溶氧对富集培养的河口湿地表层沉积物氨氧化菌多样性及氨氧化速率的影响

溶氧(dissolved oxygen,DO)是影响氨氧化过程的一个重要环境因素.为探究DO对氨氧化过程的影响程度及其作用机制,本研究对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化菌富集培养物进行DO处理实验,利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术比较不同DO条件下氨氧化菌多样性,确定DO对氨氧化速率、氨氧化菌多样性的影响规律.结果表明,在饱和及好氧条件下氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落多样性指数(Shannon index)达到2.00和2.05,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)为2.49和2.03,氨氧化速率分别达到14.20 mg·(L·d)-1和13.36 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率达到93.8%和88.2%.而在缺氧和厌氧条件下AOB群落多样性指数分别为1.76和1.80,AOA为1.27和2.21,氨氧化速率仅为7.82 mg·(L·d)-1和5.66 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率为51.7%和37.4%.相关性分析结果表明,DO浓度与氨氧化速率呈极显著正相关,与AOB多样性指数亦呈显著正相关;DO和氨氧化速率与AOA群落各指数都无相关关系.     

N. europaea/Nc. mobilis谱系在垃圾渗滤液处理中的脱氨贡献

为了解垃圾渗滤液处理系统中菌群结构与脱氨效果的关系,采用16S rRNA基因高通量测序技术分析了15个实际垃圾渗滤液处理系统中的自养氨氧化细菌（AOB）的群落结构,监测了其中1个处理系统中的AOB群落结构的周年变化,并采集实际垃圾渗滤液开展了为期45d的模拟试验.结果表明,Nitrosomonas属是垃圾渗滤液处理系统中的优势自养氨氧化细菌,其相对丰度与脱氨活性呈显著正相关（P<0.05）.在此菌属中,N.europaea、N.eutropha和N.halophila的相对丰度与脱氨活性显著正相关（P<0.05）,这3种菌在系统发育上同属于N.europaea/Nitrosococcus mobilis谱系,说明该谱系是实际垃圾渗沥液处理系统中的优势AOB类群,并对垃圾渗滤液脱氨有重要贡献.     

包埋氨氧化细菌短程硝化的高效稳定运行

为了提高包埋氨氧化细菌短程硝化的效率,富集培养氨氧化细菌(AOB)并固定化.富集培养阶段采用连续式运行方式,以游离氨(FA)为抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)生长的手段,并通过定时排泥方法使NOB逐渐从系统中淘洗出去.富集培养结束后以聚乙烯醇(PVA)为包埋材料,对筛选培养的氨氧化细菌进行固定化,反应器包埋填充率为8%.采用连续式运行方式,通过逐步增加氨氮负荷的方法提高氨氧化速率.最终在富集培养系统中实现了污泥比氨氧化速率(以NH_4~+-N/VSS计)2.028 g·(g·d)~(-1)的高表达和亚硝酸盐氮90%以上的高积累.通过对污泥富集培养前后细菌群落组成的高通量测序分析,结果表明,培养前原污泥多样性较大,具有硝化作用的Nitrosomonas仅有0.24%,Nitrospira有2.7%.富集培养后的活性污泥多样性明显变小,优势菌种为Nitrosomonas(18%),而Nitrospira仅剩0.02%;包埋固定化后,系统迅速实现了短程硝化,最终短程硝化的速率达到了50 mg·(L·h)~(-1),亚硝酸盐氮积累率稳定在90%以上.     

纳米金、银对氨氧化细菌及其氨氧化作用的影响

为明晰纳米金、银对环境中氨氧化细菌(AOB)的氨氧化作用影响机制,本文通过对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化细菌(AOB)富集培养物进行纳米材料不同浓度的处理试验,测定氨氮、亚硝氮浓度和氨氧化速率的变化特征,并利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术和qPCR方法分析不同试验中AOB的多样性与丰度信息,确定纳米金、银对氨氧化速率、氨氧化细菌多样性与丰度的影响规律.结果表明,纳米银对环境中氨氮的转化具有浓度抑制效应,随着浓度增加,氨氧化平均速率越低,氨氮转化越少.纳米银处理之间的氨氧化平均速率同氨氧化细菌(AOB)的香农与辛普森多样性指数、amoA基因丰度存在显著正相关关系.因而纳米银对环境中氨氧化作用的抑制效应主要通过其杀菌能力影响了氨氧化菌的多样性和丰度而起作用.纳米金氨氧化平均速率则和AOB的多样性指数以及amoA基因丰度均无显著相关.纳米金对氨氧化细菌、氨氧化速率却不呈现浓度抑制效应,甚至出现略微促进氨氧化作用的趋势.DNA测序结果发现实验的氨氧化细菌都属于?-Proteobacteria,同Nitrosospira、Nitrosomonas亲源性较近.环境中的氨氧化微生物种类复杂,环境条件多变.不同纳米材料是如何影响氨氧化微生物进而影响氨氧化作用,仍需进行深入研究.     

晚期垃圾渗滤液厌氧氨氧化脱氮及其抑制动力学

采用晚期垃圾渗滤液对UASB反应器中无机环境培养条件下厌氧氨氧化菌进行驯化,探讨基质浓度和水力停留时间对系统运行性能的影响,通过批式试验分别对基质和垃圾渗滤液抑制厌氧氨氧化动力学进行测定并建立相应的动力学模型.结果表明,经过75d的运行,系统逐渐适应垃圾渗滤液并实现高效脱氮.基质的去除量随进水基质浓度的升高呈先升高后降低的变化趋势.随着HRT的延长,进水基质及渗滤液浓度逐渐升高,系统脱氮效果降低.厌氧氨氧化基质抑制的阈值是NH₄⁺-N浓度为489.03mg/L和NO₂^--N浓度为192.36mg/L.当以铵盐为抑制剂时,V_{max(NH4⁺-N)}为0.1893mg/(mg·d),半饱和常数为39.39mg/L,抑制动力学常数为3482.27mg/L.当以亚硝酸盐为抑制剂时,V_max(NO2^--N)为0.246mg/(mg·d),半饱和常数为43.19mg/L,抑制动力学常数为701.15mg/L.厌氧氨氧化受垃圾渗滤液影响尤为显著,垃圾渗滤液条件下厌氧氨氧化活性被完全抑制的浓度为1450.69mg/L (以COD计) .     

纳米金、银对氨氧化细菌及其氨氧化作用的影响

为明晰纳米金、银对环境中氨氧化细菌(AOB)的氨氧化作用影响机制,本文通过对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化细菌(AOB)富集培养物进行纳米材料不同浓度的处理试验,测定氨氮、亚硝氮浓度和氨氧化速率的变化特征,并利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术和qPCR方法分析不同试验中AOB的多样性与丰度信息,确定纳米金、银对氨氧化速率、氨氧化细菌多样性与丰度的影响规律.结果表明,纳米银对环境中氨氮的转化具有浓度抑制效应,随着浓度增加,氨氧化平均速率越低,氨氮转化越少.纳米银处理之间的氨氧化平均速率同氨氧化细菌(AOB)的香农与辛普森多样性指数、amoA基因丰度存在显著正相关关系.因而纳米银对环境中氨氧化作用的抑制效应主要通过其杀菌能力影响了氨氧化菌的多样性和丰度而起作用.纳米金氨氧化平均速率则和AOB的多样性指数以及amoA基因丰度均无显著相关.纳米金对氨氧化细菌、氨氧化速率却不呈现浓度抑制效应,甚至出现略微促进氨氧化作用的趋势.DNA测序结果发现实验的氨氧化细菌都属于b-Proteobacteria,同Nitrosospira、Nitrosomonas亲源性较近.环境中的氨氧化微生物种类复杂,环境条件多变.不同纳米材料是如何影响氨氧化微生物进而影响氨氧化作用,仍需进行深入研究.     

NaCl盐度对氨氧化细菌活性的影响及动力学特性

含盐废水的硝化过程常常出现亚硝酸盐积累,NaCl盐度对氨氧化菌(AOB)活性的影响与动力学特性并不清楚.采用高浓度氨氮污水富集培养AOB,并成功实现短程硝化.对富含AOB的污泥进行荧光原位杂交技术(FISH)分析表明AOB占细菌总数比例为(55±7)%.污泥的最大比氨氧化速率为(0.92±0.13)gN/(gVSS·d).用此污泥考察了NaCl盐度对AOB活性的影响,并测定了10g/L时AOB的动力学参数(KNH3、Ko).试验结果表明,与盐度为0g/L时的AOB活性相比,盐度为15g/L时的AOB活性降低了37%;盐度为30g/L时降低了85%.盐度为10g/L时,AOB的最大比氨氧化速率为(0.62 ± 0.03)gN/(gVSS·d),底物半饱和常数KNH3值为(7.62 ± 0.13)mg/L,氧的半饱和常数Ko值为(0.39 ± 0.04)mg/L,其中KNH3测定值高于ASM2模型推荐值.NaCl盐度对AOB的抑制降低了最大比氨氧化速率,对底物(NH4+-N)传递存在影响.     

短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺深度处理垃圾渗滤液

为解决垃圾渗滤液中高浓度污染物对微生物的毒性抑制、生物处理出水有机物或氮不达标及投加碳源成本高的问题,采用UASB(上流式厌氧污泥床)-A/O(缺氧/好氧)反应器-ANAMMOXR(厌氧氨氧化反应器)工艺,通过短程硝化-ANAMMOX(厌氧氨氧化)深度处理实际垃圾渗滤液与生活污水混和液(体积比为1∶10),其ρ(COD_Cr)、ρ(NH₄+-N)和ρ(TN)分别为(750±30)(290±10)和(300±10)mg/L,试验共进行90 d. 结果表明:COD_Cr、NH₄+-N和TN的去除率分别为88%±1%、95%±1%和91%±1%,最终出水质量浓度分别为(67±5)(15±2)和(35±5)mg/L,满足GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》的排放要求. A/O反应器中的ρ(FA)(FA为游离氨)在0.21～1.38 mg/L之间,可抑制NOB(硝酸细菌),使AOB(氨氧化细菌)成为优势菌种,从而实现并维持NO₂--N积累率(70%～96%)较高的短程硝化,继而在ANAMMOXR中通过ANAMMOX去除残余NH₄+-N和NO₂--N,实现系统对氮的深度去除.      

氨氧化菌混培物在微量NO2气氛下的氨代谢特性

用普通活性污泥经120d富集,得到氨氧化菌混培物,氨氧化菌浓度提高300倍.在NO2/O2混合气氛下进行氨氧化试验,结果表明,无分子氧时,氨氧化菌能以NO2为电子受体氧化氨,并产生NO;加入氧气后,氨氧化速率明显提高,最高速率[33(mol NH4 -N/(g MLSS(h)]发生在混合气体中NO2和O2浓度分别为1.79(mol/L和9.38mmol/L时;在NO2浓度为0.89～1.79(mol/L范围内,O2能够强化基于NO2的氨氧化反应,当NO2浓度增大至6.71(mol/L时,氨氧化速率却降低.部分NO被O2氧化,使得反应器出口气体中NO2浓度高于进口.试验过程中产生约20%氮损失,这与氨氧化和厌氧氨氧化相互耦合产生气态含氮产物(N2、NO、N2O)有关.     

氨氧化菌对填埋场CH_4协同氧化及铵抑制作用的研究

借助乙炔(C2H2)抑制和添加外源铵盐,采用批式培养试验,在初始CH4浓度为16%的条件下模拟填埋场高CH4浓度环境,通过分析样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率,研究了填埋场覆盖土、矿化垃圾、砂土和黏土中氨氧化菌对CH4协同氧化及铵抑制作用.结果表明:4种供试样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率在5.64%~16.24%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中的贡献率为14.90%,比矿化垃圾低8.25%,填埋场样品(矿化垃圾和覆盖土)是一般土壤(砂土和黏土)的1.8~10.9倍.铵对CH4氧化过程的抑制率在11.90%~24.84%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中为23.21%,比矿化垃圾低6.56%,填埋场样品是一般土壤的0.9~2.1倍.填埋场样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率明显高于一般土壤.     

硝化污泥中AOB/NOB对硝化特性的影响

为了深入研究硝化污泥中AOB/NOB（A/N）对其硝化特性的影响,在两个SBR反应器中,通过控制单一基质,并结合影响因素控制和定期排泥,各自经过80个周期的运行,成功实现了AOB、NOB活性污泥的优化培养.依据Monod方程理论确定出AOB、NOB活性污泥中的丰度比约为1：1.不同A/N硝化特性的研究表明：亚硝化率、氨氧化速率、亚硝酸盐氧化速率以及好氧速率均受硝化污泥中A/N的影响,想要实现短程硝化的稳定运行必须使得A/N接近于1：0;氨氧化速率与硝化污泥中AOB的数量并不存在显著的正比关系;常规的生活污水硝化工艺中,A/N应不低于1：2;结合好氧速率的在线监测,当好氧速率趋于稳定时,指示短程硝化的启动已经接近完成.     

An autotrophic nitrogen removal process：Short-cut nitrification combined with ANAMMOX for treating diluted effluent from an UASB reactor fed by landfill leachate

A combined process consisting of a short-cut nitrification (SN) reactor and an anaerobic ammonium oxidation upflow anaerobic sludge bed (ANAMMOX) reactor was developed to treat the diluted effluent from an upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactor treating high ammonium municipal landfill leachate.The SN process was performed in an aerated upflow sludge bed (AUSB) reactor (working volume 3.05 L),treating about 50% of the diluted raw wastewater.The ammonium removal efficiency and the ratio of NO 2 N to NOx-N in the effluent were both higher than 80%,at a maximum nitrogen loading rate of 1.47 kg/(m 3 ·day).The ANAMMOX process was performed in an UASB reactor (working volume 8.5 L),using the mix of SN reactor effluent and diluted raw wastewater at a ratio of 1:1.The ammonium and nitrite removal efficiency reached over 93% and 95%,respectively,after 70-day continuous operation,at a maximum total nitrogen loading rate of 0.91 kg/(m 3 ·day),suggesting a successful operation of the combined process.The average nitrogen loading rate of the combined system was 0.56 kg/(m 3 ·day),with an average total inorganic nitrogen removal efficiency 87%.The nitrogen in the effluent was mostly nitrate.The results provided important evidence for the possibility of applying SN-ANAMMOX after UASB reactor to treat municipal landfill leachate.     

垃圾渗滤液处理工艺改进的研究

针对武进夹山垃圾填埋场渗滤液处理工艺设计及运行过程中存在的问题 ,提出了厌氧与SBR 混凝法相结合的渗滤液处理工艺改进方案。研究表明 :SBR及混凝处理的CODCr最大降解率分别达 4 2 5 %、6 3 0 % ,SBR法正交试验得出的最佳工艺条件是 :曝气时间 30h ,闲置时间 6h ,污泥浓度 5 0mg L ;化学混凝对SBR法处理的出水有较好处理效果 ,其最佳进水pH值应控制在 9 0左右。最后 ,结合填埋场现有的处理工艺及运行现状 ,对处理工艺改进方案进行了讨论。     

特殊菌种处理垃圾渗滤液的小试试验研究

城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水,处理难度很大。对投加特殊菌种处理垃圾渗滤液进行了试验研究,提出了相关的运行参数,并与普通活性污泥法进行了比较。发现特殊菌种的投加大大提高了垃圾渗滤液中污染物的去除效果。     

UASB-A/O工艺处理垃圾渗滤液短程生物脱氮的实现

应用缺氧/厌氧UASB-A/O组合工艺处理高氮晚期渗滤液,在获得稳定有机物和氮同步去除的前提下,考察了如何实现并维持A/O系统内稳定短程硝化的途径.结果表明:在单一UASB反应器内,同时发生了缺氧反硝化和厌氧产甲烷的反应,有机物和NOx--N去除速率分别为5.3,1.1kg/(m3×d).12~30.6℃时,经过54d的运行, A/O反应器实现短程硝化 (亚硝态氮积累率>50%),此后亚硝态氮积累率迅速上升,70d后,亚硝态氮积累率稳定在90%以上.在A/O反应器内,游离氨和游离亚硝酸协同作用是实现并维持稳定短程硝化的决定因素.此外,以pH值作为A/O硝化反应进行的过程控制参数,可准确把握硝化终点,避免过度曝气破坏短程硝化,为氨氧化菌的生长创造有利条件,有效抑制亚硝酸盐氧化菌的生长并逐渐从系统中淘洗出去,实现了硝化菌种群的优化,荧光原位杂交技术检测也证明这一点.     

两级UASB-SBR处理高氨氮垃圾渗滤液的快速启动及稳定运行

在严格控制试验条件的基础上,首次采用缺氧/厌氧UASB-SBR生化系统处理高氨氮垃圾渗滤液结果表明,经过5个阶 段(116 d)的连续运行,获得了稳定的工艺性能在进水COD为1 237.2～12 596.8 mg/L条件下,出水COD稳定在108.4～528.26 mg/L;在进水NH₄⁺-N为155.8～1 298.0mg/L的条件下,出水NH₄⁺-N稳定在0.12～4.1 mg/L,实现了有机物及氨氮的深度去除.SBR采用硝化出水回流的运行方式,对原水既有一定的稀释作用,又可使富含NO_x-N的硝化液借助原水中丰富的有机碳 源在缺氧UASB内进行反硝化,实现生物脱氮及降解有机物的双重目的缺氧UASB1、厌氧UASB2和SBR反应器的OLR_max(以COD计)分别为13、2.09、2.14 kg/(m³·d)UASB1、UASB2和SBR的OLR与相应的OLR_rem 均呈现较好的线性关系.SBR的NLR(以氮计)与NLR_rem也呈现较好线性相关此外,3个反应器的OLR与去除率(η)呈二次相关另外,SBR实现了氨氮的真正去除.整个试验过程中,SBR反应器在室温下运行,硝化阶段溶解氧低于1.0 mg/L,进水温度从20.7℃逐渐降低至10.3℃,SBR的硝化率和反硝化率始终维持在98.5％和97.7％以上,实现了深度脱氮     

游离氨对城市生活垃圾渗滤液短程硝化的影响

为了考察游离氨(free ammonia,FA)对高氮城市生活垃圾渗滤液短程硝化的影响,采用“两级UASB-缺氧-好氧系统”处理实际城市生活垃圾渗滤液.首先在UASB1中实现同时反硝化与产甲烷反应,COD在UASB2中进一步去除,在A/O反应器中利用残余COD进行反硝化以及将NH⁺₄-N彻底硝化.试验共进行79 d,经历3个阶段,即稳定短程硝化(40 d)、短程硝化破坏(19 d)、短程硝化恢复(20 d).结果表明,适当的游离氨浓度（40～70 mg·L^-1）可实现稳定的短程硝化,如在阶段1中亚硝态氮积累率为97%,氨氮的去除率为99%.但游离氨浓度在160 mg·L^-1左右会抑制全部的硝化反应.在阶段3中,通过稀释原水降低了游离氨浓度,在短时间内就恢复了短程硝化.可见,游离氨是实现和维持城市生活垃圾渗滤液短程硝化的重要影响因素.     

耦合短程硝化反硝化的垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理系统构建及微生物群落分析

本研究从某垃圾填埋场计划将现有的垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮工艺改造为短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的实际需求入手,以短程硝化反硝化污泥作为接种污泥,在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中完成厌氧氨氧化启动.探究反应器运行中的脱氮效能、氮容积负荷和氮去除负荷情况,并利用16S rRNA基因序列分析技术对长期运行条件下系统中微生物群落结构演替进行分析.结果表明,反应器经历了149 d后成功启动厌氧氨氧化,稳定运行后的进水总氮容积负荷达到4 000. 00 mg·(L·d)-1,总氮容积平均去除速率达到3 885. 76 mg·(L·d)-1,系统氨氮和亚硝酸盐氮的平均去除率均超过了95%.运行第250 d时,系统的生物多样性减少,门水平上厌氧氨氧化主要菌群Planctomycetes的丰度达到了54. 94%;属水平上Candidatus Kuenenia为主要菌属,其相对丰度达到了49. 66%.结果证明,在短程硝化反硝化基础上耦合厌氧氨氧化实现垃圾渗滤液深度处理的升级改造工艺具有可行性.