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.     

基于MBR不同种泥短程硝化启动的微生物群落结构分析

为明确膜生物反应器(MBR)接种不同污泥启动短程硝化前后微生物群落结构变化特征,采用MBR反应器分别接种硝化污泥(R1)、厌氧亚硝化污泥(R2)和1∶1混合接种厌氧亚硝化污泥和反硝化污泥(R3),获取有利于实现快速短程硝化的污泥源.结果表明,结合间歇曝气和缩短水力停留时间(HRT),R1、R2与R3反应器分别耗时46 d、8 d和30 d成功启动短程硝化,R2反应器启动周期最短.稳定运行期内,R1、R2和R3反应器亚硝累积率平均为92%、93%和94%,R3反应器表现出更稳定的短程硝化性能.ACE、Chao、Shannon和Simpson指数结果表明,稳定运行后,R1和R2反应器微生物丰度和多样性水平均大幅低于接种污泥,R3反应器物种丰度略有减少而多样性水平变化不大.短程硝化成功启动后,3个反应器内的主要菌群为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),且主要脱氮功能菌变形菌门丰度相较于接种污泥均有提高.β-变形菌纲为3个反应器短程硝化系统的优势菌群,分别占比59.6%、63.6%和69.3%.R1、R2和R3反应器内的优势菌属均为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),所占比例分别达12.8%、20.2%和19.7%.相比R1反应器,R2和R3反应器接种污泥内存在一定比例的亚硝化细菌,更有利于系统短程硝化的实现.     

PN/A-颗粒污泥工艺处理热水解污泥消化液

本研究构建了基于一体式厌氧氨氧化颗粒污泥及絮体污泥的部分硝化-厌氧氨氧化(PN/A)脱氮处理系统,通过运行参数优化调控实现了热水解污泥消化液的高效脱氮.试验结果表明,通过接种厌氧氨氧化菌(AnAOB)生物膜污泥与普通活性污泥、控制高游离氨(FA)(>20mg/L)和限制曝气(DO≤0.2mg/L)等运行条件,能够快速构建短程硝化-厌氧氨氧化反应,亚硝酸盐积累率可达85%以上,脱氮负荷达到0.60kgN/(m³·d).稀释后的热水解污泥消化液仍对AnAOB活性具有一定的抑制作用,导致反应器总氮负荷降至0.20kgN/(m³·d)以下;但系统内AnAOB丰度总体呈增加趋势,说明AnAOB的增殖未受到完全抑制.系统内混合污泥的平均中位径由53μm缓慢增长至109μm.定量PCR数据及高通量分析显示,该处理系统富集了较高纯度的An AOB,最大丰度占比可达8.06%,其优势菌属为Kuenenia菌属.此外,在第93运行周期下Kuenenia菌属在颗粒污泥的丰度占比大于AOB,为5.26%;絮体污泥中具有亚硝化效果的单胞菌属Nitrosomona...     

不同短程硝化系统中微生物群落结构的对比分析

为探讨有机碳源对短程硝化系统中微生物群落结构的影响,采用构建克隆文库的方法对模拟无机城市生活污水和模拟实际城市生活污水短程硝化系统中的微生物群落结构进行对比分析.实验结果表明,变形菌门(Proteobacteria)和未培养菌(uncultured bacterium)是两系统中的优势菌群.两系统中的菌群结构存在差异,但优势菌群及其所占比例相似.两系统中的主要脱氮菌类群也相似,但由于有机碳源浓度的不同其菌属及比例有所差异.无机短程硝化系统中的脱氮菌群包括亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化螺菌属(Nitrospira)和Denitratisoma,其中自养硝化菌的比例高于其在有机短程硝化系统中的比例,但仍低于异养菌在该系统中的比例.有机短程硝化系统中的脱氮菌群主要包括β-Proteobacteria中的一些反硝化细菌和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),其中亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)的含量很少.     

泥膜混合MBBR系统自养脱氮工艺的启动研究

为了加速厌氧氨氧化菌(AnAOB)富集,解决自养脱氮工艺启动缓慢的问题,在短程硝化絮状污泥反应器中投加含有少量AnAOB的悬浮填料,构建泥膜混合移动床生物膜反应器(MBBR)系统,探讨该系统在自养脱氮启动中的作用. 结果表明:①在温度为20~30 ℃、pH为7.8~8.2、DO浓度为0.2~0.9 mg/L的条件下,经45 d的运行,成功富集AnAOB. 通过调整运行模式和曝气量,TN去除率提高至70%左右,成功启动自养脱氮工艺. ②在运行过程中,曝气阶段主要发生短程硝化反应,缺氧阶段主要发生厌氧氨氧化反应. ③泥膜混合MBBR系统中优势的好氧氨氧化菌(AOB)和AnAOB分别为Nitrosomonas和Candidatus_Kuenenia. Nitrosomonas主要分布于絮状污泥中,其相对丰度从42.95%减至30.98%;而Candidatus_Kuenenia主要分布于填料生物膜中,其相对丰度从5.88%增至25.90%. ④泥膜混合MBBR系统中还检测出Ignavibacteriales_bacterium_UTCHB1、Pseudomonas、Denitratisoma等多种反硝化细菌,说明部分TN损失是通过内源反硝化途径实现. 研究显示,基于短程硝化絮状污泥的泥膜混合MBBR系统,可以维持稳定的短程硝化,快速富集AnAOB,也可以有效缩短自养脱氮工艺的启动时间.      

实际垃圾渗滤液短程生物脱氮的常温实现及低温维持

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际垃圾渗滤液,主要考察了常、低温条件下,该生化系统短程生物脱氮的长期稳定性,同时研究了SBR内短程硝化的实现机理及微生物种群特性.598d试验结果表明:单级UASB-SBR生化系统对渗滤液内COD,NH4+-N和TN的去除率分别为92.0%,99.2%和98.0%以上,实现渗滤液内有机物和氮的深度去除.经过116d运行,SBR系统实现了短程硝化,亚硝积累率(NAR)达到90%以上,此后稳定运行,成功跨越2个冬季,15℃以下共计171d,最低温度为10.2℃.游离氨(FA)和过程控制的协同作用是实现与维持SBR 内短程硝化的决定因素.荧光原位杂交(FISH)技术检测表明:氨氧化菌(AOB)已经成为SBR硝化菌群中的优势菌属.扫描电子显微镜(SEM)检测表明:AOB菌属以活椭球状亚硝化球菌属(Nitrosococcus)和杆状亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主.     

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.     

污水处理厂冬季硝化强化与微生物种群分析

针对冬季低温抑制微生物活性导致硝化菌流失的问题,在实际污水处理厂通过两组10万m~3/d的反应池平行运行,考察了延长污泥龄对污水处理厂的出水水质、硝化速率和微生物种群结构的影响.研究结果表明,拉前延长污泥龄能够明显提升低温阶段COD、氨氮和TN的去除效率,硝化速率为对照组的3倍.焦磷酸测序结果表明,延长污泥龄后系统的微生物种群丰度和多样性均显著提高;氨氧化功能菌属Nitrosomonas(1.46%)和亚硝酸盐氧化功能菌属Nitrospira(0.13%)较对照组分别提高了12和13倍;反硝化相关菌属Hyphomicrobium、Thauera、Zoogloea等的相对丰度也明显增加.提前延长污泥龄这一方法能够实现硝化菌的富集,进而提升污水处理的硝化和脱氮效率.     

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.     

丝状菌污泥膨胀对脱氮除磷功能菌群的影响

丝状菌引起的污泥膨胀或生物泡沫是活性污泥法污水处理厂运行管理中经常碰到的异常问题,为确定丝状菌引起的污泥膨胀对脱氮除磷系统功能菌群的影响,采用形态学鉴定和Illumina MiSeq高通量测序对5座城市污水处理厂非膨胀期和膨胀期活性污泥、生物泡沫中关键微生物菌群分布特征进行分析研究.结果表明,污泥膨胀和生物泡沫主要由微丝菌(Microthrix parvicella)引起,膨胀期污泥和生物泡沫中微丝菌最高比例达6%和38%.主要脱氮除磷菌属为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)、硝化螺菌(Nitrospira)、陶厄氏菌(Thauera)和Candidatus Accumulibacter phosphatis.膨胀期与非膨胀期相比AOB和聚磷菌相对丰度明显降低,最大变化比例为54%和47%,反硝化菌相对丰度显著升高,最大变化比例为73%;脱氮除磷菌群的波动变化受污泥膨胀的影响外,还与处理工艺及菌群的生理特性相关.     

高溶解氧条件下不同曝气量对短程硝化性能及微生物特征的影响

短程硝化过程是短程生物脱氮工艺中的限速步骤,在保证稳定亚硝化率的前提下,提高曝气量能够提高好氧氨氧化菌的活性,进而提高氨氧化速率.本文在序批式反应器中,通过改变曝气量,在高溶解氧条件下,考察不同曝气量对短程硝化的性能及微生物的影响.结果表明,随着曝气量的增大,氨氧化速率不断升高.单位体积曝气量为0.8、1.7、3.3、5.0 L·min^-1·L^-1时,氨氧化率维持在50%左右,亚硝酸盐氮积累率稳定在99%以上,平均氨氧化速率分别为0.88、0.96、1.29和1.32 mg·L^-1·min^-1.高通量测序分析表明,不同曝气量条件下,反应器中好氧氨氧化菌的优势菌属均为Nitrosomonas,而亚硝酸盐氧化菌都被有效抑制,Nitrospira丰度很低.此外,检出Acidovorax、Denitratisoma、Hyphomicrobium、Ignavibacterium等多种反硝化细菌,这些反硝化菌能够与好氧氨氧化菌共同作用,使系统发生少量内源同步硝化反硝化.综合考虑曝气能耗和反应速率,曝气量为3.3 L·min^-1·L^-1时,可实现控制短程硝化工艺的低耗高效运行.     

外源全程硝化污泥对城市污水SPNA系统的影响

为强化城市污水短程硝化-厌氧氨氧化(SPNA)系统脱氮性能与稳定性,在间歇曝气条件下研究投加外源全程硝化污泥对城市污水SPNA系统的影响及机理.结果显示,空白组(SBR3)总氮去除率由35.5%升高至66.3%,短周期分批次投加外源全程硝化污泥(SBR2,投加周期为5d,投加比为2.5%)与长周期分批次投加(SBR1,投加周期为20d,投加比为10%)的SPNA系统总氮去除率分别由31.7%和36.5%升高至76.3%和67.2%,这表明,投加全程硝化污泥有利于提高SPNA系统的脱氮性能,且当投加总量相同时,短周期分批次投加的效果优于长周期分批次投加.功能菌活性结果与脱氮效果一致,SBR1～SBR3的厌氧氨氧化菌(AnAOB)最大活性分别由3.43mg-N/(L·h)升高至7.66,8.19和7.31mg-N/(L·h),氨氧化细菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性比分别为8.79,9.83和8.78.在间歇曝气条件下投加全程硝化污泥,可选择性抑制NOB、富集AOB,提高AOB与NOB的活性比,利于稳定短程硝化效果,为AnAOB提供稳定的基质,且短周期分批次投加可降低外源硝化污泥...     

反硝化-高效部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理老龄垃圾渗滤液

采用反硝化-沸石曝气生物滤池(ZBAF)部分亚硝化及氧氨氧化组合工艺处理老龄垃圾渗滤液,探究ZBAF部分亚硝化特性以及组合工艺的脱氮除碳性能.结果表明通过游离氨(FA)对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的选择性抑制ZBAF可以实现老龄垃圾渗滤液稳定高效部分亚硝化,平均亚硝氮积累率(NAR)为93.8%亚硝氮产率(NPR)最高达1.659 kg·(m~(3·d)~(-1);在进水中投加葡萄糖700mg·L~(-1)后,当回流比为2.0 HRT为2.2 d时,由于反硝化与厌氧氨氧化的协同作用,组合工艺脱氮效果最佳,平均氨氮去除率(ARE)、总氮去除率(NRE)和总氮去除负荷(NRR)分别达97.2%、90.0%和0.585 kg·(m~3·d)~(-1),平均COD去除率为45.3%其中厌氧氨氧化平均NRR_(ANA)为1.060 kg·(m~3·d)~(-1)最高达1.268 kg·(m~3·d)~(-1).利用高通量测序技术分析各装置中的微生物群落结构.结果显示,反硝化细菌(Paracoccus和Comamonnas)、氨氧化细菌(AOB)(Nitrosomonas)和厌氧氨氧化菌(Candidatus Kuenenia和Candidatus Anammoxoglobus)分别为反硝化、ZBAF和厌氧氨氧化装置中的优势菌这与组合工艺稳定的脱氮性能相吻合.     

高浓度游离氨冲击负荷对生物硝化的影响机制

工业废水厂或含工业废水较多的城市污水处理厂,在运行过程中可能会意外受到高浓度氨氮废水急性冲击负荷的影响,造成生物硝化反应受到抑制,出水不能稳定达标.为了指导实际污水处理厂应对游离氨(FA)急性冲击负荷造成的出水不达标问题,本文探究高浓度氨氮废水对污水生物硝化系统的影响机制.本文利用序批式活性污泥反应器(SBR)处理模拟高氨氮废水,通过监测氨氮最大比降解速率、硝酸盐氮最大比生成速率、亚硝化和硝化比耗氧速率,硝化菌丰度等指标,研究高浓度氨氮废水中FA对硝化菌活性的影响规律.结果表明,FA在低浓度范围内,增加FA急性负荷能够促进硝化活性,而当FA急性冲击负荷大于一定值时,会对硝化作用造成抑制;FA浓度越大,受到抑制的硝化生物活性所需要的恢复周期越长.利用荧光原位杂交分析技术,发现当进水FA浓度(以N计)从3.6 mg·L~(-1)升高到8.1 mg·L~(-1)时,氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)菌群数量都略微升高,而当FA浓度大于8.1 mg·L~(-1)时,AOB和NOB菌群数量明显下降.FA对AOB和NOB菌群的临界抑制浓度分别为8.1 mg·L~(-1)和6.6 mg·L~(-1),NOB相对于AOB菌群更敏感.     

火山岩填料曝气生物滤池的SNAD工艺启动特性及功能菌丰度演替

为研究同步亚硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)工艺在浸没式生物滤池反应器(SBAF)内的运行特性,同时接种亚硝化污泥和富集ANAMMOX的填料启动SNAD反应器.结果表明在60 mg·L~(-1)有机物浓度下,自养脱氮和反硝化实现较好的耦合,并在该浓度下稳定运行了67 d,其总氮去除率最高可达92.0%,COD去除率最高达82.9%,最高总氮去除负荷为2.3 kg·(m~3·d)~(-1).与全程自养脱氮(CANON)工艺相比,SNAD工艺的平均总氮去除率提高了12.6%.荧光定量PCR结果显示,系统启动后AOB菌的丰度有所增长,ANAMMOX菌的丰度增长了1个数量级,而NOB菌和反硝化菌的数量维持在较低水平(小于10~7 copies·g~(-1)),表明以火山岩为填料的浸没式生物滤池反应器有利于ANAMMOX和AOB的协同生长,可快速实现SAND工艺的启动.     

氨氮浓度对CANON工艺功能微生物丰度和群落结构的影响

为了研究CANON工艺在常温低氨氮基质条件下的宏观运行效能及微观生态系统,通过调节曝气量和水力停留时间(HRT)实现了CANON工艺在不同进水氨氮浓度下的稳定运行,并基于PCR-DGGE和荧光定量PCR方法,分析了氨氮浓度对反应器中氨氧化细菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(ANAMMOX菌)群落结构及丰度的影响.结果表明,较高氨氮环境中总氮去除负荷在1.0 g·(L·d)-1以上,当氨氮浓度降至100 mg·L-1时,总氮去除负荷明显降低.进水氨氮浓度对AOB的群落结构有重要影响,而对ANAMMOX菌群落影响较小.AOB和ANAMMOX菌的丰度随氨氮浓度的降低而减少,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)的丰度随氨氮浓度的降低而增加,这可能是导致系统脱氮效果下降的主要原因.因此,需要通过一定的调控手段,减少AOB和ANAMMOX菌的损失,抑制NOB的生长,以便维持系统在低氨氮条件下的脱氮性能.     

高氮渗滤液短程深度脱氮及反硝化动力学

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际高氮晚期渗滤液,重点研究了系统的有机物和氮去除特性,同时考察了SBR短程生物脱氮系统内微生物的反硝化动力学特性.试验结果表明,该生化系统能够高效、深度去除渗滤液内高浓度有机物和氮.UASB反应器的平均COD负荷为6.5 kg/(m3.d),去除速率为5.3 kg/(m3.d).在进水COD平均为6 537 mg.L-1,NH+4-N为2 021mg.L-1的条件下,出水分别为354 mg.L-1和2.8 mg.L-1以下,去除率分别为94.6%和99.8%,尤其是该系统获得了99.2%的TN去除率,出水TN20 mg.L-1,实现了深度脱氮的目的.SBR反应器实现并维持了稳定的短程硝化,通过90%以上的亚硝化率实现高效的氨氮去除,同时SBR系统内微生物的反硝化特性符合Monod动力学方程.     

有机负荷对颗粒化SBR反应器的影响研究

研究了进水有机负荷对颗粒化SBR反应器的影响.当进水有机负荷由1.8 kg /(m³·d)逐步下降到1.575、 1.125和0.67 kg/(m³·d)时,好氧颗粒污泥形态特征发生了明显的变化,包括颗粒解体,污泥流失,颗粒化程度和整体沉降性能的下降,颗粒形状由较规则的球状变为杆状、星状等多种形状,颜色加深等.好氧颗粒污泥系统对COD和TP的去除率分别为90%和70%左右,且进水有机负荷的降低,对其影响较小,但会严重影响同步硝化反硝化的进行,当有机负荷由1.8 kg/(m³·d)下降到0.67 kg/(m³·d)时,硝化率下降了约45%,反硝化率下降了约40%.     

有机物对亚硝化颗粒污泥中功能菌活性的影响

为探明易降解有机物短期冲击对全自养亚硝化颗粒污泥(PNG)中不同功能菌活性的影响,本研究采用多批次连续实验,系统考察了PNG在有机物胁迫与恢复阶段,氮素转化性能与溶解氧(DO)利用情况的演化规律.结果表明,基质C/N比越高,亚硝态氮比累积速率[q(NO-2-N)]的降幅就越大.期间,异养菌(He B)活性的增强,加快了PNG对DO的消耗速率,使得氧亲和力较差的亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性得到了有效抑制.当重新采用无机碳源配水时,q(NO-2-N)数值明显增大,同时He B与NOB的活性均处于较低水平.因此,易降解有机物对全自养PNG系统的冲击具有一定可逆性,该过程有助于巩固氨氧化菌(AOB)的相对优势,提升亚硝化反应的稳定性.