBR和CAS工艺污泥在贫营养培养条件下的微生物群落结构研究

采用聚合酶链式-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术,研究了膜生物反应器（MBR）和传统活性污泥工艺（CAS）反应器中微生物在贫营养条件下的总细菌群落结构.结果表明,在培养过程中,污泥的微生物种群经历了一个比较明显的变化过程,且以CAS污泥微生物种群的变化更为明显,演替过程中既有原始优势种群的消亡,又有新的优势种群...     

焦化废水活性污泥法处理中微型动物群落及其与处理性能之间的关系

为了分析难降解焦化废水活性污泥法处理中的微型动物群落特征,本研究考察了活性污泥法焦化废水处理厂中的微型动物群落,分析了其与处理性能之间的相互关系.结果发现,本研究共采集的64个水样中,鉴别出28个种属微型动物,其中,原生动物27种(22种纤毛虫、4种鞭毛虫、1种有壳变形虫),1个类群微型后生动物.固着型和匍匐型纤毛虫为共优势群,固着型小口钟虫(Vorticella microstoma)为绝对优势种.除小口钟虫(V.microstoma)(出现频率100%)外,出现频率较高的种类还有轮虫(rotifers)(97%)、沟钟虫(Vorticella convallaria)(69%)等.与常规废水活性污泥法处理系统相比,焦化废水处理系统中的微型动物种类和数量相对偏低.相关性分析结果表明,生物学参数与出水水质、运行参数间存在着不同的相关性.其中,累枝虫属(Epistylis spp.)与出水氨氮(r=-0.740,p0.01)、氰化物(r=0.509,p0.05)和DO(r=0.514,p0.05)存在着显著的相关性;吸管虫属(Podophrya spp.)与硝化效率呈显著负相关(p0.05),它们可作为系统处理性能参数的指示微生物;其他种属与出水水质和运行参数间的相关性不显著(p0.05).因子分析揭示了与系统相关联的潜在的重要影响因素,以及某些微型动物种属间存在的相互关系.     

MBR活性污泥培养驯化过程中生物多样性研究

以MBR反应器启动调试阶段的活性污泥为主要研究对象,系统考察了传统活性污泥法(Conventional activated sludge,CAS)污泥接种至MBR反应器内污泥培养驯化过程中生物多样性情况及微生物群落结构的演变规律.同时,在传统污水污泥检测指标的基础上,对各阶段污泥中总细菌基因组DNA进行提取,应用PCR-DGGE分子生物学技术获得了相应的凝胶电泳图谱并进一步分析了菌群间的相似性.结果表明,以CAS污泥为接种污泥在MBR反应器内培养驯化过程中微生物的多样性变化突出,细菌群落结构演替明显,不同阶段菌群间的相似性说明了各阶段菌群的演变关系:污泥培养驯化是一个逐步有序的过程,微生物随反应器内不同时期及环境的变化而调整,逐渐演变成适应MBR工艺的群落结构.     

利用微型动物减少污泥产量的工艺探讨

在适宜的条件下,活性污泥系统中可以生长出大量的原生动物和后生动物等微型动物,这些微型动物在活性污泥中起着捕食者的作用,它们可以通过捕食,将污泥转化为能量、H2O和CO2,从而使污泥量减少。蚯蚓生物滤池工艺、两段式生物反应器工艺和淹没式生物膜工艺是目前国内外常见的3种利用微型动物减少污泥产量的工艺,本研究介绍了这3种工艺的污泥减量效果,并分析了各自的优缺点。     

炼油废水对凤眼莲根系微型动物种类、数量和生物量的影响

用凤眼莲净化炼油废水,其根系的生物种类很丰富,成为一个亚生态系统,其中微型动物有20种,轮虫3种,线虫、枝角类等4种.优势种群为沟钟虫、转轮虫和盘状鞍甲轮虫,它们各占总量的18.5％、17.5％和34.5％.炼油废水在氧化塘中滞留期越长,根系微型动物种类和数量越多.从废水的进口到出口凤眼莲根系微型动物总的数最呈增加趋势,最高数量为1.91×10~7个/m~2.对照塘除具有自氧作用的裸藻外,水体中几乎无微型动物.废水滞留期的延长对进、出口凤眼莲根系上好氧和兼性好氧微生物数量的影响不大.     

表层附着累枝虫的好氧颗粒污泥特性

在序批式反应器(SBR)中处理实际生活污水,并接种城市污水处理厂活性污泥,培养出表层附着大量累枝虫的好氧颗粒污泥.运行120 d时,颗粒污泥浓度可达4482 mg·L-1,污泥容积指数(SVI)为55 m L·g-1左右,颗粒的粒径主要在1.6~2.5 mm之间,平均沉速为55.4 m·h-1,累枝虫密度可达30450 ind·m L-1.CODCr和NH+4-N的平均去除率分别为87.9%和91.8%.采用直接免疫荧光法证实累枝虫可吞食游离细菌,能有效减少出水SS,且出水SS与累枝虫的密度变化整体呈相反趋势.表层附着生长的累枝虫略微降低了颗粒污泥的沉速.结构分析可看出累枝虫根植于颗粒表层,柄的部分成为颗粒污泥的"骨架",有利于颗粒污泥结构强度和稳定性.     

无机废水硝化过程中原生动物群落结构特征及其变化规律

研究了处理人工氨氮配水的反应器硝化过程中原生动物种群结构特征及其变化规律.研究发现,来自城市污水厂的接种污泥随着运行时间的延长,原生动物的种群多样性不断降低.在亚硝酸盐积累阶段,表壳虫(Arcella)成为优势种;在硝酸盐成为主要硝化产物时,原生动物的优势种主要为累枝虫(Epistyli)和匣壳虫(Centropyxis);污泥粒径大小是决定匣壳虫成为优势种的主要原因.     

膜生物反应器系统中原生动物的群落特征

与常规生物处理工艺相比,膜生物反应器(MBR)系统由于污泥停留时间长、污泥浓度高等特点,因此反应器内微生物种群结构呈现不同的特点.通过对MBR系统中原生动物的群落结构进行为期近2年连续的监测结果表明,过长的污泥龄对系统中原生动物的种类与数量均有负面的影响.研究发现:①在长期不排泥的MBR系统中,当环境温度从11℃上升到25℃,原生动物的多样性呈显著上升趋势;②当污泥龄从350 d下降到30 d,MBR系统中原生动物的种类与数量明显增加.特别在较低的环境温度条件下,系统中原生动物的种类与数量随着污泥龄的缩短呈显著的上升趋势;③与相同污泥龄(SRT=30d)的氧化沟(TOD)系统相比,MBR的污泥中原生动物的种类与数量均低于TOD.     

北京市河流秋季浮游动物群落特征分析

为了解北京市河流浮游动物群落空间分布特征及其与水环境因子之间的关系,于2017年9月采集了北京市28个水体的81个断面的样品,鉴定出浮游动物4类68种,其中原生动物17种占25%,轮虫36种占53%,枝角类13种占19%,桡足类占3%,主要是桡足幼体和无节幼体. 15种优势种中12种主要来自于轮虫和桡足类.山区河流浮游动物以原生动物和桡足类为主,城郊结合区以桡足类为主,城区以轮虫为主.综合水质标识指数法、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数计算结果表明,山区河流水质总体上优于城区,城市水质优于城郊结合区;采用单因子水质标识指数法识别出水体主要污染因子为总氮.通过主成分分析(PCA)和典范对应分析(CCA)后发现,NH_4+~-N、BOD_5和COD等对浮游动物特征影响较大.     

兼氧型MBR工艺对污泥自消化效果的研究

研究了兼氧型MBR工艺中,当溶解氧控制在0.1～3.0 mg/L时,兼性厌氧菌和厌氧菌所占比例达80%。实验进水COD浓度为60～600 mg/L,COD去除率平均达93%;MLVSS浓度一直保持稳定,平均值为11 090 mg/L,而无机灰分浓度逐渐积累,实验开始时为3 107 mg/L,实验结束时达5 830 mg/L。结果表明,兼氧型MBR工艺可实现污泥自消化,不排放有机性污泥。兼氧型MBR工艺还对膜组件有一定自清洁作用,运行周期可达4个月。实验证明,兼氧型MBR工艺具有处理效率高、不排放有机污泥以及减轻膜污染的特点,是一种创新性的污水处理技术。     

Enhanced atrazine removal using membrane bioreactor bioaugmented with genetically engineered microorganism

Bioaugmentation with genetically engineered microorganisms (GEMs) in a membrane bioreactor (MBR) for enhanced removal of recalcitrant pollutants was explored. An atrazine-degrading genetically engineered microorganism (GEM) with green fluorescent protein was inoculated into an MBR and the effects of such a bioaugmentation strategy on atrazine removal were investigated. The results show that atrazine removal was improved greatly in the bioaugmented MBR compared with a control system. After a start-up period of 6 days, average 94.7% of atrazine was removed in bioaugmented MBR when atrazine concentration of influent was 14.5 mg/L. The volumetric removal rates increased linearly followed by atrazine loading increase and the maximum was 65.5 mg/(L·d). No negative effects were found on COD removal although carbon oxidation activity of bioaugmented sludge was lower than that of common sludge. After inoculation, adsorption to sludge flocs was favorable for GEM survival. The GEM population size initially decreased shortly and then was kept constant at about 10⁴–10⁵ CFU/mL. Predation of micro-organisms played an important role in the decay of the GEM population. GEM leakage from MBR was less than 10² CFU/mL initially and was then undetectable. In contrast, in a conventionally activated sludge bioreactor (CAS), sludge bulking occurred possibly due to atrazine exposure, resulting in bioaugmentation failure and serious GEM leakage. So MBR was superior to CAS in atrazine bioaugmentation treatment using GEM.     

一体式MBR污泥特性及对其过滤性能的影响

研究了一体式MBR长期不排泥运行的污泥特性变化,考察了水力停留时间、曝气量等因素对污泥增长特性、污泥颗粒粒径分布及膜过滤性能的影响,并探讨了这些因素之间的关系。结果表明:水力停留时间越短,MLSS与MLVSS增加越快,膜污染加速,膜过滤阻力增加越快,但MBR中污泥浓度的增长、变化对出水COD的影响不明显;污泥平均粒径随SRT的延长而减小,实验结束污泥粒径最小值为0.6μm大于实验用膜的孔径0.2μm,表明混合液中的微细颗粒污泥未对膜通量的下降起决定性作用,膜表面污泥的沉积对膜通量影响更大一些,增加曝气强度可以明显改善MBR的过滤性能。     

利用PCR-DGGE研究膜生物反应器中微生物的群落结构

使用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)考查了天津某再生水处理厂膜生物反应器(Membrane Bioreactor,简称MBR)培养驯化直至正常运行全过程中总细菌群落结构的演替情况.结果表明,在MBR环境中,接种的传统活性污泥中的微生物群落在几天内发生了较大的变化,在进污水驯化时,微生物群落也遭受了冲击,最后经过培养驯化趋于稳定,一些菌种逐渐成长为顶级优势微生物,在反应器内占据主导地位.最终该反应器逐渐形成了自己独有的微生物群落生态系统.另外,对该微生物群落的部分优势总细菌进行了克隆测序和系统发育树分析,通过鉴定获得的10条总细菌的16S rDNA序列,它们分别与气单胞菌属、假单胞菌、亚硝酸菌属、丛毛单胞菌属和杆菌的同源性在97%以上,这些优势微生物在MBR反应器去除有机物的过程中起到了关键的作用.     

低温时污泥膨胀对MBR中膜污染的影响

通过一体式膜生物反应装置考察了在低温条件下发生污泥膨胀过程中反应器的运行效果和膜污染的情况,并从微生物角度分析了引起膜污染的因素.结果表明,低温时COD上清液和出水平均去除率分别为85%和92%,发生丝状菌污泥膨胀后去除率变化不大.MBR中丝状菌污泥膨胀形成的过程中,污泥沉降性变差,丝状菌丰度（FI）由2增加到5,丝状菌伸出絮体形成网状结构.低温时膜操作压力随时间呈直线变化,膜组件的水力清洗周期为15 d.在丝状菌大量繁殖时缩短到7 d,膜污染严重.通过测定活性污泥的特性,发现膨胀污泥的胞外聚合物（EPS）总量是正常污泥的3倍,污泥絮体相对疏水性（RH）随FI的提高而增大.EPS和RH增大后会引起更多物质沉积到膜表面,使膜污染速率提高,膜的运行周期变短.进一步的分析表明,混合液粘度、Zeta电位、污泥絮体形态也是影响膜污染的因素.     

膜-生物反应器和传统活性污泥工艺的比较

在运行条件一致的情况下把膜-生物反应器(MBR)和传统活性污泥工艺(CAS)进行了比较研究.试验结果表明,MBR具有比CAS更为稳定良好的出水水质,其平均出水COD浓度为55.5mg/L,低于CAS工艺(79.7mg/L).MBR系统中由于膜对大分子物质的截留作用,运行前120d出现溶解性微生物产物的积累,但随着微生物的驯化,这些积累的微生物产物最后得到降解.CAS中未发生微生物产物的积累.CAS出水、MBR上清液以及MBR出水中的物质组成差别很大.CAS出水和MBR上清液中分子量大于60000的高分子物质与小于3000的小分子物质都占有相当大的比例,其中高分子物质在MBR上清液中的含量高于CAS系统;MBR出水中则主要是分子量小于3000的小分子物质.MBR污泥粒径较小,使得氧扩散速率得到提高.     

驯化活性污泥处理垃圾渗滤液研究

利用驯化活性污泥法对组分复杂的垃圾渗滤液进行有机物降解实验。结果表明,对BOD_5/COD比值为0.45～0.47的垃圾渗滤液,其进水最佳污泥负荷为1.7～2.0kgCOD/(kgMLSS·d),在此范围内,经过8h的好氧生化处理,COD和BOD_5去除率分别达71%～76%和81%～85%。驯化的活性污泥以菌胶团为主,菌落形态多样,其中原生动物以盖纤虫和轮虫为主。该处理系统的生化动力学半速度常数K_5=168mg/L,最大比降解速度K=1.70d~(-1),可用于表征该废水的可生化性和驯化活性污泥的种群特征。