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...     

工业有机废水为共基质培养降解五氯酚厌氧颗粒污泥

研究了工业有机废水和五氯酚(PCP)共存条件下,改良UASB反应器中厌氧污泥的颗粒化过程.实验发现降解PCP厌氧颗粒污泥形成可分成污泥驯化、颗粒污泥出现与成熟3个阶段,污泥颗粒化过程中污泥量、污泥活性和厌氧消化3大类群细菌数量与生态分布发生特征性变化,所培养颗粒污泥具有脱氯降解PCP的活性,产甲烷优势菌为杆状或长丝状产甲烷丝菌,在生物结构上形成互营微菌落,但污泥颗粒无明显层次性微结构.作为共基质的有机废水其种类影响着颗粒化进程、颗粒污泥脱氯活性与产甲烷优势菌.     

厌氧处理含氯酚废水的颗粒污泥形成过程研究

在选择适宜的接种污泥前提下，即使有毒物五氯酚 存在，也完全可以使氯酚驯化污泥在模拟上流式厌氧消化反应器的启动、运行过程中颗粒化，形成降解并矿化ＰＣＰ的颗粒污泥，反应器运行性能随污泥颗粒化进程而逐步得到改善；分析了反应器内不同高度的颗粒污泥中不同营养类群细菌的数量垂直变化规律，并通过光学，电子显微镜观察了颗粒污泥的表面结构和主要微生物形态，发现丝状菌和杆菌是该颗粒污泥的优势菌。     

不同好氧颗粒污泥中微生物群落结构特点

为了探讨活性污泥好氧颗粒化过程对微生物种群的影响、不同底物及不同颗粒化方法培养的好氧颗粒污泥中微生物群落结构的差异,以接种污泥、模拟废水好氧颗粒污泥和分别投加粉末活性炭和硅藻土的实际生活污水好氧颗粒污泥为研究对象,利用PCR-DGGE对比分析了接种污泥和好氧颗粒污泥中的微生物群落结构.结果表明:活性污泥好氧颗粒化过程会减少微生物种群多样性,影响颗粒污泥稳定性的细菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、难降解有机物降解菌等污水处理功能微生物都在颗粒化过程中得到保留.活性污泥好氧颗粒化过程中能够实现亚硝化细菌(AOB)一定程度的富集.与接种活性污泥相比,好氧颗粒污泥中AOB的多样性指数与均匀性指数均有提高.好氧颗粒污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).     

丝状菌污泥致密过程的强化条件研究

利用强化条件促使丝状菌污泥致密,是控制丝状菌污泥膨胀的一种新途径.分别采用提高溶解氧、加大表面流体流速、增加进水钙离子浓度、延长饥饿时间等方法从污泥的沉降性能方面探讨了丝状菌污泥在何时致密及怎样致密等问题.结果表明,加大表面气体流速能够短期内改善污泥的沉降性能,并且形成丝状菌颗粒污泥,污泥的SVI从膨胀时的800 mL/g降低为350 mL/g,但长期作用不明显,SVI在保持了一段时间较低值后,再次升高到800 mL/g以上.增加进水钙离子浓度能够通过形成簇状污泥群落来提高污泥的沉降性能,SVI值逐渐降低到300 mL/g,但是没有形成丝状菌颗粒.提高溶解氧和延长曝气时间在改善污泥沉降性能和丝状菌颗粒化两方面皆无明显效果,污泥的SVI并没有降低.另外,通过研究网眼椭圆度与污泥SVI的关系,发现具有高椭圆度(椭圆度O约为1.5)的成簇生长丝状菌菌群,能够改善污泥沉降性能.浸泡实验发现酸性条件对菌丝的凝聚具有破坏作用,碱性条件和二价阳离子对其影响不显著.     

c-di-GMP在低温好氧颗粒污泥形成过程中的作用

在低温条件下运行好氧颗粒污泥反应器,絮状污泥颗粒化过程中信号分子可通过传导作用引起各层物质之间的组分变化,通过研究胞外聚合物及污泥相关疏水性的变化规律,并观察此过程中微生物菌群的群落演替特点,揭示环二鸟苷酸（c-di-GMP）在低温好氧颗粒污泥形成过程中的变化规律与影响作用.结果表明：接种污泥在颗粒化过程中,胞外聚合物含量从48mg/gMLVSS增长至139mg/gMLVSS,其中以TB层蛋白质增长为主,在颗粒化过程中,c-di-GMP含量由62μg/gMLVSS增至600μg/gMLVSS,始终影响微生物运动及生物膜形成,促使具备胞外聚合物分泌功能的菌群加快分泌胞外聚合物,促进好氧颗粒污泥的形成.各个阶段污泥中微生物种群存在较大差异,在反应器运行初始阶段与c-di-GMP合成相关的菌群占据优势,同时在后期表现出较好的脱氮除磷能力,在低温条件下好氧颗粒污泥微生物菌群发生演替并最终形成稳定的菌群结构.     

好氧颗粒污泥的研究进展

污泥颗粒化(granulation)是指废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下,相互聚集形成一种密度较大、体积较大、体质条件较好的微生物聚集体.按照微生物代谢过程中电子受体的不同,颗粒污泥可分为好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥两类.目前对污泥颗粒化的研究主要集中在两个方面:一方面是从宏观层面探讨颗粒化的形成模式,优化运行参数以达到更好的颗粒化效果;另一方面是从微观层面去研究颗粒化的机理、微生物菌群及其他化学成分在颗粒化过程中所起的作用.本文综述了好氧颗粒污泥近年来的研究进展.主要包括:好氧颗粒污泥的性质(形态及粒径、沉降性能、密度与强度、生物活性、细胞表面疏水性、胞外多聚物等)及结构,颗粒污泥的培养条件、形成机理及影响因素(有机负荷、基质成分、剪切力、沉淀时间、运行周期、进水模式、微生物饥饿期、反应器结构、溶解氧、温度等),以及颗粒污泥的应用(工业废水处理、城市污水处理、有毒污染物降解、脱氮除磷、重金属及放射性核素的去除等).此外,还介绍了全自养颗粒污泥,如硝化颗粒污泥方面的研究.分析表明,随着对好氧颗粒污泥研究的不断深入,将好氧颗粒污泥应用于实际废水处理得到越来越多的关注.好氧颗粒污泥的形成机理、颗粒污泥的微生物特性、颗粒污泥的长期运行稳定性及其工业化应用是今后需要重点关注的研究方向.     

影响微生物聚集体的聚集度的因素分析

提出了包括两层含义的污泥聚集度的概念(一是污泥空间上的物理聚集,即密实度;二是微生物种类的聚集),并将膨胀污泥、絮体污泥和颗粒污泥作为污泥聚集度的3种典型状态,以现有污泥膨胀控制理论为基本参照,结合好氧颗粒污泥形成条件,探讨了操作条件对污泥聚集度的影响:①较高的基质梯度、溶解氧水平和有机物的复杂程度有利于提高污泥的聚集度;②动力学选择、扩散限制理论对聚集度的影响受微生物聚集体大小的控制;③细胞存储能力的评估及其对聚集度的影响需要综合考虑PHB、聚磷和糖原的影响.另外,还提出了在污泥膨胀的控制中不一定要以抑制丝状菌的增殖作为控制目标,通过对丝状菌的颗粒化过程的探讨,进一步证实了污泥膨胀的控制与污泥聚集度的提高是相似的.本文提出的聚集度概念目前仍不成熟,尚无定量的描述方法,还需要进一步的研究.     

微生物絮凝剂促进厌氧污泥颗粒化及其机制的研究

以市政污水消化污泥为种泥,一组投加微生物絮凝剂MBF21,另一组不投加MBF21作为对照,研究了微生物絮凝剂MBF21在低浓度下UASB反应器启动过程中厌氧污泥颗粒化的作用机理．在为期102d的实验中,对厌氧污泥颗粒的形成期、成长期、成熟期进行了系统的考察．至实验结束时,投加微生物絮凝剂组的厌氧颗粒污泥平均直径比对照组大0．3mm,产甲烷活性比对照组高31％以上．对厌氧颗粒污泥的扫描电镜及荧光显微照片观察中均发现了大量产甲烷菌．对微生物絮凝剂的红外光谱分析及污泥性能的测定结果确定了微生物絮凝剂促进厌氧污泥颗粒化的作用主要是吸附架桥．     

进水碳源对好氧颗粒污泥特性的影响

采用气升式内循环间歇反应器对好氧污泥颗粒化过程进行了研究,考察了反应器分别以蔗糖和乙酸钠为进水碳源时好氧颗粒污泥的特性.实验结果表明:好氧颗粒污泥的形成特性与进水碳源有很大的关系;以蔗糖为碳源时,好氧污泥颗粒化速度快,好氧颗粒污泥表面被丝状物包裹,颗粒中w(VSS)为92%;以乙酸钠为碳源时,污泥颗粒化速度慢,好氧颗粒污泥表面光滑,w(VSS)只有55%左右;不同碳源下形成的好氧颗粒污泥沉降性能差别不大,但好氧颗粒污泥胞外多聚物的含量有很大差别.结果表明,由于进水碳源不同,好氧颗粒污泥特性和废水处理能力有一定的差别.      

Granulation of filamentous microorganisms in a sequencing batch reactor with saline wastewater

Proliferation of filamentous microorganisms frequently leads to operational failure for activate sludge systems. In this study, it was found that filamentous microorganisms could grow in compact granular structure with 5% sodium chloride in the substrate. In the early period of experiment, coccoid and rode-like bacteria predominated in the yellowish-brown granules, and later the white and the black granules were developed by filamentous microorganisms. The filamentous granules exhibited low porosity and fas...     

Characteristics of aerobic granules grown on glucose a sequential batch shaking reactor

Aerobic heterotrophic granular sludge was cultivated in a sequencing batch shaking reactor(SBSR) in which a synthetic wastewater containing glucose as carbon source was fed. The characteristics of the aerobic granules were investigated. Compared with the conventional activated sludge flocs, the aerobic granules exhibit excellent physical characteristics in terms of settleability, size, shape, biomass density, and physical strength.Scanning electron micrographs revealed that in mature granules little filamentous bacteria could be found, rod-shaded and coccoid bacteria were the dominant microorqanisms.     

Performance and role of N-acyl-homoserine lactone (AHL)-based quorum sensing (QS) in aerobic granules

The present study investigated the relationship between N-acyl-homoserine lactone（AHL）-based quorum sensing（QS） and the physico-chemical properties of aerobic granules.Stable mature granules were observed in SBR2 and SBR3 with average diameters of 0.96,and1.49 mm,respectively. The sludge densities of aerobic granules in SBR2 and SBR3 were1.0246,and 1.0201 g/mL,respectively,which were higher than that of flocculent sludge in SBR1（1.0065 g/mL）. The results showed that the activity of AHL-based QS in SBR2 and SBR3 amounted to 2.4- and 2.1-fold induction,however,that in SBR1 with flocculent sludge was1.6-fold induction. In addition,the results also showed that the activity of AHL-based QS in the three reactors rose in the feast condition,and then dropped with the consumption of substrate. However,the activity of AHL-based QS in these three reactors recovered again in prolonged starvation. Furthermore,the results showed that the enhancement of AHL-based QS favored the extracellular polymeric substance production of microorganisms in activated sludge. Thus,it could be concluded that aerobic granules showed higher AHL-based QS than flocculent sludge,which resulted from the higher sludge density of aerobic granules than flocculent sludge. AHL-based QS was related to the metabolism energy in the feast condition; however,in prolonged starvation,microorganisms would emit more AHL-like molecules to protect themselves to resist starvation. Moreover,the enhancement of AHL-based QS favored the EPS component productivity of the microorganisms in activated sludge,which contributed to maintain the aerobic granular structure.     

Cultivation and characters of aerobic granules for pentachlorophenol (PCP) degradation under microaerobic condition

Cultivation of aerobic granular sludge for pentachlorophenol (PCP) degradation under microaerobic condition (DO concentration was controlled at 0.2-0.7 mg/L) was studied in this paper. Anaerobic granules were selected as inoculum. The changes of appearance were observed and the variations of SVI, VSS/TSS, PN/PS and the size of sludge were measured during cultivating. The capabilities for degradation of PCP, AOX and CODcr were also studied. Observations on mature granules were carried out by scanning electron microscope, and the results indicated bacillus was dominant on the surface of granules while in the inner of granules both bacillus and coccus were the dominant microorganisms. K, Na, Fe, Ca, Mg, Ni, Co, Mn, Cu and Zn were detected in the granules by element analysis.     

好氧颗粒污泥中丝状微生物生长研究

通过在序批式摇床反应器(SSBR)中分别接种絮状活性污泥与厌氧颗粒污泥来处理含盐及淡水2种废水并培养好氧颗粒污泥,研究好氧颗粒污泥中丝状微生物的过度生长及可行的控制措施.结果表明,进水水质与接种污泥类型都会影响颗粒污泥中丝状微生物的生长.同是接种好氧絮状污泥的R1、R3,由于R1进水为含盐废水而R3为淡水,R1中颗粒污泥丝状化程度低于R3,而接种厌氧颗粒污泥并处理含盐废水的R2颗粒污泥丝状化程度最低.当好氧颗粒污泥外部出现明显丝状微生物过度生长时,各反应器中颗粒污泥平均丝状化程度△分别达到△R1=1.4、△R2=1.2及△R3=2.0.对各反应器颗粒污泥中丝状微生物进行鉴定,R1颗粒中丝状微生物主要为Eikelboom 0092及Nocardia spp.,R2中主要为.Fungi spp.及Nocardia spp.,R3中主要为S.natans 及H.hydrossis,这几种类型丝状微生物一般出现在污泥龄长、溶解氧浓度低及基质易降解的环境中,但由于好氧颗粒污泥结构不同于传统活性污泥,试验通过控制污泥负荷、污泥龄及曝气量等并不能有效控制颗粒中丝状微生物的过度生长.试验将各反应器进水基质由易降解的葡萄糖配水换为难生物降解废水时,能快速有效地控制颗粒污泥中丝状微生物的过度生长.     

硫酸盐木浆厂蒸发冷凝水的厌氧处理试验研究

硫酸盐木浆厂排出的蒸发冷凝水具有高温、高浓度、营养物质含量低等特点,并含有一定浓度的挥发性恶臭硫化合物.本研究采用空气吹脱-UASB流程处理此类废水.结果表明,70%～80%的挥发性有机硫化物能够在气提过程中被去除.除硫后的蒸发冷凝水在UASB反应器中能够得到有效处理,当COD容积负荷达到30 kg·(m³.d)^-1时,COD去除率仍能保持在95%左右.另一方面,试验开始时接种的颗粒污泥在反应器中破碎并逐渐被新形成的颗粒污泥代替,扫描电镜观察显示,新形成的颗粒污泥具有与接种污泥不同的微生物相.     

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.     

HRT对CSTR亚硝化颗粒污泥性能影响

在CSTR中控制稳定的进水氨氮负荷,基于对粒径分布、胞外聚合物（EPS）组分和功能菌动力学活性的分析,考察水力停留时间（HRT）对颗粒污泥形态、氮转化效能和微生物动力学活性的影响,并采用MiSeq高通量测序技术分析污泥中微生物菌群结构.结果表明,HRT从4 h逐渐缩短至1 h,反应器中氨氮去除率从80%逐渐提高至95%,亚硝酸盐累积率始终大于85%.缩短HRT可显著改变颗粒污泥粒径分布,0.3~0.8 mm的颗粒逐渐占主导,约达50%,粒径小于0.3 mm和大于1.6 mm的颗粒逐渐减少.HRT对功能微生物活性影响与颗粒大小有关.系统中变形菌门（Proteobacteria）占绝对优势,亚硝化单胞菌属（Nitrosomomas）为代表的AOB富集度高达56%以上,缩短HRT有利于AOB的富集.     

微生物絮凝剂作用下厌氧颗粒污泥的形成及特性

以3个同样的UASB(R1、R2、R3)处理COD浓度为5 500~6 500 mg.L-1的废水,在相同的工艺条件下,采用每7 d投加1次方式,R1中每次投加7.5 g CaCl2和400 mL微生物絮凝剂MBF21,R2中每次投加140 mg阳离子PAM,R3作为对照,进行厌氧颗粒污泥培育试验,以考察微生物絮凝剂MBF21对培育厌氧颗粒污泥的促进作用.结果表明,经过67 d的运行,R1、R2、R3中均培育出厌氧颗粒污泥,对应的平均粒径分别为1.18、1.21、0.76 mm,平均粒径增长速率分别为15.37、15.82、9.10μm.d-1,比产甲烷活性SMA(COD-CH4/VSS.t)值分别为0.740、0.657、0.558 g.(g.d)-1,VSS/SS分别为0.667、0.629、0.607,SVI值分别为14.7、13.1、20.4 mL.g-1,湿污泥密度分别为1.061、1.064、1.054 g.cm-3,强度系数ζ分别为92.1、93.5、84.7.电镜扫描发现R1和R2中的颗粒污泥比对照组R3中的颗粒污泥更密实,在形成成熟颗粒污泥过程中,3个反应器均呈现相似规律,即污泥表面由丝状菌占优逐渐向杆菌、球菌占优方向转化.本研究证明了微生物絮凝剂MBF21在促进厌氧污泥颗粒化过程中,在提高颗粒污泥物理性能方面接近阳离子PAM,在提高颗粒污泥生理、生化性能方面优于阳离子PAM.     

好氧颗粒污泥及其高效菌株降解苯胺的试验研究

以苯胺为唯一碳源和氮源,培养降解高浓度苯胺废水的好氧颗粒污泥,该体系对苯胺废水的最高耐受浓度高达6 000mg/L.通过分离纯化,从颗粒污泥体系中获得2株具有不同降解特征的苯胺降解菌adx1和adx3,菌株adx1在降解速率上具有明显优势,而菌株adx3对苯胺的最高耐受浓度高于adx1.上述菌株在降解苯胺过程中均遵循Haldane动力学模型,菌株adx1和adx3的最大比较降解速率分别为0.924 g/(g.h)和0.645 g/(g.h),比生长速率分别为0.487 g/(g.h)和0.440 g/(g.h).16S rDNA测序结果表明adx1和adx3分别属于Pseudomonas和Achromobacter属,与好氧颗粒污泥PCR-DGGE指纹图条带1和4测序结果一致,表明上述菌株分别为好氧颗粒化体系中优势菌群之一.