一种新型生物膜法除磷工艺中聚磷菌的富集培养过程

采用挂式尼龙作为生物载体的新型生物膜反应器处理合成废水,探讨短时间内在该常规生物膜上富集培养高浓度聚磷菌的可行性,并从反应器运行效率、除磷速率以及聚磷菌的富集状态等方面进行验证.反应器启动运行10 d后,好氧阶段正磷酸盐去除率稳定在95%以上,COD出水浓度均在50 mg·L~(-1)以下,并在该处理水平稳定运行了50 d.运行培养48 d后,吸磷及释磷速率由相同的3.4 mg·(L·h)-1分别提高到8 mg·(L·h)-1和6 mg·(L·h)-1,好氧和厌氧周期由相同的6 h分别缩短到2 h和3 h.运行培养50 d经荧光原位杂交法(FISH)测定,污泥中聚磷菌的丰度从原泥的48.96%提高到70%,杂交图中的聚磷菌以大块团聚态出现,由直接显微镜法测得生物膜厚度约为28.9μm,证明生物膜上聚磷菌群已处于动力学增长末期即生物膜已经成熟.经过50 d的强化培养,能够在常规尼龙填料上富集占总菌70%的高浓度聚磷菌,使得本反应器能高效去除污水中的磷与有机物.     

污泥转移SBR工艺吸磷影响因素分析

新型SBR工艺是由SBR反应器和生物选择器构成,显著特点是通过污泥转移实现除磷优势菌种的筛选,强化除磷效果。以生活污水为处理对象,研究了转移量、温度、pH以及DO对吸磷的影响。试验研究表明:比吸磷速率与污泥转移量关系为y=e(1.49+4.95x-7.3x2),中值误差为1.93%,系统在34%的转移量下其最大比吸磷速率可达10.27 mg/(g·h);进水温度分别为5~15℃、15~25℃、25~35℃工况培养的污泥在(24±2)℃时的比吸磷速率为11.86,10.39,9.35 mg/(g·h);pH=6.5、7、7.5、8条件下比吸磷速率分别为8.8、9.9、10.39、10.58 mg/(g·h);DO分别为1~2,2~3,3~4,4~5 mg/L时比吸磷速率分别为8.8,9.96,10.39,10.44 mg/(g·h)。确定该工艺的最佳吸磷条件为污泥转移量为34%,进水温度为5~15℃,pH=7.5~8,ρ(DO)为3~4 mg/L。     

不同填料下聚磷生物膜的驯化过程及性能

为解决磷资源短缺和磷污染的问题,开发了具有同步去除与回收高浓度磷酸盐效果的生物膜技术。选用尼龙和悬浮两种填料研究了聚磷生物膜的除磷性能及聚磷能力。结果表明:在除磷性能方面,尼龙填料的聚磷生物膜无论从驯化时间和处理效果方面都优于悬浮填料,在出水主要指标达到标准时(ρ(PO~(3-)_4)<0.5 mg/L,ρ(COD)<50 mg/L),尼龙和悬浮填料的除磷率分别为97.23%和83.6%;同时,在聚磷能力方面,通过SMT(surface mount technology)法测得尼龙和悬浮填料中的磷含量分别为112,86.50 mg/g,高于现有活性污泥中的磷含量。由扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)分析,发现尼龙填料驯化培养性能优于悬浮填料,且聚磷菌以球状菌为主。     

同步去除并富集磷酸盐生物膜驯化过程中微生物种群分析

本实验以同步去除并回收高浓度磷酸盐溶液为目标,开展了以挂式尼龙为生物载体的生物膜驯化培养聚磷菌的人工配水实验研究.通过扫描电镜(SEM)和Illumina MiSeq高通量测序分析技术研究了生物膜驯化过程中生物膜内菌群形态、优势菌及物种多样性变化并验证了短时间内在该常规生物膜上回收高浓度磷酸盐的可行性.反应器运行10 d后挂膜成功,COD出水50 mg·L~(-1)以下,出水磷浓度接近于零,磷去除率95%以上,并在该水平上稳定运行40 d.SEM结果显示50 d时微生物菌落均匀饱满,外形规则,轮廓清晰,成球状.MiSeq高通量测序发现优势菌门包括变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、Ignavibacteriae门、硝化螺旋菌门(Nitrospirae).其中变形菌门从47%增长至58%,占主导地位.而优势聚磷菌为Rhodocyclaceae,从17.9%增长至28.9%.回收阶段,通过提高进水磷酸盐浓度和厌氧阶段溶液中COD浓度,富磷溶液浓度从40 mg·L~(-1)升高到82 mg·L~(-1),在生物膜上实现磷酸盐的富集,并且浓度满足鸟粪石法磷回收的要求.