利用分子生物等技术确定活性污泥硝化细菌的衰减特征

通过常规耗氧速率（OUR）测定方法、荧光原位杂交技术（FISH）和LIVE/DEAD细胞活性实验,分别研究了序批式反应器（SBR）硝化系统和生物营养物去除（BNR）系统中硝化细菌的好氧衰减特征.实验结果表明,SBR硝化系统中硝化细菌在衰减过程中由细胞死亡引起的衰减分别占细胞总衰减的33%（SRT=10 d）和50%（SRT=40 d）;相应地,由活性降低引起的衰减分别占细胞总衰减的67%（SRT=10 d）和50%（SRT=40 d）.长SRT可能会选择出能够更好地适应饥饿状态的硝化菌种,使细菌能够迅速地做出紧迫反应,从而降低其衰减速率.在BNR系统中（SRT=15 d）,硝化细菌在衰减过程中由细胞死亡引起的衰减约占细胞总衰减的45%,由活性降低引起的衰减约占细胞总衰减的55%.两种系统中硝化细菌由细胞死亡引起的衰减比例不同是由于两种系统中不同微生物组成所致.     

不同曝气强度下SBMBBR和SBR脱氮除磷性能对比研究

对比考察了不同曝气强度下序批式活性污泥反应器(SBR)和序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)的脱氮除磷效果,并分析了反应器单个周期内有机物、氮和磷的转化过程.实验结果表明,SBMBBR和SBR脱氮主要是基于好氧段发生的同步硝化反硝化(SND)及进水、搅拌阶段发生的缺氧反硝化途径实现的,而除磷是基于常规生物除磷和反硝化除磷过程而完成.曝气强度会影响SBR和SBMBBR好氧阶段SND发生的程度,最佳曝气强度下两者通过SND作用去除的TN量分别达到去除总量的47.7%和79.0%.在采用先行厌氧的运行方式,保持系统内高浓度微生物,使反应器在进水C/N比只有2.2～3.5的条件下均取得了良好的脱氮除磷效果.两者相比,SBMBBR和SBR在COD和NH4-N去+除方面没有差异,而SBMBBR的反硝化、除磷效果更优,TN、TP去除率分别达到95.4%和93.5%,较SBR分别高出10.9%和4.1%.     

高氮渗滤液短程深度脱氮及反硝化动力学

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际高氮晚期渗滤液,重点研究了系统的有机物和氮去除特性,同时考察了SBR短程生物脱氮系统内微生物的反硝化动力学特性.试验结果表明,该生化系统能够高效、深度去除渗滤液内高浓度有机物和氮.UASB反应器的平均COD负荷为6.5 kg/(m3.d),去除速率为5.3 kg/(m3.d).在进水COD平均为6 537 mg.L-1,NH+4-N为2 021mg.L-1的条件下,出水分别为354 mg.L-1和2.8 mg.L-1以下,去除率分别为94.6%和99.8%,尤其是该系统获得了99.2%的TN去除率,出水TN20 mg.L-1,实现了深度脱氮的目的.SBR反应器实现并维持了稳定的短程硝化,通过90%以上的亚硝化率实现高效的氨氮去除,同时SBR系统内微生物的反硝化特性符合Monod动力学方程.     

常温高pH条件下与厌氧氨氧化匹配的亚硝化研究

在常温条件下实现了与厌氧氨氧化匹配的亚硝化过程,并考察了高pH对亚硝化的影响效果。试验采用实际生活污水和稳定运行的序批式活性污泥法(SBR)反应器,通过控制温度、p H考察NH+4-N与NO-2-N的对应变化情况。温度为28℃时,亚硝化效果良好,NO-2-N累积率达到93.45%;温度为26℃时,出水NH+4-N/NO-2-N为1∶1.3能够满足后续厌氧氨氧化进水的要求。pH较高时,可以通过中和亚硝化产生的H+以及FA与FNA对硝化细菌的抑制作用实现稳定的亚硝化。     

两段SBR法去除有机物及短程硝化反硝化

采用两段SBR法处理有机物和氨氮含量较高的化工废水.一段反应器(SBR1)的反应过程处于好氧状态,主要去除大部分有机物;二段反应器(SBR2)先好氧,去除剩余有机物和硝化反应,并且控制硝化反应进程至亚硝酸型硝化结束.然后缺氧反硝化,反硝化以原水作为碳源.试验结果表明:两段SBR法可以增加二段污泥中硝化菌的含量,使具有不同作用的2大类微生物群体分别在各自的反应器内生存.在进一步降低出水COD的同时,避免高有机负荷对硝化反应的冲击,使碳氮比(C/N)不再成为脱氮系统的影响因素.因此,与单一SBR法相比,两段SBR法不仅提高处理效率,还能节约能耗及外加碳源的费用.     

处理实际生活污水短程硝化好氧颗粒污泥的快速培养

以普通序批反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)和气提式序批反应器(Sequencing Batch Airlift Reactor,SBAR)处理低COD/TN的实际生活污水,考察了不同沉淀时间以及反应器类型对快速培养短程硝化好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)的影响.试验结果表明,沉淀时间为15min时,SBR和SBAR系统中均为全程硝化,当将沉淀时间分别改为5min、8min后的第17d和第16d时,两个反应器中均形成AGS,并且AGS与絮状污泥共存;此时两系统均由全程硝化转化为短程硝化,出水NO2-/(NO2- NO3-)平均值分别长期维持在98.7%和85.6%左右.本试验中以沉淀时间作为选择压,快速启动了具有短程硝化功能的序批式AGS反应器.由于AGS固有结构对氧传质的限制,使亚硝酸氮氧化受阻即抑制了亚硝酸氮氧化细菌的活性,从而产生了亚硝酸氮积累现象.DO是造成本研究中出现短程硝化的主要原因,而pH值、游离氨、温度、污泥龄等因素都不是导致短程硝化的关键因素.污泥颗粒化后,两个系统中NH4 -N降解速率分别提高了2.6倍和2.4倍.     

SBR工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮特性研究

采用有效容积为1 200 m3的SBR反应器处理晚期垃圾渗滤液,进行生物脱氮特性研究.结果表明,通过投加粪水调节进水C/N,能显著提高SBR反应器对晚期垃圾渗滤液中氮素污染物的去除效果,其中第112~136 d的TN平均去除率高达82.62%,出水TN≤190 mg.L-1,COD≤400 mg.L-1;能在反应器内达到各种生物脱氮反应的平衡状态,BOD5与TN去除量的比值稳定在1.43左右.在稳定平衡阶段,通过对反应器内氮素污染物和SO24-的含量变化进行周期跟踪监测,发现在搅拌回流阶段存在NH4+-N和SO24-的同时等比例去除现象,去除率分别为27.06%和76.17%,反应器内存在同步硝化反硝化和同步脱氮除硫(SO24-)过程;量化分析了反应器内各种生物脱氮反应,得到异养反硝化、同步硝化反硝化、同化作用、同步脱氮除硫(SO24-)和内源呼吸反硝化对TN去除量的贡献率分别为62.6%、33.8%、7.0%、26.1%和2.7%.     

生物活性炭对不同C/N比废水同步硝化反硝化脱氮效果的影响

以连续运行的生物活性炭(biological actived carbon,BAC)填料反应器为研究对象,与序批式活性污泥反应器(sequencing batch reactor,SBR)对比,考察了BAC的加入对不同C/N比废水同步硝化反硝化(simultaneous nitrification and denitrification,SND)脱氮效果的影响.在室温(15~27℃),初始溶解氧(dissolved oxygen,DO)质量浓度2~3 mg·L-1条件下,以甲醇做外加碳源,分别设置进水C/N比为3、5、8和10运行120个周期,比较两反应器的脱氮效果及稳定性.结果表明,C/N比由3依次升至5和8时BAC填料反应器脱氮效果优于SBR,TN平均去除率分别达44.88%、58.07%和66.64%.继续增大进水C/N至10,SBR发生污泥膨胀,而BAC反应器仍能保持63.65%的TN去除率.实验证明BAC在单一反应器内创造了多样的溶解氧环境,为SND创造了适宜的条件.BAC的加入减小了过量有机碳对硝化系统带来的影响,扩大了反应器的C/N比适用范围,增加了运行的稳定性,提高了有机物的脱氮容量,为高效脱氮提供了可能.     

污水短程硝化反硝化和同步硝化反硝化生物脱氮中N2O释放量及控制策略

采用SBR反应器考察了短程硝化反硝化和同步硝化反硝化脱氮过程中N_2O的释放.通过实时控制策略实现了短程硝化反硝化生物脱氮,亚硝化率可维持在90%以上.在溶解氧水平为0.5、 1.0、 1.5和2.0 mg/L条件下,考察N_2O的释放和亚硝化率的变化情况.结果表明,溶解氧1.5 mg/L时最有利于维持稳定的亚硝化率,同时N_2O逸出量最小,每去除1 g氨氮释放N_2O 0.06 g;在碳纤维填料SBR反应器中,通过维持较低溶解氧水平和分段投加碳源的运行方式成功实现了同步硝化反硝化,同步硝化反硝化率在79%以上.在溶解氧水平为0.2、 0.4、 1.0和1.5 mg/L时,考察N_2O的逸出情况.结果表明,溶解氧在1.0 mg/L时最有利于控制N2O的释放,每去除1g氨氮释放N2O 0.021 g,其N_2O释放量仅为短程硝化反硝化的1/3.     

温度和DO对MBBR系统硝化和反硝化的影响

在缺氧/好氧/好氧串联运行的移动床生物膜反应器（MBBR）系统中考察了温度和好氧反应器中溶解氧（DO）水平对生物膜硝化和反硝化过程氮素去除的影响,并通过高通量测序技术探究温度和DO的变化造成的MBBR系统中脱氮功能菌群结构的差异,从而在微观水平解释硝化和反硝化受温度和DO影响的生物学机理.结果表明,系统温度的升高可以同时强化生物膜硝化和反硝化过程,且好氧反应器中DO水平的提高对硝化过程有利,从而提高系统的脱氮效果.本研究中,在系统连续运行阶段,当系统温度和好氧O₁反应器的DO浓度为本研究范围内的最高水平时（即温度=20~22℃、DO=5~8mg O₂/L）,比硝化负荷可达1.60g NH₄⁺-N/（m²·d）以上,而相同温度范围内比反硝化负荷可高达2.84g NO₃^--N/（m²·d）,从而使MBBR系统在该工况条件下获得了最佳的NH₄⁺-N和TN去除率（分别达到了98.7%和85.7%）.温度和DO影响硝化和反硝化的根本原因是温度和DO变化引起了脱氮功能菌群数量和群落结构的改变：当好氧反应器的DO水平下降时,硝化功能细菌的OTUs比例显著降低,尤其是异养硝化细菌的生长受到了严重的抑制;而温度的变化对反硝化细菌的影响主要体现在群落结构的变化.     

Isolation and characterization of heterotrophic nitrifying bacteria in MBR

The study presented the method for isolating the heterotrophic nitrifiers and the characterization of heterotrophic nitrification. Continuous tests via a membrane bioreactor (MBR) were operated under the controlled conditions to proliferate the nitrifiers. Heterotrophic nitrifying bacteria were isolated from the system in which the efficiency of total nitrogen(TN) removal was up to 80%. Since no autotrophic ammonium and nitrite oxidizers could be detected by fluorescence in situ hybridization(FISH), oxidized-N production was unlikely to be catalyzed by autotrophic nitrifiers during the heterotrophic nitrifiers‘ isolation in this study. The batch test results indicate that the isolated heterotrophic bacteria were able to nitrify. After 3 weeks incubation, the efficiencies of the COD removal by the three isolated bacterial strains B1,B2 and B3 were 52.6%, 71.7%, and 77.7%, respectively. The efficiencies of the TN removal by B1, B2, and B3 were 35.6%, 61.2% and 68.7%, respectively.     

基于水蚯蚓摄食活性污泥的生长动力学研究

基于水蚯蚓摄食活性污泥的批量培养试验,考察了水蚯蚓在活性污泥中的生长规律,以及底物、溶解氧浓度由低到高变化对水蚯蚓比增长速率的影响.结果表明,在水温25℃±0.5℃、溶解氧4 mg.L-1、底物浓度4 000 mg.L-1条件下培养18周,水蚯蚓体重随培养时间的变化趋势较好地符合Gauss函数,最大比增长速率μAWma...     

异养硝化细菌的分离及其硝化特性实验研究

采用将传统微生物学方法与现代分子生物学手段相结合的新型异养硝化细菌的分离筛选方法,从具有80.1%的SND效果的MBR系统中分离筛选出2株异养硝化细菌,通过生理生化实验、16S rDNA的序列分析,认定为属新报道的异养型硝化细菌.通过批式试验考察了分离纯化得到的异养硝化细菌的硝化性能.结果表明,Bacillussp.LY及Brevibacillussp.LY具有异养微生物的性质,在充分利用有机碳进行有氧呼吸的同时还具有较强的硝化及脱氮能力:24d好氧培养后,COD的去除率分别为71.7%及52.6%;氨氮的转化率分别为78.2%及51.2%;总氮的转化率分别为69.2%及35.6%.     

Sources of nitrous and nitric oxides in paddy soils：Nitrification and denitrification

Rice-paddies are regarded as one of the main agricultural sources of N 2O and NO emissions. To date, however, specific N2O and NO production pathways are poorly understood in paddy soils. ^15N-tracing experiments were carded out to investigate the processes responsible for N2O and NO production in two paddy soils with substantially different soil properties. Laboratory incubation experiments were carried out under aerobic conditions at moisture contents corresponding to 60% of water holding capacity. The relative importance of nitrification and denitrification to the flux of NaO was quantified by periodically measuring and comparing the enrichments of the N2O, NH~-N and NO3-N pools. The results showed that both N2O and NO emission rates in an alkaline paddy soil with clayey texture were substantially higher than those in a neutral paddy soil with silty loamy texture. In accordance with most published results, the ammonium N pool was the main source of N2O emission across the soil profiles of the two paddy soils, being responsible for 59.7% to 97.7% of total N2O emissions. The NO3-N pool of N2O emission was relatively less important under the given aerobic conditions. The rates of N2O emission from nitrification （N2On） among different soil layers were significantly different, which could be attributed to both the differences in gross N nitrification rates and to the ratios of nitrified N emitted as NzO among soil layers. Furthermore, NO fluxes were positively correlated with the changes in gross nitrification rates and the ratios of NO/N2O in the two paddy soils were always greater than one （from 1.26 to 6.47）. We therefore deduce that, similar to N2O, nitrification was also the dominant source of NO in the tested paddy soils at water contents below 60% water holding capacity.     

硝化工艺中硝化菌体的微生物结构及其选择附着生长模式

硝化处理效率低是硝化处理工艺的主要问题。硝化过程主要由硝化细菌完成，因此硝化作用的效果基本取决于硝化菌体的生长状况。文章通过硝化细菌生长方式进行探讨，提出硝化菌体在载体表面选择附着生长模式，对于理解硝化作用与硝化菌体生长的关系，硝化菌全生物膜的生物特征，从而相应地改善载体的优化设计，取得较好的硝化处理效果。     

福建泉州西湖水体中硝化作用的研究

文章系统研究了富营养化湖泊——泉州西湖水体中硝化作用的2个过程,即氨氧化和亚硝酸盐(NO2--N)氧化的发生规律。结果表明:西湖水体中,氨氧化和亚硝酸盐氧化都是以颗粒态活性为主,但是与氨氧化过程相比,亚硝酸盐氧化的颗粒态活性部分相对较少;水体中总氨氧化潜力显著高于总亚硝酸盐氧化潜力(配对t-检验,p<0.05);偏相关分析表明,水体中NO2--N浓度与总氨氧化潜力显著正相关(p<0.05),说明高速率的氨氧化过程一定程度上导致了NO2--N的积累。西湖水体中存在的高浓度氨氮一方面促进了氨氧化细菌的活性,导致高氨氧化潜力,另一方面却对亚硝盐氧化过程产生了部分抑制,导致低亚硝酸盐氧化潜力,使亚硝酸盐氧化过程成为硝化作用的限制性步骤。     

Spatial distribution of archaeal and bacterial ammonia oxidizers in the littoral buffer zone of a nitrogen-rich lake

The spatial distribution and diversity of archaeal and bacterial ammonia oxidizers (AOA and AOB) were evaluated targeting amoA genes in the gradient of a littoral buffer zone which has been identified as a hot spot for N cycling. Here we found high spatial heterogeneity in the nitrification rate and abundance of ammonia oxidizers in the five sampling sites. The bacterial amoA gene was numerically dominant in most of the surface soil but decreased dramatically in deep layers. Higher nitrification potentials were detected in two sites near the land/water interface at 4.4-6.1 μg NO₂^--N/(g dry weight soil·hr), while only 1.0-1.7 μg NO₂^--N/(g dry weight soil·hr) was measured at other sites. The potential nitrification rates were proportional to the amoA gene abundance for AOB, but with no significant correlation with AOA. The NH4 + concentration was the most determinative parameter for the abundance of AOB and potential nitrification rates in this study. Higher richness in the surface layer was found in the analysis of biodiversity. Phylogenetic analysis revealed that most of the bacterial amoA sequences in surface soil were affiliated with the genus of Nitrosopira while the archaeal sequences were almost equally affiliated with Candidatus ‘Nitrososphaera gargensis’ and Candidatus ‘Nitrosocaldus yellowstonii’. The spatial distribution of AOA and AOB indicated that bacteria may play a more important role in nitrification in the littoral buffer zone of a N-rich lake.     

常温限氧条件下SBR反应器中的部分亚硝化研究

常温下(14.1～24.2℃)以二级出水(NH 4-N 30～100 mg/L)为原水,在限氧条件下(DO为0.3～0.4 mg/L)的SBR反应器中研究了适合ANAMMOX工艺进水的部分亚硝化工艺.ANAMMOX反应器进水要求NH 4/NO-2=1/1.31,即仅有一部分氨氮形成亚硝酸盐.研究中通过控制进水碱度,以在线DO趋势线为指示,实现部分亚硝化,最终获得NH 4-N/NO-2-N合适比例的出水.当约57%的氨氮转化为亚硝酸盐时,同等比例的HCO-3/NH 4消耗会导致pH值的自然下降.当pH值下降到一定程度时,氨氧化细菌代谢速率的减小导致了耗氧速率(OUR)的急剧下降,DO趋势线就会出现突跃的特征点(本研究以DO突跃至1.0 mg/L为判别),指示出部分亚硝化反应的终点.试验对30～100 mg/L范围内4种氨氮浓度条件下部分亚硝化的最佳碱度进行了研究.结果表明,本试验中进水碱度与氨氮浓度的比率是影响部分亚硝化工艺出水亚硝化比率(NO-2,NH 4)的重要因素,通过对进水碱度的控制完全可以实现向ANAMMOX反应器提供进水的部分亚硝化工艺.     

污泥水富集硝化菌和强化城市污水低污泥龄硝化

采用西安市邓家村污水处理厂污泥水富集硝化菌(1号反应器内进行),对低污泥龄(6 d)下的模拟城市污水处理系统(2号反应器内进行)进行生物添加,比较了添加前后城市污水处理系统的硝化效果及其活性污泥特性,考察了利用污泥水富集硝化菌并进行生物添加强化硝化的可行性.结果表明,1号反应器的活性污泥的最大氨氧化速率可达81.4 mg/(L·h);添加进行后,2号反应器的出水氨氮浓度以0.992 mg/(L·d)(R2=0.903)的速度呈线性下降,添加稳定后的2号反应器内活性污泥的最大氨氧化速率为添加前的2.36倍;添加停止后,出水氨氮浓度以1.956 mg/(L·d)(R2=0.999)速率上升,但在添加停止34 d后因添加所引起的硝化能力并未完全消失;虽然在添加初期,2号反应器内的原生动物数量与种类以及SVI值都明显增加,但在添加稳定后,基本恢复至添加前的状态.