厌氧折流板反应器酸化及其对微生物种群分布的影响

研究了厌氧折流板反应器(ABR)酸化过程中pH、COD、挥发性脂肪酸(VFA)和微生物表观形态的变化,并基于荧光原位杂交(FISH)定量解析了酸化中厌氧微生物的种群演替过程.结果表明,酸化过程由ABR反应器前端向后端逐渐推进;完全酸化后,各隔室运行效率明显降低,COD去除率仅为30.9%,pH值下降1.0～2.2,出水VFA增长5.1倍.酸化显著影响微生物形态,导致颗粒污泥表层和内部微生物出现畸变甚至死亡,造成颗粒内外传质困难.基于FISH技术的定量研究表明,酸化促进了真细菌的繁殖,抑制了古细菌的生长,导致厌氧消化过程中3种关键菌群的大量减少,其中食丁酸盐产氢产乙酸菌Syntrophomonas spp.减少了30.9%,食丙酸盐产氢产乙酸菌Syntrophobacter wolinii减少了85.5%,耗氢产乙酸菌E.limosum减少了60.0%,产甲烷菌Methanomicrobiales减少了54.3%,微生物种群间物质供需平衡被破坏.     

热水解时间对污泥厌氧消化系统微生物群落结构影响分析

为评估热水解时间对北京市大兴区某污水处理厂污泥厌氧消化系统微生物群落结构的影响,利用Illumina MiSeq高通量测序方法,分析了不同热水解时间（15、30和45 min）对初沉污泥和剩余活性污泥厌氧消化系统中微生物群落结构及其多样性的影响因素.结果表明,消化污泥优势类群主要分布在厚壁菌门（Firmicutes）、阴沟单胞菌门（Cloacimonadota）、绿弯菌门（Chloroflexi）和同力菌门（Synergistota）,相对丰度之和超过60%,相对丰度最高菌属为W5,占比为20.8%~54.5%,表现为少数优势物种的高丰度特征.热水解污泥厌氧消化过程中,高挥发性脂肪酸和氨氮浓度导致嗜乙酸产甲烷菌相对丰度减少,嗜氢产甲烷途径多于嗜乙酸产甲烷途径.环境因子关联分析结果显示,消化进泥可溶蛋白质、消化进泥pH值、消化出泥氨氮和热水解时间是影响微生物群落结构的4个主要环境因子,其中消化出泥氨氮对产甲烷菌属的影响最大,呈负相关关系.热水解时间与Chao指数和Shannon指数均呈负相关,较长热水解时间不利于提高厌氧消化过程微生物菌群丰富度和多样性.     

颗粒型厌氧生物膜改善高氢分压下丙酸降解抑制研究

为了改善氢辅助型原位沼气提纯系统中高氢分压对丙酸降解的抑制, 考察了不同颗粒型厌氧生物膜(有无载体、导电和非导电载体) 培养初期和末期的丙酸降解性能;并通过微生物形态和群落分析,探讨了颗粒型生物膜丙酸降解机制.结果表明,导电碳毡厌氧生物膜和厌氧颗粒污泥能有效改善高氢分压下丙酸降解抑制问题.其最大丙酸降解速率分别达到2.2,1.2mmol/(L·h).碳毡厌氧生物膜可能主要通过产酸细菌(Thermovirga、Levilinea、Syntrophomonas属)和产甲烷古菌(Methanosaeta属)的电子直接传递(DIET)途径实现丙酸的降解;而厌氧颗粒污泥降解丙酸的途径可能主要依靠产酸细菌(Syntrophobacter属)与嗜氢型甲烷菌(Methanolinea 、Methanobacterium属)的共生营养代谢过程.     

ABR-MABR耦合工艺处理畜禽养殖废水的同步启动

为评价采用ABR-MABR（厌氧折流板反应器-膜曝气生物膜反应器）耦合工艺处理畜禽养殖废水的可行性,采用模拟畜禽养殖废水,通过在ABR的厌氧格室接种厌氧颗粒污泥和MABR的好氧格室接种活性污泥,逐步升高进水负荷进行反应器的同步启动,并通过PCR-DGGE技术研究了反应器中微生物群落结构.结果表明:48 d后反应器OLR（有机负荷,以COD_Cr计）达到5.0 kg/（m3·d）,此时,耦合反应器对COD_Cr、NH₄+-N的去除率分别可达89%、60%,反应器成功启动;成功启动之后反应器中厌氧颗粒污泥的浓度在14.0~35.0 g/L之间,直径由1.18~1.58 mm增至1.62~2.37 mm.ABR-MABR中的污泥主要由杆状菌和少量丝状菌、球状菌以及胞外聚合物组成;反应器中微生物群落结构丰富,厌氧格室中存在优势的具有产氢、产甲烷功能菌群或反硝化功能的菌群,曝气格室中存在硝化细菌[uncultured Nitrospira sp.、uncultured Nitrospira sp.（Nitrospirae）]与反硝化细菌（Thauera sp.）,同时也发现了与厌氧消化产甲烷相关的菌群.研究显示,采用接种厌氧颗粒污泥与逐步升高进水负荷的方式可以快速实现ABR-MABR的同步启动.      

固定化甲烷八叠球菌(Methanosarcina)研究——厌氧颗粒污泥的形成

用实验室规模的UASB反应器处理豆制品废水培养厌氧颗粒污泥。通过对颗粒污泥形成过程中的产气率、进出水COD、水滞留期（HRT）、进出水挥发酸（乙酸、丙酸和丁酸）浓度、所产气体的甲烷含量等的变化分析和对颗粒污泥中优势产甲烷菌的扫描（SEM）和透射（TEM）电镜观察,阐明颗粒污泥的形成过程及特性。实验结果表明,消化器运转50d左右形成了颗粒污泥,厌氧颗粒污泥形成期间的平均产气率为5.3L/L·d,最高产气率达到了8.1L/L·d,进水和出水COD分别为3000～5500mg/L和800～3000mg/L,平均HRT为10.4h,平均出水乙酸、丙酸和丁酸浓度分别为264.1、519.8和104.6mg/L,所产气体的平均甲烷含量为60.6％,颗粒污泥为黑色,直径0.5～3.0mm不等,沉降速率为119.6m/h,其中的优势产甲烷菌为鬃毛甲烷菌（Methanosaeta）,而甲烷八叠球菌（Methanosarcina）存在甚少。     

利用养殖场废水厌氧发酵生物制氢技术研究

在批式厌氧反应器中,以厌氧消化污泥作为天然产氢菌源,通过养殖场废水的厌氧发酵生产氢气,考察了厌氧污泥和碳氮营养物质对养殖场废水产氢的影响,并对液相产物的分布、产氢动力学进行了分析.试验分为4个处理.结果表明,加入营养物质接种污泥的养殖场废水氢气含量、累积产氢量和单位COD氢气产量最高可达到50.65%、334.80mL和287.10mL/g.而未接种污泥的原始养殖场废水累积产氢量和单位COD氢气产量仅为59.24mL和67.05mL/g.污泥和碳氮营养物质对产氢能力均有显著地促进作用,加入碳氮源后微生物群促进了原养殖废水有机物的氢的形成.液相末端产物中,乙酸、丁酸占总挥发酸的61%～86%,产氢过程属于典型的乙酸-丁酸型发酵.总挥发性酸含量的提高,其产氢能力也增大. Gompertz模型能够很好地拟合其产氢过程.     

厌氧消化过程稳定性与微生物群落的相关性

为探析厌氧消化过程稳定性与微生物群落的相关性,在餐厨垃圾厌氧消化反应器中引入负荷扰动以诱导不同的运行状态,理化分析和高通量测序相结合用于研究各个状态下的状态参数响应及微生物群落动态.结果表明,均衡的群落结构保证了反应器的稳定运行,稳定状态下反应器的甲烷产率和挥发性固体（VS）去除率分别高达（0.50±0.01）LCH₄/gVS和（89.58±0.08）%.高负荷下产酸细菌（柔膜菌门、放线菌门）大量增殖,诱导互养脂肪酸降解菌（梭菌纲）的相对丰度剧增,然而与之互营的氢型产甲烷菌的丰度和活性却下降了.产甲烷菌与互养脂肪酸降解菌的失衡导致它们不能有效的互养合作,从而引起挥发性脂肪酸（VFA）积累和过程失稳.积累的VFA和氨使比乙酸产甲烷活性（SAMA）和比产甲烷活性（SMA）分别下降60.12%和72.51%,进一步加剧了过程失稳.扰动停止后,尽管反应器恢复了原有运行条件和性能,但微生物群落达到了新的平衡.     

ABR启动期运行效能及互营产甲烷菌群的分布特征

为探讨厌氧折流板反应器（ABR）启动期运行效能和互营产甲烷菌群的空间分布特征,考察了ABR反应器处理制糖废水启动期的运行特征,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术分析了互营产甲烷菌群在ABR各格室的分布规律.结果表明,在污泥驯化阶段,ABR的COD去除率为61.5%,出水挥发酸总量高达1808mg/L.经过2个阶段的调控运行后,ABR出水挥发酸明显降低,甲烷含量增加至55%以上,COD去除率达到了94.8%.而且ABR第2~4格室形成了沉降性能良好的颗粒污泥.PCR-DGGE检测结果表明,该ABR系统中的主要产氢产乙酸菌为Syntrophobacter和Pelotomaculum,主要分布在ABR系统第3,4格室.ABR第1,2格室的产甲烷菌主要为耐酸的氢营养型产甲烷菌（Methanoregula和Methanosphaerula）,而乙酸营养型产甲烷菌（Methanosaeta和Methanothrix）主要分布在第3,4格室.ABR系统中产甲烷菌的多样性要明显高于产氢产乙酸菌,说明当系统受到冲击时,产氢产乙酸作用比产甲烷作用更易成为限速步骤.     

不同基质生物炭对厌氧处理餐厨垃圾效能及微生态的影响

探究了剩余污泥（SS）、餐厨垃圾（FW）、玉米芯（CC）、甘蔗渣（BG）4种不同基质生物炭对厌氧生物处理餐厨垃圾效能的影响,对厌氧污泥的关键酶活性、微生物群落分布以及代谢途径等微生态进行了分析.结果表明,厌氧反应器分别加入4种生物炭后,COD平均去除率分别提高了29.49%、23.16%、29.42%、40.32%;傅里叶红外分析表明,投加SS生物炭组出水中羟基、酰胺基以及C-O-C伸缩振动峰减弱.4个厌氧反应器中厌氧污泥的乙酸激酶活性分别为0.40,0.42,0.96,0.98 μmol/g,表明投加CC与BG生物炭促进了餐厨垃圾的厌氧水解酸化过程;厌氧污泥胞外聚合物的蛋白质/多糖之比分别为0.415、0.56、1.89、2.8,投加CC、BG生物炭提高了污泥的稳定性.4个厌氧反应器中拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门为主要菌群,投加BG生物炭促进了变形菌门与厚壁菌门的生长;对于古细菌而言,甲烷杆菌属与甲烷丝菌属为优势种群,SS组的甲烷杆菌属丰度最高（53.48%）,而BG组中甲烷丝菌属丰度最高（42.72%）.KEGG功能分析表明古菌及细菌均以碳水化合物代谢、氨基酸代谢为主;而投加BG与SS生物炭后,微生物膜运输水平得到了提高.     

Ⅰ Ⅱ-ASBR中厌氧颗粒污泥的微生物组成及特性

在35℃下以奶粉人工合成废水为底物连续运行了两段厌氧反应器(ⅠⅡ-ASBR),且于ⅠⅡ两柱中形成了两种不同的厌氧颗粒污泥,为了解厌氧颗粒污泥的微生态结构及生物学特性,对ⅠⅡ两柱中厌氧颗粒污泥的形态及微生物组成进行扫描电镜观察,并测定了其不同基质中的比产甲烷活性、辅酶F420和胞外多聚物的含量。结果表明:ⅠⅡ-ASBR反应器ⅠⅡ两柱中厌氧颗粒污泥形态及微生物组成差异明显,Ⅰ柱的厌氧颗粒污泥大而密实,Ⅱ柱的较小,呈多孔的网状结构,Ⅰ柱中厌氧颗粒污泥以甲烷八叠球菌、球菌及短杆菌为主,丝状菌较少,Ⅱ柱则以丝状菌、短杆菌为主,球菌较少;Ⅰ柱颗粒污泥利用葡萄糖、甲酸、丙酸的产甲烷活性较高,利用乙酸的活性相对较低,Ⅱ柱颗粒污泥利用葡萄糖、乙酸的产甲烷活性较高,而利用甲酸、丙酸的产甲烷活性较低;辅酶F420的含量Ⅱ柱比Ⅰ柱明显要高,而胞外多聚物含量Ⅰ柱比Ⅱ柱的高。     

不同好氧颗粒污泥中微生物群落结构特点

为了探讨活性污泥好氧颗粒化过程对微生物种群的影响、不同底物及不同颗粒化方法培养的好氧颗粒污泥中微生物群落结构的差异,以接种污泥、模拟废水好氧颗粒污泥和分别投加粉末活性炭和硅藻土的实际生活污水好氧颗粒污泥为研究对象,利用PCR-DGGE对比分析了接种污泥和好氧颗粒污泥中的微生物群落结构.结果表明:活性污泥好氧颗粒化过程会减少微生物种群多样性,影响颗粒污泥稳定性的细菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、难降解有机物降解菌等污水处理功能微生物都在颗粒化过程中得到保留.活性污泥好氧颗粒化过程中能够实现亚硝化细菌(AOB)一定程度的富集.与接种活性污泥相比,好氧颗粒污泥中AOB的多样性指数与均匀性指数均有提高.好氧颗粒污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).     

阿维菌素废水工业化UASB颗粒污泥产甲烷菌群分析

产甲烷菌群是厌氧颗粒污泥的重要功能菌群,采用荧光原位杂交(fluorescencein situhybridization,FISH)技术对阿维菌素废水处理工业化UASB颗粒污泥产甲烷菌群进行分析.结果表明,不同形成阶段(不同粒径)颗粒污泥表面和内部剖面,一般产甲烷菌(methanogens)、产甲烷杆菌(Methanobacteriales)和产甲烷八叠球菌(Methanosarcinales)的分布形态相同,但相对丰度存在差异.颗粒污泥内部剖面产甲烷菌群相对丰度大于表面;产甲烷杆菌相对丰度大于产甲烷八叠球菌;颗粒污泥表面和内部剖面产甲烷菌群相对丰度范围为(25.50±8.63)%~(48.67±8.87)%;1.0~2.0 mm粒径颗粒污泥产甲烷菌群相对丰度最大,内部剖面和表面一般产甲烷菌的相对丰度分别为(47.08±8.26)%和(48.67±8.87)%.废水阿维菌素残留可能对产甲烷菌群具有抑制作用.不同粒径颗粒污泥最大比产甲烷活性范围为1.311~1.562 g/(g.d),变化趋势与COD去除率变化趋势相同,而且与产甲烷菌群相对丰度变化趋势一致,表明颗粒污泥生物活性与产甲烷菌群密切相关.     

Fe3O4对含盐废水厌氧处理系统的影响

通过在固定的水力停留时间下(24h)逐步提升盐度,并设置有无Fe₃O₄的平行反应器作对照,考察不同盐度水平下Fe₃O₄对厌氧系统运行效能和厌氧污泥颗粒化进程的影响.结果表明,在0～2%的NaCl盐度水平下,Fe₃O₄的加入均能有效提升厌氧系统的处理效率并保证其稳定进行.Fe₃O₄对产甲烷过程的促进作用在不同盐度水平下有所差异,当盐度分别为0,0.5%,1%,2%时,实验组的甲烷产量分别为对照组的1.08,1.36,1.33和1.17倍,低盐环境下的促进效果更为显著.污泥特性和胞外聚合物的分析结果发现,Fe₃O₄的引入有利于形成结构更为紧密的厌氧颗粒污泥,进而强化厌氧污泥颗粒化进程.微生物群落结构分析结果表明,随着盐度提升,氢型产甲烷菌得以快速富集,同时主要细菌类型和代谢途径均发生了改变.而Fe₃O₄对厌氧系统中微生物菌群结构和...     

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.     

工业有机废水为共基质培养降解五氯酚厌氧颗粒污泥

研究了工业有机废水和五氯酚(PCP)共存条件下,改良UASB反应器中厌氧污泥的颗粒化过程.实验发现降解PCP厌氧颗粒污泥形成可分成污泥驯化、颗粒污泥出现与成熟3个阶段,污泥颗粒化过程中污泥量、污泥活性和厌氧消化3大类群细菌数量与生态分布发生特征性变化,所培养颗粒污泥具有脱氯降解PCP的活性,产甲烷优势菌为杆状或长丝状产甲烷丝菌,在生物结构上形成互营微菌落,但污泥颗粒无明显层次性微结构.作为共基质的有机废水其种类影响着颗粒化进程、颗粒污泥脱氯活性与产甲烷优势菌.     

乙酸驯化对厌氧污泥微生物群落结构及发酵特性的影响

采用乙酸对厌氧污泥进行逐步驯化,以富集乙酸营养型产甲烷菌群,解决厌氧发酵过程中的酸抑制问题.对驯化前后污泥中的微生物群落结构及其在高酸浓度和低p H值条件下的发酵特性进行了研究.结果表明:驯化后污泥中乙酸营养型产甲烷菌中的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)得到了明显富集,其相对丰度由原始的4.2%提高到58.1%,成为耐酸污泥中的主导优势古菌群;氢营养型产甲烷菌属的丰度则都有不同程度的下降.污泥中产甲烷菌群由氢营养型为主导转为乙酸营养型和氢营养型共同主导.驯化前后污泥中细菌的优势菌门均为主要降解纤维素和半纤维素的厚壁菌门(Firmicutes)和降解蛋白质的拟杆菌门(Bacteroidetes),其中驯化后Firmicutes的丰度由48.8%提高到61.7%,而Bacteroidetes的丰度则由30.1%降低至16.9%.驯化后的污泥对高VFA浓度和低pH值的耐受性均有较大程度的提高,其在VFA浓度为7500 mg·L~(-1)及pH 6.0条件下仍可以快速产气.     

好氧颗粒污泥的研究进展

污泥颗粒化(granulation)是指废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下,相互聚集形成一种密度较大、体积较大、体质条件较好的微生物聚集体.按照微生物代谢过程中电子受体的不同,颗粒污泥可分为好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥两类.目前对污泥颗粒化的研究主要集中在两个方面:一方面是从宏观层面探讨颗粒化的形成模式,优化运行参数以达到更好的颗粒化效果;另一方面是从微观层面去研究颗粒化的机理、微生物菌群及其他化学成分在颗粒化过程中所起的作用.本文综述了好氧颗粒污泥近年来的研究进展.主要包括:好氧颗粒污泥的性质(形态及粒径、沉降性能、密度与强度、生物活性、细胞表面疏水性、胞外多聚物等)及结构,颗粒污泥的培养条件、形成机理及影响因素(有机负荷、基质成分、剪切力、沉淀时间、运行周期、进水模式、微生物饥饿期、反应器结构、溶解氧、温度等),以及颗粒污泥的应用(工业废水处理、城市污水处理、有毒污染物降解、脱氮除磷、重金属及放射性核素的去除等).此外,还介绍了全自养颗粒污泥,如硝化颗粒污泥方面的研究.分析表明,随着对好氧颗粒污泥研究的不断深入,将好氧颗粒污泥应用于实际废水处理得到越来越多的关注.好氧颗粒污泥的形成机理、颗粒污泥的微生物特性、颗粒污泥的长期运行稳定性及其工业化应用是今后需要重点关注的研究方向.     

PCR-DGGE技术解析生物制氢反应器微生物多样性

为了揭示发酵法生物制氢反应器厌氧活性污泥的微生物种群多样性 ,从运行不同时期取厌氧活性污泥 ,通过细胞裂解直接提取活性污泥的基因组DNA .以细菌 16SrRNA基因通用引物F338GC/R5 34进行V3高变异区域PCR扩增 ,长约 200bp的PCR产物经变性梯度凝胶电泳 (DGGE)分离后 ,获得微生物群落的特征DNA指纹图谱 .研究表明 ,不同时期的厌氧活性污泥中存在共同种属和各自的特异种属 ,群落结构和优势种群数量具有时序动态性 ,微生物多样性呈现出协同变化的特征 .微生物多样性由强化到减弱 ,群落结构之间的相似性逐渐升高 ,演替速度由快速到缓慢 .优势种群经历了动态演替过程 ,最终形成特定种群构成的顶级群落 .