不同丙酸/乙酸长期驯化的活性污泥对EBPR的影响

通过长期驯化的SBR增强生物除磷系统,研究了不同丙酸/乙酸对磷和PHA转化的影响,以及微生物代谢PHA及其组分的计量学.结果表明,随着丙酸/乙酸的升高.系统的除磷能力增强;污水中合适的丙酸/乙酸(C-mol比)为2:1.计量学研究表明,聚磷菌消耗I C-mol乙酸生成0.65 C-mol PHB和0.33 C-mol(PHV PH2MV),消耗I C-mol丙酸生成极小量PHB和1.21C-mol(PHV PH2MV).磷去除率与(PHV PH2MV)代谢有良好的相关性.     

甘油基混合培养物合成PHA及其与OUR的关系

聚β羟基烷酸盐(PHA)以其较好的生物相容性、可生物降解性和再生性成为最有前途的生物高分子材料.本文基于甘油作为基质在饱食-饥饿模式下富集合成PHA的混培物,以乙酸、丙酸、丁酸、乳酸和葡萄糖作为基质考察混培物合成PHA的基质广谱性,结果表明乳酸和乙酸作为基质时PHA的产率系数较高;使用不同比例乙酸/丙酸混合基质时,PHA产量随着乙酸含量的增加而增大,乙酸/丙酸为3∶1时PHA产量最高.通过活性污泥同时贮存与生长模型模拟与线性回归两种方法证实,在单一基质或乙酸/丙酸混合基质情况下,PHA合成速率与OUR存在线性关系,因此,基于在线OUR测量数据可以实时估计PHA合成量.     

乙酸丙酸比例对富集聚磷菌生物除磷系统影响研究

通过丙酸/乙酸(以C计)比例为0.1、0.5、1、2、10的合成废水,在SBR反应器(1#～5#)中长期驯化聚磷菌(PAO)富集的污泥,研究了丙酸/乙酸比例对增强生物除磷系统(EBPR)中短链脂肪酸(SCFA)降解、溶解性正磷(SOP)的释放/吸收及其去除率的影响.结果表明,PAO对SCFA的利用符合一级动力学过程,PAO对丙酸的利用速率较乙酸快,因此,增加丙酸/乙酸比例有助于EBPR系统的稳定性.随丙酸/乙酸比例增加,SOP的释放与吸收量减少,SOP的代谢速率降低,但SOP的去除率明显增加.因此,增加丙酸/乙酸比例有助于提高EBPR系统除磷效率.     

丙酸/乙酸比例对生物除磷系统的影响研究

在5个SBR反应器(1#～5#)中,用乙酸、丙酸/乙酸(以C计)比例为0.5、2、10和丙酸的合成废水,通过厌氧/好氧工艺驯化活性污泥使之富集聚磷菌,研究了丙酸/乙酸比例对强化生物除磷系统(EBPR)中COD降解、溶解性正磷酸盐(SOP)的释放、吸收及其去除率的影响。结果表明,PAO对COD的降解符合一级动力学过程,PAO对丙酸的利用速率较乙酸快,因此,增加丙酸/乙酸比例有助于EBPR系统的稳定性。随丙酸/乙酸比例增加,SOP的释放与吸收量减少,SOP的代谢速率降低,但SOP的去除率依次为88.2%,89.8%,92.2%,94.2%和95.2%,去除率增加了7%,因此增加丙酸/乙酸比例有助于提高EBPR系统除磷效率。     

不同电子受体驯化聚糖菌反硝化过程及N2O释放特性

利用序批式（sequencing batch reactor,SBR）生物反应器,采用厌氧-好氧运行方式,以乙酸钠为碳源,在控制进水P/COD<2/100条件下,成功实现了聚糖菌（glycogen accumulating organisms,GAOs）富集。缺氧初始阶段ρ（NO_x--N）为30.0 mg/L,经厌氧-缺氧驯化后,反硝化聚糖菌（denitrifuing GAOs,DGAOs）可利用聚-β-羟基脂肪酸酯（poly-β-hydroxyalkanoate,PHA）为内碳源进行反硝化,且分解利用的PHA中80%以上为聚-β-羟基丁酸酯（poly-β-hydroxybutyrate,PHB）。高浓度NO₂-抑制DGAOs活性,厌氧PHA合成降低,且缺氧段PHA分解产生的能量较多地用于储存糖原（glycogen,Gly）。NO₃-和NO₂-还原过程中,PHA降解速率分别为19.28,10.02 mg/（g·h）,内源反硝化速率分别为3.32,2.29 mg/（g·h）,TN去除率达95%以上。随NO₂-/NO_x-增加,N₂O平均产率由29.1%增至59.0%。高浓度NO₂-对氧化亚氮还原酶（Nos）活性抑制作用以及Nos和亚硝态氮还原酶（Nir）之间的电子竞争过程,是导致NO₂-内源反硝化过程中N₂O大量释放的主要原因。     

碳源类型对A2O系统脱氮除磷的影响

采用52.5 L的A²O反应器,以乙酸和丙酸分别作为进水唯一碳源,系统研究了进水碳源类型对脱氮除磷和代谢过程的影响.结果表明,在进水COD为250 mg/L左右,NH⁺₄-N为52 mg/L左右的条件下,原水碳源类型对TN的去除影响不大,系统TN去除率均在65%左右.进水碳源类型对TP的去除及相应污泥中PHA的类型、含量和代谢及糖原的变化影响较大.乙酸为唯一碳源时,厌氧区放磷浓度较高,污泥中PHA的成分主要为PHB和PHV,两者在厌氧区的合成量差别不大,PHB在随后的反应过程中变化较大,对除磷代谢过程起主要作用,而PHV的变化较小.丙酸作为进水唯一碳源时,厌氧区的放磷浓度偏低,主要合成PHV,几乎不含PHB,PHV在随后吸磷过程中浓度变化较大,对除磷代谢起主要作用,而且出水TP浓度偏低.碳源类型对污泥中糖原的代谢也有影响,乙酸为碳源时糖原的含量高,变化范围也较大,丙酸为碳源时糖原的变化幅度较小.在同步脱氮除磷系统中,与乙酸相比,丙酸是一种更合适的碳源.     

乙酸/丙酸作为EBPR碳源的动力学模型研究(Ⅲ)——模型的应用

采用基于SCFAs代谢的动力学模型,模拟了不同碳源类型和不同m(P)/m(COD)对聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO)竞争的影响.结果表明,以乙酸作为唯一碳源时,EBPR中的微生物种群结构基本保持反应器初始状态的生物组成,PAO或GAO都无法取得明显的竞争优势.但是,在进水中添加丙酸有利于PAO成为优势微生物,当丙酸占总酸的质量分数达到33%以上时,EBPR趋于稳定.当m(P)/m(COD)<0.01时,即使丙酸作为EBPR的碳源,GAO仍占(PAO+GAO)总量的95%以上.为了使PAO占有优势,进水m(P)/m(COD)应该控制在0.04～0.10之间.     

碳源类型对A~2O系统脱氮除磷的影响

采用52.5 L的A2O反应器,以乙酸和丙酸分别作为进水唯一碳源,系统研究了进水碳源类型对脱氮除磷和代谢过程的影响.结果表明,在进水COD为250 mg/L左右,NH+4-N为52 mg/L左右的条件下,原水碳源类型对TN的去除影响不大,系统TN去除率均在65%左右.进水碳源类型对TP的去除及相应污泥中PHA的类型、含量和代谢及糖原的变化影响较大.乙酸为唯一碳源时,厌氧区放磷浓度较高,污泥中PHA的成分主要为PHB和PHV,两者在厌氧区的合成量差别不大,PHB在随后的反应过程中变化较大,对除磷代谢过程起主要作用,而PHV的变化较小.丙酸作为进水唯一碳源时,厌氧区的放磷浓度偏低,主要合成PHV,几乎不含PHB,PHV在随后吸磷过程中浓度变化较大,对除磷代谢起主要作用,而且出水TP浓度偏低.碳源类型对污泥中糖原的代谢也有影响,乙酸为碳源时糖原的含量高,变化范围也较大,丙酸为碳源时糖原的变化幅度较小.在同步脱氮除磷系统中,与乙酸相比,丙酸是一种更合适的碳源.     

聚糖菌颗粒污泥的有机物吸收及胞内储存特性

采用特殊运行方式的厌氧-好氧SBR系统(厌氧后排水),在乙酸钠、葡萄糖及葡萄糖-乙酸钠混合基质条件下均培养出了稳定的聚糖菌颗粒污泥.通过对典型周期有机物、磷酸盐、胞内糖原及聚β-羟基丁酸(PHB)变化的测定分析,证明有机基质的种类对于聚糖菌能量利用模式、有机物吸收速率及胞内储存物质种类具有显著的影响.污泥初始胞内糖原水平是有机物吸收数量及吸收速率的关键影响因素,当糖原水平低于0.05g/gSS时,厌氧有机物去除率与糖原水平直接相关:而糖原水平高于0.05g/gSS时,厌氧有机物去除率趋于稳定.不同糖原水平污泥厌氧吸收有机物的速率具有明显差异,在厌氧初期有机物快速吸收阶段,有机物厌氧吸收速率随胞内糖原水平升高而增加.     

碳源对O/A-F/F模式积累内源聚合物及反硝化的影响

好氧/缺氧-盛宴/饥饿(O/A-F/F)选择模式能够在好氧段实现活性污泥积累内源聚合物的同时在缺氧段原位利用内源聚合物驱动反硝化.为了深入探究不同的碳源类型对O/A-F/F模式下内源聚合物积累和内源反硝化的影响,实验以乙酸和葡萄糖为主要碳源探究内源聚合物积累和内源反硝化特性以及富集的活性污泥菌群的结构和功能.结果表明,在O/A-F/F选择模式下,当进水化学需氧量(COD)为500 mg·L~(-1)左右时,以乙酸为主要碳源系统(Ac-SBR)和以葡萄糖为主要碳源的系统(Gc-SBR)均能实现40 mg·L~(-1)的硝酸盐氮的内源去除,且各系统均实现了部分短程反硝化.但Ac-SBR实现了更高的亚硝酸盐的积累.乙酸有利于内源聚羟基脂肪酸酯(PHA)积累并驱动内源反硝化过程,PHA产率为0.52,平均反硝化速率(DNR)为9.65 mg·(L·h)-1.Gc-SBR系统能够实现PHA和糖原(Gly)的同时积累,但Gly产率高于PHA产率,分别为0.36和0.17,DNR为4.35 mg·(L·h)-1.Gly是实现内源反硝化过程的主要驱动力,反硝化脱氮贡献率占总量的77%.16S rRNA高通量测序表明Proteobacteria门中的β-Proteobacteria在Ac-SBR中为优势菌纲,菌群丰度为40.56%,而在Gc-SBR中菌群丰度为18.05%.α-Proteobacteria可能在Gc-SBR中贡献了微生物的糖原积累.β-Proteobacteria、Unclassified Bacteroidetes和Lgnavibacteria在Ac-SBR中贡献了内源PHA积累.     

聚烃基烷酸转化对强化生物除磷影响研究

通过丙酸和乙酸C-mol比为0.5和2的合成废水驯化微生物的SBR反应器(SBR1和SBR2)批式实验,研究了强化生物除磷系统中聚烃基丁酸(PHB)和聚烃基戊酸(PHV)的转化对磷吸收/释放及去除率的影响.结果显示,磷的释放/吸收和去除率与PHB和PHV的转化有很好的相关性(R²>0.90).回归系数表明,特定废水驯化的污泥,磷的吸收和释放主要受PHB转化的影响,但磷的去除率却主要依赖于PHV的合成与降解;对于不同比例丙酸/乙酸废水驯化污泥,SBR2比SBR1污泥的PHB合成和降解能力增强,PHV合成和降解能力减小,生物除磷效果平均增加16.69%.因此,进水丙酸/乙酸比例及驯化影响聚磷微生物的PHB/PHV转化量,进而影响对磷的吸收/释放和除磷效果,PHB与PHV的转化量应作为生物除磷系统的关键调控因素考虑.     

Research on polyhydroxyalkanoates and glycogen transformations: Key aspects to biologic nitrogen and phosphorus removal in low dissolved oxygen systems

In this paper, a study was conducted on the effect of polyhydroxyalkanoates (PHA) and glycogen transformations on biologic nitrogen and phosphorus removal in low dissolved oxygen (DO) systems. Two laboratory-scale sequencing batch reactors (SBR1 and SBR2) were operating with anaerobic/aerobic (low DO, 0.15–0.45 mg·L⁻¹) configurations, which cultured a propionic to acetic acid ratio (molar carbon ratio) of 1.0 and 2.0, respectively. Fewer poly-3-hydroxybutyrate (PHB), total PHA, and glycogen transformations were observed with the increase of propionic/acetic acid, along with more poly-3-hydroxyvalerate (PHV) and poly-3-hydroxy-2-methyvalerate (PH2MV) shifts. The total nitrogen (TN) removal efficiency was 68% and 82% in SBR1 and SBR2, respectively. In the two SBRs, the soluble ortho-phosphate (SOP) removal efficiency was 94% and 99%, and the average sludge polyphosphate (poly-P) content (g·g-MLVSS⁻¹) was 8.3% and 10.2%, respectively. Thus, the propionic to acetic acid ratio of the influent greatly influenced the PHA form and quantity, glycogen transformation, and poly-P contained in activated sludge and further determined TN and SOP removal efficiency. Moreover, significant correlations between the SOP removal rate and the (PHV + PH2MV)/PHA ratio were observed (R ²>0.99). Accordingly, PHA and glycogen transformations should be taken into account as key components for optimizing anaerobic/aerobic (low DO) biologic nitrogen and phosphorus removal systems.     

乙酸/丙酸作为EBPR碳源的动力学模型研究(Ⅱ)——动力学模拟

以乙酸和丙酸作为混合碳源,采用2组序批式反应器(SBR)研究聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO)代谢过程中的物质转化规律.PAO和GAO动力学模型共包含7个计量学参数和24个动力学参数.根据计量学方程,推导了PAO和GAO动力学模型中的计量学参数.结合试验结果,确定了动力学参数的取值.采用Matlab软件积分计算了PAO和GAO胞内物质的变化规律.SBR运行的实际值与模拟值相吻合,表明基于SCFAs代谢的动力学模型能够很好地模拟PAO和GAO的好氧/厌氧代谢过程.     

丙酸的加入对厌氧-低氧同时生物除磷脱氮系统的影响

2个实验室规模的序批式反应器（SBRs）在厌氧-低氧（0.15～0.45 mg·L^-1）条件下运行,以比较丙酸的加入对同时生物除磷脱氮系统的影响.结果表明,无论是丙酸与乙酸的混合酸（碳摩尔比为1.5/1）作为碳源（SBR1）,还是乙酸作为单独碳源（SBR2）,系统都发生同步硝化反硝化和磷的去除（SNDPR）,并且氨氮被全部氧化,系统中没有亚硝酸盐的大量累积.与SBR2相比,SBR1中厌氧阶段磷释放量少,聚羟基戊酸（PHV）合成量高,好氧末磷剩余量少,硝态氮累积少,因此SBR1中总氮和总磷的去除率（分别为68%和95%）比SBR2（分别为51%和92%）高,加入丙酸有助于SNDPR系统保持较好的除磷、脱氮效果.     

两种挥发性有机酸的浓度比值对生物除磷的影响

在序批式反应器(SBR)中,研究了废水中2种挥发性脂肪酸(VFAs)丙酸/乙酸的浓度比值对生物除磷(EBPR)的影响.结果表明,突然增加丙酸/乙酸浓度比值,导致短时间内系统生物除磷的效果变差;但经过一段时间的驯化后,除磷效果明显变好,溶解正磷酸盐(SOP)的去除效率比改变丙酸/乙酸的浓度比值前提高10%左右.进一步研究表明,除磷效率得到显著提高的原因主要是SBR2系统较低的二次磷释放量.