丝状菌污泥膨胀的影响因素与控制

本文系统地介绍了近一、二十年来国际上关于丝状菌尼膨胀的最新研究成果，从丝状菌的种类与特性，丝状菌污泥膨胀的机理，引起污泥膨胀的污水性质和运行条件等方面合成地论述了污泥膨胀的影响因素与控制方法，对国内外污泥膨胀研究现状与存在问题的分析提出了该课题今后的研究方向。     

营养物质对污泥沉降性能的影响及污泥膨胀的控制

采用序批式活性污泥工艺(SBR)处理啤酒废水,研究了N、P营养物质的不同缺乏程度对污泥沉降性能的影响,同时考察了污泥絮体性状和微生物的变化.结果表明,原水BOD₅/N/P为100/5/1、100/5/0.8和100/4/0.8时,污泥沉降性能良好,没有发生膨胀;BOD₅/N/P为100/0.94/0.31、100/2/0.4、100/3/0.6时发生丝状菌污泥膨胀;BOD₅/N/P为100/0.94/1、100/5/0.31、100/5/0.4、100/5/0.6时发生非丝状菌污泥膨胀.缺乏营养物质引起的污泥膨胀,多数情况下补充足够的营养物质后,膨胀可得到控制.提高有机负荷有助于改善污泥的沉降性能.进水N、P营养物质同时缺乏时,可形成直径为2mm～6mm的颗粒污泥.     

温度对活性污泥沉降性能与微生物种群结构的影响

为探究运行温度与活性污泥沉降性能之间的关系,采用5个带有自控设备的序批式反应器考察了不同的运行温度(15,20,25,30和35℃)对活性污泥沉降性能及微生物种群结构的影响.结果表明,采用短时进水,由于运行温度对污泥沉降性能的影响远远弱于底物浓度的影响,且系统中的优势丝状菌以Type 0041和Type 0092为主,所以5个系统均未发生污泥膨胀现象;采用长时进水,5个系统均发生了丝状膨胀现象,温度与低底物浓度的相互作用导致污泥的SVI值随运行温度(15~30℃)的增加而升高,而运行温度为35℃时污泥的SVI值要低于30℃的情况.同时不同的运行温度下污泥胞内胞外贮存特性及优势丝状菌的种类差异较大.     

丝状菌膨胀污泥好氧颗粒化稳定性及微生物多样性

丝状菌作为污水生物处理中的常见菌种,被认为是诱发污泥膨胀的主要因素.然而由于其特殊的丝状形态,对污泥颗粒的形成起到了至关重要的作用.以丝状菌膨胀污泥为研究对象,探究丝状菌对污泥颗粒化过程及维持污泥颗粒稳定性的影响,并对污泥系统微生物多样性进行分析.试验分别接种丝状菌膨胀污泥(SVI=241.56 mL·g^-1)和絮状污泥(SVI=64.22 mL·g^-1)进行颗粒化培养,结果表明,膨胀污泥和絮状污泥颗粒出现时间分别为20 d和40 d,成熟颗粒粒径分别为650μm和700μm,膨胀污泥颗粒化时间仅为絮状污泥的一半.缺氧区添加后,颗粒都有不同程度破碎,但膨胀污泥培养的成熟颗粒SV₃₀/SV₅值短期波动后恢复至1,维持稳定性能力更强.微生物群落结构分析表明,膨胀污泥中norank＿o＿＿Saccharimonadales、unclassified＿o＿＿Saccharimonadales和unclassified＿f＿＿Saccharimonadaceae相对丰度从0.05%、0.01%和0.01%增长...     

污泥膨胀的影响因素、理论探讨与控制对策

本文通过对导致活性污泥膨胀的诸多因素分析研究，机理探讨，提出通过环境调控手段，利用生物竞争机制达到控制污泥膨胀的观点。     

低温下丝状菌膨胀污泥的微生物多样性

为探究低温下丝状菌污泥膨胀过程中微生物多样性的变化特征,实验采用低温-SBR反应器成功诱发污泥膨胀,并借助Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了不同沉降性能下活性污泥微生物群落的整体变化特征、各特定菌群及特定菌属的变化特征.结果表明,在系统运行温度降至(14±1)℃后可成功诱发丝状菌污泥膨胀,SVI可恶化至663.99 mL·g~(-1),且膨胀后COD去除率和TN去除率仍能维持在90%和86%左右.低温下污泥膨胀的发生不仅会导致系统内微生物整体多样性和均一性的降低,使特定菌群中丝状菌群的丰度由0.49%增至26.04%,还会使脱氮菌群的丰度由21.04%减少至13.99%、除磷菌群的丰度由4.25%减少至1.93%.发现的5种丝状菌属中,以Thiothrix为代表的3种菌属的丰度递增,仅Haliscomenobacter的丰度递减;发现的19种脱氮菌属中,以Nitrosomonas为代表的5种菌属的丰度递增,以Nitrospira为代表的7种菌属的丰度递减;发现的8种除磷菌属中,Pseudomonas和Tetrasphaera的丰度递增,以Candidatus_Competibacter为代表的5种菌属的丰度递减.虽然污泥膨胀对微生物菌群结构产生较大影响,但不同泥样中始终存在的477个OTUs和227个菌属说明膨胀过程中反应器内主体微生物仍呈相对稳定状态.     

浅析污泥膨胀的特性与控制对策

从丝状菌和絮凝菌的生长特性方面对活性污泥膨胀的特性及影响因素进行了分析研究,详细论述和分析了各种活性污泥膨胀控制措施。     

运转条件及营养物质对污泥沉降性能的影响

分别用石化和啤酒两种工业废水作为序批式活性污泥法 (SBR)的底物 ,来研究有机负荷 (F/M )、溶解氧 (DO)、营养物质 (N、P)和 pH值与活性污泥沉降性能的关系 .试验结果表明 ,即使在公认的不易引起污泥膨胀的SBR法中 ,低F/M条件下也能引起丝状菌膨胀 .在低DO(低于 0 .5mg/L)浓度下 ,发生丝状污泥菌膨胀 .进水中只缺乏一种营养物而另一种营养物充足的条件下 ,发生由高含水率的粘性菌胶团引起的非丝状菌膨胀 ;而两种营养物 (N和P)同步缺乏的条件下则发生非丝状菌膨胀 .pH值对污泥沉降性能的影响主要表现为活性抑制和污泥上浮 ,进水pH值低于 5 .5时 ,开始出现污泥上浮 ,进水 pH值越低 ,上浮污泥量越多     

低温下活性污泥膨胀的微生物群落结构研究

采用水质参数指标测定和高通量测序技术,探讨了郑州某污水处理厂冬季间歇性污泥膨胀机制.结果表明该厂活性污泥的污泥容积指数(SVI值)的变化与季节温度变化有显著的负相关性,1~4月及12月易发生污泥膨胀,但是不影响出水水质.高通量测序技术分析发现污泥膨胀月份泥样的微生物群落结构要显著不同于未膨胀月份.该厂发生丝状菌污泥膨胀的优势丝状菌为腐螺旋菌科Saprospiraceae和黄杆菌科Flavobacterium.因此,低温导致活性污泥微生物群落结构变化是引起该厂活性污泥膨胀的原因.     

膨胀污泥中丝状菌的分离鉴定与特性分析

为了阐明膨胀污泥中的丝状菌种类和特性,利用培养法、显微镜检和分子生物学分析技术从城市污水处理厂的膨胀污泥中分离鉴定丝状菌,并对典型丝状菌进行特性分析.利用高氏一号培养基和淀粉培养基分离出的丝状菌可归入18个属,其中链霉菌属(Streptomyce)、细杆菌属(Microbacterium)属于放线菌门,其余均属于真菌.青霉菌属(Penicillium)、枝孢菌属(Cladosporium)、链格孢属(Alternaria)、曲霉菌属(Aspergillus)、毛孢子菌属(Trichosporon)在培养基上的出现频次较高.毛孢子菌、链霉菌、青霉菌和链格孢菌都能在pH中性或偏酸性条件下良好生长.高浓度的Na Cl能够抑制毛孢子菌和链霉菌,但对青霉菌和链格孢菌的抑制作用不明显.除毛孢子菌外,链霉菌、青霉菌和链格孢菌都可有效地利用蔗糖、淀粉和纤维素,碳源浓度增加会促进它们的生长.r DNA-ITS区高通量测序结果表明膨胀污泥中存在大量未知真菌.     

进水中碳水化合物分子大小对污泥沉降性能的影响

为弄清楚碳水化合物分子大小和污泥沉降性能之间的影响关系,在3个序批式系统中,分别以颗粒型淀粉、溶解型淀粉和葡萄糖为碳源,考察了长期运行中系统的污泥沉降性能和处理能力.结果证明:碳水化合物分子越小,活性污泥对环境的变化越敏感,当运行条件不利时越容易引发污泥膨胀问题;大分子碳源吸附于絮体内部能够提高污泥的沉降性能;糖类作碳源时,活性污泥的PHA贮存量约为0.6mmol C/L,但系统SVI仍然能够维持在150mL/g以下;胞外聚合物中多糖与蛋白质(C/P)的比值与污泥的SVI呈正相关性,SVI从100mL/g增长到600mL/g,C/P比从0.248增长到1.201;以颗粒型淀粉、溶解型淀粉和葡萄糖为碳源时,系统的优势丝状菌分别为Type 0041、M. parvicella和S. natans;进水以葡萄糖作单一碳源时,系统的除磷能力能达到80%以上.     

污泥膨胀对反硝化中试反应器效能及菌群结构的影响

考察了丝状菌污泥膨胀对有效体积为10 m ³,流量为300 m ³/d中试规模反硝化反应器性能的影响,并利用高通量测序法分析了菌群结构的变化。在反应器正常运行66 d时,观测到污泥膨胀现象,污泥沉降性能明显恶化,SV30由30%增至85%,反应器内生物量也随之降低,污泥浓度由3 300 mg/L降至1 400 mg/L。镜检发现,污泥膨胀后出现大量的丝状菌,紧密的菌胶团受到破坏,说明此次污泥膨胀主要由丝状菌引起;高通量测序结果也证实了发硫菌属(Thiothrix)、纤毛属(Leptothrix)和束缚杆菌属(Haliscomenobacter)等丝状细菌在污泥膨胀后富集,由丝状菌类型和环境因素的变化推断高硫化物浓度和低溶解氧浓度是污泥膨胀的诱因。尽管发生了污泥膨胀和污泥流失,反应器反硝化性能并未降低,这可能与Methyloversatilis、氢噬胞菌属(Hydrogenophaga)和Thiothrix等具有反硝化功能的菌属丰度增大(分别为29.74%、1.69%和3.45%)有关。此外,菌群结构的变化也是导致功能基因丰度改变的原因之一。     

SBR法处理工业废水中有机负荷对污泥膨胀的影响

活性污泥中丝状菌与絮状菌的竞争生长污泥的性状发生变化，有机负荷对污泥膨胀的影响的一直有两种完成相反应的说法。我们对此作了专门研究，试验结果表明：当反应器中溶解氧充足时，低有机负荷易引起污泥膨胀，提高有机负荷能有效的控制膨胀，高负荷下，引起污泥膨胀的原因往往是ＤＯ浓度不足，而提高ＤＯ浓度则能使污泥膨胀得到控制。这一结果也解释了高有机负荷发生泥膨胀的实质原因。     

低负荷氧化沟系统中EPS与活性污泥沉降性能的关系

污泥膨胀是氧化沟系统中常见的运行问题,为寻求有效的针对性污泥膨胀的控制措施,需要首先明确污泥膨胀发生的机理.因此,在实验室模拟氧化沟处理系统中,采用以可溶性淀粉为碳源的模拟生活污水,探索了系统内污泥EPS的变化及其与污泥膨胀的关系.试验结果显示,在低负荷氧化沟中,污泥出现丝状膨胀,污泥中EPS含量及EPS中蛋白质含量与污泥的沉降性能(SVI)之间呈现出明显的负线性关系,但EPS中糖的含量与污泥的SVI之间无明显的线性关系.适当提高污泥负荷,污泥的EPS含量增加、沉降性能改善.研究认为,在低负荷运行的系统且缺乏细菌可快速容易降解碳源的条件下出现的污泥中EPS减少,并非是氧化沟污泥发生丝状膨胀的致因,丝状菌的优势繁殖才是根本原因.不能通过控制EPS来影响氧化沟低负荷下的污泥丝状膨胀.     

FNA对短程硝化污泥菌群结构的影响

在SBR反应器增加游离亚硝酸（FNA）预处理单元,投加浓度为1.2mgHNO₂-N/L的FNA进行缺氧搅拌4.5h,连续处理3d,考察短程硝化污泥中FNA对氨氧化菌（AOB）,丝状菌和微生物菌群结构的影响.研究表明,FNA对AOB有短时抑制作用,并能够抑制优势丝状菌Candidatus_Microthrix（微丝菌属）和Cytophagaceae（噬纤维菌）的增殖,分别由5.1%和1.1%下降到0.78%和几乎不可见.SVI从281mL/g降低到100mL/g左右.NAR能够维持在90%左右,短程硝化不受到破坏.高通量结果显示,FNA处理后微生物菌群结构多样性与丰度出现下降,但Thauera（陶厄氏菌属）和Ottowia出现了增殖,分别增加到5.58%和7.82%,同步硝化反硝化（SND）作用明显,这使得即便只有短程硝化,总氮去除率依然能达到60%以上.     

污泥膨胀问题与序列间歇式活性污泥法

为了进一步探索污泥膨胀的影响因素,研究序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor,简称SBR法）发生污泥膨胀的可能性。本文在参阅大量有关文献的基础上,系统地阐述了在普通活性污泥法中引起污泥膨胀的本质原因、影响因素和控制方法与措施。试验结果表明,虽然SBR法的底物降解过程是一个理想的推流式,它确实是活性污泥法中最不易发生污泥膨胀的工艺。但是,这并不意味着SBR法不可能发生污泥膨胀,通过大量试验发现,在低负荷和沉淀及闲置时间过长时．SBR法也会产生污泥膨胀。     

污泥龄对低氧丝状菌活性污泥微膨胀系统的影响

为了研究污泥龄(SRT)对低氧丝状菌活性污泥微膨胀系统的影响,采用序批式间歇反应器(SBR)进行试验,分别按照厌氧/好氧和单级好氧的方式运行,考察了不同SRT下丝状菌污泥微膨胀系统的沉降性、脱氮除磷过程以及污泥特性的变化.结果表明,在好氧水力停留时间充分的条件下,低氧环境不但不会影响丝状菌微膨胀污泥的硝化进程,而且还有助于同步硝化反硝化(SND)、单级好氧除磷的发生.厌氧/好氧运行时,SRT与活性污泥的比硝化速率、比释磷速率和比吸磷速率成反比,与SND率和污泥的含磷量成正比.单级好氧运行时,减小SRT对硝化过程影响不大,但是有助于改善除磷效果.活性污泥的比耗氧速率(SOUR)、胞外聚合物(EPS)中多糖与蛋白质含量的比值、以及粘度都与SRT成反比.适当地减小SRT可以改善丝状菌微膨胀污泥的沉降性.厌氧/好氧运行时,厌氧段微氧环境易引发过度丝状菌污泥膨胀;单级好氧运行时,SRT过低会造成污泥黏性骤增而引发黏性污泥膨胀.     

Effect of seed sludge on characteristics and microbial community of aerobic granular sludge

Aerobic granular sludge was cultivated by using different kinds of seed sludge in sequencing batch airlift reactor.The influence of seed sludge on physical and chemical properties of granular sludge was studied;the microbial community structure was probed by using scanning electron microscope and polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis(PCR-DGGE).The results showed that seed sludge played an important role on the formation of aerobic granules.Seed sludge taken from beer wastewater treatment plant(inoculum A) was more suitable for cultivating aerobic granules than that of sludge from municipal wastewater treatment plant(inoculum B).Cultivated with inoculum A, large amount of mature granules formed after 35 days operation, its SVI reached 32.75 mL/g, and SOUR of granular sludge was beyond 1.10 mg/(g·min).By contrast, it needed 56 days obtaining mature granules using inoculum B.DGGE profiles indicated that the dominant microbial species in mature granules were 18 and 11 OTU when inoculum A and B were respectively employed as seed sludge.The sequencing results suggested that dominant species in mature granules cultivated by inoculum A were Paracoccus sp., Devosia hwasunensi, Pseudoxanthomonas sp., while the dominant species were Lactococcus raffinolactis and Pseudomonas sp.in granules developed from inoculum B.