固定化氨氧化细菌短程硝化稳定性研究

以高分子聚合物为载体,采用细胞增殖技术固定氨氧化细菌,研究了氨氮负荷、HRT、初始游离氨(FA)和有机物等因素对短程硝化过程稳定性的影响.实验结果表明,当进水氨氮负荷分别为100、150和200 mg/L时,出水氨氮浓度均小于10 mg/L;当进水氨氮浓度为25.8、51.1和93.3 mg/L时,分别经历3、6、12 h后,出水氨氮浓度低,亚硝化效果好,可以根据进水氨氮浓度的变化,适当地凋整系统水力停留时间(HRT)并优化系统的运行;当游离氨(FA)浓度>9 mg/L时,对氨氧化细菌会产生抑制;低分子有机物的存在对氨氧化细菌的活性具有一定的促进作用,有机物浓度对亚硝化率基本不产生影响,实验过程中在有机物存在的条件下.发生了短程硝化反硝化反应.使得系统总氮减少.     

氨氧化细菌的富集培养及影响因素的研究

采用间歇培养方式,对富集氨氧化细菌的过程进行了研究,并探讨了温度、初始pH值、DO、碱度、进水氨氮浓度对短程硝化作用的影响.实验发现:氨氧化细菌富集完成后,氨氧化速率达到22.8 mg/(L·h),亚硝酸盐积累率在80％左右,氨氧化细菌的数量可提高至富集前的32.6倍.此外,对影响因素的研究发现,当温度30℃、pH=8.5、DO=0.5 mg/L、HCO3-/NH4+-N(摩尔比)=1.67、进水氨氮小于400 mg/L时,有利于实现短程硝化.     

同步短程硝化-厌氧氨氧化-短程反硝化颗粒污泥培育过程及其性能

本研究以低碳氮比废水为基质,厌氧氨氧化污泥优配普通活性污泥为接种物,在新型气升式内循环反应器中培育同步短程硝化-厌氧氨氧化-短程反硝化颗粒污泥.结果表明,经过225 d的连续运行可培育成熟稳定的颗粒污泥,其总氮去除率高达91.4%.相较于絮状污泥,颗粒污泥中厌氧氨氧化活性显著增加,并且厌氧氨氧化活性在4个脱氮过程中活性最大,其次是短程硝化,且短程反硝化比活性是亚硝酸盐还原比活性的2.1倍.高通量测序结果表明,颗粒污泥中短程硝化和厌氧氨氧化的优势菌分别为Nitrosomonas和Candidatus_Brocadia,并相较于絮状污泥,它们的丰度分别增加至0.70%和0.57%.Thauera可能是颗粒污泥中潜在的短程反硝化优势菌,其丰度达到0.26%.RT-qPCR分析结果表明,相比接种阶段,短程硝化的功能基因amoA和hao转录水平分别增加了3.5和1.5倍,厌氧氨氧化功能基因hzsA转录水平增加了2.1倍,短程反硝化过程中napA和narG转录水平增加的倍数之和是nirK和nirS的倍数之和的4.8倍.本研究结果将为处理低碳氮比废水提供新的思路.     

新型短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺研究进展

短程反硝化-厌氧氨氧化工艺因无须曝气,节省碳源,理论上可实现100%氮去除,成为近年来最具应用前景的新型污水生物脱氮技术。短程反硝化(NO_3~--N→NO_2~--N)又可分为胞外碳源(即外源短程反硝化,或短程反硝化)和胞内碳源(即内源短程反硝化)2种电子供体驱动类型,但目前鲜有研究对2种新型短程反硝化及其耦合厌氧氨氧化的专题报道。文章首先对比了短程反硝化和内源短程反硝化工艺原理;其次从反应时间、COD/NO_3~--N比、碳源类型、温度和溶解氧等5个方面总结了2种工艺的影响因素;随后对国内外基于短程反硝化/内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化的研究进展进行综述;最后结合当前的研究现状提出目前急需解决的问题并展望了短程反硝化/内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术的发展方向。     

EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化

将膨胀颗粒污泥床(EGSB)和曝气生物滤池(BAF)集成,EGSB出水进入BAF进行短程硝化,BAF出水外回流至EGSB反应器为后者提供亚硝态氮,在不需外部投加亚硝态氮的条件下,实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化的耦合, 系统地处理ρ(氨氮)为50 mg/L和ρ(COD_Cr)为500 mg/L的合成废水.结果表明:当外回流比为200%时,系统CODCr,氨氮和总氮的去除率分别为92.4%,97.4%和80.6%;出水ρ(氨氮),ρ(亚硝态氮),ρ(硝态氮)和ρ(COD_Cr)分别为1.05,4.30,2.56和35.3 mg/L;COD_Cr,总氮和氨氮的去除负荷速率分别为1.770,0.137和0.164 kg/(m3·d). 与传统的活性污泥过程相比,EGSB-BAF集成系统回收甲烷1.03 　L/d,占系统COD_Cr去除量的37.0%;在系统总氮的去除过程中,厌氧氨氧化途径占35.9%,短程反硝化途径占47.4%,全程反硝化途径占16.7%.      

ABR-MBR组合工艺短程硝化过程的微生物种群

采用Miseq高通量测序技术研究氨氮进水负荷对ABR-MBR组合工艺MBR池中微生物种群的丰度及优势菌群的影响.结果表明,温度为28~32℃、pH值为7.1~7.4、DO为0.5~1mg/L并逐步提高氨氮进水负荷的条件下,可以使氨氧化菌（AOB）大量富集,并抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,从而实现短程硝化的稳定运行.在氨氮进水负荷为0.94kg/（m³·d）时,平均亚硝酸盐积累率达到60%以上,氨氮去除率稳定在90%.在系统运行过程中,变形菌门是系统中的优势菌门,Nitrosomonas的相对丰度由4.97%升至22.56%,硝化螺菌属的相对丰度为0.06%~2.12%.因此,ABR-MBR组合工艺短程硝化过程中亚硝酸盐积累率与AOB的活性、相对丰度密切相关,即AOB的大量富集可以有效实现短程硝化,而NOB的小幅度增长不会影响短程硝化的实现.系统中微生物种群的多样性和功能微生物的结构稳定性保证了ABR-MBR工艺具有稳定和较好的处理效果.     

猪场废水厌氧氨氧化脱氮的短程硝化反硝化预处理研究

在常温(13～20℃)、不调节pH的条件下,采用短程硝化反硝化预处理低C/N（2左右）猪场废水,考察了反硝化与亚硝化过程,并以经过短程硝化反硝化预处理的猪场废水为进水,分析了厌氧氨氧化的脱氮效果.结果表明,采用短程硝化反硝化预处理低C/N猪场废水,可以达到去除部分COD、部分脱氮、控制出水氨氮和亚硝态氮浓度之比在1∶1左右、pH在7.5～8.0左右的目的,为厌氧氨氧化创造了进水条件,全程COD和总氮平均去除率分别为64.3%和49.1%;经过短程硝化反硝化预处理的猪场废水,其厌氧氨氧化脱氮效果稳定,氨氮、亚硝态氮、总氮的平均去除率分别为91.8%、99.3%、84.1%.     

低碳氮比猪场废水短程硝化反硝化-厌氧氨氧化脱氮

针对低碳氮比猪场废水传统脱氮法碳源不足的问题,采用SBBR反应器进行短程硝化反硝化-厌氧氨氧化联合脱氮.实验表明,短程硝化反硝化预处理可为厌氧氨氧化创造良好的进水条件;经预处理的猪场废水厌氧氨氧化脱氮效果显著,氨氮、亚硝态氮和总氮的平均去除率分别为91.8%、 99.3%、 84.1%,废水中残留有机物未对厌氧氨氧化效果产生明显影响,氨氮、亚硝态氮、硝态氮平均变化量之比为 1∶1.21∶0.24.色质联用分析结果显示,猪场废水中有机物成分在厌氧氨氧化反应前后未发生明显变化,主要化合物为酯类和烷烃类物质;特殊功能菌种检测结果表明,实验条件下的微生物系统是一个厌氧氨氧化菌与硝化菌、亚硝化菌和反硝化菌共存的系统,厌氧氨氧化菌是该系统主要脱氮功能菌.     

含盐量对氨氮废水短程硝化性能的影响

利用沸石曝气生物滤池(ZBAF)实现对含盐氨氮废水中的氨氮进行短程硝化处理。在持续103 d的运行中,探究了进水氮容积负荷(NLR)为1.714 kg/(m~3·d),NaCl投加量为0、5.0、7.5、10.0、12.0、15.0、20.0、25.0 g/L时,ZBAF的短程硝化性能。结果表明,稳定运行阶段,亚硝氮积累率(NAR)始终高于97.0%。但随着NaCl投加量增加,氨氮转化效率(ARE)从最初的80%(0 g NaCl/L)下降至34.7%(25.0 g NaCl/L),亚硝氮产率(NPR)则由1.356 kg/(m~3·d)削减为0.600 kg/(m~3·d),NaCl投加量为20.0 g/L时,ZBAF短程硝化效果不如最初的50%。取NaCl盐度投加量为0、25.0 g/L时ZBAF中部的沸石进行高通量测序,结果表明:亚硝化功能菌纲Betaproteobacteria占比分别为48.3%、21.3%。在属的水平检测到氨氧化菌(AOB) Nitrosomonas,占比由44.9%减少至14.6%,这与未投加盐度时ZBAF良好的短程硝化效果相一致,同时表明NaCl盐度的引入,削弱了ZBAF的短程硝化效果。     

短程硝化-厌氧氨氧化生物脱氮研究进展

在过去的几年,短程硝化-厌氧氨氧化脱氮技术得到了快速发展。对短程硝化的影响因素、厌氧氨氧化菌的基本生理特征及影响因素、基于短程硝化和厌氧氨氧化原理开发的SHARON-ANAMMOX、CANON、OLAND等脱氮工艺及应用研究现状进行论述,提出了存在的问题和研究方向。     

两株自养型氨氧化细菌的分离、鉴定及系统发育分析

以水产养殖废水处理工程的生物膜为菌源,采用传统的富集、分离纯化等微生物学手段,筛选出2株自养型氨氧化细菌A.P-7和A.P-8,并将其转接至液体分离培养基中培养17 d,定量检测结果表明,菌株A.P-7和A.P-8的氨氮去除率均可达到90%以上. 对2株菌的形态特征与生理生化性质分析结果表明,2株菌与假单胞菌属成员相似. 进一步测定2株菌的16S rDNA基因序列,测序结果提交至GenBank进行同源性检索分析,并通过MEGA 4.0软件进行比对和系统发育分析,结果显示2株菌均属于假单胞菌属,与门多萨假单胞菌的同源性最高,达99%以上.      

温度对间歇曝气SBR短程硝化及硝化活性的影响

采用SBR反应器处理实际生活污水,单周期分别交替4次(30℃)和7次(18℃)好氧/缺氧模式,好氧/缺氧时间比为30min/30 min.进水氨氮和亚硝氮浓度为61.44 mg·L~(-1)和0.77 mg·L~(-1),分别运行61和90周期时,出水氨氮分别为0.68mg·L~(-1)和1.28 mg·L~(-1),氨氮去除率高达98.94%和99.57%;亚硝氮积累浓度达到20.57 mg·L~(-1)和20.18 mg·L~(-1),亚硝氮积累率分别达到95.92%和99.58%.在实现短程硝化过程中,氨氧化菌(AOB)活性逐渐增加最后稳定在100.00%左右,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性先增加后逐渐降低,分别在32和74周期时,AOB活性超过NOB活性,AOB成为优势菌种,61和90周期时NOB活性被完全抑制.     

模拟光伏曝气硝化SBR自动控制策略及其AOB群落结构

采用模拟光伏曝气硝化SBR(序批式反应器)去除污水中的NH₄+-N,探究适用于反应器硝化过程的自动控制策略,并采用PCR(聚合酶链式反应)和TA克隆考察反应器内AOB(氨氧化细菌)群落结构. 结果表明,反应器可在15 d内成功启动,NH₄+-N平均去除率达97.8%,出水ρ(NH₄+-N)平均值为0.67 mg/L. ρ(DO)和pH变化曲线上均存在指示氨氧化终点的特征点——氨谷和DO肘,可通过d pH/d t(pH导数)准确判断氨氧化终点,而d ρ(DO)/d t〔ρ(DO)导数〕信号波动较大. Nitrosomonas为反应器内绝对优势AOB,但AOB的群落结构并不稳定,只有2个OTU(分类操作单元)在7个克隆文库(d15、d30、d45、d60、d75、d90和d105)中均有分布,AOB群落结构的平均变化率(Δ₁₅ d)为22.1%±16.5%,20%的AOB累积相对丰度随时间变化范围为40.0%~60.7%,表明维持硝化SBR稳定运行的关键是AOB的多样性及群落结构的动态变化,而不是某些特定的AOB种.      

硝化细菌的培养及包埋固定化中试

为实现硝化细菌规模化富集及包埋固定化技术的工业化应用.以污水厂回流污泥为菌源,利用工业级生物发酵罐,连续投加并逐渐提高底物浓度,控制FA和FNA实现硝化细菌的快速增长,实现了氨氧化速率118 mg·(L·h)~(-1)的高表达.高通量种群分析结果表明,回流污泥生物多样性较大,具有硝化作用的Nitrosomonas比例仅为0.53%;富集培养后污泥多样性明显降低,Nitrosomonas比例上升至10.27%,相较于驯化前,比例提高了20倍.以此为菌源,用PVA(聚乙烯醇)进行包埋固定化,包埋填料填充率为30%,通过连续流的方式进行包埋填料的活性恢复,仅用27 d填料的硝化速率达到62mg·(L·h)~(-1),证明包埋填料活性恢复.     

湖泊沉积物中氨氧化微生物的amoA基因数量

采用定量PCR方法测定了4个湖泊沉积物中氨氧化微生物的amoA基因数量,并分析了其与环境因子之间的关系. 结果表明:小南湖AOA(氨氧化古菌)和AOB(氨氧化细菌)的amoA基因数量最多,分别达2.1×104和2.8×103copies/g(以干质量计,下同);梁子湖仅检测到了AOA amoA基因的存在,平均值为4.9×103copies/g. 东湖和汤逊湖的AOA amoA基因数量比较接近,约为3.0×103copies/g,然而AOB的amoA基因数量在这2个湖泊中仅分别为37和86copies/g;在这些采样点中,AOA的amoA基因数量是AOB的3~278倍. 统计分析发现,随着湖泊营养水平和间隙水中ρ(NH₄+)的上升,AOA和AOB的amoA基因数量均呈增加趋势,但ρ(NH₄+)增加对AOB的促进作用要大于AOA,导致AOA和AOB的amoA基因数量比值与间隙水中ρ(NH₄+)呈显著负相关. pH上升对2类氨氧化微生物的抑制作用则与ρ(NH₄+)增加对它们的促进作用相反. 沉积物中amoA基因数量与间隙水中ρ(NO₂-)无显著相关性,但与ρ(NO₃-)呈显著正相关. 由于ρ(NH₄+)与ρ(DO)之间呈显著负相关,因此认为ρ(DO)与氨氧化微生物amoA基因数量之间的显著负相关可能更多的是对ρ(NH₄+)与氨氧化微生物amoA基因数量之间紧密关系的一种间接反应.      

实时荧光定量PCR技术对氨氧化细菌的研究

传统的PCR技术只能实现对核酸的定性检测而无法对其进行定量研究。随着分子生物学技术的发展,在传统PCR技术的基础上发展起来的实时荧光定量PCR技术实现了对核酸的定量研究。该技术是向常规PCR反应体系中加入荧光染料或荧光探针,通过监测PCR反应过程中荧光信号的变化来实现对核酸的定量。实时荧光定量PCR技术具有应用范围广、灵敏度高、操作简单、工作量低等特点,在医学和微生物学领域已广泛地应用于疾病诊断、病毒定量检测、微生物群落结构分析及演替规律的研究。文章综述了该项技术的原理、特点及其在环境氨氧化细菌研究中的应用,同时也指出了该技术存在的问题及其发展应用前景。     

异养硝化/好氧反硝化菌生物强化含海水污水的SBR短程硝化系统初探

研究了异养硝化-好氧反硝化菌应用于短程硝化系统的可行性.采用生物强化技术将4株高效异养硝化-好氧反硝化菌投入耐盐短程硝化污泥中,考察了其对含海水污水的SBR短程硝化系统的强化效果,并比较了强化系统与原系统的差异性.结果表明,强化系统的NO2--N最大积累量比原系统降低34.92%,而且到达NO2--N最大积累量的时间比原系统提前2h.强化系统的TN和COD在硝化段中后期持续降低,硝化结束时其TN和COD去除率比原系统高出15.24%和5.39%,NH4+-N去除率和亚硝化率比原系统高出6.85%和14.47%.强化系统的pH比原系统高0.46,而ORP低25.84mV.强化系统的性能提升是由强化菌的异养硝化作用和好氧反硝化作用引起的.当受到70%海水盐度冲击时,强化系统的稳定性高于原系统,强化菌的加入有效地抑制了系统从短程硝化向全程硝化转变的趋势.在强化系统与原系统运行的各阶段,强化菌种的数量发生了变化,且随着系统排泥强化菌大量流失.本研究为异养硝化-好氧反硝化菌应用于短程脱氮系统的可行性提供了理论参考.     

短程硝化工艺出水水质及微生物区系分析

实验采用短程硝化工艺处理高氨氮废水,并用PCR-DGGE分析了系统中的微生物区系。结果表明,进水氨氮浓度在50～400mg/L之间梯度增加时,出水氨氮浓度在10mg/L以下;随着氨氮浓度的增加,亚硝态氮积累率逐渐升高,当氨氮浓度达到300mg/L时,积累率达到90%左右。DGGE分析结果表明,随着运行时间的延长,微生物区系多样性减少;氨氮负荷为50mg/L与400mg/L相比,相似性为0.24。