CRI系统厌氧氨氧化协同反硝化脱氮的启动及性能

为进一步提高脱氮效率,该文采用人工快渗(CRJ)系统作为厌氧氨氧化反应器,考察了有机物添加对氮素污染物转化及菌群结构的影响,探讨了厌氧氨氧化协同反硝化脱氮的可行性.结果 表明,通过逐步提高进水COD浓度至20 mg/L,可在49d内实现CRI系统厌氧氨氧化协同反硝化的快速启动,稳定运行期间TN平均去除率达到98.1％,相比未添加有机物时启动周期缩短了11d,TN平均去除率提高了7.3％.当进水COD浓度提高至25 mg/L时,厌氧氨氧化对脱氮的贡献率降低了27.2％,主要厌氧氨氧化功能菌属Candidatus Kuenenia的相对丰度降至12.42％,而反硝化功能菌属Flavobacterium的相对丰度升至11.16％,反硝化菌与厌氧氨氧化菌竞争反应基质而导致厌氧氨氧化活性被削弱,TN平均去除率下降了13.5％.因此,将进水有机物浓度控制在适宜范围时可有效改善厌氧氨氧化的脱氮性能.     

HCO3-在部分亚硝化中功能及对亚硝化效能影响

通过接种成熟的亚硝化生物膜研究了HCO3-在部分亚硝化过程的主要功能,为部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺处理高氨氮低碳废水时亚硝化段碳源需求提供依据.结果表明,维持进水氨氮浓度不变,通过降低HCO3-浓度将进水C/N比维持在1.8时,反应器内亚硝化效能达到0.99kg/(m3·d);逐步降低C/N比至0.5时,因HCO3-不够维持亚硝化体系pH值环境,导致亚硝化效能下降至0.67kg/(m3·d).C/N比维持在0.75时,基本能够维持亚硝化过程所需要pH值为8的环境.亚硝化过程中HCO3-的消耗量与亚硝化效能具有明显的线性关系.当利用低浓度强碱将反应器内pH值维持在8时,空气和水中微量碳源就能够满足亚硝化过程的碳源需求,亚硝化效能最高达到1.28kg/(m3·d).说明HCO3-在部分亚硝化过程中主要功能是中和亚硝化过程产生的H+,维持亚硝化菌所需要的pH值环境.     

游离氯联合湿干比调控启动CRI系统短程硝化研究

短程硝化反硝化工艺为解决人工快渗(CRI)系统脱氮效率低的弊端提供了新思路,通过适宜的调控方法启动短程硝化是实现该工艺的关键。为此,考察了游离氯和湿干比对CRI系统内氮素污染物转化的影响,分析了不同阶段的菌群活性和结构特征,探究了游离氯联合湿干比调控启动CRI系统短程硝化的可行性。结果表明,连续添加3 mg/L游离氯23 d后NO2--N积累率稳定在70%左右,亚硝酸氧化菌(NOB)的活性将受到严重抑制且难以在短期内恢复。此时调节湿干比为1∶5,NH₄⁺-N平均去除率、NO₂^--N平均积累率分别升高至97.41%、94.80%,成功启动短程硝化。16S rRNA高通量测序结果表明,CRI系统内氨氧化菌(AOB)的主要类型为Nitrosomonas、Nitrosovibrio,NOB的主要类型为Nitrospira。CRI系统短程硝化启动成功后,AOB的相对丰度由启动前的4.21%增加到6.69%,而NOB的相对丰度由4.34%降低到0.17%。因此,游离氯联合湿干比调控能选择性抑制NOB活性和促进A...     

环境温度下SBR实现稳定部分亚硝化研究

采用SBR反应器建立了一套通过特定pH终值调控曝气停止点,以实现稳定部分亚硝化的策略,整个运行过程分为3个阶段,阶段Ⅰ启动亚硝化,阶段Ⅱ在稳定亚硝化的同时探索pH终值的设定规律,阶段Ⅲ采用pH终值设定规律实现稳定部分亚硝化,通过跨越夏、冬季（7~35℃）共148d的运行,考察SBR系统内有机物、氮素的转化规律,并分析不同温度（23、18、13℃）对部分亚硝化反应过程的影响.结果表明,在低DO（0.2~0.4mg/L）和MLSS为4000mg/L的条件下,控制pH终值为（7.73±0.02）,使出水FA在0.5~1.2mg/L,可稳定部分亚硝化期间的出水NO₂^--N/NH₄⁺-N值在1~1.4之间,出水亚硝积累率（NAR）维持在85%以上,有机物去除率在60%以上.比氨氧化速率、比亚硝态氮氧化速率、比COD去除速率均随温度下降而降低,但降低趋势较缓,且反应均能稳定完成.     

长期储存亚硝化颗粒污泥的活化及菌群结构变化

采用无机人工配水,通过逐级提高进水氨氮负荷(0.32~0.64kg/(m³·d))和设定合适的初始游离氨浓度(3.7~7.2mg/L),在SBR反应器中对常温(24~29℃)下储存1a的亚硝化颗粒污泥(NGS)进行了活化,并使用Miseq高通量测序技术分析了污泥中微生物多样性的变化情况.结果表明,NGS的亚硝化性能可在短时间内恢复.运行8d后,反应器的氨氮去除率达到95%以上,亚硝态氮累积率超过了80%,但污泥粒径持续减小,胞外聚合物(EPS)含量明显降低.活化至第20d,NGS的氨氮比去除速率和亚硝态氮比累积速率分别达到24.6mg/(gVSS·h)、23.8mg/(gVSS·h),平均粒径稳定在0.5mm左右.在活化期间,绝大部分厌氧、异养菌属被洗脱,污泥的微生物多样性显著降低.Nitrosomonas等氨氧化菌的相对丰度由活化前的1%上升至约58%,同时,Nitrospira等硝化菌的生长受到了选择性抑制.这意味着即使经历长期的常温储存,NGS仍可作为SBR的接种污泥,实现反应器的快速启动.     

同步亚硝化/反硝化除磷的调控因子及菌群分析

针对碳源偏低的城市污水,文章采用厌氧/限氧的连续流活性污泥反应器,控制水力停留时间为14 h,污泥回流比为1,COD为80～180 mg/L、TP为8.95～12.25 mg/L、NH_4~+-N为30～33.5 mg/L,考察溶解氧(DO)和二沉池沉淀时间对亚硝化/反硝化同步反应的影响,并对系统微生物菌群进行研究分析。结果表明,污泥中AOB与NDPAOs 2种菌群属类的配比为1.113时,DO范围在0.4～0.7 mg/L,二沉池沉淀时间为3 h,A/OLA连续流中亚硝化和反硝化2个生化反应平衡,脱氮除磷效果最佳,TP的去除率为98.32%,TN的去除率为98.61%。     

亚硝化SBR反应器快速启动过程的控制条件优化

以模拟城市生活污水为处理对象,采用SBR反应器,在低DO浓度条件下,成功快速启动了亚硝化反应工艺,并对启动过程中的影响因素及实现过程进行研究。反应过程中控制反应器主要参数:DO为0.5~0.7 mg/L,pH为7.2~7.5,温度30~33℃,曝气时间6 h,通过循序递增的氨氮浓度(35~85 mg/L)间歇交替进水,经过33天的稳定运行成功实现了亚硝化的快速启动并且实现亚硝态氮积累率90%以上。考察了SBR亚硝化启动过程的影响因素。研究结果表明,DO直接影响亚硝化进程,当DO平均浓度约为0.5 mg/L时,亚硝酸盐氧化菌的活性得到恢复;在SBR周期试验中,pH、DO浓度与短程硝化密切相关,可作为亚硝化过程的控制参数。     

中试一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的启动与区域特性

通过好氧区接种亚硝化悬浮填料,厌氧区接种厌氧氨氧化絮状污泥和普通厌氧污泥研究了中试规模下一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的启动与区域特性.结果表明,历时74 d成功启动中试一体式PN-ANAMMOX反应器,整体氮去除速率由0.02 kg·(m3·d)-1上升至0.48 kg·(m3·d)-1左右,可达到快速启动的效果,接种ANAMMOX污泥的比例与活性是实现PN-ANAMMOX反应器快速启动的关键因素;对两区域氮素转化特性分析表明,好氧区中AOB一直处于优势地位,NOB受到DO和基质的双重抑制,亚硝化效果稳定,NPRa由0.22 kg·(m3·d)-1上升到0.58 kg·(m3·d)-1左右,NAPa随着厌氧区脱氮能力的提升可达95%以上;厌氧区为一体式PN-ANAMMOX反应器的关键性区域,NRRana由0.02 kg·(m3·d)-1上升至4.7 kg·(m3·d)-1左右,期间中常温(温度由32℃下降至27℃)的变化首先对厌氧区产生影响,NRRana下降至3.7kg·(m3·d)-1左右,降低约21%,而对好氧区影响不大;在长时间运行下,两区域均可实现大量ANAMMOX菌的富集,此时好氧区也具有一定的脱氮能力,厌氧区则起强化脱氮的作用.     

SBR亚硝化快速启动过程中影响因子研究

在低DO条件下对SBR反应器实现快速亚硝化的途径及影响因素进行研究.控制反应器主要参数为：DO 0.15～0.40mg/L,pH值7.52～8.30,温度22.3～27.1℃,曝气时间为8 h.通过高、低氨氮浓度（245.28 mg/L与58.08 mg/L）交替进水的方式,经过57个周期（36 d）的稳定运行成功实现...     

主流条件下氮负荷对部分亚硝化活性污泥系统中NOB抑制及微生物群落结构的影响

部分亚硝化(PN)是厌氧氨氧化(ANAMMOX)获取亚硝酸盐(NO^-₂-N)作为基质的重要途径。然而,市政污水氨氮(NH⁺₄-N)浓度较低且波动频繁,导致难以实现稳定的PN。对此,通过缩短水力停留时间(HRT)的方式启动2个反应器,对比不同氮负荷(NLR)下,PN系统中氮素转化规律及微生物群落结构的变化。结果表明：在低氧环境下,R1的NLR从0.15 kg/(m³·d)提高至0.5 kg/(m³·d),氨氮转化率(ACR)从45%升高至65%,亚氮积累率(NAR)从0升高至95%,表明可以实现PN的快速启动,但是稳定运行60 d后PN出现失稳。然而,在高NLR[0.8～1.2 kg/(m³·d)]条件下,ACR和NAR最高分别可达到68%和85%,且能稳定运行,表明高NLR启动运行更易获得稳定有效的NOB抑制。微生物群落结构进一步表明,随着NLR的提高,R2中NOB的相对丰度远低于R1中NOB的相对丰度;同时,R2中NOB的优势菌逐渐...     

部分半硝化AGS-SBR工艺的启动及其种群结构分析

采用序批式污泥反应器(SBR),接种好氧颗粒污泥(AGS),以人工模拟低COD/N废水为进水水质,在pH 7.5~8.5,温度为30℃,DO浓度约为0.8 mg·L-1的条件下,通过逐步提高进水氨氮浓度的策略启动部分半硝化工艺.结果表明,通过逐步提高进水氨氮浓度方法,可在60 d内初步形成部分半硝化工艺.部分半硝化工艺运行期间,系统对NO_2~--N的积累率基本维系在80%以上,对TN的去除率平均为64.54%,出水亚硝态氮和氨氮(NO_2~--N/NH_4~+-N)比值平均达到1.16,符合厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应进水要求.同时,基于高通量测序技术分析了部分半硝化工艺启动后微生物种群结构组成,其主要优势菌属有:Candidate-division-TM7-norank(相对丰度68.63%)、Saprospiraceae-uncultured(8.26%)、Thauera(4.63%)、Denitratisoma(3.16%)、Anaerolineaceae-uncultured(1.63%)和Anaerovorax(1.39%).部分半硝化AGS-SBR系统中与脱氮功能相关的主要菌属为:Nitrosomonas、Thauera、Denitratisoma和Bacillus,该系统中存在自养脱氮、反硝化和厌氧氨氧化的多种脱氮途径.     

内循环半短程亚硝化工艺运行条件与微生物群落研究

在内循环半短程亚硝化工艺中,污泥浓度为4 000 mg·L-1、溶解氧小于0.2 mg·L-1、温度(15~29℃)、水力停留时间4.6 h条件下,不同的回流比对系统中微生物群落有着明显的影响,回流比75%时,微生物的生物量达到最高值,出水中的亚硝态氮和氨氮的浓度比可控制在1.定量PCR和16S rRNA基因的克隆文库结果表明:在低溶解氧浓度下氨氧化菌是主要脱氮菌群,该菌群促进了半短程亚硝化反应的进行,与传统的硝化系统比较,在内循环半短程亚硝化工艺中没有检测到硝化螺旋菌(Nitrospira)和硝化杆菌(Nitrobacter),在内循环半短程亚硝化系统中浮霉菌属(Planctomycetes)的量也高于传统的脱氮系统.氨单加氧酶基因克隆文库结果表明,系统中的氨氧化菌群主要属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).因此内循环半短程亚硝化工艺在经济和技术上是可行的.     

耦合短程硝化反硝化的垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理系统构建及微生物群落分析

本研究从某垃圾填埋场计划将现有的垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮工艺改造为短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的实际需求入手,以短程硝化反硝化污泥作为接种污泥,在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中完成厌氧氨氧化启动.探究反应器运行中的脱氮效能、氮容积负荷和氮去除负荷情况,并利用16S rRNA基因序列分析技术对长期运行条件下系统中微生物群落结构演替进行分析.结果表明,反应器经历了149 d后成功启动厌氧氨氧化,稳定运行后的进水总氮容积负荷达到4 000. 00 mg·(L·d)-1,总氮容积平均去除速率达到3 885. 76 mg·(L·d)-1,系统氨氮和亚硝酸盐氮的平均去除率均超过了95%.运行第250 d时,系统的生物多样性减少,门水平上厌氧氨氧化主要菌群Planctomycetes的丰度达到了54. 94%;属水平上Candidatus Kuenenia为主要菌属,其相对丰度达到了49. 66%.结果证明,在短程硝化反硝化基础上耦合厌氧氨氧化实现垃圾渗滤液深度处理的升级改造工艺具有可行性.     

IEM-UF同步分离反硝化系统脱氮特性及种群结构分析

针对传统脱氮工艺处理低C/N污水存在的问题,本研究提出IEM-UF同步分离反硝化系统.考察了三阶段各反应器对系统COD去除与脱氮性能影响,同时应用宏全基因组技术分析了各反应器功能微生物种群结构特征.结果表明,系统在电流强度0. 2A时分离器氨氮富集率平均达到116. 1%,最高可达170%;系统进水C/N为2. 80稳定运行时,系统COD及TN平均去除率分别可以达到90%和50%以上. TN去除率最高达到65. 4%.宏全基因组测序表明,在硝化反应器中硝化螺旋菌属(Nitrospira)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)所占比例分别为12. 23%和2. 31%;在反硝化反应器中脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、陶厄氏菌属(Thauera)和Azospira所占比例分别为4. 57%、1. 76%和1. 03%,远大于其他菌属所占比例,保证了系统中COD、NH_4~+-N、NO_x~--N较高的去除率;同时铁自养反硝化菌的存在提高了系统的反硝化效率.     

高氨氮废水与城市生活污水短程硝化系统菌群比较

短程硝化是污水脱氮工艺中的重要环节,系统中的菌群结构决定了其处理效果.为探讨短程硝化系统中的微生物对不同污水的适应性,利用细菌16S rDNA克隆文库、磷脂脂肪酸(PLFA)和定量PCR分析方法对高氨氮废水和城市生活污水短程硝化系统中活性污泥的细菌群落结构、总体微生物的多样性以及功能微生物进行了比较.克隆文库结果表明两个系统中细菌群落结构明显不同,城市生活污水中细菌种类更丰富,但两个系统的优势菌群都属于变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidete).磷脂脂肪酸分析结果显示高氨氮废水短程硝化系统中微生物多样性指数和均匀度指数明显低于城市生活污水.定量PCR结果表明,高氨氮废水短程硝化系统中氨氧化菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)的数量都多于城市生活污水短程硝化系统;高氨氮废水短程硝化系统中AOB比NOB高3个数量级,而城市生活污水短程硝化系统中AOB比NOB高2个数量级.     

完全混合式曝气系统运行特性及微生物群落结构解析

利用某污水处理厂完全混合式曝气系统处理生活污水,探讨了系统同步硝化反硝化脱氮过程,解析了系统中污泥微生物群落结构.中试试验结果表明,系统运行稳定,且在无外加碳源的条件下,COD、氨氮和总氮平均去除率分别为93.2%、96.9%和75.2%,出水COD、氨氮和总氮均优于一级A排放标准.系统污泥具有较强的反硝化能力,其脱氮速率是污水处理厂污泥的2.86倍以上.通过对系统污泥周质硝酸盐还原酶聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增和高通量测序结果,发现系统中存在好氧反硝化菌,污泥中优势菌为动胶菌属(Zoogloea)、陶厄氏菌属(Thauera)和Dechloromonas菌属.     

游离氨与游离亚硝酸对中试膜生物反应器短程硝化及微生物群落结构的影响

为探究FA(游离氨)与FNA(游离亚硝酸)对短程硝化及微生物群落结构的影响,采用中试MBR(膜生物反应器),以高浓度NH₄+-N废水为处理对象,考察MBR对NH₄+-N的去除效果,通过计算FA与FNA浓度,分析其对短程硝化的影响,利用16S rRNA基因高通量测序技术分析微生物群落结构并对功能基因进行预测. 结果表明:①通过将NH₄+-N容积负荷逐渐从0.11 kg/(m3·d)提升至0.75 kg/(m3·d),MBR在第18天实现了全程硝化向短程硝化的转变. ②MBR稳定运行过程中,FA和FNA浓度分别维持在1.03~3.52和0.033~0.118 mg/L,NAR(亚硝酸盐积累率)为65.70%~80.24%,实现了NO₂--N的稳定积累,此时NH₄+-N去除率为87.92%~97.18%. ③进水由模拟废水向实际工业废水的转变没有对NAR产生较大影响,表明中试MBR具有较强的适应能力. ④16S rRNA基因高通量测序分析结果表明,维持MBR内FA和FNA浓度能够富集AOB(氨氧化菌)Nitrosomonas(7.99%),抑制NOB(亚硝酸盐氧化菌)活性,进而实现短程硝化;MBR运行第50天时,Amo(氨单加氧酶)功能基因相对丰度为第0天时的371倍,进一步验证了短程硝化过程的实现. 研究显示,FA与FNA对NOB的抑制在维持中试MBR短程硝化中起重要作用,微生物群落结构的变化与MBR内FA和FNA浓度有关.      

利用PCR-DGGE分析未开发油气田地表微生物群落结构

利用PCR-DGGE和克隆测序技术,分别对未开发油田、气田和非油气田对照区域,地表30、60、100、150、200 cm深度的土壤微生物分布进行研究,目的在于了解未开发油气田区域土壤微生物的分布特征,寻找潜在的油气资源指示菌.结果表明,不同深度土壤样品间的菌群相似度很低(26～69.9).在150 cm和200 cm处,DGGE图谱具有更好的丰富度(≥19)、多样性(≥2.69)和均匀度(≥0.90).油田区域富含γ-Proteobacteria(75%),此外还包括α-Proteobacteria、Actinobacteria、Acidobacteria,其相似菌株主要为石油相关菌和烃降解菌,如食烷菌、噬甲基菌.气田含有α、β、γ、δ-Proteobacteria和Bacteroidetes,γ-Proteobacteria含量较小(24%),所获16S rDNA条带相似菌株大多不具有烃降解能力,部分具有甲烷相关性,如甲基孢囊菌.在此类研究中,150 cm、200 cm更适于作为统一取样深度进行大范围取样调查;甲基孢囊菌可用来作为潜在的气田指示菌,食烷菌和噬甲基菌可作为潜在的油田指示菌,但仍需进一步地大范围取样验证.     

餐厨垃圾乳酸发酵过程中的微生物多样性分析

采用PCR-DGGE等分析手段,研究了餐厨垃圾乳酸发酵过程中的微生物种群动态变化.结果表明,餐厨垃圾不灭菌而接种的开放式发酵体系中微生物的多样性高于灭菌后接种的非开放式发酵体系,而乳酸产量也是前者高于后者.说明发酵体系中的微生物多样性与乳酸产量有很大的相关性.通过对部分条带的测序可知,餐厨垃圾开放式发酵体系中除含有接种用的嗜淀粉乳杆菌外,还含有很多土著乳酸菌,如Lactobacillus sp.、Lactobacillus casei和Lactobacillus plantarum,以及土著水解菌,如假单胞菌属(Pseudomonas sp.)等,这些土著菌的存在是促进乳酸发酵的重要因素.PCR-DGGE结合技术对于成分复杂的餐厨垃圾中的细菌种群结构的动态变化分析是可行的.     

一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺污泥膨胀发生和恢复过程中微生物群落演替及PICRUSt2功能预测分析

以中试规模的一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化(CPNA)工艺为研究对象,通过对其污泥膨胀发生和恢复过程中活性污泥的16S rRNA高通量测序数据进行数据挖掘和分析,结合PISCRUSt2功能预测分析,旨在揭示一体式CPNA工艺污泥膨胀和恢复不同阶段的微生物群落变化及氮、碳代谢特征.结果表明,污泥膨胀和恢复过程中微生物α多样性呈先上升后下降趋势,污泥膨胀阶段氮素转化菌属Nitrosomonas、Candidatus＿Brocadia和Thauera相对丰度分别从12.36%、 11.86%和0.272%下降至5.97%、 8.30%和0.061%,而Candidatus Kuenenia相对丰度保持稳定,丝状菌Levilinea、Longilinea和Turicibacter相对丰度分别从0.031%、 0.018%和0.009%上升至0.055%、 0.025%和0.033%. PICRUSt2功能预测分析结果表明,总共有47个参与氮代谢的功能酶基因,其中硝化、反硝化、异化性硝酸盐还原(DNRA)、同化硝酸盐还原(ANRA)和固氮反应的功能酶基因相对丰度均发生了变化.污泥膨胀阶段,部分亚硝...