高效异养硝化-好氧反硝化菌Glutamicibacter sp.WS1低温下对多种氮源的脱氮特性及氮代谢机制

针对污水处理厂冬季生物脱氮效率低、出水水质不达标的问题,从活性污泥中分离出1株耐低温异养硝化-好氧反硝化菌株Glutamicibacter sp.WS1.采用PCR技术扩增该菌株的脱氮功能基因,研究其对不同氮源的低温脱氮效能,通过单因素实验探究环境因子对其低温好氧反硝化性能的影响,并利用氮平衡解析其氮代谢路径.结果表明,菌株WS1含有氮代谢相关的功能基因amoA、napA、nirS和nirK;在15℃低温条件下,菌株WS1在以NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N+NO₃^--N和NH₄⁺-N+NO₃^--N为氮源时,对各无机氮的去除率分别为100%、98.10%、99.87%+100%和100%+94.92%;菌株WS1的最佳反硝化条件：柠檬酸钠为碳源、C/N为16、pH为8、ρ（DO）为4.5~6.8 mg ·L^-1和温度为30℃;在低温（15℃）和低C/N （10）条件下,菌株WS1对NO₃^--N的去除率达到92.50%;异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化和同化作用是菌株WS1去除不同氮源底物的主要途径,其中大部分的无机氮（47%~56%）通过异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化作用转化为了气态氮.菌株WS1在低温污水脱氮领域具有广阔的应用前景.     

密云水库入库河流微生物群落演替对氮素形态转化的影响

密云水库是北京市重要的地表饮用水源地,但近年来,密云水库库区及入库河流中的总氮（TN）浓度呈现连年上升的趋势.以密云水库上游典型入库河流牤牛河为例,考察各形态氮素变化的空间分布规律,并从微生物群落组成和功能预测的视角,解析氮素形态的转化,以期为密云水库的氮污染治理提供科学依据.结果表明,密云水库上游除TN外,其余水质理化指标均满足我国地表水环境质量标准（GB 3838-2002）的Ⅱ类标准.入库河流TN浓度显著高于库区（P<0.05）,且以NO₃^--N为主,占比为77.7%~92.9%.半城子水库库区的C/N较高,有助于反硝化脱氮的发生,表现出一定自净能力.牤牛河水体和底质中微生物群落结构具有显著差异,呈现一定的空间分布特征,高NO₃^--N浓度是影响微生物群落结构演替的主要环境因子.牤牛河中存在大量硝化和反硝化功能微生物,反硝化菌相对丰度高于硝化菌,且均呈现出底质略高于水体的特点.牤牛河优势硝化菌和反硝化菌分别为Nitrosopumilus和Pseudomonas.PICRUSt2功能预测结果表明,牤牛河微生物氮代谢以NO₃^--N还原模块为主,且主要发生于水体中;硝化过程的功能基因在水体中的丰度最高,主要为narGH;而参与NO₃^--N还原反应的主要功能基因为底质中的异养反硝化菌（DNRA）所携带的nirBD,而反硝化模块的功能基因主要为nirK.     

Fe3+对MBBR系统脱氮途径及关键酶性能影响分析

为考察Fe³⁺对移动床生物膜系统（Moving-bed Biofilm Reactor， MBBR）脱氮途径及相关酶活性的影响，以15 ℃下长期运行的移动床生物膜为研究对象，确定Fe³⁺的最佳投加浓度，在此基础上，启动运行MBBR1（添加 Fe³⁺）与MBBR2（不添加Fe³⁺），对比分析了两反应器脱氮性能、相关酶活性、微生物群落结构及脱氮途径.结果表明，添加10 mg·L^-1 Fe³⁺的MBBR1与MBBR2相比，氨氧化、亚硝酸盐氧化、硝酸盐还原及亚硝酸盐还原的速率分别增加了75%、3%、10%和6%，氨单加氧化酶（Ammonia Monooxygenase， AMO）、羟胺氧化酶（Hydroxylamine Oxidoreductase， HAO）、亚硝酸盐氧化酶（Nitrite Oxidoreductase， NXR）、硝酸盐还原酶（Nitrate Reductase， NAR）和亚硝酸盐还原酶（Nitrite Reductase， NIR）的活性分别增加了10%、13%、2%、108%和3%，总氮去除率提高了11.17%.Illumina MiSeq测序结果表明，MBBR1中Nitrosomonas与Thauera相对丰度均高于MBBR2，NOB相对丰度接近.模型计算结果显示，MBBR1主要脱氮途径为同步短程硝化反硝化，而MBBR2主要脱氮途径为全程硝化反硝化.综上，Fe³⁺可通过影响脱氮过程中关键酶活性及生物群落结构，强化MBBR系统同步短程硝化反硝化能力以提高MBBR系统脱氮性能.     

水力停留时间对潜流湿地净化效果影响及脱氮途径解析

利用连续进水的垂直潜流人工湿地和水平潜流人工湿地,比较分析了4种水力停留时间对常规污染物去除效果的影响,在最佳水力停留时间下探究了两种湿地内部各基质层硝化、反硝化和氨氧化功能基因丰度以及硝化与反硝化作用强度;通过对两种湿地脱氮影响因素的冗余分析和方差分解分析,得出影响湿地氮去除的主要因素.结果表明,当水力停留时间为24 h时,两种湿地系统对常规污染物（COD、TP、TN和NH₄⁺-N）去除效果最佳,去除率均大于70%,此时湿地内部对NH₄⁺-N和TN的去除率以及硝化和反硝化强度皆表现出沿水流方向逐级递减的趋势;3种功能基因中,反硝化功能基因（nirS）丰度远高于硝化功能基因（nxrA）和氨氧化功能基因（AOB-amoA）.在本研究中,两种潜流人工湿地氮去除能力均受环境因素和微生物因素共同影响,其中,微生物因素对脱氮贡献率最高（55%和48%）.除此之外,TN和NH₄⁺-N的去除率均与DO、基质比表面积、COD浓度和硝化功能基因及反硝化功能基因丰度呈正比,与pH值成反比.因此,为提高两种系统氮去除效果,均可通过提高基质层溶解氧和碳源含量以及适当地降低pH值来实现,水平潜流人工湿地还可通过更换比表面积较大的基质层来显著提高系统脱氮效果.本研究为人工湿地的设计以及最佳水力停留时间的选择提供了理论基础,脱氮途径的定量化解析对深入理解人工湿地氮去除机制以及提高氮素去除率具有重要的指导意义.     

总氮提标改造工程的微生物群落结构分析

对出水ρ［总氮（TN）］<1.5 mg·L^-1的市政污水处理厂（WWTP）的活性污泥进行微生物群落结构分析,揭示同一污水厂常规生化（WLK_OD）段和深度脱氮（WLK_AD）段的微生物群落多样性差异及功能差异.通过16S rRNA基因高通量测序及分析,结果表明相较于WLK_OD,WLK_AD中微生物群落具有较低均匀性,是因为特定的环境对微生物进行了选择.Proteobacteria在WLK_AD中富集且相对丰度达到70.11%.Thauera、Flavobacterium、Hydrogenophaga和Zoogloea等反硝化菌为WLK_AD中新增的优势菌,在两工段不同的生态位和微生物生长动力学共同作用下,体系内的反硝化菌发生演替.通过组间比较（P<0.05）,演替的优势反硝化菌在两个工段中有显著差异.此外,通过共现网络模块化分析结果表明,不同的水质环境对微生物群落结构具有影响.通过冗余分析发现COD和TN的去除率对微生物群落结构影响最大,Saccharibacteria、Thermomarinilinea、Terrimonas和Comamonas与COD的去除率呈正相关,而Dokdonella、Thauera、Flavobacterium和Zoogloea等反硝化菌与TN的去除率呈正相关.在WLK_AD中,NO₃^--N和TN的去除率较高,Novosphingobium、Dokdonella、Thauera和Sphingomonas等反硝化功能菌相对丰度也较高,它们协同去除TN,实现出水ρ（TN）<1.5 mg·L^-1.功能预测结果表明WLK_AD中编码反硝化酶的基因丰度更高.     

异养硝化细菌Pseudomonas putida YH的脱氮特性及降解动力学

针对传统污水处理过程脱氮处理效率低、工艺流程复杂、抗高氨氮冲击负荷能力弱等问题,以具有高效脱氮能力的异养硝化细菌Pseudomonas putida YH为研究对象,开展其生理生化特性、脱氮性能、影响因子及动力学分析.结果表明,菌株YH具有高效的异养硝化能力,氨氮最大去除率达99.1%,约53%的去除总氮转化为胞内氮,反应过程仅有少量的硝化中间产物积累;菌株YH还能够在好氧条件利用亚硝酸盐和硝酸盐进行生长代谢,最大去除率分别为99.8%和99.5%.同时,结合反硝化功能基因napA和nirK的PCR成功扩增,进一步证明菌株YH具有好氧反硝化特性;菌株YH生长特性与Logistic模型相匹配（R²>0.99）,氮素降解过程则符合Compertz模型（R²>0.99）,拟合所得氮素最大转化速率R_m为氨氮 > 硝氮 > 亚硝氮,迟滞时间t₀为硝氮 > 亚硝氮 > 氨氮;异养硝化最佳的条件是碳源为琥珀酸钠、C/N=10、T=30℃、r为160~200 r·min^-1以及pH=7,最优条件下平均氨氧化速率和R_m分别为8.35 mg·（L·h）^-1和16.71 mg·（L·h）^-1;菌株YH能够适应较宽范围的氨氮负荷,在高氨氮浓度下（1000 mg·L^-1）仍具有较高的异养硝化能力,体现了菌株YH具有处理高氨氮废水的潜能.     

亚硝酸盐不同生成方式对短程硝化反硝化除磷颗粒系统的影响

为了探究亚硝酸盐生成方式对短程硝化反硝化除磷颗粒系统的影响,采用2组同规格SBR反应器分别在连续和间歇曝气方式下使亚硝酸盐连续生成和间歇生成,考察其运行过程中脱氮除磷效果、污泥物理特性和微生物群落结构.结果表明,亚硝酸盐间歇生成后随即消耗,具有更好和更稳定的脱氮除磷性能,特别在TN去除上,第72 d后TN平均去除率为92.07%.碳源利用效率（以P/COD计）集中在0.21~0.22mg·mg^-1,碳源利用充分,进一步促进反硝化除磷.颗粒粒径分布集中,大小均匀,具有规则的形状和清晰的边界.微生物群落分析表明,亚硝酸盐间歇生成的系统微生物群落丰富度和多样性更高,同时富集了更多DPAOs菌属（Dechloromonas和Pseudomonas）,与Nitrosomonas共同作用使短程硝化与反硝化除磷达到动态平衡,实现系统稳定运行.     

环流曝气塔中生物脱氮过程的研究

利用环流曝气塔进行同时硝化/反硝化(sND)脱氮实验.实验中,分别采用不同降解性能的碳源以及采用不同的碳源投加方式,研究反应器内的脱氮过程,监测处理过程中NO_x^--N浓度和溶解氧DO的变化.实验显示,在COD 800mg/L+800mg/L的分批加料方式下,NH₄⁺-N的降解得到加强,出水中NH₄⁺-N浓度低于3mg/L;利用较难降解物质作为碳源时,利于反应器内低溶解氧条件的出现,促进了反硝化的进行,实验在采用醇类碳源时脱氮效果好于葡萄糖的情况.     

不同外碳源对尾水极限脱氮性能及微生物群落结构的影响

投加外碳源是污水厂尾水深度脱氮的重要手段.为充分对比多种碳源在极限脱氮条件下的性能及经济性,以及碳源对微生物种群结构的影响,选取甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸钠这4种单碳源,并采用反应速率较高的乙酸钠和乙醇与价格便宜的葡萄糖配制成4种复合碳源进行研究.结果表明,所有系统均能满足出水ρ（NO_x^--N）≤1.0mg·L^-1的要求.单碳源系统,乙醇反应速率最快,投加量最省,费用最低.复合碳源系统,乙酸钠/葡萄糖（1：1）在COD/ρ（N）为6时,与乙酸钠/葡萄糖（1：3）、乙醇/葡萄糖（1：1）和乙醇/葡萄糖（1：3）在COD/ρ（N）为9、10和10时的效果相当,且乙酸钠/葡萄糖（1：1）系统反应速率最快且经济性最好.Illumina MiSeq高通量测序显示,经70 d左右的运行,微生物群落结构发生根本性变化.在与葡萄糖相关的系统,常规脱氮系统不常见的菌门Candidatus Saccharibacteria,丰度从种泥的1.16%提高到47.37%;相应地,在属水平Saccharibacteria_genera_incertae_sedis成为绝对优势菌种.研究结果可为污水厂尾水极限脱氮的碳源选择提供更全面的对比,也为碳源在微生物菌群驯化方面的作用提供更多参考和借鉴.     

反硝化生物膜对PBS表面形态及化学组分的影响

PBS是一种新型的可生物降解聚合物(BDPs),可以用做反硝化碳源和生物膜载体,去除饮用水源水中的硝酸盐.利用红外光谱和扫描电子显微镜对反硝化生物膜生长前后PBS颗粒表面形态、化学组成的变化进行了分析.结果表明,PBS仅在微生物作用下降解并为反硝化菌提供碳源.PBS颗粒可以在12 h内使进水中53 mg·L^-1的硝态氮降低到10 mg·L^-1以下(我国饮用水水质标准为:NO₃^--N<15 mg·L^-1).红外光谱表明,反硝化微生物附着生长后其PBS在2 925 cm^-1和2 850 cm^-1附近的吸收带以及3 200 cm^-1～3 410 cm^-1处峰值减弱,说明PBS材料中甲基、羟基官能团比例下降,而其它官能团没有发生明显的变化,PBS的主要单体组分淀粉和乙烯都可以被反硝化微生物用作碳源.扫描电子显微镜观察结果表明,反硝化生物膜附着生长后,PBS颗粒表面会出现空洞,扩大了生物膜生物附着生长的表面积,有利于形成致密的反硝化生物膜,对反硝化菌形成保护作用.     

后置缺氧UCT分段进水工艺处理低C/N城市污水

为处理低碳源生活污水,以内碳源反硝化途径为出发点,开发了后置缺氧UCT分段进水工艺.该工艺仅在UCT分段进水最后一好氧段末端增加了后置缺氧环节,以强化微生物内碳源储存能力.在低C/N水平（平均进水C/N=3.1±1.5）的生活污水条件下,后置缺氧UCT分段进水工艺实现了平均75.3%的TN去除率,运行61d后同步硝化反硝化去除的氮量高达31.5%;运行40d后污泥内碳源储存水平比原工艺污泥提高12.2%,9小时比内源反硝化速率由零提高至5.56mgN/（gVSS×d）,系统可通过好氧段同步硝化内源反硝化（SNED）提高TN去除率.污泥沉降性能有明显改善：SVI值由350mL/g降至97mL/g,而原UCT分段进水工艺污泥仍然膨胀.该工艺仅在原工艺基础上增加了一后置缺氧段,无需外加碳源和额外硝化液回流设施,有利于水厂升级改造.     

铁型反硝化脱氮技术研究进展

传统反硝化工艺是非常有效的废水脱氮技术,具有反应快、效率高等优点,但受废水中有机碳源浓度影响较大.废水中碳源不足不能满足生物反硝化脱氮的需求且会导致总氮(TN)去除率偏低,而投加外源有机碳源会提高处理成本,极易造成二次污染,因而传统反硝化工艺对低碳氮比(C/N)废水脱氮处理具有一定局限性.铁型反硝化脱氮技术作为自养反硝...     

碳氮比对聚氨酯生物膜反应器短程硝化反硝化的影响

研究了聚氨酯生物膜反应器在短程硝化反硝化工艺中的应用,考察碳氮比(15∶1、10∶1、5∶1和1.8∶1)对聚氨酯脱氮系统脱氮性能和微生物群落结构的影响,以及微生物群落结构与其处理效果的对应关系.结果表明,经过100 d的运行,当进水碳氮比从15依次下降到10、5和1.8,亚硝酸氮累积率由56.1%逐次上升到62.3%、72.3%和83.2%.在进水碳氮比为10时,系统取得最佳处理效果,氨氮和总氮去除率分别为99.1%和91.0%.进水碳氮比在15、10、5和1.8时,硝化反应和反硝化反应均同时发生在聚氨酯生物膜系统内,随着进水碳氮比的降低,同时硝化反硝化效率逐渐降低.生物膜的功能微生物分析表明,在碳氮比15时,生物膜的微生物多样性要显著高于其他工况.生物膜上的优势亚硝酸菌和硝酸菌分别以亚硝化单胞菌(Nitrosospira sp.)和硝化螺旋菌(Nitrospira sp.)为主,而反硝化细菌则以假单胞菌(Pseudomonas sp.)占据优势.     

A2O缺氧池添加天然碳源玉米芯的脱氮特征

基于低碳源污水易硝化难反硝化的问题,构建了在A²O缺氧池添加天然碳源玉米芯的中试系统,采用物料衡算、反硝化速率测定和微生物群落分析等方法,研究了该系统的脱氮效能和反硝化体系特征.结果表明,TN去除率提升13%,出水从16.2降至10.0mg/L;同时不会造成出水氨氮和色度超标的风险.物料衡算表明,COD碳源的氧化消耗量和出水排放量降低,更多的碳源用于反硝化和污泥增殖,从而提升了氮素的去除量,其中反硝化的提升贡献更大.缺氧池形成了悬浮污泥加生物膜的复合型脱氮体系:在污水自身碳源存在时,生物膜和悬浮污泥的反硝化速率分别为24.89和32.42mg/(L∙h),可实现快速脱氮;当自身碳源消耗殆尽,二者的反硝化速率分别是4.71和1.73mg/(L×h),单位生物量反硝化速率分别是1.58和59.1mg NO₃^--N/(g VSS×h),表明玉米芯主要被生物膜利用以维持反硝化进行.该体系的主要反硝化菌属为Azospira,此外在生物膜表面还富集了能够附着生长的Iamia和Haliangium,以及能够降解玉米芯木质素的Sulfuritalea等反硝化菌属.     

3DBER系统功能强化与协同作用机制研究

针对污水厂二级生物处理出水C/N低且可生化性差、深度脱氮需外加碳源等问题,结合污水资源化对二级处理出水深度去除TN、TP和微污染物的技术需求,通过改变传统三维电极生物膜工艺(3DBER)的填料组成,构建了强化反硝化脱氮、并具备同步除磷、除微污染物(以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸(2-乙基已基)酯(DEHP)为...     

Impact of soluble organic matter and particulate organic matter on anammox system: Performance,microbial community and N2O production

In this study,the effects of soluble readily biodegradable COD (sCOD) and particulate slowly biodegradable COD (pCOD) on anammox process were investigated.The results of the longterm experiment indicated that a low sCOD/N ratio of 0.5 could accelerate the anammox and denitrification activity,to reach as high as 84.9%±2.8% TN removal efficiency.Partial denitrification-anammox (PDN/anammox) and denitrification were proposed as the major pathways for nitrogen removal,accounting for 91.3% and 8.7% o...     

ABS树脂废水有机物反硝化潜势及降解特性

为优化ABS树脂废水的生物脱氮工艺,测定了废水的反硝化潜势,分析了废水反硝化阶段有机物的降解特性. 结果表明,ABS树脂废水的反硝化碳源充足,并且含有易降解有机物和慢速降解有机物等具有不同反硝化速率的有机物. 在废水ρ(SCOD)(SCOD为溶解性化学需氧量)为755.4~1 043.3 mg/L,ρ(TN)为86.1~111.1 mg/L的情况下,总反硝化潜势为95.4~144.6 mg/L (以NO₃--N计),其中易降解有机物的反硝化速率为3.4~4.6 mg/(g·h) (以NO₃--N计),反硝化潜势为33.2~49.7 mg/L;2类慢速降解有机物的反硝化速率分别为2.2~3.2和0.4~0.9 mg/(g·h),反硝化潜势之和为62.2~94.9 mg/L. 反硝化过程中,废水SCOD的去除率为48.9%~62.8%,ON(有机氮)去除率为81.5%~95.7%. 腈类物质得到明显降解,并生成大量NH₄+-N,是反硝化碳源的重要组成部分. 三维荧光光谱表明,废水中的芳香族有机物苯环结构在反硝化条件下未得到有效降解,但在好氧条件下得到快速降解.      

复合碳源填料反硝化脱氮及微生物群落特性

为探讨低碳氮比污水厂尾水的深度脱氮技术,以碱处理玉米芯、零价铁和活性炭组成的复合碳源作为填料,考察反硝化生物脱氮滤柱的运行效果,并借助Miseq高通量测序技术对滤柱生物膜的微生物群落组成和结构进行解析.结果表明,复合碳源填料进行反硝化脱氮时,能有效的被微生物利用并获得较高的TN去除率.在温度为28℃左右,反硝化滤柱进水NO3--N浓度为20~30mg/L、HRT=7.7h时,TN去除率可达到95%以上,出水TOC在15mg/L左右;微生物在属水平进行聚类分析结果表明,生物膜中与反硝化作用有关的菌属和与纤维素降解有关的菌属分别占已知菌属的40.35%和29.04%.因此,污泥中反硝化作用菌属和纤维素降解有关的菌属的大量存在,为复合碳源填料高效反硝化作用提供了可能.     

竹刨花-铁耦合体系对低碳氮比污水的脱氮性能

针对低碳氮比污水中总氮（TN）去除率低的问题,以纤维状竹刨花为固体碳源,单质铁粉为铁源,利用二者的耦合作用进行脱氮。通过静态反硝化试验考察不同铁碳质量比（Fe/C）对NO₃ ⁻-N去除效果的影响,确定耦合体系适宜的Fe/C;在此基础上,设置单纯竹刨花对照组（1^#试验组）与耦合填料试验组（2^#试验组）动态反硝化试验,研究其脱氮性能。结果表明：静态试验中,加入铁粉的耦合体系NO₃ ⁻-N去除率均高于单纯竹刨花体系,但当Fe/C大于 0.125∶1时,NO₃ ⁻-N去除率提升不显著,综合考虑反硝化效果与成本,确定动态试验耦合填料Fe/C为 0.125∶1。动态试验中,进水总有机碳浓度低于2 mg/L,TN浓度为（40.93±2.04） mg/L,水力停留时间为18 h时,1^#和2^#试验组运行约10 d后脱氮效能趋于稳定。12~81 d,2组出水总有机碳浓度均较低,1^#、2^#试验组TN平均去除率分别为33%和76%,2^#试验组的TN去除率相比1^#试验组提高了129%;两组均有一定的NO₂ ⁻-N积累,但2^#试验组的NO₂ ⁻-N浓度相比1^#试验组低约47%;2^#试验组出水总铁平均浓度低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》限值,未出现铁过量释放与NH₃-N明显积累。总之,竹刨花-铁耦合体系脱氮效能优异,脱氮过程二次影响低。我国竹资源丰富,铁来源广泛,竹刨花-铁耦合体系可用于低碳氮比生活污水中TN的去除。

     

反硝化菌株DA-1的脱氮研究

菌株DA-1被发现能在好氧和厌氧环境中将硝酸盐转化为气态氮。在以NO3-为唯一氮源的条件下研究了碳源、C/N和pH值对菌株DA-1好氧和厌氧反硝化脱氮的影响。结果表明:同等条件下,48 h内菌株DA-1的厌氧脱氮效率高于好氧脱氮率;菌株DA-1能在好氧和厌氧条件下利用乙酸、柠檬酸以及葡萄糖进行细胞增殖和反硝化。在厌氧条件下,三者作为碳源时的反硝化效率分别为(34.04±0.15)%、(22.72±0.32)%和(11.32±0.06)%,均低于好氧条件下的(25.38±0.14)%、(17.52±0.11)%和(8.06±0.01)%。2种条件下均是乙酸为碳源时反硝化效率最高。而丁二酸仅能在厌氧环境中作为电子供体参与反硝化反应。C/N越高越有利于菌株DA-1的厌氧反硝化,当C/N为10时,反硝化效率最高为(35.06±0.19)%。而在好氧条件下,菌株反硝化效率随着C/N的升高,先升高再降低,当C/N为8时,反硝化效率最高;好氧和厌氧脱氮的最适pH值为7.0。体系偏酸或者偏碱都会造成菌株DA-1脱氮效率的降低并出现亚硝酸盐累积。厌氧环境中pH=5.0时累积的亚硝酸盐浓度高达(8.95±2.05)mg/mL。