厌氧膜生物反应器处理市政污水的产甲烷性能及微生物代谢特征

厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)作为一种新型厌氧处理技术,可高效去除污水中的有机物并以CH₄的形式回收再利用,降低污水处理能耗与碳排量,助力实现“双碳”目标. 为评估AnMBR处理市政污水时的能源回收潜力,进一步揭示处理系统工艺特性,考察了不同水力停留时间(hydraulic retention time, HRT)下AnMBR处理市政污水的污染物去除及产甲烷性能、微生物代谢产物及微生物群落组成特征. 结果表明:①在室温条件下,HRT从24 h缩短至3.2 h过程中反应器均可实现高效的化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)去除与产甲烷性能,COD去除效率稳定在95%以上,进水77%以上的COD转化为CH₄,出水COD浓度低至(21.2±7.8) mg/L. ②反应器中溶解性微生物代谢产物(soluble microbial products, SMP)浓度为70~200 mg/L(以COD计),蛋白质/多糖(含量比,下同)为4.3~5.5,远高于胞外聚合物中的蛋白质/多糖(2.0~4.0),膜污染潜力高. ③微生物群落分析发现,产甲烷古菌与细菌的丰度比与固体停留时间(solid retention time, SRT)呈显著负相关(P<0.05),且不同粒径颗粒中微生物群落组成差异显著,产甲烷古菌在粒径≥10 μm的颗粒中丰度较高,维持混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)在8.0~11.5 g/L之间、SRT在60~80 d之间可避免功能菌群失衡. 研究显示,AnMBR处理市政污水可实现良好的污染物去除效果与产甲烷性能,但过长的SRT会导致污泥浓度过高、SMP浓度增大以及产甲烷古菌丰度降低,影响反应器高效稳定运行.      

IFAS工艺处理南方低碳源污水的泥膜微生物互作规律分析

针对低碳源条件下污水处理问题,开展了活性污泥和生物膜共生系统（IFAS）的实验研究,讨论了低碳源下泥膜两相微生物的赋存特征和互作规律,明确其生态位和对处理效能的影响,通过实际水厂的中试实验,分析生物膜挂膜特性、泥膜活性和菌群的演替规律,对比在不同活性污泥泥龄调控下的泥膜两相中微生物结构和相互作用.结果表明,在变SRT下,反应器内污泥浓度随着SRT的增大而增加;由于SRT-H中微生物浓度远大于SRT-L,因此SRT-H中泥膜之间的竞争关系较SRT-L更激烈,SRT-H中污染物去除效能较SRT-L更低.低碳源进水条件下,IFAS工艺中污泥活性随SRT增大而降低,当低SRT （5 d）条件下,活性污泥硝化、反硝化、聚磷和吸磷速率较高SRT （25 d）分别增加了122%、88%、34%和44%;而SRT对生物膜活性的影响较小,两种SRT下生物膜硝化活性、反硝化活性相差不大.微生物测序分析表明,IFAS工艺功能菌在泥膜两相间会随着SRT的变化而发生富集转移;SRT-L中,因"播种（seeding）"效应而在泥膜两相间发生富集转移的功能菌主要为unclassified_g__Enterobacteriaceae,SRT-H中则主要是Acinetobacter.同时,通过分析优势功能菌分布,发现活性污泥中脱氮菌和聚磷菌之间也存在一定竞争;在进水有机基质匮乏的条件下,脱氮菌的相对丰度明显高于聚磷菌的相对丰度,表明脱氮菌更能适应低碳源条件,所以能在竞争中占据优势地位,这种优势主要体现为好氧反硝化菌相对丰度的增加;此外,泥相的SRT变化会反作用于膜相,使得生物膜的停留时间相应发生改变,从而改变菌群结构,筛选出不同优势菌属,进一步加大差异.     

ALB工艺处理重庆小城镇生活污水的试验研究

采用ALB工艺处理重庆小城镇生活污水,分别考察了好氧区溶解氧DO、水力停留时间HRT、气提装置气量Q、污泥龄期SRT对处理效果的影响。结果表明,ALB工艺的最佳反应参数:好氧区溶解氧DO为2 mg/L,水力停留时间HRT为8 h,气提装置气量Q为1 L/min,污泥龄期SRT为15 d。在此条件下,COD、NH_4~+-N、TN、TP的去除率分别为89.0%、83.4%、66.1%、68.8%,达到国家污染物排放一级B标准。ALB工艺属紧凑节能型活性污泥法脱氮除磷新工艺,适合于中小城镇污水处理采用。     

两级完全混合发酵工艺开发碳源试验研究

采用两级完全混合发酵工艺进行碳源开发试验,研究了水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)对工艺开发碳源效果的影响.研究表明,固定SRT为4d,污泥回流比为1,HRT在32~36h,系统出水的溶解性COD(SCOD)可维持在1090~1180mg/L,且浓缩池泥水分离效果较好,出水的SS保持在50~80mg/L.保持系统的HRT为32h,污泥回流比为1,SRT在4~7d时,可实现厌氧系统中产酸菌与产甲烷菌的分离,系统能够保持良好的产酸效果,此时系统出水的SCOD值基本稳定于980~1179mg/L.碱度可以作为衡量水解酸化系统是否有效运行的重要参数.HRT为32h,SRT为4d的工况下,初沉污泥酸化发酵系统对氨氮和磷的释放率分别为3.88 mgN/gVSS和0.27mgP/gVSS.     

活性污泥对有机污染物的吸附研究

通过中试试验,分析了活性污泥对污染物吸附的影响因素,并考察了活性污泥对城市污水中污染物的吸附效果.试验研究表明,污泥浓度(MLSS)、水力停留时间(HPT)和污泥龄(SRT)对活性污泥吸附污染物的效果有一定的影响,但污泥龄影响较小.在污泥质量浓度为3～5 g/L,HRT为36 min和SRT为2 d的运行参数下,活性污泥时COD,SS,TN和TP吸附效果分别为70.7%,87.7%,30.2%和72.2%.     

包埋固定化菌去除絮凝余水中氨氮的研究

研究采用聚乙烯醇（PVA）为载体的包埋固定化微生物处理低浓度氨氮絮凝余水,较短的水力停留时间（HRT）成功实现了氨氮的去除,在HRT为3h之内从地表水环境质量V类水标准以外达到了I类水标准,同时该菌对CODCr也有一定的去除能力,并系统的研究了HRT、颗粒填充率对絮凝余水处理效果的影响。     

SUFR系统中活性污泥特性及反硝化除磷稳定性

通过试验考察了螺旋升流式反应器（SUFR）系统中活性污泥的特性及ρ（COD_Cr）和污泥龄（SRT）对反硝化除磷稳定性的影响. 结果表明:SUFR系统的活性污泥指数（SVI）介于50 ～150 mL/g;污泥活性均在0.75以上;污泥颗粒直径多在0.7～0.9 mm,属于小颗粒污泥;污泥沉降性能良好. 污泥的比硝化速率（SNR）约为1.95 mg/（g·h）,前0.5 h的比厌氧释磷速率（SPRR_0.5）为26.82 mg/（g·h）,比好氧吸磷速率（ASPUR）为6.04 mg/（g·h）,比缺氧吸磷速率（NSPUR）为4.27 mg/（g·h）,污泥产率系数约为0.60,对氮磷均有较好的去除能力. SUFR系统反硝化吸磷作用对ρ（COD_Cr）和SRT都有一定的抗冲击能力,系统除磷效果对进水ρ（COD_Cr）的耐冲击负荷能力较高,但长期在较低SRT下运行会使系统内活性污泥量急剧降低,导致处理效果下降.      

基于ABR-MBR组合工艺优化反硝化除磷性能的研究

基于ABR-MBR一体化反应器,以低C/N比生活污水为研究对象,结合厌氧折流板反应器(ABR)微生物相分离的特性,通过优化与ABR优质供碳和脱氮除磷相耦合的膜生物反应器(MBR)硝化液回流比以实现高效反硝化除磷,并对ABR-MBR污泥回流比进行优化.结果表明,在ABR段有机负荷为2.0 kg·(m3·d)-1、系统的水力停留时间(HRT)为9 h、泥龄(SRT)为15 d,系统获得最优的处理效果时的硝化液回流比和污泥回流比分别为300%和100%.其中TN和溶解性PO3-4-P平均去除率分别达84%和94%,ABR中反硝化除磷量可达系统总去除量的87%,平均出水TN和溶解性PO3-4-P浓度分别为12.98 mg·L-1和0.43 mg·L-1.     

HRT对CSTR亚硝化颗粒污泥性能影响

在CSTR中控制稳定的进水氨氮负荷,基于对粒径分布、胞外聚合物（EPS）组分和功能菌动力学活性的分析,考察水力停留时间（HRT）对颗粒污泥形态、氮转化效能和微生物动力学活性的影响,并采用MiSeq高通量测序技术分析污泥中微生物菌群结构.结果表明,HRT从4 h逐渐缩短至1 h,反应器中氨氮去除率从80%逐渐提高至95%,亚硝酸盐累积率始终大于85%.缩短HRT可显著改变颗粒污泥粒径分布,0.3~0.8 mm的颗粒逐渐占主导,约达50%,粒径小于0.3 mm和大于1.6 mm的颗粒逐渐减少.HRT对功能微生物活性影响与颗粒大小有关.系统中变形菌门（Proteobacteria）占绝对优势,亚硝化单胞菌属（Nitrosomomas）为代表的AOB富集度高达56%以上,缩短HRT有利于AOB的富集.     

BPA对活性污泥的毒性作用及生物修复

文章通过检测出水水质、污泥特性、微生物群落变化，分析双酚A(BPA)对SBR反应器中活性污泥微生物及功能的毒性作用，并通过红球菌R-001对活性污泥进行生物修复。结果表明，BPA减少了活性污泥的生物量，对EPS的分泌与积累产生负面影响，致使污泥沉降性能变差，COD、NH4+-N和TP的去除效率下降，并且这种损害性影响是持久性的。BPA还会抑制活性污泥脱氢酶活性，降低微生物的活菌比例，降低了Ferruginibacter、Polaromonas、Dechloromonas、Thauera和Nitrospira等参与有机物降解与代谢、EPS分泌和脱氮除磷的菌属丰度。红球菌R-001在短时间内可以增强BPA的去除效率（提升15%）；恢复8.8%氨氮和22.7%的磷去除功能。     

城市污水三污泥系统自养脱氮与强化生物除磷

采用"A/O除磷+半亚硝化-厌氧氨氧化自养脱氮"三污泥系统,实现了城市污水营养物经济高效去除.结果表明,在水力停留时间(HRT)为3.6h条件下,A/O除磷系统出水总磷(TP)≤0.5mg/L;在常温、DO0.2mg/L和HRT=4.6h条件下,半亚硝化系统实现了亚硝氮累积率为75%～96%的半亚硝化;在温度为27～30℃和HRT=1.4h条件下,厌氧氨氧化(ANAMMOX)系统出水总氮(TN)≤8mg/L,最低值为1.6mg/L,TN去除负荷达到0.57kg/(m3·d).三污泥系统中聚磷菌、氨氧化菌和ANAMMOX菌均在各自适宜的环境条件下生存,优化了污泥种群,提高了各工艺单元的处理效率.城市污水自养脱氮系统理论上可以减少62.5%的供氧量,节省100%反硝化碳源,同时降低了污泥产量,大大减少了CO2的排放.与传统的生物脱氮除磷工艺相比,三污泥系统具有节能降耗减排上的巨大优势和潜力,也有利于实现水资源的循环利用和可持续发展.     

基于碳源优化的反硝化除磷及微生物特性

接种厌氧/缺氧/好氧-生物接触氧化（AAO-BCO）系统的反硝化除磷污泥,采用厌氧/缺氧/好氧-序批式（AAO-SBR）系统,重点考察了乙酸盐和丙酸盐配比（1：0,2：1,1：1,1：2和0：1）对反硝化除磷效率的影响,同时通过高通量测序对比了不同配比下微生物菌群结构的变化.结果表明,5种工况下,AAO-SBR系统均具有较高的有机物去除和反硝化除磷能力.而当乙酸钠/丙酸钠=1：0时,厌氧阶段在高效利用COD（87.63%）的同时完成聚-β-羟基烷酸（PHAs）的合成（174mgCOD/gMLSS）,释磷量高达31.22mg/L;缺氧阶段PO₄^3--P的去除（74%）伴随着NO₃^--N反硝化（90%）,PHAs利用率为72.4%,实现了氮磷的高效去除.高通量测序结果表明：不同碳源配比影响了微生物菌群的丰富度和多样性,其中变形菌门（Proteobacteria,31%~76%）、绿弯菌门（Chloroflexi,1%~26%）、拟杆菌门（Bacteroidetes,2%~31%）等占据绝大比例,而乙酸钠、丙酸钠共存时,微生物的多样性较好.当乙酸钠为单一碳源时,系统中聚磷菌（PAOs,21.364%）在与聚糖菌（GAOs,2.317%）的竞争中占绝对优势.     

Monitoring microbial community structure and succession of an A/O SBR during start-up period using PCR-DGGE

Polymerase chain reaction (PCR) - denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) protocol was employed for revealing microbial community structure and succession in a sequential anaerobic and aerobic reactor performing enhanced biological phosphorus removal (EBPR) during start-up period.High phosphorus removal was achieved after 15 d.On day 30, phosphorus removal efficiency reached to 83.2% and the start-up was finished.DGGE profiles of periodical sludge samples showed that dominant microbial species were 19 OTUs (operational taxonomy unit ).Unweighted pair-group method using Arithmetic averages (UPGMA clustering analysis revealed that rapid community succession correlated to lower phosphorus removal rate and higher phosphorus removal efficiency reflected on steady community structure.Sequencing results indicated that determined sequences (12 OTUs) belonged to proteobacterium, Actinobacteria, Gemmatimonadales and unaffiliate group.Proteobacterium, Tetrasphaera elongate and Gemmatimonas aurantiaca may act important roles in phosphorus removal.With little amount as known glycogen accumulating organisms, Candidatus Competibacter phosphatis still at accumulating-phase had limited influence on microbial community structure.When climax community was obtained, dominant microbes were 14 OTUs.Microbes in a large amount were uncultured bacterium, Thauera sp., uncultured γ-Proteobacterium and Tetrasphaera elongata.     

Advanced nitrogen and phosphorus removal in A2O-BAF system treating low carbon-to-nitrogen ratio domestic wastewater

A laboratory-scale anaerobic-anoxic-aerobic process (A²O) with a small aerobic zone and a bigger anoxic zone and biologic aerated filter (A²O-BAF) system was operated to treat low carbon-to-nitrogen ratio domestic wastewater. The A²O process was employed mainly for organic matter and phosphorus removal, and for denitrification. The BAF was only used for nitrification which coupled with a settling tank Compared with a conventional A²O process, the suspended activated sludge in this A²O-BAF process contained small quantities of nitrifier, but nitrification overwhelmingly conducted in BAF. So the system successfully avoided the contradiction in sludge retention time (SRT) between nitrifying bacteria and phosphorus accumulating organisms (PAOs). Denitrifying phosphorus accumulating organisms (DPAOs) played an important role in removing up to 91% of phosphorus along with nitrogen, which indicated that the suspended activated sludge process presented a good denitrifying phosphorus removal performance. The average removal efficiency of chemical oxygen demand (COD), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and NH₄⁺-N were 85.56%, 92.07%, 81.24% and 98.7% respectively. The effluent quality consistently satisfied the national first level A effluent discharge standard of China. The average sludge volume index (SVI) was 85.4 mL·g⁻¹ additionally, the volume ratio of anaerobic, anoxic and aerobic zone in A²O process was also investigated, and the results demonstrated that the optimum value was 1:6:2.     

多壁碳纳米管长期作用对活性污泥系统的影响

为研究MWCNTs(multi-walled carbon nanotubes,多壁碳纳米管)对活性污泥长期作用的影响,建立3组(每组包括3个平行反应器)序批式活性污泥反应器,研究了2种质量浓度(1、20 mg/L)的MWCNTs长期(120 d)作用对活性污泥系统废水处理效果的影响,并采用Illumina MiSeq高通量测序技术研究MWCNTs长期作用后活性污泥中细菌群落结构的变化. 结果表明:20 mg/L的MWCNTs对生物脱氮效果存在明显的抑制作用,TN平均去除率由83.4%降至71.7%;1 mg/L的MWCNTs长期作用后TN平均去除率由83.7%降至79.7%. 1和20 mg/L的MWCNTs对磷的去除均有抑制作用,TP平均去除率分别由98.0%和98.2%降至52.0%和34.0%. Illumina MiSeq高通量测序结果表明,不同质量浓度的MWCNTs长期作用后降低了活性污泥中细菌群落的多样性. 同时,活性污泥中细菌群落结构也发生了变化,其中α-Proteobacteria和γ-Proteobacteria的丰度升高,Bacteroidetes的丰度降低. 1 mg/L的MWCNTs长期作用可致以Defluviicoccus和Micropruina为代表的一类聚糖菌(glycogen-accumulating organisms, GAOs)丰度显著升高,20 mg/L的MWCNTs长期作用可致16个核心属的丰度明显降低.      

碳源投加方式对低C/N污水脱氮除磷性能及菌群结构影响

为揭示碳源投加方式对低碳污水氮磷去除影响,采用A2/O系统处理模拟低C/N(C/N为2.0~4.0)污水,分别在污泥回流池、进水端投加碳源,对比研究2种方式条件下的系统氮磷污染物去除效果及微生物菌群结构特点。结果表明:与传统进水端投加碳源方式(阶段Ⅳ)相比,在污泥回流池投加等量碳源(阶段Ⅲ),有利于实现更佳的脱氮除磷效果。阶段Ⅲ的TN、TP去除率分别为54.5%、63.9%,高于阶段Ⅳ的氮、磷去除率(TN和TP去除率分别为44.9%、21.7%)。高通量测序结果表明:2种碳源投加方式均改变了微生物菌群丰富度和多样性,且在污泥回流池投加碳源更有利于优势菌群的富集,该阶段红游动菌属(Rhodoplanes,2.3%)、脱氯单胞菌属(Dechloromonas,1.6%)及生丝菌属(Hyphomicrobium,1.4%)为优势菌属,其比例均高于阶段Ⅳ。     

不同方法处理乳品废水效果的比较研究

采用SBR工艺对悬浮活性污泥法、包埋固定化活性污泥法和活性炭吸附活性污泥法处理乳品废水效果进行了比较研究。试验结果表明,进水CODcr为395.55 mg/L的乳品废水,在水力停留时间（HRT）为24 h,采用活性炭吸附活性污泥法处理后的乳品废水CODcr的去除率为77.31%;采用包埋固定化法处理后的乳品废水CODcr的去除率为73.18%;采用悬浮活性污泥法处理后的乳品废水CODcr去除率为55.14%。结果表明,上述三种方法处理进水CODcr相同的乳品废水的效果排序为：活性炭吸附活性污泥法〉包埋固定化活性污泥法〉悬浮活性污泥法。     

Removal of nitrogen and phosphorus in a combined A2/O-BAF system with a short aerobic SRT

A bench-scale anaerobic/anoxic/aerobic process-biological aerated filter （A^2/O-BAF） combined system was carded out to treat wastewater with lower C/N and C/P ratios. The A^2/O process was operated in a short aerobic sludge retention time （SRT） for organic pollutants and phosphorus removal, and denitrification. The subsequent BAF process was mainly used for nitrification. The BAF effluent was partially returned to anoxic zone of the A^2/O process to provide electron acceptors for denitrification and anoxic P uptake. This unique system formed an environment for reproducing the denitdfying phosphate-accumulating organisms （DPAOs）. The ratio of DPAOs to phosphorus accumulating organisms （PAOs） could be maintained at 28% by optimizing the organic loads in the anaerobic zone and the nitrate loads into the anoxic zone in the A^2/O process. The aerobic phosphorus over-uptake and discharge of excess activated sludge was the main mechanism of phosphorus removal in the combined system. The aerobic SRT of the A^2/O process should meet the demands for the development of aerobic PAOs and the restraint on the nitrifiers growth, and the contact time in the aerobic zone of the A^2/O process should be longer than 30 min, which ensured efficient phosphorus removal in the combined system. The adequate BAF effluent return rates should be controlled with 1--4 mg/L nitrate nitrogen in the anoxic zone effluent of A^2/O process to achieve the optimal nitrogen and phosphorus removal efficiencies.     

SCAR处理城市生活污水的效能及其微生物群落动态分析

利用强化循环厌氧反应器(SCAR)处理模拟城市生活污水,研究不同负荷条件下的反应器运行特征、污泥特性及微生物种群结构.结果表明,水力停留时间(HRT)为6 h可以作为反应器高效运行的关键控制参数,该条件下污水化学需氧量(COD)去除率达到75%以上.随着反应器容积负荷的逐渐提高,颗粒污泥中辅酶F420和产甲烷活性(SMA)逐渐增加,胞外聚合物(EPS)含量也不断提高,其中紧密黏附EPS(TB-EPS)含量的增加尤其明显.厌氧颗粒污泥性状和反应器对污染物的去除效率同时受到污泥负荷和HRT的影响,微生物的群落结构及其在反应器中的空间分布也受到污泥负荷的影响,不同代谢特征微生物在反应器不同空间位置的相对丰度随着污泥负荷的调整而改变.     

不同电子受体除磷污泥相似性与菌群结构研究

分别以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体,采用3组SBR反应器培养除磷污泥,连续126d的稳定运行表明:以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体除磷污泥对TP平均去除率分别为84.8%, 78.7%, 87.4%,出水TP平均浓度分别为0.758, 0.931, 0.632mg/L.采用高通量测序技术对不同电子受体除磷污泥的相似性与菌群结构进行了研究,结果表明,以硝酸盐,亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷污泥具有近似的菌群结构,与好氧除磷污泥菌群结构差异较大.基于各样品主导OTUs序列的系统发育关系及其比例的分布,主导微生物主要可以分为5个簇.通过序列比对,在97%的序列相似度条件下,种泥中聚磷菌与聚糖菌序列比例为0.716%与0.368%,以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体除磷污泥中聚磷菌与聚糖菌序列比例分别为1.78%, 2.53%, 4.80%与1.44%, 1.32%, 30.9%,厌氧-缺氧条件有利于抑制聚糖菌.亚硝酸盐为反硝化除磷污泥电子受体时潜在公共卫生安全隐患.