反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的参数优化

为促进反硝化除磷与厌氧氨氧化工艺的耦合,实现污水氮、磷的同步高效去除,构建序批式反应器(Sequencing batch reactor,SBR),优化了反硝化除磷工艺实现亚硝酸盐积累的工艺参数.SBR在厌氧-缺氧-微好氧运行条件下,缺氧段投加模拟硝酸盐工业废水逐步实现了反硝化除磷过程的亚硝酸盐积累.结果表明,经过142d的培养驯化,在进水C/P比为55时,缺氧段引入NO₃^--N浓度为23mg/L时,亚硝酸盐积累率为51.01%,NO₃^--N→NO₂^--N转化率为40.22%,硝酸盐去除率为72.14%,PO₄^3--P去除率最高达88.17%.出水COD浓度低于25mg/L,COD去除率维持在90%以上.微生物群落结构分析表明,拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)为系统内优势菌门.通过参数优化实现了聚磷菌的驯化,Candidatus Accumulibacter为代表的反硝化聚磷菌丰度增加(累积丰度由1.49%增加到5.08%),以Candidatus Competibacter为代表的反硝化聚糖菌丰度增加更为明显(累积丰度由1.02%增加到15.49%),聚磷菌与聚糖菌的共同作用有利于实现除磷过程的亚硝酸盐累积.     

低温下废铁屑对厌氧氨氧化系统的影响

考察了在低温条件下(<20℃)废铁屑及其投加方式对厌氧氨氧化反应器脱氮性能和微生物群落的影响.结果表明,当废铁屑投加量为10g/L时,直接(R2)和间接(R3)投加方式均会对厌氧氨氧化反应造成短期抑制,总氮去除率分别降低4.7%和3.4%;30d连续运行后,2组反应器总氮去除率均提升至70%左右;反应器稳定运行阶段,R2的R_s(NO₂^--N与NH₄⁺-N去除量之比)和R_p(NO₃^--N生成量与NH₄⁺-N去除量之比)为1.57和0.22, R3的R_s和R_p为1.49和0.23,比R2更接近厌氧氨氧化反应理论值.废铁屑在水中发生腐蚀,降低DO并提高pH值,且R2,R3污泥中铁含量分别为对照组的1.64倍和1.93倍,废铁屑不仅改善了厌氧氨氧菌的生境,还满足了其对铁元素的需求.高通量测序结果显示,在20~50d的运行过程中, R1,R2,R3中优势厌氧氨氧化菌属Candidatus_Kuenenia的相对丰度分别增加-1.05%,0.14%和0.96%,废铁屑的投加促进了厌氧氨氧化菌在低温下的生长,且间接投加促进效果更为显著.     

厌氧氨氧化耦合反硝化工艺的启动及微生物群落变化特征

为了解厌氧氨氧化耦合反硝化启动过程中脱氮除碳性能与微生物群落的关系,通过逐步提高进水COD浓度研究了SAD启动过程中脱氮除碳性能和微生物群落变化.结果表明,随着进水COD浓度增加,出水NH_4~+-N和NO_2--N的浓度保持稳定,平均去除率均在98%以上; TN去除率逐渐升高,第3阶段TN平均去除率为95. 6%,比厌氧氨氧化理论TN去除率高6. 8%;ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N明显下降,从0. 15～0. 17逐步降至0. 03～0. 07;厌氧氨氧化脱氮贡献率逐渐下降,反硝化脱氮贡献率逐渐上升,COD去除率逐步增加.污泥活性分析表明SAD启动后污泥反硝化活性明显增加,厌氧氨氧化活性略微降低.高通量测序结果表明,反应器内微生物的优势菌门为绿弯菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、装甲菌门和变形菌门,微生物群落特征与SAD脱氮除碳性能密切相关,与脱氮除碳有关的功能微生物主要有厌氧氨氧化菌、厌氧消化菌和反硝化菌,SAD启动后反应器内厌氧氨氧化菌丰度减少,厌氧消化菌和反硝化菌丰度明显增加.     

污水处理厂中微生物群落特性与基因功能探究

为了探究污水处理过程中微生物多样性及其功能,文章以哈尔滨市某城市污水处理厂为研究对象,采用高通量测序及水化学分析方法对进水口、曝气池及出水口的水质样本分别进行细菌群落结构及环境因子的测定分析。结果表明,该污水处理工艺对COD、BOD₅、NH₄⁺-N、TP、TN均有明显的去除作用,其中除TN外去除率均在93%以上,NH₄⁺-N的去除率最高,达99%。污水中微生物群落鉴定检出细菌分属于15门、28纲、64目、92科和115属。通过细菌微生物群落Alpha多样性分析发现,曝气池中细菌群落多样性最高。其中环境中的优势菌门为变形菌门(Proteobacter)、拟杆菌门(Bacteroidota)、厚壁菌门(Firmicutes)、弯曲杆菌门(Campilobacterota)、髌骨细菌门(Patescibacteria)。其中Bacteroidota与Campilobacterota在H1中丰度最高,分别为44.62%、24.62%,Patescibacteria在H2中丰度最高,为2...     

厌氧氨氧化反应器菌群动态演替分析

为探明厌氧氨氧化反应器中微生物群落随时间变化的动态演替过程,该研究开展了微生物脱氮性能及微生物群落结构沿程变化分析。结果表明:(1)厌氧氨氧化反应器出水的优势菌群发生了较大程度改变,其中,厚壁菌门和放线菌门丰度变化最大,分别由小于1%增至23.4%和4.07%;(2)反应器沿程的脱氮能力呈上升趋势,NH_4~+-N去除率由74.3%增至79.3%,NO_2~--N去除率由84.9%增至88.4%;(3)厌氧氨氧化菌沿程相对丰度由10.1%逐渐减少至1.5%;厌氧消化菌和反硝化菌沿程丰度有明显的增加,分别由11.28%和22.12%增至23.13%和36.55%;(4)通过冗长分析研究反应器中的微生物群落结构与环境因子的相关性,表明NO_2~--N和NH_4~+-N与Bacilli正相关性最强,与Planctomycetacia负相关性影响最高。可从Planctomycetacia和Bacilli的共生关系调控对微生物菌群进行优化,为工程化应用提供有力的数据支撑。     

A2O-IFAS工艺生物膜微生物群落的演替及分布特性

在A²O-IFAS工艺中探究了不同功能分区生物膜微生物群落的演替及分布特性.利用该工艺处理实际生活污水,总无机氮去除负荷可达（0.10±0.03）kg·m^-3·d^-1,总无机氮和COD的平均去除率分别为70%和79%.高通量测序结果显示,厌氧氨氧化菌Candidatus＿Brocadia在好氧区生物膜中的相对丰度最高（0.43%）,其次是缺氧区生物膜、活性污泥和厌氧区生物膜.此外,絮体污泥与好氧区生物膜有着相似的微生物群落,该结果表明,功能区非生物因素可驱使生物膜微生物群落在缺氧区和厌氧区发生演替现象,DO、C/N比等环境因素和微生物的互作机制是驱动微生物群落分布和厌氧氨氧化菌富集的关键.本研究可为主流厌氧氨氧化菌的富集和技术应用提供重要参考.     

厌氧氨氧化菌的富集培养与分子鉴定

采用传统培养方法与分子生物学方法相结合,进行了厌氧氨氧化菌的分离培养与分子鉴定.富集培养以2种不同反应器的厌氧氨氧化污泥作为分离源,以亚硝酸盐与铵盐为底物.经过2 a传代培养获得2个培养系,对亚硝酸盐及铵盐具有稳定的去除能力,氨氮去除率为85%左右.通过16S rRNA克隆文库方法对培养系中浮霉菌门微生物群落结构进行了多样性解析,结果表明2个培养系中的厌氧氨氧化菌是同一种微生物,代表序列比对结果与"Kuenenia stuttgartiensis"同源性为99%.采用"K.stuttgartiensis"的特异探针对培养系进行了荧光原位杂交分析(FISH),进一步证实"K.stuttgartiensis"是培养系中的优势厌氧氨氧化菌,占总菌群数的80%～90%.对反应器中"K.stuttgartiensis"的丰度变化进行了FISH跟踪检测,发现原始接种污泥中"K.stuttgartiensis"为主要厌氧氨氧化菌,经过2 a运行该菌在污泥中的丰度由11%提高到24%.     

CANON工艺短程硝化恢复调控及微生物种群结构变化

以短程硝化恶化的全程自养脱氮工艺（CANON）污泥为研究对象,在间歇曝气序批式反应器（SBR）中开展自养脱氮运行效果的恢复调控研究,并基于微生物群落结构变化探究微生物调控机理.结果表明,高氨氮（NH₄⁺-N ≥300mg/L）和调节曝停比至1：3,可有效抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）.稳定后期,亚硝酸盐氧化率（NOR）逐渐降至2.30g N/（m³·h）,ΔNO₃^--N/ΔNH₄⁺-N逐渐降至0.13,总氮去除率（TNRR）提高到0.35kg N/（m³·d）,后延长厌氧段时间至90min,可使NOR进一步下降接近0.16S rDNA高通量测序结果表明,从恢复阶段初到稳定阶段,检测到NOB主要菌属为Nitrospira,其相对丰度从3.96%降至0.64%,Candidatus_Jettenia菌属（属于厌氧氨氧化菌（AnAOB））相对丰度从46.68%上升至49.98%.可见,通过短期提高进水氨氮浓度可使NOB得到有效抑制,并逐渐被淘汰,使AnAOB得到富集,AOB相对丰度稳态,CANON系统得到恢复.     

农田沟道土壤中锰氨氧化(Mn-ANAMMOX)过程的探究

二氧化锰介导的厌氧氨氧化(锰氨氧化)是最近发现的一种新型微生物脱氮途径,然而很少有研究报道农田沟道中的锰氨氧化过程和反应过程中主要微生物群落锰还原菌.本研究经过340 d锰还原菌富集培养实验,采用同位素示踪技术和高通量测序技术,证实了锰氨氧化在农田沟道土壤中的存在.结果表明,在锰氨氧化过程中可以观察到氨氮的氧化和MnO_2的还原,以及NO_2~-、NO_3~-、~(30)N_2和Mn~(2+)的产生,锰氨氧化平均速率为2. 88 mg·(kg·d)~(-1),氨氮平均去除率为20%,总氮去除率平均可达15%.另外,高通量测序结果表明,经过340 d富集培养实验,在门水平上锰还原菌丰度从原来的27%增加到了70%,其主要的锰还原菌为不动杆菌(Acinetobacter)和地发菌属(Geothrix),相对丰度分别为26. 63%和4. 07%.实验结果证实了农田沟道中存在二氧化锰介导的厌氧氨氧化过程,可以认为锰氨氧化是微生物脱氮过程的一条重要路径.     

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.     

厌氧氨氧化反应器脱氮性能及细菌群落多样性分析

采用提高进水NH_4~+-N和NO_2~--N浓度的方式将上流式厌氧过滤床(UBF)反应器的容积负荷由0.52 kg·(m~3·d)~(-1)增大至2.75 kg·(m~3·d)~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N和TN的去除率也相应地分别从76.18%、53.47%、55.66%增大至94.04%、86.97%、82.96%.同时,采用Illumina高通量测序分析技术,对UBF厌氧氨氧化反应器内微生物的分布规律进行了研究.结果表明,反应器中的脱氮细菌较为丰富,其中变形菌门、浮霉菌门和硝化螺旋菌门分别占27.9%~39.9%、1.1%~26.4%和0.035%~0.188%.反应器运行过程中,反应器中的浮霉菌门Planctomycetes和变形菌门Proteobacteria分别由1.1%、27.9%增加至26.4%、39.9%.其中,浮霉菌门的丰度增大最为显著,其包含的Brocadiacea科达到了24.57%,成为优势菌群,Brocadiacea科主要包含Candidatus brocadia属.Alpha多样性指数和物种相对丰度聚类图分析表明反应器内微生物群落多样性逐渐减小,微生物群落结构产生了显著变化.     

基于高通量测序的ABR厌氧氨氧化反应器各隔室细菌群落特征分析

为明确厌氧折流板反应器(ABR)稳定运行厌氧氨氧化反应后各隔室微生物群落结构特征,本文采用Miseq高通量测序分析技术,对ABR厌氧氨氧化反应器5个隔室的微生物分布规律进行了研究,结果表明,ABR反应器中脱氮微生物多样性较为丰富,变形菌门(Proteobacteria)占11.66%~20.28%,浮霉菌门(Planctomycetes)占2.18%~7.94%,硝化螺旋菌门(Nitrospirae)占0.19%~6.30%.其中,在ABR反应器中变形菌门占据主导地位,主要包含Rhodoplanes、Dok59、Rubrivivax和Bdellovibrio等菌属,浮酶菌门次之,主要包含Candidatus brocadia和Candidatus kuenenia菌属.从第1~5隔室,污泥表观红色逐渐减退,趋向于灰黑色,Chao、ACE、Shannon、Simpson指数均表明微生物群落丰富度逐渐增加,且变形菌门微生物逐渐增加,而浮霉菌门微生物逐渐降低,这与基质的降解和功能微生物的富集规律相一致.     

SBR反应器厌氧氨氧化系统启动过程中细菌群落结构的变化

以白洋淀岸边带沉积物为接种污泥,启动了SBR厌氧氨氧化反应器.对反应器启动过程中的进出水水质进行了连续监测,并采用PCRDGGE、定量PCR和基因测序等分子生物学技术研究了系统内总细菌和厌氧氨氧化(ANAMMOX)细菌群落结构随培养时间的变化规律.结果表明:在启动过程中,总微生物菌群动态变化水平为26.6%~50.5%;微生物多样性先变小后增大,优势菌种得到重新分布;ANAMMOX细菌的群落结构变得单一化,最后系统的优势ANAMMOX细菌是Brocadia属.富集培养阶段SBR系统中ANAMMOX细菌的最大生物量达到了1.73×109copies·g~(-1)干污泥,而且总氮的去除率最高达到约82%.     

盐度条件下ANAMMOX-EGSB反应器颗粒污泥微生物群落

采用高通量测序技术探究了0、15和30 g·L^-1盐度条件下稳定运行ANAMMOX-EGSB反应器中颗粒污泥的微生物群落变化.结果发现,进水盐度提升至15 g·L^-1及30 g·L^-1后,反应器脱氮性能呈现小幅下降,随运行时间延长脱氮性能均可恢复.反应器性能稳定后,3种盐度条件下厌氧氨氧化菌的丰度依次为10.33%、20.90%和35.87%,其中Candidatus Kuenenia属为优势属.浮霉状菌门、变形菌门、绿弯菌门丰度占总体比例较高且累计丰度超过了80%,为反应器的优势菌门.盐度条件下,浮霉状菌门丰度增加,变形菌门丰度降低,绿弯菌门丰度相对稳定.电镜扫描显示盐度条件下颗粒污泥表面有大量丝状菌和胞外聚合物.盐度条件下反硝化菌丰度提高,增强了反硝化协同脱氮,绿弯菌门和拟杆菌门微生物丰度的提高有利于维持颗粒污泥结构稳定,好氧微生物及反硝化菌的存在也有利于维持反应器内部厌氧水平.这些结果表明,厌氧氨氧化菌经驯化可适应盐度,盐度条件下伴生菌对厌氧氨氧化菌功能的发挥提供了支撑.     

基质暴露水平对ANAMMOX微生物活性及生物量的影响

基质暴露水平对ANAMMOX微生物的生长代谢有着重要意义,目前关于基质暴露水平对ANAMMOX污泥长期富集过程中生长特性的研究少有报道.采用两个连续流搅拌反应器,在逐步提升进水负荷的过程中,研究了高基质暴露水平培养方式(R1:出水NH_4~+-N和NO_2--N浓度均为40～60 mg·L~(-1))与低基质暴露水平培养方式(R~2:出水NH_4~+-N和NO_2--N浓度均为0～20 mg·L~(-1))对ANAMMOX微生物生长量和生物活性,以及反应器脱氮效能的影响及机制.结果表明,高基质暴露水平培养方式更有利于ANAMMOX反应器脱氮性能的提升.相比之下,高基质暴露水平培养方式下获得的NLR [0. 69 kg·(m~3·d)~(-1)]和NRR [0. 41 kg·(m~3·d)~(-1)]分别是低基质暴露水平培养方式的2倍;高基质暴露水平培养方式下,ANAMMOX污泥浓度(以VSS计)和总基因拷贝数分别达到1805 mg·L~(-1)和4. 81×1012copies,更有利于ANAMMOX微生物的快速富集培养;低基质暴露水平培养方式下,ANAMMOX污泥的活性更强[以N/VSS计,0. 27 g·(g·d)~(-1)],有利于富集生物活性更高的ANAMMOX污泥.     

宛山荡农田土壤氮迁移过程反硝化与厌氧氨氧化

为探究中国南方农田土壤氮迁移过程的反硝化与厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)速率变化和脱氮贡献本研究采集宛山荡麦稻轮作区农田不同层深土壤及农田、沟道、河岸带和湖泊沉积物等不同土地利用类型土壤样品,分析其理化性质采用Illumina MiSeq测序和实时荧光定量PCR (quantitative real-time PCR,qPCR)技术探究土壤样品的微生物群落组成和功能基因丰度应用同位素培养实验测定各样品的潜在反硝化与厌氧氨氧化速率(以N₂计,下同).结果表明,土壤反硝化速率与TOC、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量均显著正相关(P<0.05),与nirS、nirK及nosZ等功能基因丰度亦呈显著正相关(P <0.05).农田表层土壤反硝化速率为(11.51±1.04) nmol·(g·h)^-1,显著高于农田其他土壤层以及其他土地利用类型(P <0.05),而农田土壤中厌氧氨氧化速率在20～...     

A2/O短程硝化耦合厌氧氨氧化系统构建与脱氮特性

针对现有城市污水处理厂普遍面临进水碳源不足影响脱氮效率的问题,通过调控A²/O系统曝气分区比例、溶解氧(DO)浓度和污泥龄(SRT)构建短程硝化耦合厌氧氨氧化系统,以研究不同工况下该系统的脱氮性能、脱氮途径和微生物种群结构的变化情况.研究结果表明在低C/N进水(C/N=5)情况下,该系统具有稳定优良的脱氮性能.在140 d试验过程中,反应器经历了氨氧化细菌(AOB)、亚硝酸盐氧化细菌(NOB)共培养阶段(阶段Ⅰ)、AOB筛分阶段(阶段Ⅱ～Ⅲ)与厌氧氨氧化细菌(AnAOB)富集阶段(阶段Ⅳ),系统的脱氮途径也由初始的全程硝化反硝化逐步转化为短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮;系统的脱氮效率在阶段Ⅳ达到最佳状态,此时该系统出水NH⁺₄-N和TN的平均浓度分别为1.20 mg·L^-1和7.03mg·L^-1,其对应的去除率分别为97.69%和87.83%;Illumina MiSeq测序结果表明,短程硝化耦合厌氧氨氧化的系统中Nitrosomonas和Nitrosospira这两类AOB的富集...     

铁矿石和生物炭添加对潜流人工湿地污水处理效果和温室气体排放及微生物群落的影响

人工湿地中基质的种类和填充方式会影响人工湿地中微生物的多样性及丰度,进而影响污水处理效果.通过在温室内构建空白-人工湿地(CW0)、铁矿石-人工湿地(CW1)、生物炭-人工湿地(CW2)和铁矿石+生物炭-人工湿地(CW3)这4组湿地,研究不同填料人工湿地系统的污水处理效果和温室气体排放及微生物群落结构的差异.结果表明,...     

不同DN与PN-ANAMMOX耦合工艺处理中晚期垃圾渗滤液的微生物群落分析

为了推进厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation, ANAMMOX)脱氮工艺在垃圾渗滤液处理方面的应用,在某垃圾填埋场建立了不同反硝化(denitrification, DN)与短程硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification-ANAMMOX, PN-ANAMMOX)耦合模式的中试反应器处理垃圾渗滤液,探讨其耦合模式对脱氮及微生物群落结构的影响.结果表明DN+(PN-ANAMMOX)工艺可以将DN耦合入PN-ANAMMOX进行脱氮,但随着渗滤液中有机物浓度的增加,DN+(PN-ANAMMOX)工艺的PN区的需氧量增加,Nitrosomonadaceae科菌的富集受到限制.而NO^-₂-N的供给不足进一步导致ANAMMOX区Brocadiaceae科微生物的富集也受到限制,总氮去除速率(total nitrogen removal rate,TNRR)停留在0.44 kg·(m³·d)^-1.而在DN-(PN-ANAMMOX)工艺中,具有反硝化能力的Saprosp...     

好氧堆肥微生物代谢多样性及其细菌群落结构

好氧堆肥是农业废弃物无害化处理和资源化利用的一条有效途径.为了探究好氧堆肥过程中微生物群落的代谢特征和细菌群落演替现象,了解起关键作用的微生物菌群,通过筛选强降解菌种改善堆肥工艺、提高堆肥效率,采用Biolog法和宏基因组法分析了玉米秸秆和牛粪联合好氧堆肥过程中微生物的碳源代谢能力和细菌群落多样性.结果表明:在第2次翻堆（第14天）时,微生物利用碳源的能力最强,初次建堆时（0 d）和其余翻堆时（第8、20、26天）次之,发酵结束时（第34天）最弱.Simpson、Shannon-Wiener和McIntosh多样性指数表明,建堆时及翻堆时的菌群优势度、丰富度和均匀度均极显著优于好氧堆肥结束.不同好氧发酵时间的微生物群落对同一碳源代谢有差异,同一好氧发酵时间微生物群落对不同碳源的利用率不同.糖类、酸类和醇类是区分好氧堆肥不同时间微生物碳源利用差异的敏感碳源.好氧堆肥不同时间细菌的种类和丰度不同,共享的优势菌门有厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetes）,在第0、8、14、20、26、34天这6个时间内它们的相对丰度之和分别达90.27%、90.34%、94.26%、84.21%、84.31%和77.61%,且6种门类在不同发酵时间的丰度表达存在消长变化状态.研究显示,参与好氧堆肥不同时间的微生物群落在碳源代谢能力上存在多样性,在细菌菌群的种类和丰度上也存在多样性.