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.     

厌氧氨氧化启动过程及微生物群落结构特征

采用UASB反应器以体积比1∶2接种实验室培养的具有厌氧氨氧化(ANAMMOX)功能的厌氧污泥和城市污水厂的好氧污泥,耗时17 d成功启动ANAMMOX反应,启动阶段分为菌体水解期、活性提高期和稳定运行期.稳定运行后,逐步提高反应器容积负荷富集厌氧氨氧化菌,当容积负荷由0.10 kg·(m~3·d)~(-1)增至0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,总氮(TN)去除负荷也随之由0.09 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.42 kg·(m~3·d)~(-1),反应器污泥逐渐由浅红色加深,粒径大于0.2 mm的污泥所占比例由10.90%增至38.37%.采用高通量测序对接种污泥和负荷提高期的污泥进行检测,其中绿曲挠菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、WWE3门、放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)等占据主导.随着厌氧氨氧化菌富集程度的增大,脱氮功能菌中的变形菌门所占比例逐渐减少,从21.60%降至14.20%,而浮霉菌门随之增多,相对丰度由0.73%升至15.50%.当反应器的容积负荷增到0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,浮霉菌门中,Candidatus Brocadia属、Candidatus Jettenia属和Candidatus Kuenenia属是主要菌属,Candidatus Brocadia属占13.40%,是主要的厌氧氨氧化菌属.     

厌氧氨氧化启动过程细菌群落多样性及PICRUSt2功能预测分析

细菌群落是实现厌氧氨氧化系统高效脱氮的核心,而厌氧氨氧化启动过程细菌群落多样性及其功能特征仍未被充分阐明.本研究采用升流式厌氧污泥床（UASB）反应器进行厌氧氨氧化系统启动,利用16S rRNA基因高通量测序技术并结合PICRUSt2功能预测分析,研究启动过程不同时间（d0、d30、d60和d90）细菌群落多样性及功能动态变化特征.结果表明,启动过程共检测到48个门、111个纲、269个目、457个科、840个属和1497个种;Candidatus_Brocadia和Candidatus_Kuenenia为检测到的厌氧氨氧化菌,且它们的相对丰度在启动过程不同时间存在显著差异（P<0.05）.启动过程,细菌群落α多样性指数整体呈现显著的降低趋势（P<0.05）,细菌群落结构呈现出明显的空间分异特征,且差异显著（R=0.846,P<0.01）.PICRUSt2功能预测分析表明,启动过程,细菌群落具有丰富的功能多样性,一级功能层表现为有机系统和代谢方面较为活跃,二级功能层子功能基因丰度在厌氧氨氧化启动过程发生明显变化;细菌群落涉及49个参与氮素代谢的相关功能基因,且不同时间阶段参与硝化、反硝化、厌氧氨氧化、硝酸盐同化/异化还原和亚硝酸盐同化/异化还原过程的相关功能基因丰度发生明显变化.     

克隆文库方法分析厌氧氨氧化反应器中细菌群落结构

为了认识低基质浓度污水厌氧氨氧化(ANAMMOX)脱氮过程的生物学机制,为ANAMMOX脱氮工艺的优化提供理论依据,通过构建细菌16S rDNA(约1 500 bp)克隆文库和浮霉菌特有16S rDNA(约830 bp)克隆文库对ANAMMOX脱氮反应器中活性污泥的细菌群落结构进行分析。从细菌16S rDNA克隆文库中随机挑选到160个克隆子,共31个分类单元(OTU),与GenBank数据库比对结果表明,厌氧颗粒污泥中的细菌群落具有丰富的多样性,包括:变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidete)、硝化螺旋菌门(Nitrospira)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、Candidate division OP10、浮霉菌门(Planctomycetes)和未知菌,其中,变形菌门和拟杆菌门为优势菌群,分别占41.9%和34.2%。在浮霉菌特有16S rDNA克隆文库的40个克隆子中,34个克隆子属于CandidatusKuenenia属的厌氧氨氧化细菌,它们是ANAMMOX脱氮过程的主要功能菌。     

厌氧氨氧化细菌富集培养过程微生物结构与功能解析

为了研究厌氧氨氧化细菌富集培养过程中微生物结构与功能的关系,本研究采集升流式污泥床反应器(Upflow anaerobic sludge bed,UASB)中厌氧氨氧化反应启动与驯化过程的样品,结合传统微生物培养方法和分子生物学手段,对启动过程中的氮素转化功能基因、异养菌演替及菌群演替进行了定性与定量分析.结果表明,随...     

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.     

旱地深层土壤厌氧氨氧化菌及全细菌群落结构对加水培养的响应变化

为研究旱地深层土壤中厌氧氨氧化菌及相伴随的全细菌的群落结构对水分增加的响应变化,选取西澳大陆Kalgoorlie地区60 m深的典型旱地土壤,采集淀积层和母质层土壤样品,加入纯水或3.5%的盐水进行密闭培养.针对厌氧氨氧化功能基因hzsB基因及细菌16S rRNA基因进行高通量测序.结果显示:初始土壤并未有厌氧氨氧化菌的检出,加水培养3个月之后,开始有厌氧氨氧化菌的检出,此时盐水培养中厌氧氨氧化菌群多样性要高于纯水培养的结果.且纯水培养中,厌氧氨氧化菌群落结构在淀积层和母质层中类似,均以Candidatus ‘Brocadia anammoxidans'为主(92.09%和91.94%),另有一定量的Candidatus ‘Jettenia sp.'(7.43%和7.89%).盐水培养中,淀积层主导种属为Candidatus ‘Brocadia anammoxidans'(50.03%)和Candidatus ‘Jettenia sp.'(40.25%),母质层主导种属为Candidatus ‘Jettenia sp.'(71.20%);继续培养一个月后,盐水培养和纯水培养中厌氧氨氧化菌群多样性均有增加,且盐水培养中厌氧氨氧化菌群多样性依旧要高于纯水培养的结果.此时纯水培养中,淀积层依旧以Candidatus ‘Brocadia anammoxidans'(87.88%)为主导,母质层中Candidatus ‘Jettenia sp.'增长明显,达到50.90%,取代Candidatus ‘Brocadia anammoxidans'(39. 92%)成为主导种属.盐水培养中,Candidatus‘Brocadia fulgida'(45. 19%)与Candidatus ‘Brocadia anammoxidans'(47.99%)共同主导淀积层厌氧氨氧化菌群,母质层中Candidatus ‘Brocadia fulgida'增至73. 14%,取代Candidatus ‘Jettenia sp.'(13.65%)成为主导种属.另外,相伴随的母质层土壤全细菌群落结构在培养过程中相对比较稳定,以厌氧或兼性厌氧的变形菌门(Proteobacteria)占绝对主导(81.84%～95.45%),其中大部分为海洋营生的盐单胞菌科(Halomonadaceae)和希瓦氏菌科(Shewanellaceae).同时厚壁菌门(Firmicutes)在培养过程中出现较明显增长.培养过程中,Candidatus ‘Jettenia sp.'与放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度变化显著正相关(r=0.991,p=0.009),与海洋营生的希瓦氏菌科(Shewanellaceae)的相对丰度变化显著负相关(r=-0.971,p=0.029).综上,本文在一定程度上揭示了水分及盐度的变化对厌氧氨氧化的发生及菌群组成分布的重要影响,进一步拓展了对不同生境中厌氧氨氧化菌生理特性的认识.     

厌氧氨氧化微生物研究进展

厌氧氨氧化技术是近年来发展起来的新型生物脱氯技术。在这一过程中主要作用细菌是厌氧氨氧化菌。目前越来越多的学者开始研究厌氧氨氧化菌,这对于厌氧氨氧化技术发展与推广具有重要的意义。文章从目前厌氧氨氧化菌研究进展的角度,综述了目前发现的厌氧氨氧化菌种类,结构和部分结构的功能。以期待对工艺控制有所帮助。     

SBR法厌氧氨氧化脱氮的试验研究

厌氧氨氧化是一种高效、经济的脱氮新技术.为了探讨SBR厌氧氨氧化反应器中相关运行参数对脱氮效率的影响,文章利用自制的反应器对模拟废水进行了控制性试验.结果表明:(1)SBR厌氧氨氧化反应器的脱氮效率与HRT、内循环流速和有机物含量有关,试验条件下确定最佳运行参数HRT为20h,内循环流速为24～96mL/min, C/N为2;可处理氨氮浓度为200～500mg/L的废水.(2)在最佳条件下,当进水总氮为200mg/L,pH为7.5～8.2时,脱氮效率达到80%,总氮的容积负荷率达588.00 mg/L·d,容积去除总氮为448.57mg/L·d.     

低温条件下厌氧氨氧化技术的研究进展

厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation, Anammox）技术作为可以实现高效脱氮的一种工艺,近些年广受大家关注。作为废水处理的升级技术,厌氧氨氧化细菌（anaerobic ammonia-oxidizing bacteria, AnAOB）是厌氧氨氧化技术的核心菌种,其生长的最适温度（30～35℃）远高于我国大部分污水处理厂的运行水温,无法满足大规模的投入使用。为了使厌氧氨氧化技术得到广泛应用,文章对低温条件下厌氧氨氧化工艺的进展,无机物及有机物等对厌氧氨氧化细菌的影响以及厌氧氨氧化反应器的应用进展进行系统的论述;重点提出了通过优化厌氧氨氧化反应器、改变启动条件、投加有机物或无机物,从而缩短在低温条件下反应器的启动时间以及强化AnAOB的富集。以期为低温下高氨氮废水的工程处理提供技术参考。     

Effect of inorganic carbon on anaerobic ammonium oxidation enriched in sequencing batch reactor

The present lab-scale research reveals the enrichment of anaerobic ammonium oxidation microorganism from methanogenic anaerobic granular sludge and the effect of inorganic carbon(sodium bicarbonate)on anaerobic ammonium oxidation.The enrichment of anammox bacteria was carried out in a 7.0-L sequencing batch reactor(SBR)and the effect of bicarbonate on anammox was conducted in a 3.0-L SBR.Research results,especially the biomass,showed first signs of anammox activity after 54 d cultivation with synthetic w...     

不同接种污泥的厌氧氨氧化反应器启动特性及菌群结构演替规律分析

采用两套相同的膨胀颗粒污泥床(EGSB),分别接种城市污水处理厂活性污泥(A)和厌氧颗粒污泥(B)启动厌氧氨氧化反应器,考察了A、B反应器中污泥的形态、脱氮性能、容积氮负荷和氮去除负荷的差异,同时利用高通量测序技术从分子生物学水平分析启动过程中菌群结构演替规律.结果表明:反应器运行119 d后,A、B反应器均成功培养出成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥,其中相比于B反应器,A反应器缩短了厌氧氨氧化启动过程的菌体自溶和活性迟滞阶段.微生物群落结构分析结果进一步表明,在活性迟滞和活性提高阶段,A反应器中浮霉菌门(Planctomycetes)的丰度分别为1.18%、5.98%,而B颗粒污泥反应器中浮霉菌门(Planctomycetes)的丰度仅为0.92%、1.41%,说明A反应器Planctomycetes菌在菌体自溶和活性迟滞阶的增长速度大于B反应器.此外,经过119 d的启动,A反应器中Candidatus Brocadia丰度可以达到11.34%,而B反应器中Candidatus Brocadia丰度仅为7.28%.     

SBR工艺活性污泥驯化过程中微型动物群落物种多样性及其稳定性研究

以SBR反应器培养驯化阶段的活性污泥微型动物群落为研究对象,系统考察了活性污泥驯化过程中微型动物群落结构与优势种群变化规律,同时探讨了微型动物群落物种多样性及其稳定性.结果表明,1活性污泥培养驯化是微型动物群落类群和种属增多后趋于稳定的过程:污泥培养驯化过程中微型动物群落,由驯化初期以鞭毛虫为单一优势类群向鞭毛虫、匍匐型纤毛虫、固着型纤毛虫、肉食性纤毛虫等4个共优势类群演变,优势种属也由单一的波豆虫属(Bodo sp.)逐步向波豆虫属(Bodo sp.)、钟虫属(Vorticella sp.)、累枝虫属(Epistylis sp.)、楯纤虫属(Aspidisca sp.)、斜管虫属(Chilodonella sp.)、半眉虫属(Hemiophrys sp.)等6个共优势种属演变;2活性污泥培养驯化是微型动物群落物种多样性水平增高后趋于稳定的过程:Shannon-Wiener多样性指数H'在培养驯化过程中先急剧增大后小幅降低直至相对稳定,较培养驯化前增大约75%;3活性污泥培养驯化是微型动物群落趋于稳定的过程:驯化初期到中期微型动物群落稳定性略有减小,驯化中期到后期有较大的增加并趋于稳定,这是微型动物群落总多度、物种数均先增大后逐渐趋于稳定的结果;4微型动物群落稳定滞后于其污泥成熟与污水处理效能稳定.     

Microbial community structure in an integrated A/O reactor treating diluted livestock wastewater during start-up period

In order to investigate the correlation between reactor performance and the microorganisms, an integrated A/O reactor was operated for 72 days to treat diluted livestock wastewater. Chemical oxygen demand (COD) removal e ciency increased from 79% to 94%, with total nitrogen (TN) removal e ciency from 37% to 50% (HRT 7.4 hr) when the influent COD and TN were ca. 1500 mg/L and 95 mg/L, respectively, and the outlet COD concentration was less than 100 mg/L at the end. Microbial community was monitored during start-up period by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) based on 16S rRNA gene. DGGE profiles showed that microbial community had changed significantly during the start-up and these shifts were in accordance with the reactor performance. UPGMA clustering analysis showed that 14 anaerobic samples fell into five main groups and so did the aerobic ones, but the grouping patterns were di erent. Phylogenetic analysis indicated that microbial populations in the anaerobic compartment belonged to Firmicutes, Proteobacteria, Chloroflexi and Bacteroidetes, while Proteobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Verrucomicrobiae and Nitrospira were present in the aerobic compartment. In the anaerobic compartment, more fermentative and acetogenic bacteria were detected during the start-up while denitrifying bacteria faded away. Two functional populations such as Nitrospira defluvii and Dechloromonas denitrificans were observed when nitrogen removal was high, indicating that simultaneous nitrification and denitrification occurred in the aerobic compartment.     

The integration of methanogenesis with denitrification and anaerobic ammonium oxidation in an expanded granular sludge bed reactor

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅＵＡＳＢｒｅａｃｔｏｒａｎｄｉｔｓｖａｒｉｏｕｓｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｈａｖｅｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒ(ｈｉｇｈｔｏｌｏｗｓｔｒｅｎｇｔｈ ,ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｎｄｄｏｍｅｓｔｉｃ)ｕｎｄｅｒｐｓｙｃｈｒｏｐｈｉｌｉｃ ,ｍｅｓｏｐｈｉｌｉｃａｎｄｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ(Ｌｅｔｔｉｎｇａ ,1995 ) .Ｍｏｄｅｒｎａｎａｅｒｏｂｉｃｒｅａｃｔｏｒｓ…     

活性污泥低温氨氧化功能的驯化与潜力研究

以强化低温污水生物处理系统的氨氮(NH4+-N)氧化功能为目标,采用序批式活性污泥反应器(SBR),通过逐步提高进水NH4+-N浓度的方式,在(15±1)℃的条件下对城镇污水处理厂的好氧活性污泥进行了驯化培育,并就其对生活污水和高氨氮废水的NH4+-N去除潜力进行了测试.结果表明,在(15±1)℃下,好氧活性污泥经适当驯化可获得良好的氨氧化能力.在初始NH4+-N浓度为46mg·L-1左右时,其NH4+-N去除速率和亚硝态氮(NO2--N)生成速率分别可达54.26g·kg-·1d-1(以MLSS计,下同)和29.07g·kg-·1d-1(以MLSS计,下同)左右.对NH4+-N浓度为47.19mg·L-1左右的城镇污水,其NH4+-N去除率可高达85%以上.初始NH4+-N浓度分别为91.01mg·L-1和163.37mg·L-1左右时,其最高NH4+-N去除速率分别可达52.54g·kg-·1d-1和111.97g·kg-·1d-1,具有处理高氨氮废水的潜力.     

SBR实现选择性硝化过程及动力学研究

采用序批式生物反应器(SBR)处理模拟氨氮废水,考察了SBR体系中硝化过程中氮组分和溶解氧变化规律,并对硝化动力学进行了研究.结果表明,在低溶解氧下,体系出现亚硝态氮积累;在序批式反应体系中的硝化反应呈现三阶段,即零级反应段、混合反应段和一级反应段,其硝化特性符合Monod动力学方程;根据SBR实现选择性硝化过程控制方法,实现了SBR选择性亚硝化启动,该体系氨氮出水1 mg·L~(-1),氨氮负荷达0.45 kg·kg~(-1)·d~(-1)(以每kg MLSS中的NH_4~+-N量(kg)计),亚硝态氮累积率达95%左右.     

利用序批式生物膜反应器启动厌氧氨氧化研究

研究了在缺氧条件下利用序批式生物膜反应器(SBBR)快速启动厌氧氨氧化过程,并考察了该过程中反应器的脱氮效率、厌氧氨氧化现象、生物膜性质及微生物群落的变化.从第60d开始出现ANAMMOX现象,经过100多天的启动,最高总氮负荷达0.67kg-N/m3×d,总氮去除率达到87.3%.生物膜厚度和污泥颜色、形态发生明显变化,厌氧氨氧化菌的相对含量达到40%以上,成为反应器的优势菌种.本研究表明SBBR是一种高效启动厌氧氨氧化的生物反应器.     

中试SBR长期运行中粘性膨胀现象及原因分析

通过对SBR中型试验系统长期(200d)处理实际生活污水过程中的污泥膨胀现象进行考察,研究了温度、污泥中胞外聚合物(EPS)含量、污泥负荷及DO浓度与污泥膨胀现象之间的内在联系.试验结果表明,系统污泥膨胀属于粘性膨胀,是一种在低温(16℃以下)条件下容易发生的污泥膨胀现象,且这种膨胀会导致污泥流失并致使系统混合液污泥浓度(MLSS)逐渐降低至1200mg·L-1.粘性膨胀污泥分泌的EPS水平超过正常污泥,即使在正常DO浓度(2.0mg·L-1)和常温(20℃)条件下,粘性膨胀污泥也较难通过人为控制恢复到正常状态.最后,分析得出粘性膨胀的原因主要是温度突变,并提出相应的预防措施.     

一组中温厌氧消化菌群高温启动过程中的菌群多样性变化研究

该研究利用37℃培养的中温厌氧消化菌群为菌源,直接提温至50℃驯化培养,获得连续处理高浓度糖蜜废水的厌氧消化产甲烷菌群,并考察高温驯化过程中菌群结构及多样性的变化特征.结果表明,中温厌氧消化菌群直接转入高温培养后,在高浓度有机废水连续进料的条件下,厌氧消化过程能够快速启动生成甲烷,并在22 d后形成稳定的高温厌氧消化产甲烷菌群,平均甲烷生成效率为162.3 m L CH_4/g COD.乙酸和丙酸是厌氧发酵液内的2类主要有机酸,产气稳定期间的质量浓度分别为25.3和145.3 mg·L~(-1).转入高温培养后,菌群结构产生巨大变化,细菌变异程度强于古菌,并逐渐稳定成为以代谢糖、多种有机酸的细菌和产甲烷古菌为主要优势菌群的高温厌氧消化菌群.克隆结果显示细菌菌群以Thermacetogenium和Acetomicrobium faecal为主要优势菌群,分别占细菌克隆文库的33.44%和20.99%;古菌菌群以Methanosaeta和Methanoculleus为主要优势菌群,占古菌克隆文库的56.40%和39.75%.转入高温培养后,产甲烷古菌的总生物量下降,含量约为7.6×106拷贝/g活性污泥.研究结果对阐明温度选择压力对厌氧消化菌群结构与功能影响,改进高温厌氧消化菌群富集方法具有重要意义.