Effect of the C:N:P ratio on the denitrifying dephosphatation in a sequencing batch biofilm reactor (SBBR)

A series of investigations were conducted using sequencing batch biofilm reactor(SBBR) to explore the influence of C:N:P ratio on biological dephosphatation including the denitrifying dephosphatation and the denitrification process.Biomass in the reactor occurred mainly in the form of a biofilm attached to completely submerged disks.Acetic acid was used as the source of organic carbon.C:N:P ratios have had a significant effect on the profiles of phosphate release and phosphate uptake and nitrogen removal.The highest rates of phosphate release and phosphate uptake were recorded at the C:N:P ratio of 140:70:7.The C:N ratio of 2.5:1 ensured complete denitrification.The highest rate of denitrification was achieved at the C:N:P ratio of 140:35:7.The increase of nitrogen load caused an increase in phosphates removal until a ratio C:N:P of 140:140:7.Bacteria of the biofilm exposed to alternate conditions of mixing and aeration exhibited enhanced intracellular accumulation of polyphosphates.Also,the structure of the biofilm encouraged anaerobic–aerobic as well as anoxic–anaerobic and absolutely anaerobic conditions in a SBBR.These heterogeneous conditions in the presence of nitrates may be a significant factor determining the promotion of denitrifying polyphosphate accumulating organism(DNPAO) development.     

厌氧-缺氧下反硝化除磷对低碳污水的处理性能研究

采用厌氧-缺氧条件运行的序批式移动床生物膜反应器,考察了NO3--N进水浓度及其投加方式对低碳废水(COD=200mg/L)反硝化除磷的影响.经驯化后,反硝化聚磷菌(DPB)在总聚磷菌的份额从15.7%增长到71.3%,富集了DPB.NO3--N的浓度对处理有较大影响.在NO3--N为30mg/L(即C/N=6.7:1)时,COD、PO43--P和NO3--N的去除率分别为97.8%、82.0%和81.2%,实现低碳污水的高效处理.NO3--N较低或较高浓度(20mg/L和40mg/L)时,缺氧段吸磷不充分,PHB由厌氧开始时的2.2mg/g左右分别积累至5.1mg/g和3.5mg/g,影响下一周期磷的释放.1次投加、2次投加和连续流加NO3--N,除对缺氧初期的反硝化吸磷速率有影响外,对反硝化除磷的效率影响不明显.     

序批式膜生物反应器中反硝化聚磷菌的富集

采用序批式膜生物反应器（SBMBR）对以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌的富集进行了研究.结果表明,经过厌氧-好氧和厌氧-缺氧-好氧2个阶段的富集,反硝化聚磷菌占全部聚磷菌的比例从19.4%上升到69.6%,每周期缺氧段投加硝酸盐氮120 mg时,SBMBR系统运行最为稳定.稳定运行的SBMBR反硝化强化除磷体系具有良好的强化除磷和反硝化脱氮性能,缺氧段脱氮和除磷效率分别达到100%和84%,膜出水总磷浓度平均低于0.5mg/L,系统除磷率达到96.1%.此外,氨氮去除率保持在92.2%,氨氮被去除的同时并没有发现亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的明显积累.     

温度及反硝化聚磷对SBMBBR脱氮除磷的影响

实验在维持进水COD、PO^3-₄-P和NH⁺₄-N浓度分别为450 mg/L 、10 mg/L和40 mg/L左右的条件下,考察了较低温度（14℃±1℃）和较高温度（24℃±1℃）对SBMBBR（序批式移动床生物膜反应器）除磷脱氮效果的影响.结果表明,14℃±1℃和24℃±1℃下,PAOs（聚磷菌）的释磷量分别为54 .7 mg/L、19 .7 mg/L;除磷率分别为98 .3%、83 .4%;脱氮率分别为87 .8%、98 .4%.较低温度有利于PAOs的富集,但不利于硝化的进行;较高温度有利于硝化反硝化的进行,但PAOs不再是污泥系统的优势菌种.同时在经过较长时间（3个月）厌氧/好氧运行的污泥系统中进行了厌氧/缺氧反硝化除磷实验,该系统内反硝化聚磷除磷效果较好,反硝化吸磷占总吸磷量的80%左右.     

碳源对反硝化细菌的反硝化速率和群落结构的影响

为探究碳源类型在反硝化过程中对氮素转化和微生物群落组成的影响,分别建立R1（以C₆H₁₂O₆为碳源）和R2（以CH₃COONa为碳源）反应器,通过分析R1和R2反应器中反硝化过程的氮素转化情况,评价C₆H₁₂O₆和CH₃COONa对脱氮效果的影响,并运用动力学模型对R1和R2反应器中反硝化能力进行评价;同时,采用高通量测序技术表征2种碳源对反应器中微生物群落结构和多样性的影响.结果表明:①运行后期的R1、R2反应器中单位生物量的反硝化速率（以NO₃--N计,下同）分别为8.56、11.26 mg/（g·h）,R1反应器中NO₂--N累积平均值为11.34 mg/L,显著高于R2反应器（0.20 mg/L）,且R1反应器中NH₄+-N累积平均值为6.58 mg/L,是R2反应器（0.65 mg/L）的10.11倍.②反应器中NO₃--N还原过程均符合Haldane模型,其中R1、R2反应器中单位生物量的r_max（最大降解速率）分别为35.61、47.79 mg/（g·h）,表明R2反应器中的反硝化能力强于R1反应器.③微生物经过富集后,其细菌多样性和物种丰度下降,但发挥反硝化作用的微生物相对丰度逐渐增加.R1和R2反应器中共同的优势菌门有Proteobacterias、Bacteroidetes、Firmicutes和Gracilibacters,其在R1反应器中的相对丰度依次为96.14%、2.06%、0.66%和0.47%,在R2反应器中依次为79.75%、6.88%、9.47%和2.13%,优势菌门在不同运行时间的丰度表达上存在消长变化状态.研究显示,C₆H₁₂O₆和CH₃COONa在反硝化过程的氮素转化上存在明显差异,对各类优势菌群的相对丰度有明显影响.      

氨氮对反硝化型甲烷厌氧氧化细菌的影响机理研究

反硝化型甲烷厌氧氧化(Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation,DAMO)是以甲烷为电子供体和唯一碳源,以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的一种氧化还原反应,可用于废水脱氮,而氨氮是含氮废水中存在的主要形式.目前的研究认为主导DAMO过程的微生物主要有DAMO细菌和DAMO古菌.本文以DAMO细菌为优势菌种的系统为研究对象,通过短期和长期试验,从宏观和微观上研究了氨氮对该系统短期和长期的影响,并比较了不同pH体系下影响效果差异,揭示了相关影响机理.短期试验研究表明,氨氮对该系统的安全浓度为250 mg·L~(-1).当氨氮浓度为500 mg·L~(-1)时,对该系统的脱氮效率造成明显的抑制作用,并且随着浓度、时间的增加,氨氮对其的抑制效果增强;不同pH条件下抑制效果的差异对比发现,在碱性条件下,真正起抑制作用的是氨氮的质子化形式FA(Free Ammonia),在中性及酸性条件下,真正起抑制作用的抑制因子是离子化的NH_4~+.通过扫描电镜对系统中絮状污泥分析发现,在氨氮的短期抑制后,系统内的微生物出现了明显皱缩,丝状菌的数量增加;采用高通量测序技术分析了长期氨氮抑制后的系统,结果显示,系统内菌群结构发生较大改变,物种的多样性和丰度都大大降低.通过菌属分析认为,系统脱氮效率的降低是由于Methylomonas(甲基单胞菌属)数量的减少引起的.     

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.     

生物脱氮技术中好氧反硝化细菌的代谢及应用研究进展

微生物脱氮是水体氮素去除最常用的有效方式,具有高效、经济和二次污染小等特点.好氧反硝化细菌的发现是微生物脱氮技术的重要里程碑,为新型生物脱氮领域的研发提供了新出路.当前,探究好氧反硝化细菌的脱氮特性及各环境因子（如碳源种类、C/N、温度、pH、DO、盐度、重金属含量等）在好氧条件下对反硝化过程的影响已成为污染水体氮素逸出的研究热点.通过总结好氧反硝化细菌的脱氮机制、筛选来源和种类、鉴定、脱氮特性与环境影响因素及其在实际含氮污染水体中的应用,结果表明,好氧反硝化细菌种类丰富、存在环境广泛,脱氮效率一般在50%以上;目前,好氧反硝化细菌脱氮机理的研究主要停留在氮的转化方面,对其中心碳的代谢研究以及碳氮比对反应机理的具体影响尚未明确,需要进一步探究;有关好氧反硝化细菌的脱氮特性研究尚处于实验室小试或中试阶段.建议进一步筛选高效菌群,进行碳氮代谢途径研究,优化好氧反硝化细菌固定化技术,并将其应用于实际工程中,减少水体中的氮素污染,对于实现高效、经济的脱氮具有重要社会价值.      

主流厌氧氨氧化工艺的运行优化及其微生物的群落变迁

通过高氨氮污水驯化成熟的CANON生物膜反应器处理低氨氮污水,试验分为3个阶段:(1)连续曝气无机配水阶段(0~59 d),曝气量30 m L·min-1,调整氨氮浓度为80 mg·L~(-1),厌氧氨氧化脱氮效率较低,第56 d时,TN去除负荷仅为0. 13kg·(m~3·d)~(-1).(2)连续曝气生活污水阶段(60~110 d),有机碳源的进入使得CANON反应器在79 d时TN去除负荷提升至0. 22 kg·(m~3·d)~(-1).(3)由于DO浓度较低,其氨氮去除率仅为75%,为进一步提高氨氮和TN的去除效果,第110 d时,进入间歇曝气生活污水阶段(110~160 d),提高曝气量为50 m L·min-1,曝气30 min,停曝30 min,第131 d时,氨氮去除率提高至86. 34%,TN去除率和去除负荷分别达到85. 87%和0. 30 kg·(m~3·d)~(-1),这说明间歇曝气策略可以提升CANON反应器的脱氮性能.同时在试验开始前(0d)、连续曝气无机配水阶段(56 d)和间歇曝气生活污水阶段(152 d)时分别取样进行了高通量测序,分析不同阶段的微生物群落变化,结果表明:(1)Candidatus Brocadia相比Candidatus Kuenenia在低氨氮无机配水和生活污水阶段中受影响较小;(2)Nitrosomonas和Nitrospira分别为AOB和NOB的优势菌种,生活污水阶段对Nitrosomonas影响较大,对Nitrospira影响较小;(3)反硝化菌属始终存在CANON反应器中,其中假单胞菌属(Pseudomonas)、副球菌属(Paracoccus)适应性最强,但各阶段相对丰度均不超过0. 5%.