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...     

SBR反应器内碳基好氧颗粒污泥的培养及其稳定运行特性

为探究粉末活性炭和钙离子的投加对污泥颗粒化进程的影响,在300 L SBR（序批式反应器）中接种普通絮状污泥,投加1.0 g/L粒径约75 μm的PAC（粉末活性炭）及35 mg/L的Ca2+以促进污泥颗粒化进程,并研究其稳定运行特性.结果表明:常温下反应器在14 d内开始形成具有良好沉降性能的AGS（好氧颗粒污泥）,至第18天污泥颗粒化程度达到80.0%左右;在此后运行的100 d内,AGS基本能保持其结构完整性.同时,反应器内ρ（MLSS）（污泥浓度）由接种时的3 300 mg/L升至4 050 mg/L,污泥SVI（体积指数）由接种时的120 mL/g变为35 mL/g.w（PS）（PS为胞外多糖）较少且变化量小;w（PN）（PN为胞外蛋白）在反应器启动及稳定运行阶段内都在提高,最终达到240 mg/g（以每gMLVSS中含PS的质量计）,PN/PS（质量比）最终稳定在15.00左右.稳定运行期间,反应器对污水中COD_Cr、TN、TP的平均去除率分别达到82.0%、76.5%和96.0%.研究显示,投加的PAC与普通絮状污泥间的吸附作用,促进了污泥的颗粒化进程;同时,PAC作为AGS的惰性成核物质,避免了AGS因内源呼吸从颗粒内部解体,提高了AGS的稳定性.      

提高有机负荷对好氧颗粒污泥形成与稳定过程的影响

本研究在柱形SBR反应器中接种市政污水厂活性污泥,以乙酸钠为碳源,考察了逐步提高进水有机负荷(OLR)对好氧颗粒污泥(AGS)形成的影响,并分析了污泥外观形态、微生物活性与胞外聚合物(EPS)组成的演化规律.结果表明,当进水OLR在3.20~4.84 kg·(m3·d)-1时,污泥粒径的增长速率最快.更高的OLR将导致絮状污泥的大量出现,需辅以应急性排泥,才能保持AGS在反应器中的主导地位.成熟AGS的污泥浓度(MLSS)、污泥体积指数(SVI30)、平均粒径、沉降速率和比耗氧速率(SOUR)分别达到23.9 g·L-1、20 m L·g-1、1.4 mm、102 m·h-1和50.2 mg·(g·h)-1.污泥颗粒化过程不仅使污泥形态发生了根本变化,也显著增强了微生物活性.在此期间,胞外聚合物中PN、PS含量的变化对生物量累积、颗粒生长表现出良好的响应关系.充分发挥EPS组分的指示功能,将有助于优化现有AGS的培养方法.     

剪切应力对好氧颗粒污泥形态结构和微生物活性的影响机制研究

对不同剪切应力(0.189、0.267、0.327和0.377 N/m2)下4个序批式反应器(SBR)中好氧颗粒污泥的形态结构、比耗氧速率(SOUR)以及胞外聚合物进行了对比分析.结果表明,好氧颗粒污泥具有稳定的基本形态特征,其微生物主要由杆菌、球菌和丝状菌组成;其中杆菌能承受高剪切作用.是剪切应力为0.377 N/m2时的优势菌群.4个反应器中污泥粒径分布范围分别为0.2-0.5、0.5-1.5、0.5-1.5和0.3-0.5 mm;SOUR分别为34.54、40.08、46.26和46.42 mg/(g·h),胞外多聚糖分别为59.71、66-81、80.88和109.99 mg/g,胞外蛋白质分别为9.29、9.80、12.35和17.02 mg/g.好氧颗粒污泥比耗氧速率SOUR和胞外聚合物与剪切应力有很好的正相关性.确定了好氧颗粒污泥微生物活性与剪切应力的响应关系.     

SBR中厌氧颗粒污泥向好氧颗粒污泥的转化

在SBR反应器中以醋酸钠为碳源,UASB厌氧颗粒污泥作为接种污泥,在好氧曝气条件下运行.通过观察污泥颗粒形态、结构等的变化,发现在运行中污泥颗粒经历了形态保持,成分置换的过程.污泥浓度先增加后降低,在运行35 d后逐渐稳定在5g/L,SVI值稳定在30～40mL/g的水平.在40～60d内反应器中颗粒污泥一直占主体成分,悬浮相浓度低于0.5g/L.在好氧条件下最终颗粒污泥形态、大小稳定,表明好氧颗粒污泥已经成功获得,好氧颗粒污泥与接种污泥相比在粒径、沉降速度、含水率以及惰性成分的含量上都有一定的变化.电镜观察还表明,原厌氧颗粒污泥中的微生物以球菌为主,而获得的好氧颗粒污泥中的微生物以丝状菌和杆菌为主.     

预加不同比例不同粒径好氧颗粒对SBR中好氧颗粒污泥形成的影响

在SBR反应器中以好氧颗粒和絮状活性污泥的混合污泥为接种污泥,分两阶段进行好氧颗粒污泥的培养.第一阶段在3个SBR反应器中分别接种10%、15%和20%的颗粒;第二阶段在3个反应器中分别接种未经筛分、粒径≤1 mm和粒径>1mm的颗粒,接种比例均为20%.在培养过程中对各反应器中污泥形态、粒径变化、完全颗粒化时间以及有机物的降解能力进行了比较研究并对快速培养的作用机制进行了探讨.结果表明,第一阶段培养,接种比例为20%的反应器完全颗粒化时间较短,仅为24 d;第二阶段培养,接种未经筛分颗粒的反应器完全颗粒化时间较短,仅为30 d.两次培养的好氧颗粒均具有良好的沉降性能和去污效果,SVI稳定在40 mL.g-1以下,COD去除率保持在90%以上.预加好氧颗粒后好氧颗粒的形成过程分为两个阶段:好氧颗粒加速解体阶段和好氧颗粒解体与快速形成阶段.     

沉淀时间及生物膜对实际生活污水形成好氧硝化颗粒污泥的影响

利用3个间歇式活性污泥反应器（sequencing batch reactor,SBR,命名为R1、R2、R3）和1个间歇气提式内循环反应器（sequencing batch airlift reactor,SBAR,命名为R4）,处理低碳氮比实际生活污水,系统考察改变沉淀时间的方式及器壁生物膜对快速启动硝化好氧颗粒污泥（aerobic granular sludge,AGS）反应器的影响.结果表明,R1、R2、R4的沉淀时间骤降为2、4、2 min,由于一次性施加的沉速选择压过强,造成污泥大量流失,反应器崩溃,而后反应器器壁不断长出生物膜,混合液和出水中出现大量絮状、棒状、颗粒状污泥,经过35～40 d的培养,出水NH⁺₄-N小于1 mg/L,这主要是器壁生物膜的作用.反应器中的松软颗粒状污泥并非AGS,但它和AGS周围都有大量的轮虫等原生动物和后生动物,这表明生物膜和AGS同源.根据污泥沉淀的实际情况,逐步降低R3反应器的沉淀时间为8、6、5、4 min,当沉速达到10 cm/min时,污泥开始颗粒化;沉速达到12 cm/min时,污泥颗粒化基本完成,共经历了33 d.AGS与絮状污泥长期共存,以0.3 mm为界,两者质量比约为2∶1,AGS平均粒径在0.5　mm左右, NH⁺₄-N降解速率是污泥未颗粒化之前的5倍.     

厌氧出水培养好氧颗粒污泥及其微生物多样性分析

以处理黄连素废水的厌氧折流板反应器(ABR)出水为进水基质,在序批式反应器(SBR)中培养好氧颗粒污泥,反应器运行80 d后形成粒径在2~10 mm间的成熟稳定的颗粒污泥。采用扫描电镜(SEM)和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对好氧污泥颗粒化进行分析,考察微生物形态、群落演替和多样性,并对优势菌种进行了分析。DGGE图谱表明,好氧污泥颗粒化进程中,微生物种群呈明显演替变化,好氧颗粒污泥菌群多样性较强。克隆测序结果表明,好氧颗粒污泥反应器优势菌群主要为未分类bacteria、CFB group bacteria和Bacteroidetes。     

SFBR中好氧颗粒污泥的培养及特性研究

接种自行培养的活性污泥,以模拟废水为基质,采用连续进水、间歇出水及厌氧/好氧交替的运行模式,尝试了在SFBR中进行好氧颗粒污泥的培养,并研究了好氧颗粒污泥的特性及反应器对污染物的去除效果.结果表明,通过逐步缩短沉降时间,28 d时成功培养出好氧颗粒污泥,所形成的好氧颗粒污泥呈黄色、形状不规则,且粒径较小(平均粒径0.56 mm),正常情况下的SVI保持在70 mL·g-1以下,EPS在59 d时达到最大值(以MLVSS计)373.24 mg·g-1,较培养初期增加了约2.5倍,运行后期由于颗粒出现解体,导致EPS急剧下降;反应器在运行过程中未能保持较高的污泥量,中后期MLSS始终在3 000mg·L-1以下;在63 d的运行时间里,除异常波动外,反应器对COD的去除率基本维持在90%左右,正常情况下出水COD小于100 mg·L-1,反应器对NH+4-N、TIN的去除效果波动较大,去除率分别为44.45%~94.72%及43.87%~93.13%,反应器对TP的去除率在44.50%~97.40%之间,正常情况下TP去除率可维持在60%以上;限于自动控制水平,夜间长时间的好氧饥饿期容易造成丝状菌过度生长,使得AGS在生长竞争中处于劣势,最终导致了AGS的解体.     

好氧颗粒污泥技术处理乡镇污水应用

为研究好氧颗粒污泥技术是否适用于处理乡镇污水,采用该技术对处理规模为400 m3/d的乡镇污水处理厂进行改造,考察了污泥颗粒化过程、污染物去除效果及接种絮状污泥与好氧颗粒污泥微生物群落结构差异.结果表明,以进料负荷的交替变化作为调控措施,反应器启动后第13天污泥出现颗粒化,颗粒污泥平均粒径0.499 mm;启动第40天污泥完全颗粒化,颗粒污泥平均粒径1.336 mm.完全颗粒化后SBR反应器内ρ（MLSS）稳定在8~12 g/L,SVI维持在25~40 mL/g,出水ρ（COD_Cr）、ρ（NH₃-N）、ρ（TN）始终满足GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准要求.群落结构的研究结果表明,相比于接种絮状污泥,好氧颗粒污泥群落丰富度和多样性均明显减少,反硝化功能菌和聚磷菌丰度显著增加;在好氧颗粒污泥中,Nitrosomonas（亚硝化单胞菌属）、Nitrospira（硝化螺旋菌属）是主要的硝化功能菌;Dechloromonas、Clostridium sensu stricto 13（梭菌属）是主要的反硝化细菌;Aeromonas（气单胞菌属）、Clostridium sensu stricto 13（梭菌属）是主要的聚磷菌;Uncultured Xanthomonadaceae、Comamonas（丛毛单胞菌属）、Zoogloea（动胶菌属）是降解有机物的主要菌种,其中Comamonas（丛毛单胞菌属）、Zoogloea（动胶菌属）也是好氧污泥颗粒化过程中的关键菌株.