厌氧氨氧化启动过程及微生物群落结构特征

采用UASB反应器以体积比1∶2接种实验室培养的具有厌氧氨氧化(ANAMMOX)功能的厌氧污泥和城市污水厂的好氧污泥,耗时17 d成功启动ANAMMOX反应,启动阶段分为菌体水解期、活性提高期和稳定运行期.稳定运行后,逐步提高反应器容积负荷富集厌氧氨氧化菌,当容积负荷由0.10 kg·(m~3·d)~(-1)增至0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,总氮(TN)去除负荷也随之由0.09 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.42 kg·(m~3·d)~(-1),反应器污泥逐渐由浅红色加深,粒径大于0.2 mm的污泥所占比例由10.90%增至38.37%.采用高通量测序对接种污泥和负荷提高期的污泥进行检测,其中绿曲挠菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、WWE3门、放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)等占据主导.随着厌氧氨氧化菌富集程度的增大,脱氮功能菌中的变形菌门所占比例逐渐减少,从21.60%降至14.20%,而浮霉菌门随之增多,相对丰度由0.73%升至15.50%.当反应器的容积负荷增到0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,浮霉菌门中,Candidatus Brocadia属、Candidatus Jettenia属和Candidatus Kuenenia属是主要菌属,Candidatus Brocadia属占13.40%,是主要的厌氧氨氧化菌属.     

两个CANON污水处理系统中氨氧化古菌的丰度和多样性研究

近期,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)在各类环境中的发现,打破了人们原来认为氨氧化主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)完成的观点.但是在全程自养脱氮(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)污水处理系统中关于AOA的研究却鲜有提及.利用PCR、克隆、实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,q PCR)等分子生物学技术,对1个小试(lab-scale,L)和1个中试(pilot-scale,P)CANON系统中的生物膜和活性污泥絮体两种形态的污泥进行AOA数量和种属特征的研究.结果表明:1系统L和P中,AOA的amo A基因数量平均值(以dry sludge计)分别为2.42×106copies·g-1和6.51×106copies·g-1;2 AOA的amo A基因丰度随污泥形态不同数量相差很大:L系统中,生物膜AOA amo A丰度约为活性污泥絮体的11.1~15.1倍;P系统中,污泥絮体AOA amo A数量是生物膜中的2.8倍;3多样性方面:P系统的AOA多样性较低,仅出现一个OTU,该OTU属于Nitrosopumilus subcluster 5.2类群;L系统AOA多样性较高,共有8个OTU出现,分别属于Nitrososphaera subcluster 9、subcluster 8.1、subcluster 4.1、subcluster 1.1和Nitrosopumilus subcluster 5.2这5个类群.总之,在同一个CANON系统中,污泥形态不同,AOA的丰度和群落结构相差较大;AOA可能发挥着氨氧化的作用.     

采用颜色空间表征ANAMMOX启动与冲击过程

厌氧氨氧化(ANAMMOX)是一种高效、节能的脱氮技术,但是其启动过程和稳定状态的表征目前仍缺乏一个简单易行的方法.针对这一问题,在水质分析的基础上,采用颜色空间重点监测ANAMMOX启动过程中污泥的颜色变化,并借助高通量测序技术对微生物菌群的种类和数量等进行分析.结果表明:(1)根据水质特征,整个启动过程可分为活性迟滞期、活性增强期、负荷提高期、稳定运行期.与此同时,HSV、CIELAB颜色空间的指标,整体上呈现先降低后升高的趋势,然后保持稳定.污泥颜色的变化与水质的变化以及分子生物学特征中优势菌群的变迁一致,因此,三者之间具有相关性,进而表明,采用颜色空间可对ANAMMOX启动过程进行准确表征;(2)当遇到高负荷引起的冲击时,H、S、a~*、b~*、C_(ab)~*等指标与总无机氮(TIN)容积去除速率均呈现降低的趋势,而H_(ab)出现了突升,但均能准确反映出系统的冲击特性.提出了基于颜色空间表征ANAMMOX启动各阶段的方法并建立了一套冲击过程指标体系,为颜色空间在ANAMMOX系统中的应用提供了理论基础.     

亚硝氮停供及恢复供给对Anammox反应器中氮去除的影响

在Anammox-UASB反应器中研究了亚硝氮停供及恢复供给后不同进水亚硝氮/氨氮比(R_I)对Anammox系统脱氮的影响,对Anammox系统停供亚硝氮培养后的污泥微生物群落进行了分析.结果表明,Anammox反应器在长期停供亚硝氮培养后,微生物多样性增加,氨氧化菌(Nitrosomonas)和Anammox菌都大量增殖,这两种微生物通过协同作用使得部分氨氮得以去除,NH_4~+-N最大去除速率可达68.77 mg·L~(-1)·d~(-1),出水p H低于进水.反应器恢复亚硝氮供给后,脱氮效果快速恢复.Anammox反应器中存在的氨氮"超量去除"现象是由氨氧化菌作用引起的,氨氧化菌活性易受亚硝氮浓度抑制.氨氮"超量去除"量占氨氮总去除量的百分比与R_I呈负相关关系.当R_I为0.17时,氨氮"超量去除"量占氨氮总去除量的百分比高达68.83%;当R_I增加到1.30∶1后,氨氮"超量去除"现象基本消失.     

闲置厌氧氨氧化微生物的启动及微生物分析

文章以闲置12个月的厌氧氨氧化生物膜填料重新启动厌氧氨氧化反应器,并对反应器的活性恢复情况、脱氮效果和微生物菌群结构开展研究。实验结果表明:在启动的200 d逐渐将进水氨氮、亚硝态氮浓度从50 mg/L提高到70 mg/L,水力停留时间从12 h缩短到4 h,后期氨氮去除率达80%以上,亚硝酸盐去除率达95%。170~200 d的稳定期中,平均去除负荷0.71±0.15 kg/(m~3·d)。另外,通过高通量测序技术对反应器中微生物群落变化情况进行了系统分析。启动过程中填料中污泥微生物浮霉菌门Planctomyctes的相对丰度从13.7%增长到了36.0%,成为优势菌群。     

中常温变化对PN-ANAMMOX联合工艺脱氮效果的影响

通过接种成熟的亚硝化膜和厌氧氨氧化污泥,研究了中常温变化对PN-ANAMMOX联合工艺脱氮速率的影响及微生物群落的变化.结果表明,常温下能够实现PN-ANAMMOX联合脱氮,并且脱氮速率达到0.5 kg·(m~3·d)~(-1).但是PN过程亚硝化速率下降,ANAMMOX菌活性未得到充分发挥,导致PN-ANAMMOX联合工艺脱氮速率远低于中温条件下的1.75kg·(m~3·d)~(-1),出水水质较差.温度的上升易导致NOB的快速生长,PN过程失稳,但是通过增加回流量可对NOB的活性进行有效地控制.QPCR分析结果进一步表明接种中温环境下的AOB和ANAMMOX微生物在常温条件下不利于生长,出现部分死亡;当恢复到中温的环境时,相应的功能微生物出现了快速地生长.因此,在PN-ANAMMOX联合工艺的运行过程中应尽可能地满足功能微生物适宜的温度.     

间歇性饥饿对厌氧氨氧化菌混培物保藏特性的影响

厌氧条件下,采用4℃、4℃并每隔10 d换1次NO-2-N/NH+4-N浓度比为1.32的基质、4℃并每隔10 d换1次NO-2-N/NH+4-N浓度比为1.63的基质3种方法保藏厌氧氨氧化菌混培物,研究间歇性饥饿对厌氧氨氧化菌混培物保藏特性的影响.结果表明,间歇性饥饿对厌氧氨氧化菌混培物的危害大于长期性饥饿,且亚硝态氮浓度越高危害越大;另厌氧氨氧化菌混培物活性还与血红素c含量有直接相关性,无外界颜色干扰时厌氧氨氧化菌混培物颜色还可直观反映其活性和血红素c含量,且厌氧氨氧化菌混培物的颗粒结构及其富含的胞外多聚物能增强其抵抗外界不利因素的能力.在试验的5个月内,3种方法下的活性衰减速率均先快后趋于稳定,趋于稳定时的三者活性保留率分别为75.3％、70.8％、62.7％.     

密云水库底泥和库滨区土壤中氨氧化细菌的多样性和丰度

采用分子生物学方法（T-RFLP、定量PCR）研究了密云水库底泥沉积物和库滨带土壤中氨氧化细菌（AOB）的多样性和丰度特征,并使用Canoco for Windows 4.5软件和皮尔森相关系数法,探究了环境因子对AOB群落的影响.结果表明,沉积物和库滨区土壤中AOB的多样性和数量都存在较大的差异.其中,AOB群落被聚成两大类：沉积物与土壤.沉积物样品中AOB群落结构与其它样品差异较大.沉积物中AOB的多样指数最低,而在农田土壤中AOB多样性指数最高.农田土壤中的amoA基因拷贝数最大,是底泥沉积物中的48倍.此外,RDA（Redundancy Analysis）分析表明,在沉积物和水陆交错带土壤中,AOB的优势种与NH₄⁺-N、NO₃^--N、TOC、pH成正相关关系,而在陆相土壤和农田土壤中,AOB的优势种与这些环境因子成负相关关系.其中,TOC是影响AOB的群落结构的关键理化因子.     

碳源对厌氧氨氧化脱氮性能影响的试验研究

分别研究了无机碳源和有机碳源对厌氧氨氧化反应脱氮性能的影响。接种稳定运行的复合式UASB厌氧氨氧化反应器污泥至ASBR反应器进行批式试验,考察不同碳酸氢钠浓度及COD浓度条件下的氮素转化情况,研究碳源对厌氧氨氧化脱氮效果的影响。厌氧氨氧化反应适宜的进水碳酸氢钠浓度为1.5～2.0 mg/L,超过30 mg/L时有机碳源的存在对厌氧氨氧化反应产生抑制作用,COD浓度超过60 mg/L时反应器表现出反硝化特性。无机碳源对厌氧氨氧化反应的影响表现在提供充足碳源和调节反应器pH的综合作用,较高浓度的COD对厌氧氨氧化反应具有抑制作用。     

氨对垃圾焚烧飞灰浸出特性的影响及地球化学模拟

垃圾焚烧飞灰可能因为选择性非催化还原法(SNCR)脱硝过程中氨泄漏、垃圾携带的渗滤液受热挥发等原因而吸附氨.本研究中采用人为添加氨水,在pH为3.66～12.44范围内,研究氨对飞灰中溶解性有机碳(DOC)和重金属浸出的影响,并利用地球化学模拟软件Visual MINTEQ从金属化学形态分布上分析氨对飞灰浸出的影响机制.结果表明,DOC在pH>9和有高浓度氨(≥1 357 mg·L-1)存在时,其浸出量大幅增加,而在浸出液中氨的水平不高于537 mg·L-1时则受氨的影响很小;在pH<6时,飞灰中各金属主要以自由态的金属离子和金属-氯络离子形态大量溶出,且受氨的影响较小;而在pH为8～12的碱性环境中和氨浓度较高时(≥3 253 mg·L-1),氨与金属生成了可溶性的金属-氨配合物,能显著增加Cd、Cu、Ni、Zn的浸出,且在pH=9附近时浸出量达到最大值,但氨对Al和Pb的浸出影响甚微;在pH>12时,Cd、Cu、Ni、Zn主要以羟基金属离子形式存在.在氨浓度为3 253 mg·L-1时,通过利用Visual MINTEQ模拟浸出值与试验数据的对比,发现Al、Pb、Zn的浸出主要由溶解/沉淀模型控制,而Cd、Cu、Ni由溶解/沉淀模型和表面吸附反应模型同时控制,且Visual MINTEQ模型能较好地预测飞灰中Al、Cu、Pb、Zn的浸出特性.