FISH技术定量解析亚硝酸盐氧化菌的条件优化

利用基于亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)16S rRNA序列的荧光探针,优化了针对亚硝酸盐氧化菌的FISH技术实验条件.确定了FISH技术定量检测亚硝酸盐氧化菌的具体方法,并优化了样品预处理的实验条件为热固定2h,4%多聚甲醛固定15min,乙醇脱水5min;杂交过程的实验条件为杂交温度46℃,杂交时间3h,洗脱液中NaCl浓度为60mmol·L-1.运用建立的FISH技术检测了7d内亚硝酸盐氧化菌菌群的丰度变化,充分显示了荧光原位杂交技术(Fluorescence in Situ Hybridization,FISH)的快速定性定量检测优势.     

溶解氧对短程硝化稳定性及功能菌群的影响

在常温条件下,采用序批式反应器（SBR）研究不同溶解氧（DO）浓度对短程硝化稳定性的影响.在低DO （0.5mg/L）条件下,前75个周期可以一直维持短程硝化,亚硝积累率（NAR）在80%以上,但是随着运行周期增加,NAR逐渐减少,到105个周期已完全变为全程硝化.通过接种同一污泥提高DO浓度到2.5mg/L,经过180个周期,NAR始终在90%以上,能够长期维持短程硝化的稳定运行.通过不同DO条件下AOB和NOB的氧半饱和常数对比分析及qPCR试验研究,结果表明长期低DO条件下容易使Nitrospira的生长获得优势,Nitrospira是影响短程硝化稳定的重要因素,高DO条件下,AOB对溶解氧具有更高的亲和力,通过提高供氧浓度的策略,可以维持短程硝化的长期稳定.     

pH值对亚硝酸盐氧化菌动力学及功能基因的影响

为探究pH值对亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性动力学影响,本试验采用序批式活性污泥（SBR）反应器,以富含NOB的活性污泥为对象,基于Monod模型考察不同pH值对NOB活性动力学的影响并进行统计学分析.结果表明,Monod方程可较好地反映不同pH值条件下基质底物浓度对NOB比亚硝态氮氧化速率（SNiOR）的影响,且pH=7.0时动力学参数Ks为（6.167mg/L）,r_max为[1.134g/（g·d）],此时NOB活性最好.利用钟形经验模型进行非线性回归拟合,最大比降解速率（r_max）随pH值的增大呈钟形变化,本试验NOB的最佳pH值为（6.9±0.1）,其中r_max维持在r_opt一半以上的pH值范围（ω）为（3.26±0.4）.以亚硝酸盐氧化还原酶类基因（nxrA、nxrB）为引物,基于荧光定量PCR技术分析结果显示,在不同pH值条件下nxrA基因和nxrB基因拷贝数的变化趋势均与动力学参数（Ks、r_max）的规律一致,且nxrA和nxrB基因在系统的降解过程中起协同作用.     

氨基磺酸修正碘量法测定亚硝酸盐存在情况下水中的溶解氧

为了测定较高浓度亚硝酸盐存在时水中的溶解氧 ,提出了氨基磺酸修正碘量法 ,实验结果表明 ,对于清洁水和废水 ,与标准碘量法相比 ,氨基碘酸修正碘量法在亚硝酸盐浓度约为 10mg L、4 0mg L、70mg L情况下测定结果的相对标准偏差均小于 1% ,相对误差均小于 2 % ,表明方法的准确度和精密度可以满足实验室测定DO的要求。本方法测定DO时对亚硝酸盐氮适用的上限为 70mg L。     

溶解氧和曝气时间对好氧反硝化菌脱氮效果的影响

研究室温条件下SBR反应器中好氧反硝化脱氮过程的实现,并在此基础上研究了溶解氧和曝气时间对好氧反硝化菌脱氮效果的影响。结果表明:升高溶解氧能够明显增加COD去除率;延长曝气时间能够提高COD、NO-3-N、TN去除率;并且在溶解氧浓度为3~4 mg/L、曝气时间为6 h的条件下,好氧反硝化菌对污染物去除率较高并且稳定,对COD、硝态氮和TN的去除率分别达到92.74%、89.41%、71%左右。     

亚硝酸盐氧化菌(NOB)的富集培养与其污泥特性分析

为了解亚硝酸盐氧化菌(NOB)特性,以某中试SBR的剩余污泥为接种污泥,以NO2--N为底物,采用逐步提高进水NO2--N浓度的方式,通过控制高游离亚硝酸(FNA)浓度联合高DO浓度对NOB进行富集培养.65d后,荧光原位杂交(FISH)技术分析结果显示NOB占细菌总数的80%以上[Nitrobacter(NOB的一个种,菌体呈杆状或梨状):80%; Nitrospira(NOB的一个种,菌体呈螺旋状):5%],表明成功富集培养出NOB为优势菌种的活性污泥.并且自然形成颗粒污泥,MLSS约为700mg/L,MLVSS/MLSS为0.278,SVI约为6mL/g.富集后污泥SVI较低的原因可能是污泥无机化程度高,污泥以无机盐沉淀为晶核形成颗粒污泥.试验结果表明,该污泥能够处理NO2--N浓度为1000mg/L的污水,比硝化速率为131.03mg/(g MLVSS·h),比耗氧速率为169.5mg O2/(g MLVSS·h).     

间歇恒定/梯度曝气对SNAD工艺启动的影响

本实验在室温(20℃±3℃)下用2组反应器R1和R~2接种厌氧氨氧化污泥,分别采用间歇恒定曝气和间歇梯度曝气方式启动SNAD工艺,研究了两种不同间歇曝气方式对SNAD工艺启动的影响.结果表明,启动过程中,R~2在各阶段恢复稳定所需的时间更短,SNAD的实际启动速度更快;启动成功后R1和R~2的特征值Δρ(TN)/Δρ(NO_3--N)分别达到6. 46和10. 34,R~2的NOB抑制效果更好;通过周期监测,发现R~2的周期DO波动稳定,R1的周期DO整体逐渐提高、周期末达到0. 5 mg·L~(-1)以上,分析认为R~2中稳定的低DO环境促进了NOB抑制;启动成功后R1和R~2反应器内PN/PS值分别达到2. 745和2. 823,颗粒粒径分别达到365. 8μm和402. 1μm,R~2的颗粒稳定性和沉降性更强,粒径增长更快.     

氨基磺酸修正磺量法测定亚硝酸盐存在情况下水中的溶解氧

为了测定较高浓度亚硝酸盆存在时水中的溶解氧，提出了氨基磺酸修正碘量法，实验结果表明，对于清洁水和废水，与标准碘量法相比，氨基碘酸修正碘量法在亚硝酸盐浓度约为10mg／L、40mg／L、70mg／L情况下测定结果的相对标准偏差均小于1％，相对误差均小于2％，表明方法的准确度和精密度可以满足实验室测定DO的要求。本方法测定DO时对亚硝酸盐氮适用的上限为70mg/L。     

溶解氧对氧化沟生物脱氮除磷的影响

采用有效容积为240 L的中试Carrousel氧化沟处理模拟生活污水,研究了溶解氧对氧化沟同步硝化反硝化脱氮和除磷效果的影响。结果表明:溶解氧的变化对系统中有机物的去除影响不显著;过高或过低的溶解氧均会降低系统总氮和总磷的去除率,溶解氧控制在1.0～1.5 mg/L,系统可获得较高的氨氮和总氮去除率,当溶解氧为1.5 mg/L时,总磷去除率达最高,为71.00%;溶解氧对污泥沉降性能影响显著,低溶解氧运行易引起污泥膨胀。     

游离氨对硝化菌活性的抑制及可逆性影响

为考察游离氨(FA)对硝化菌(氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB)活性的抑制影响,采用SBR反应器,基于FA与过程控制协同作用在实现短程硝化的基础上,考察了不同FA浓度(1.0,5.3,16.6,13.4,9.9,5.2,1.0mg/L)梯度下,FA对AOB和NOB活性的抑制作用及可逆性.结果表明,当FA浓度达到13.4mg/L时,系统内亚硝态氮积累率(NiAR)逐渐增加,硝态氮积累率(NaAR)逐渐减小,且NiAR/ NaAR>1时,系统实现了稳定短程硝化.在此FA浓度条件下,FA对AOB和NOB活性均产生一定的抑制作用,但相对于AOB,NOB对FA的抑制作用更加敏感.当AOB活性被短暂抑制后,其活性又迅速恢复;而NOB活性被完全抑制.此后当FA浓度又逐渐降至1.0mg/L时,AOB活性始终维持较高水平,而NOB活性尚未恢复.也即是说,在本试验控制的FA浓度条件下,FA对AOB活性的抑制作用是可逆的,而对NOB活性的抑制作用不可逆.     

不同曝气量对SBBR短程硝化微生物特性及氮转化的影响

在实验室规模的序批式生物膜反应器(SBBR)中研究了不同曝气量(7.2、12.0、15.6L·h-1,对应反应器中平均溶解氧浓度分别为0.5、0.8、1.2mg·L-1)下生物膜的生物特性变化及短程硝化过程规律.结果表明:减小曝气量使反应器内溶解氧浓度降低,将导致生物膜的总生物量下降,生物膜中氨氧化菌逐渐成为优势菌,无论数量还是生物活性均高于亚硝酸氧化菌,利于亚硝酸盐积累;在一个反应周期中,生物膜对溶解氧需求的分配是不同的,曝气初期溶解氧主要用于异氧菌对COD的降解,其后用于氨氮转化.根据上述规律,提出在短程硝化过程中采用"梯级递减式曝气"供氧新策略,即在反应初期保持一种较大的曝气量,提高反应器溶解氧浓度,促进COD快速降解,随后保持一种小曝气量使反应器中溶解氧维持较低的浓度,从而促进亚硝酸盐积累及优化供氧效率.     

盐度对硝酸细菌活性的影响及动力学特性

为分析盐度对硝酸细菌（NOB）活性的影响及其动力学特性,本文采用高浓度亚硝态氮污水富集培养NOB.对NOB富集污泥进行荧光原位杂交技术（FISH）分析表明Nitrobacter占细菌总数的（81%±6%）.污泥的最大比亚硝态氮氧化速率为（42.5±0.9）mgN/（gVSS·h）.用此污泥考察了盐度对NOB活性的影响,并测定了盐度为10g/L时NOB的动力学参数（Ko、K_S）.结果表明,与盐度为0g/L时的NOB活性相比,盐度为15g/L时NOB活性降低了3.3%;盐度为10和20g/L时的NOB活性分别降低了11%.盐度为10g/L时,NOB的最大比亚硝态氮氧化速率为（37.9±0.7）mgN/（gVSS·h）,氧的半饱和常数K_o值为（1.51±0.06）mg/L,底物（亚硝态氮）半饱和常数K_S值为（6.06±0.15）mg/L,Ko、K_S测定值均高于ASM2模型中氨氧化细菌（AOB）推荐值.盐度对NOB的抑制降低了最大比亚硝态氮氧化速率,对氧传递和底物（亚硝态氮）传递均存在影响.     

溶解氧对Anammox滤池内功能菌群及活性的影响

针对目前厌氧氨氧化系统内微生物的研究,主要以厌氧氨氧化菌本身这一情况,本研究对长期稳定运行的Anammox滤池内微生物菌群结构进行了测定,同时测试与分析了滤池内厌氧氨氧化菌(AnAOB)、氨氧化菌(AOB)、亚硝酸盐氧化细菌(NOB)和反硝化菌(DNB)的关键动力学常数,探究了溶解氧(DO)浓度从0.2mg/L增加至1...     

不同DO下MBR内微生物群落结构与运行效果关系

应用A/O-MBR处理实际生活污水,考察了不同溶解氧(DO)条件下,微生物群落结构与其处理效果的对应关系.结果表明,DO浓度在0.2~4.0mg/L对COD去除效果无明显影响,COD平均去除率均在90%以上.DO浓度变化对NH4+-N去除影响较大,DO浓度下降到0.2mg/L时,NH4+-N平均去除率由99%下降到65%.通过PCR-DGGE分析,较高DO条件下(4.0,2.0mg/L)的总细菌微生物群落多样性高于较低DO条件(0.5,0.2mg/L),但其群落结构变化与与反应器的处理效果对应关系不明显;氨氧化菌的群落结构变化较明显,且在不同的DO条件下起主要作用的氨氧化菌的菌属不同,其群落变化与反应器的NH4+-N去除效果相对应,DO为2.0,0.5mg/L时氨氧化菌群落结构比较相似,此时反应系统的脱氮效果也比较好.     

Achieving partial nitrification by inhibiting the activity of Nitrospira-like bacteria under high-DO conditions in an intermittent aeration reactor

It is generally accepted that a low dissolved oxygen(DO) concentration is more beneficial for achieving partial nitrification than high-DO. In this study, partial nitrification was not established under low-DO conditions in an intermittent aeration reactor for treating domestic wastewater. During the operational period of low-DO conditions(DO: 0.3 ±0.14 mg/L), stable complete nitrification was observed. The abundance of Nitrospira-like bacteria, which were the major nitrite-oxidizing bacteria, increased from 1.03 × 10~6to2.64 × 10~6cells/m L. At the end of the low-DO period, the batch tests showed that high-DO concentration(1.5, 2.0 mg/L) could inhibit nitrite oxidation, and enhance ammonia oxidation. After switching to the high-DO period(1.8 ± 0.32 mg/L), partial nitrification was gradually achieved. Nitrospira decreased from 2.64 × 10~6 to 8.85 × 10~5cells/m L. It was found that suddenly switching to a high-DO condition could inhibit the activity and abundance of Nitrospira-like bacteria, resulting in partial nitrification.     

Effect of nitrate concentration on filamentous bulking under low level of dissolved oxygen in an airlift inner circular anoxic-aerobic incorporate reactor

This laboratory research investigated a possible cause of filamentous bulking under low level of dissolved oxygen conditions (dissolved oxygen value in aerobic zone maintained between 0.6-0.8 mgO2 /L) in an airlift inner-circular anoxic-aerobic reactor. During the operating period, it was observed that low nitrate concentrations affected sludge volume index significantly. Unlike the existing hypothesis, the batch tests indicated that filamentous bacteria (mainly Thiothrix sp.) could store nitrate temporarily under carbon restricted conditions. When nitrate concentration was below 4 mg/L, low levels of carbon substrates and dissolved oxygen in the aerobic zone stimulated the nitrate-storing capacity of filaments. When filamentous bacteria riched in nitrate reached the anoxic zone, where they were exposed to high levels of carbon but limited nitrate, they underwent denitrification. However, when nonfilamentous bacteria were exposed to similar conditions, denitrification was restrained due to their intrinsic nitrate limitation. Hence, in order to avoid filamentous bulking, the nitrate concentration in the return sludge (from aerobic zone to the anoxic zone) should be above 4 mg/L, or alternatively, the nitrate load in the anoxic zone should be kept at levels above 2.7 mg NO-3N/g SS.     

溶解氧对HLB-MR反应器内有机物的生物絮凝影响

为了研究溶解氧（DO）对高负荷生物絮凝-膜反应器（HLB-MR）内有机物生物絮凝规律的影响,采用平行对比实验,考察了不同DO条件下反应器内有机物的生物絮凝效果、胞外聚合物（EPS）含量、金属阳离子浓度和微生物群落结构.结果表明：DO浓度分别为1~2mg/L和6~8mg/L时,HLB-MR反应器的絮凝效率分别为83%和89%,两反应器内上清液的浊度差别也进一步证实,较高的DO浓度下,反应器的生物絮凝效果更好.DO浓度在6~8mg/L时,HLB-MR反应器内结合态EPS和自由态EPS的含量分别为15.64mg/（g·VSS）和8.71mg/L,两者均显著高于DO为1~2mg/L时的11.83mg/（g·VSS）和6.56mg/L,反应器浓缩液中镁和铝的浓度也均明显高于低DO浓度时所对应的值,这说明在高DO条件下,有更多的EPS与金属阳离子结合而固定在污泥基质中,促进了生物絮凝.高通量测序表明,DO浓度分别为1~2mg/L和6~8mg/L时,HLB-MR反应器内细菌的群落结构差异明显,高DO浓度反应器底泥中Actinobacteria和Saccharibacteria的相对丰度较高,可能对生物絮凝有促进作用.