同步脱氮除磷系统中两种颜色好氧颗粒污泥的微生物群落特征

为研究同步脱氮除磷系统中出现的WG（白色好氧颗粒污泥）外形特点及微生物群落特征,探究其成因,利用SEM（扫描电子显微镜）表征了系统中的WG与YG（黄色好氧颗粒污泥）的微观形态,并采用Illumina HiSeq 2500高通量测序平台对两种好氧颗粒污泥中细菌与真菌的群落组成进行研究.结果表明:WG结构疏松外形不规则,颗粒表面分布大量杆菌;而YG饱满紧实轮廓清晰,颗粒表面分布大量球菌.WG与YG的细菌群落组成相似,但真菌组成差异较大.与YG相比,WG具有更高的细菌和真菌多样性.变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为WG和YG中的细菌优势门,其在WG中的相对丰度分别为68.85%和26.61%,在YG中的相对丰度分别为82.52%和12.30%.Candidatus competibacter、Candidatus accumulibacter和Chiayiivirga为WG中的优势属,相对丰度分别为22.13%、8.95%和7.37%;Candidatus competibacter、Chiayiivirga和Xanthomonas为YG中的优势属,相对丰度分别为47.94%、6.95%和7.06%.子囊菌门（Ascomycota）和Rozellomycota分别为WG与YG中真菌优势门,其在两个样品中的相对丰度分别为50.10%和81.77%.在属水平,WG中存在大量青霉属（Penicillium）和假丝酵母属（Candida）等丝状真菌,为WG的形成提供了框架.研究显示,当YG破碎成为小菌胶团后,附着在真菌框架上,造成了WG的快速形成,同时WG中Candidatus competibacter的相对丰度较低,使其外形疏松、透光性较好,呈现出白色.      

pH和元素摩尔比对污泥酸化液沉淀法脱氮除磷的影响

针对剩余污泥水解酸化产生大量多糖、蛋白质和VFAs碳源的同时会有较高浓度的NH+4-N和PO3-4-P溶出的问题,考察了pH值和元素摩尔比对以沉淀法同时去除NH+4-N和PO3-4-P的影响.结果表明,最佳pH为9.0,当pH升高到10.0时NH+4-N去除率略有下降,在特定摩尔比范围内摩尔比对沉淀形成的影响大于pH值...     

剩余污泥水解酸化过程中胞外聚合物的影响因素研究

为了解胞外聚合物(EPS)对污泥水解酸化处理的影响,采用批量试验研究了污泥厌氧水解酸化处理过程中EPS的变化以及温度、pH值、污泥来源、污泥浓度对其的影响.结果表明,pH值和污泥来源对EPS产率、成分有显著的影响.强酸性和强碱性条件下污泥水解过程中溶解性EPS产率是中性条件下的2倍多;强酸性条件下细胞破裂较多,DNA物质占总EPS含量的20%左右;强碱性条件多糖类物质溶出量占总EPS的80%以上.A/O工艺污泥水解酸化EPS产率最大,平均值为41.1mg/gVSS;其次为SBR、氧化沟(OD)和A2/O工艺污泥,其中OD工艺污泥水解酸化产生的EPS中糖类与蛋白质的质量比(φ)值远小于其他工艺污泥.温度由18℃升高至35℃时,溶解性EPS产率增加近50%,多糖所占比例逐渐增大.污泥浓度由2000mg/L升高至6000mg/L,EPS产率增大至38.1mg/gVSS,当污泥浓度达到8000mg/L时,EPS产率明显减少(23.1mg/gVSS).     

SBR反应器中不同粒径成熟好氧颗粒污泥的分形表征

为了表征SBR反应器中不同粒径的成熟好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)的密实和规则程度,试验采用实际生活污水培养AGS,利用Photoshop和Fips2软件对不同粒径AGS的SEM图像进行处理和分形计盒维数计算,其中粒径在1.25~1.60 mm的颗粒分形维数最高,达到1.888±0.014,较为致密。最小粒径(小于0.30mm)污泥颗粒的分形维数最低,为1.827±0.043,较为疏松。不同粒径AGS的边界计盒维数随粒径减小而降低,其中最大粒径(大于2.00mm)颗粒污泥的边界计盒维数平均值达到了1.223±0.039,其颗粒形状最不规则。粒径在0.60 mm以下范围的颗粒边界计盒维数较低,污泥颗粒形状较为规则。结果表明,大粒径的AGS更有利于一些大型后生生物的生长和附着,这也是导致大粒径的边界比起小粒径更显不规则的原因。大粒径颗粒表面的不规则程度也明显高于小粒径颗粒。粒径在0.80 mm以上的AGS其密实度较为理想。利用分形维数可以清晰地表征、区分不同粒径AGS的密实和规则程度,为AGS的形成、结构及理化特征研究提供了依据。     

强化内源反硝化脱氮及污泥减量化研究

为提高传统污水处理工艺内源反硝化脱氮效率,在系统内部实现污泥减量,设计了水解酸化/缺氧/好氧(H/A/O)生物脱氮及污泥减量化工艺.试验采用连续流处理装置,以实际生活污水为研究对象.结果表明,在进水COD(220～410 mg/L)、NH4 -N(36～58 mg/L)、总水力停留时间为11h、硝化液回流比为300%、无外加碳源和碱度条件下,COD、NH4 -N和TN的平均去除率分别超过90%、95%和75%.在缺氧段碳源充足的条件下,随着硝化液回流比的增加,系统TN平均去除率升高;当碳源不足时,随着硝化液回流比的增加,系统TN平均去除率降低.污水经水解酸化预处理后,反硝化速率大大升高.水解酸化段利用水解酸化作用对回流剩余污泥的减量达到56.2%,污水、污泥经过水解酸化处理,大大提高了系统脱氮效率.以水解酸化作为传统的城市污水及污泥处理工艺,既可有效地改善污水的可生化性,提高系统污染物平均去除率,增强污水处理系统运行的稳定性,又可实现污水、污泥一体化处理.     

两次污泥颗粒化过程中微生物群落的动态变化

利用序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)培养好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS),在此期间发生了AGS破碎现象,后经培养,破碎污泥再次变为成熟的AGS.因此,采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序技术研究了两次污泥颗粒化过程中微生物群落结构变化的差异,以期揭示有利于AGS形成的优势菌属;此外,利用实时定量聚合酶链式反应(quantitative polymerase chain reaction,q PCR)探究了两次污泥颗粒化过程中硝化微生物的动态变化.结果表明,在两次污泥颗粒化过程中,胞外蛋白质和胞外多糖的含量均增加;氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)在第一次污泥颗粒化过程以及AGS成熟过程丰度增加,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)虽然在第一次污泥颗粒化过程中丰度降低,但是在AGS培养过程中其丰度都一直高于AOA;微生物群落多样性随着AGS的形成而降低;变形菌门(Proteobacteria)相对丰度明显增加,分别增加了12.29%和5.90%;某些属于变形菌门的属其相对丰度也增加,其中,Candidatus Competibacter在两次污泥颗粒化过程中相对丰度增加最明显,并且在成熟的AGS中呈现很高的相对丰度,达到14.20%.总的来说,胞外蛋白质和胞外多糖含量的增加,可能促进了污泥颗粒化;AOA和AOB可能共同参与了AGS的氨氧化作用;Ca.Competibacter的富集可能有利于AGS的形成.     

复合生物反应器低溶解氧同步脱氮除磷

利用复合生物反应器(HBR)中同时存在的活性污泥和悬浮生物膜混合生物体系,进行了同步脱氮除磷的试验研究.结果表明,溶解氧浓度和进水COD/TN对系统脱氮除磷效果有重要影响.当曝气量(Qair)控制在0.07m3/h时,系统的同步脱氮除磷效果较好,最大释磷率(释磷结束时溶液中PO3-4-P浓度与初始PO3-4-P浓度百分比)为249%,TN平均去除率为80.0%,PO3-4-P去除率为92.2%.曝气量升高或降低,TN、PO3-4-P去除率均降低.随着COD/TN的升高,系统TN、PO3-4-P去除率也逐渐升高,COD/TN从3.2升高至10.5,系统TN平均去除率从70.3%升高至84.9%,PO3-4-P平均去除率从82.2%高至96.0%.整个试验过程中污泥体积指数(SVI)均小于90 mL/g,污泥的沉降性能良好.实验采用复合反应器进水后未经过传统脱氮、除磷理论认为所必须的缺氧、厌氧段而直接曝气,仍然取得较高的TN、PO3-4-P去除率.     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥培养过程微生物群落变化

本实验利用生活污水培养具有同步脱氮除磷(simultaneous nitrogen and phosphorus removal,SNPR)功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS).采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序对AGS培养过程中细菌群落变化进行了研究,以期揭示污泥好氧颗粒化成因.采用实时荧光定量PCR对AGS培养过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms,PAOs)的丰度变化进行了研究.结果表明:历时100 d培养出的AGS质地紧实,具有良好的SNPR效果.AGS胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中多糖含量在培养过程中增加明显,而蛋白质含量保持稳定.AGS培养过程中,AOB的丰度略微下降,AOA的丰度明显下降,NOB的丰度无明显变化,而PAOs的丰度在AGS培养初期明显增加.在AGS培养过程中,细菌群落多样性呈现出先升高后降低的趋势,且细菌群落组成发生了明显的变化.持久型OTUs占样品总序列数的92.70%,其中变形菌门(Proteobacteria,31.07%~53.67%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,6.70%~16.50%)和绿弯菌门(Chloroflexi,7.84%~13.36%)是AGS培养过程中的细菌优势门.Candidatus competibacter属在AGS培养过程中大量富集(由种泥中的0.11%增加到35.33%),其可能会分泌胞外多糖,形成黏性EPS,促进絮状污泥团聚成为AGS.     

FNA的抑制作用及反硝化过程的交叉影响

亚硝酸盐和硝酸盐通常被认为对反硝化细菌的代谢有抑制作用.通过大量批式试验,对不同浓度亚硝酸盐在不同pH条件下对硝酸盐还原的抑制作用及2种电子受体之间的交叉影响做了研究.结果表明,硝酸盐还原与游离亚硝酸(FNA)有显著的相关关系,FNA而非亚硝酸盐是硝酸盐还原的真正抑制剂.FNA浓度为0.01～0.025mg·L-1时硝酸盐还原能力受抑制程度为60%,当FNA浓度0.2mg·L-1时,硝酸盐还原反应被完全抑制.此外,污泥亚硝酸盐还原能力也受FNA抑制,当FNA浓度由0.01mg·L-1增至0.2mg·L-1,亚硝酸盐还原能力下降80%.研究还发现,亚硝酸盐还原受硝酸盐抑制影响很小,不同浓度抑制剂下还原能力恢复达90%以上.相反,硝酸盐还原能力仅恢复3.04%～72.54%,且恢复程度主要取决于抑制剂投加量,而受抑制时间和抑制剂投加方式影响较小.