从亚硝酸还原厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化

在UASB反应器内,研究了由亚硝酸盐型厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化的过程及其微生物群落变化.结果表明,历时177 d成功实现了硫酸盐型厌氧氨氧化.进水氨氮和硫酸盐浓度分别为130 mg·L-1和500 mg·L-1下,反应器对氨氮和硫酸盐的去除率分别达到58.9%和15.7%,对氨氮和硫酸盐的去除负荷为74.3 mg·(L·d)-1和77.5 mg·(L·d)-1,氮、硫损失摩尔比约为2,出水p H值低于进水.污泥中细菌从以球菌为主转变成以短杆菌为主,菌群中细菌由Candidatus brocadia为优势种转变为以Bacillus benzoevorans为优势种.说明完成这两种厌氧氨氧化的优势菌不同,两种厌氧氨氧化并非同一种菌参与完成的.     

厌氧氨氧化耦合反硝化快速启动CANON工艺

在SBR反应器中.先采用低基质浓度配水启动稳定的厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD),之后在低曝气条件下以模拟生活污水富集氨氧化细菌(AOB),启动CANON工艺.基于对反应器内脱氮性能和不同阶段功能菌动力学活性的分析,系统阐述了影响CANON工艺启动与稳定运行的影响因素.结果表明此启动方式不仅缩短了亚硝化启动时间,同时缩短了ANAMMOX菌对有机环境的适应时间,经过60d成功启动了CANON工艺并应用于处理生活污水,反应器ANR超过了93%.反应器较短的周期(4h),使得ANAMMOX菌和异养菌反硝化菌活性始终保持在合理范围内,μNH_4~+-N/μCOD比值始终大于1.0.异养反硝化菌对COD的降解反应,使反应器内pH值提高,同时反应周期间初期和末期游离氨(FA)始终处于对NOB的抑制水平,也是实现稳定亚硝化的重要原因.     

SAD工艺在厌氧氨氧化不同运行阶段的启动

利用SBR反应器在厌氧氨氧化启动过程中脱氮性能达到不同氨氮去除负荷(ANR)时启动厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD)工艺处理生活污水.分析对反应器内3氮变化和功能菌活性变化.结果表明,在厌氧氨氧化的ANR达到0.27~0.40kg/(m~3×d)时,启动SAD工艺,反应器可处理COD为100mg/L以下的生活污水;在厌氧氨氧化的氨氮去除去除负荷(ANR)达到0.65~0.85kg/(m~3×d)时,反应器可高效处理COD为100~200mg/L的生活污水,而在ANR达到0.85kg/(m~3×d)时,反应器SAD工艺可稳定处理COD为100~200mg/L的生活污水,反应器内ANAMMOX菌的活性与异养菌活性及反硝化菌活性保持在合理范围内即可稳定启动SAD工艺,缩短SBR反应器的周期,可加速反应器ANAMMOX菌活性的提高,降低异养菌和反硝化菌活性的提高.周期测试分析,表明,控制C/N比和HRT可实现厌氧氨氧化耦合部分反硝化脱氮.     

一种新厌氧氨氧化菌的16S rRNA基因序列测试

运用序批式试验测定厌氧氨氧化污泥的氨氮和亚硝态氮消耗量,求得厌氧氨氧化活性为9.84×10-4 mg·(mg·h)-1,厌氧氨氧化菌消耗NO-2-N与NJ 4-N之比为1.311;采用分子生物学方法从EGSB反应器颗粒污泥中提取细菌总DNA,经纯化、特异引物PCR扩增、克隆、测序等过程,得到厌氧氨氧化菌部分16S rDNA序列;通过系统发育树分析可以发现,在EGSB反应器中富集得到的厌氧氨氧化菌种(anaerobic ammonium-oxidizing Planctomycete cquenviron-1)与Candidatus"Anammoxoglobus propionicus"和Candidatus"Jettenia asiatica"同属,arnaerobic ammonium-oxidizing Planctomycete cquenviron-1与其他厌氧氨氧化菌基因序列的同源性最大为93%.结果表明,前期EGSB反应器富集得到了一种新型厌氧氨氧化菌,该菌株命名为anaerobic ammonium-oxidizing Planctomycete cquenviron-1.     

填充床快速启动厌氧氨氧化反应器及其脱氮性能研究

以城市污水厂二沉池污泥为种泥,以悬浮填料填充床生物膜反应器为厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器,采用高负荷培养法和好氧预挂膜低负荷培养法分别培养与富集厌氧氨氧化菌,并研究其脱氮性能.结果表明,好氧预挂膜低负荷培养法可以在较短时间内(90 d左右)快速启动厌氧氨氧化反应器,稳定期反应器出水氨氮和亚硝氮保持稳定,去除率均接近100%,总氮去除率在75%以上,高负荷培养法因高浓度氨氮和亚硝氮的抑制作用而启动失败(190d).启动过程中pH变化表明,厌氧氨氧化反应器出水pH略高于进水,pH值可用作厌氧氨氧化反应器启动进程的指示参数.上流式厌氧填充床ANAMMOX反应器具有高负荷和高效率的优点,当反应器进水氨氮和亚硝氮浓度低于800 mg/L时,其去除率几乎达100%,低于国家一级标准.     

厌氧氨氧化污泥中氨氧化的潜在电子受体

通过接种亚硝酸盐型厌氧氨氧化污泥,投加潜在电子受体(亚硝酸盐、Fe~(3+)和硫酸盐)研究了厌氧条件下氨氮氧化的潜在电子受体.结果表明,亚硝酸盐是厌氧氨氧化最适合的电子受体,能够与氨氮在短暂的时间内完全反应;在亚硝酸盐缺乏的情况下,厌氧氨氧化污泥中微生物利用自身细胞有机物将产物硝酸盐转化为亚硝酸盐参与氨氮转化;Fe~(3+)与硫酸盐在氨氮氧化后期出现转化,但是直接还是间接参与还需进一步研究.厌氧氨氧化污泥对氨氮产生过量氧化之前必须以亚硝酸盐为电子受体进行微生物活性激活,并且好氧氨氧化菌和亚硝化菌出现增长,推测微生物产生了H_2O_2.该现象并不可长久持续.虽然其氧化速率较慢,但是过量氧化现象较为明显.因此厌氧氨氧化污泥中肯定存在氨氮过量氧化的现象.厌氧氨氧化污泥对电子的利用顺序是亚硝酸盐、硝酸盐、Fe~(3+)和硫酸盐.     

UASB反应器中厌氧氨氧化污泥的种群分析

利用变性梯度凝胶电泳、克隆和实时PCR等分子生物学技术对2个厌氧氨氧化反应器中的微生物进行了初步研究.变性梯度凝胶电泳结果表明,尽管2个反应器的接种污泥不同,但经过1年多的连续运行,二者的微生物种群结构基本相同;Planctomycete克隆结果表明,相似的15个序列(>99%)与已报道的3个属的厌氧氨氧化菌的序列均有较大距离(<92%),而与具有厌氧氨氧化功能的KSU-1序列有97%的相似,amoA基因克隆结果表明,反应器中的部分好氧氨氧化菌属于β-Proteobacteria中具有厌氧氨氧化活性的Nitrosomonas;实时PCR结果表明,厌氧氨氧化细菌占细菌总量的27%~29%,好氧氨氧化菌约为5%.     

淡水水体底泥厌氧氨氧化菌的初步富集培养与氨氧化特性

对已通过16SrRNA基因方法检测到厌氧氨氧化菌(anammox菌)的江苏新沂河底泥样品在厌氧生物反应器中进行连续培养,研究这种新发现的anammox菌的生长特性,及其厌氧氨氧化效应.培养试验历时49d.经25d的启动期,反应器中氨氮和亚硝酸氮开始同时降低,并与厌氧氨氧化反应的化学计量关系类似.此后,反应器的氮转化量呈上升趋势(最大值接近0.17kg.m-.3d-1).底泥经培养后,anammox菌得到了富集,其数量从1%提高到5.6%,其倍增时间为12d.研究还发现反应器生物量的流失,出水中含有与anammox菌特异性基因探针杂交并正进行增殖的细菌细胞,但其生物特性有待深入研究.     

一体化厌氧氨氧化反应器工艺运行优化研究

文章以上流式厌氧氨氧化反应器为基础,通过接种亚硝化污泥并提高溶解氧(DO)来启动一体化厌氧氨氧化反应器。考察了一体化反应器启动稳定过程中脱氮效能的变化,同时通过高通量测序技术对反应器内微生物群落演替进行了研究。结果表明:一体化反应器在总氮负荷0.75 kg/(m~3·d),DO含量2 mg/L的条件下,氨氮去除率和总氮去除率稳定在85%和80%以上。反应器中参与亚硝化反应的是亚硝化单细胞菌属,厌氧氨氧化反应是Candidatus kuenenia和Candidatus brocadia 2个属参与,反应器内还检测到少量Denitratisoma属的反硝化细菌。除此之外还有许多其他种类的细菌存在。     

厌氧氨氧化微生物研究进展

厌氧氨氧化技术是近年来发展起来的新型生物脱氯技术。在这一过程中主要作用细菌是厌氧氨氧化菌。目前越来越多的学者开始研究厌氧氨氧化菌,这对于厌氧氨氧化技术发展与推广具有重要的意义。文章从目前厌氧氨氧化菌研究进展的角度,综述了目前发现的厌氧氨氧化菌种类,结构和部分结构的功能。以期待对工艺控制有所帮助。     

厌氧氨氧化菌与其他细菌之间的协同竞争关系

随着污水脱氮行业的蓬勃发展,各种新工艺、新理论层出不穷.厌氧氨氧化(Anammox)工艺以其独特的优点脱颖而出,成为最具应用前景的新工艺.厌氧氨氧化菌作为该过程的执行者目前已发现5属17种,本文主要对5属17种的厌氧氨氧化菌进行总结,并对厌氧氨氧化菌种内关系中的群体感应系统进行详细介绍,此外还介绍了厌氧氨氧化菌与硝化菌、反硝化菌以及厌氧甲烷氧化菌之间的协同与竞争关系.最后给出常见竞争因素对厌氧氨氧化种群结构的影响,通过控制竞争因素来实现对厌氧氨氧化种群结构的调节.本文将厌氧氨氧化菌微生物生态学与厌氧氨氧化污水处理工艺相结合,为厌氧氨氧化工艺在污水生物处理中的应用提供理论依据.     

Performance of a completely autotrophic nitrogen removal over nitrite process for treating wastewater with different substrates at ambient temperature

The stability and parameters of a bio-ceramic filter for completely autotrophic nitrogen removal were investigated.The completely autotrophic nitrogen removal over nitrite(CANON) reactor was fed with different concentrations of ammonia(400,300,and 200mg N/L) but constant influent ammonia load.The results showed that the CANON system can achieve good treatment performance at ambient temperature(15-23°C).The average removal rate and removal loading of NH4+-N and TN was 83.90%,1.26kg N/(m3·day),and 70.14%,1.09kg N/(m3·day),respectively.Among the influencing factors like pH,dissolved oxygen and alkalinity,it was indicated that the pH was the key parameter of the performance of the CANON system.Observing the variation of pH would contribute to better control of the CANON system in an intuitive and fast way.Denaturing gradient gel electrophoresis analysis of microorganisms further revealed that there were some significant changes in the community structure of ammonium oxidizing bacteria,which had low diversity in different stages,while the species of anaerobic ammonium oxidizing(anammox) bacteria were fewer and the community composition was relatively stable.These observations showed that anaerobic ammonia oxidation was more stable than the aerobic ammonia oxidation,which could explain that why the CANON system maintained a good removal efficiency under the changing substrate conditions.     

溶解氧对Anammox滤池内功能菌群及活性的影响

针对目前厌氧氨氧化系统内微生物的研究,主要以厌氧氨氧化菌本身这一情况,本研究对长期稳定运行的Anammox滤池内微生物菌群结构进行了测定,同时测试与分析了滤池内厌氧氨氧化菌（AnAOB）、氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化细菌（NOB）和反硝化菌（DNB）的关键动力学常数,探究了溶解氧（DO）浓度从0.2mg/L增加至1.5mg/L,AnAOB、AOB以及NOB活性的变化.结果表明,长期稳定运行的Anammox滤池是一个以厌氧氨氧化功能为主,多菌群共存的混合体系.滤池内厌氧氨氧化活性最高,为5.3mgN/（gVSS·h）,同时系统内DNB和AOB也具有一定活性.DO在0.2~1.5mg/L范围内,AnAOB活性变化不大;随着DO浓度增加,AOB比氨氧化速率从0.76mgN/（gVSS·h）增加到1.08mgN/（gVSS·h）,通过Monod方程进一步得到AOB氧半饱和常数（K_O2,AOB）为（0.106±0.010） mg/L,表明系统内AOB对氧具有极高的亲和力;整个过程基本检测不到NOB的活性.厌氧氨氧化系统中主要功能菌群共存,且相互竞争底物.     

侧流FNA处理的CANON工艺恢复策略及脱氮路径

为探究侧流游离亚硝酸（FNA）处理后的颗粒-絮体污泥全程自养脱氮（CANON）工艺重新建立的有效策略,采用序批式反应器（SBR）进行实验,探讨不同恢复方式对系统长期运行性能的影响,实现CANON工艺长期稳定运行.结果显示,不同恢复方式对CANON系统重新建立有很大影响,采用非原位高曝气恢复策略的R1经过19d的运行重新建立了稳定的CANON工艺,而采用原位低曝气恢复策略的R2和原位高曝气恢复策略的R3均未能有效重新建立稳定的CANON工艺.R1稳定运行34d时再次出现了亚硝酸盐氧化菌（NOB）增殖的现象.定期水力筛分排出絮状污泥进行FNA处理,达到溶解氧（DO）控制+侧流FNA处理的“双抑制”,能够有效抑制NOB实现CANON工艺的长期稳定运行.典型周期分析结果表明,在恢复过程中,R1内氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AnAOB）活性均高于R2和R3,并且有效抑制了反应器内残余NOB的活性.随着R1中CANON工艺的重新建立,亚硝化/厌氧氨氧化（SNA）脱氮路径占比由第15d的8.91%增加到了第45d的19.39%,提高了NH₄⁺-N的去除率.     

ANAMMOX富集与优化停曝比对MBR-SNAD工艺的影响

采用膜生物反应器（MBR）研究了厌氧氨氧化细菌在富集过程中的活性变化,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中以恒定曝气量,通过优化停曝比实现氨氧化细菌（AerAOB）和厌氧氨氧化细菌（AnAOB）协同脱氮并且有效抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,然后添加有机物（乙酸钠）逐步启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化（SNAD）工艺.结果表明,在厌氧氨氧化细菌富集过程中,通过不断缩短水力停留时间（HRT）提高进水氮负荷的方式强化厌氧氨氧化细菌活性,其平均活性由0.603mgN/（h·gVSS）提高到了8.1mgN/（h·gVSS）;当恒定曝气量为50mL/min,停曝比为4：10（min：min）时,AerAOB和AnAOB对氨氮的去除量分别占总氨氮去除量的58.8%和41.2%,NOB氧化亚硝态氮的量占总硝态氮生成量的15.3%,成功抑制了NOB的活性;当C/N比为0.5,调整停曝比为4：15后,反硝化过程氮去除量占总氮去除率的20.9%,厌氧氨氧化过程氮去除量占总氮去除率的79.1%,实现了AerAOB、AnAOB和反硝化细菌（DNB）协同脱氮的目的.     

河流湿地氮循环修复过程中的新型功能微生物

自然生态系统中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌的发现,改变了人们对传统氮循环过程的认识.通过氨氧化古菌和厌氧氨氧化菌在缺氧/厌氧的条件下完成硝化反应和封闭的氮循环,对于河流氮循环生态修复意义显著.通过PCR聚合酶链反应结合水体沉积物理化指标,研究典型河流湿地中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌及其在循环中的作用.结果表明,在海河支流北运河湿地中存在厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌,它们对于水体和底泥沉积物的氮转化有较重要作用.通过构建16S rRNA克隆文库生物多样性分析比较,发现湿地中厌氧氨氧化菌的生物多样性相对较低,96个克隆序列只分为3个OTUs;其与基因库(GenBank)中已探明的厌氧氨氧化菌Candidatus"Kuenenia stuttgartiensis"和Candidatus"Brocadia fulgida"的相似度分别为98%和95%.通过建立氨氧化古菌克隆文库发现,96个克隆子共得到5个OTUs,其与GenBank中关系最近序列(土壤/沉积物中)的相似度均大于95%;对本实验样本和水相、土壤/沉积物相中不同氨氧化古菌进行进化谱系分析,发现北运河河流湿地的古菌amoA基因属于土壤/沉积物进化分支.     

低温对CANON型序批式生物膜反应器脱氮的影响

探究了4种低温水平下基于亚硝化的全程自养脱氮（CANON）型序批式生物膜反应器（SBBR）的运行效果及其氮素转化机制.结果表明,当CANON型SBBR在不同的低温水平下稳定运行后,其脱氮微生物优势菌群发生了不同程度的变化,随之改变了系统的氮素转化途径及其脱氮性能.当温度>15℃时,SBBR中AOB和anammox菌的丰度与活性未受到明显抑制,CANON作用始终是系统脱氮的主要途径,SBBR对TN的平均去除率亦较为理想;而当温度<15℃时,anammox菌的丰度与活性在10,5℃下分别出现不同程度的降低,进而改变了SBBR的氮素转化途径,使其脱氮性能出现不同程度的恶化.在10℃时,NOB的增殖及其活性的提高使硝化/反硝化作用取代CANON作用成为SBBR脱氮的主要途径,此时系统对TN的去除率骤降至（16.87±4.79）%;在5℃时,反硝化过程中第1步还原反应的停滞与反硝化菌对NO₂^--N利用率的提高使SBBR中氮素的去除依赖于CANON作用和短程硝化/反硝化作用的协同,系统对TN的去除率为（54.83±3.68）%.     

几种生物脱氮新工艺的比较

目前已经发现了2种微生物脱氮新途径:一是根据好氧氨氧化菌具有反硝化能力,从而在一定条件下反硝化脱氮;二是在功能微生物的作用下,亚硝酸盐与氨离子一起厌氧氨氧化,并且发现了厌氧氨氧化菌与好氧氨氧化菌或甲烷菌能协同耦合在一种有利的微生态环境中.基于以上新途径提出了几种生物脱氮新工艺,包括了:SHARON、ANAMMOX、SHARON-ANAMMOX、CANON、OLAND、NOX工艺、需氧反氨化工艺(Aerobic deammonification)、甲烷化与厌氧氨氧化耦合工艺.     

ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮特性

CANON工艺如能处理低氨氮城市生活污水,将大幅度降低市政污水处理能耗.故以纤维载体为填料,在CSTR反应器中同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥启动CANON反应器,且在CANON系统前端添加ABR除碳系统,构建ABR除碳-CANON耦合工艺,研究ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮性能,并采用MiSeq高通量测序技术分析污泥中微生物菌群结构的变化情况.结果表明,通过同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥,控制DO为0. 5～2 mg·L-1、HRT为6h、p H值为8左右等措施,在55 d内成功启动CANON系统,TN去除率为81%～87%,氨氮负荷为0. 195 kg·(m3·d)-1. ABR除碳系统出水有机物浓度(120 mg·L-1)不会对后续CANON系统产生不利影响,一体式ABR除碳-CANON工艺TN去除率在74%～87%,出水COD平均浓度为40 mg·L-1.同时,CANON系统启动后变形菌门(Proteobacteria)得到了显著提升,鞘脂杆菌纲(Sphingobacteria)所占比例下降为6. 8%,CANON系统中亚硝化菌和厌氧氨氧化菌不断淘汰劣势菌群成为反应器内优势菌群,一体化ABR除碳-CANON工艺对城市污水具有良好的脱氮除碳效果.     

Start-up of the anammox process from the conventional activated sludge in a hybrid bioreactor

The anaerobic ammonium oxidation (anammox) process was successfully started up from conventional activated sludge using a hybrid bioreactor within 2 months. The average removal efficiencies of ammonia and nitrite were both over 80%, and the maximum total nitrogen removal rate of 1.85 kg N/(m³.day) was obtained on day 362 with the initial sludge concentration of 0.7 g mixed liquor suspended solids (MLSS)/L. Scanning electron microscope (SEM) observation of the granular sludge in the hybrid reactor clearly showed a high degree of compactness and cell sphericity, and the cell size was quite uniform. Transmission electron microscope photos showed that cells were round or oval, the cellular diameter was 0.6--1.0 μupm, and the percentage of the anammoxosome compartment was 51%--85% of the whole cell volume. Fluorescence in situ hybridization analysis (FISH) indicated that anammox bacteria became the dominant population in the community (accounting for more than 51% of total bacteria on day 250). Seven planctomycete 16S rRNA gene sequences were present in the 16S rRNA gene clone library generated from the biomass and affiliated to Candidatus Kuenenia stuttgartiensis and Candidatus Brocadia sp., a new anammox species. In addition, the average effluent suspended solid (MLSS) concentrations of outlets I (above the non-woven carrier) and II (below the non-woven carrier) were 0.0009 and 0.0035 g/L, respectively. This showed that the non-woven carrier could catch the biomass effectively, which increased biomass and improved the nitrogen removal rate in the reactor.