苯酚对厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮性能抑制作用的研究

为了考察有毒有机物苯酚对厌氧氨氧化颗粒污泥活性的抑制作用,研究了不同苯酚浓度（50和100 mg/L）条件下厌氧氨氧化颗粒污泥对氨氮（${rm{NH}}_4^ + $-N）和亚硝酸盐氮（NO2 −-N）去除率的影响,并综合胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）分泌情况和微生物群落变化趋势,分析颗粒污泥脱氮性能退化的原因。结果表明,苯酚抑制了厌氧氨氧化颗粒污泥的脱氮性能,当苯酚浓度为50和150 mg/L时,$ {rm{NH}}_4^ + $-N去除率分别降低了15.05%和24.35%。苯酚刺激了颗粒污泥中微生物胞外聚合物的分泌,以抵御其毒性胁迫,当苯酚浓度为50、150 mg/L时,颗粒污泥的总EPS含量分别增加了43.62%和57.29%。苯酚导致厌氧氨氧化颗粒污泥中微生物群落发生变化,在苯酚浓度为50、150 mg/L时,厌氧氨氧化细菌所属的浮霉菌门的相对丰度由41.01%分别降至38.52%、33.84%。通过PICRUSt（Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States）预测分析发现,在苯酚胁迫下与厌氧氨氧化细菌相关的关键代谢通路受到了抑制,苯酚影响了与颗粒污泥脱氮性能相关的功能性细菌的代谢。     

温度降低对厌氧氨氧化脱氮效能及污泥胞外聚合物的影响

本研究系统考察了阶梯降温并恢复至室温（33→25→20→15→10→22℃）长期变化过程（361d）厌氧氨氧化反应器的动态脱氮效能和厌氧氨氧化活性变化,分析了厌氧氨氧化污泥胞外聚合物（EPS）的变化特性,计算获得了厌氧氨氧化反应的活化能.结果表明,在温度20~33℃下,序批式厌氧氨氧化反应器可稳定高效运行,总氮去除负荷维持在0.4gN/（L·d）左右,最大比厌氧氨氧化活性（SAA）大于0.32gN/（gVSS·d）.10℃是厌氧氨氧化菌代谢活性的转折点：当温度降至10℃时,SAA为0.044gN/（gVSS·d）,较33℃时下降91%.当温度恢复至22℃,厌氧氨氧化活性恢复至0.24gN/（gVSS·d）.厌氧氨氧化反应的活化能Ea在10~33℃和10~20℃范围内分别为68.4,152.9kJ/mol.在本实验温度（33→15℃）范围内,EPS含量随着温度降低而升高;在10℃时,EPS含量显著下降,出水中悬浮物升高,造成部分厌氧氨氧化污泥流失.     

不同形态厌氧氨氧化污泥低温保存的性能差异研究

厌氧氨氧化污泥的保存对其后续在反应器的脱氮过程有着重要的影响,因此,本研究针对不同形态的厌氧氨氧化污泥—生物膜和颗粒污泥的低温保存性能开展研究.结果表明,在64d 4℃的保存后,生物膜和颗粒污泥的厌氧氨氧化比活性分别降至(351.4±14.5),(32.3±2.7)mgN/(gVSS·d),分别为初始活性的62.1%和6.0%.EPS含量分别减少至(18.4±0.3)mg/gVSS和(13.3±1.5)mg/gVSS.生物膜和颗粒污泥中厌氧氨氧化功能菌属Candidatus Kuenenia丰度分别减少为6.1%和1.6%,厌氧氨氧化菌16S rRNA丰度分别降低为(1.48±0.29)×10⁸ gene copies/gVSS和(5.05±1.53)×10⁷ gene copies/gVSS.在后续的活性恢复过程中生物膜相较于颗粒污泥达到NRR为0.54kgN/m³/d花费周期缩短了15d.因此,厌氧氨氧化生物膜是比颗粒污泥更好的保存形态.     

厌氧氨氧化(ANAMMOX)脱氮新工艺

综述厌氧氨氧化微生物脱氨的反应机理、运行条件及影响因素,介绍厌氧氨氧化辅以中温亚硝化生物脱氮的可行性,以及厌氧氨氧化的发展前景。     

有机物对厌氧氨氧化生物膜反应器脱氮效能及微生物群落的影响

为考察有机物对厌氧氨氧化生物膜反应器脱氮效能的影响,采用MPN（most probable number）法和高通量测序技术,结合处理效果数据,对比分析了有无有机物影响下生物膜中微生物群落差异.试验表明：在进水有机物（COD）为30和60 mg·L^-1作用下,总氮去除率与进水COD为0 mg·L^-1时的84.10%相比较分别提高了5.08%和10.41%;COD为90 mg·L^-1时,总氮去除率降至89.05%.由MPN法和高通量测序结果可知,相对于无有机物,60 mg·L^-1有机物使反应器中反硝化菌数量增加,浮霉菌门和变形菌门丰度明显提高,且微生物群落更加丰富.有机物能影响反应器中厌氧氨氧化、反硝化脱氮效能及微生物菌落丰度,适宜的有机物浓度可使厌氧氨氧化与反硝化作用有效耦合,提高反应器的脱氮效能.本研究可为厌氧氨氧化生物膜反应器处理含有机物的实际污水提供参考价值.     

进水浓度对厌氧氨氧化脱氮与微生物特性的影响

为了研究厌氧氨氧化(Anammox)工艺处理不同浓度废水时的脱氮性能、微生物群落与污泥特性的变化,构建了升流式污泥床反应器(Upflow anaerobic sludge bed,UASB),研究不同进水浓度下氮素的转化与去除效率,并结合微生物分析手段探究各阶段微生物的群落演替与污泥特性变化.结果表明,当处理高浓度进水时,氨氮和总氮去除率分别为99.33%和92.96%;当切换为低浓度进水时,氨氮去除率为91.99%,总氮去除率降低至74.09%,硝酸盐产生比例升高.扫描电镜结果发现,活性污泥由以短杆菌为主逐步转变为以球菌为主的聚集体,随着水力负荷增大,污泥聚集、颗粒增大,溶解性EPS降低,污泥疏水性增强.微生物群落结构分析结果表明,Proteobacteria在反应器内大量存在,丰度达到了29.68%,反应器内存在Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia两种厌氧氨氧化菌.在高浓度进水阶段,Candidatus Jettenia的丰度较高(1.24%);当进水换为低浓度时,Candidatus Brocadia的丰度达到了1.23%,替代Candi...     

新型脱氮工艺-厌氧氨氧化（ANAMMOX）

厌氧氨氧化（ANAMMOX）是近年来发现的新型生物脱氮工艺。由于厌氧氨氧化生物脱氨技术在经济方面的独特优势,成为近年国内外研究的热点,是未来污水生物脱氮技术发展的主流。国内对该技术的研究与国外还存在较大的差距,尤其在厌氧氨氧化机理方面。综述了厌氧氨氧化反应的由来、机理和影响因素,介绍了厌氧氨氧化菌的特征,列举了厌氧氨氧化工艺的应用及出现的一些问题,从而为该技术的深入研究及其在实际中的应用奠定了基础,同时为该技术的进一步发展提出了具体的建议。     

电气石对厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响

实验研究了电气石对连续运行的厌氧氨氧化(anammox)反应器脱氮性能的影响,采用2个平行的连续搅拌式生物反应器(CSTR),其中一个添加电气石(R1),另一个未添加电气石作为空白对照(R2)。在运行过程中,添加电气石反应器R2的最大氮去除率(NRR=515.5 mg/(L·d))比对照反应器R1(NRR=462.8 mg/(L·d))提高11.4%,并且表现出更好的耐负荷冲击能力。厌氧氨氧化活性(SAA)批式实验显示,电气石能明显提高厌氧氨氧化菌活性,SAA最高比对照增加46.6%。此外,电气石可以调控p H和氧化还原电位(ORP),使其保持在厌氧氨氧化菌适合范围内,为菌体生长及反应器运行提供稳定环境。添加电气石反应器R2的多糖、蛋白质和总胞外聚合物(EPS)分别比对照反应器R1增加5.4%,35.2%和29.7%。粒径与扫描电子显微镜(SEM)检测说明,电气石并不利于厌氧氨氧化污泥颗粒化,而是大部分菌体与电气石分散生长,少部分附着生长。     

半石硝化-厌氧氨氧化脱氮新工艺

介绍了半硝化－厌氧氨氧化脱氮新工艺，分析了它的机理、环境条件要求及可持续意义。     

厌氧氨氧化微生物研究进展

厌氧氨氧化技术是近年来发展起来的新型生物脱氯技术。在这一过程中主要作用细菌是厌氧氨氧化菌。目前越来越多的学者开始研究厌氧氨氧化菌,这对于厌氧氨氧化技术发展与推广具有重要的意义。文章从目前厌氧氨氧化菌研究进展的角度,综述了目前发现的厌氧氨氧化菌种类,结构和部分结构的功能。以期待对工艺控制有所帮助。     

溶解氧对HLB-MR反应器内有机物的生物絮凝影响

为了研究溶解氧（DO）对高负荷生物絮凝-膜反应器（HLB-MR）内有机物生物絮凝规律的影响,采用平行对比实验,考察了不同DO条件下反应器内有机物的生物絮凝效果、胞外聚合物（EPS）含量、金属阳离子浓度和微生物群落结构.结果表明：DO浓度分别为1~2mg/L和6~8mg/L时,HLB-MR反应器的絮凝效率分别为83%和89%,两反应器内上清液的浊度差别也进一步证实,较高的DO浓度下,反应器的生物絮凝效果更好.DO浓度在6~8mg/L时,HLB-MR反应器内结合态EPS和自由态EPS的含量分别为15.64mg/（g·VSS）和8.71mg/L,两者均显著高于DO为1~2mg/L时的11.83mg/（g·VSS）和6.56mg/L,反应器浓缩液中镁和铝的浓度也均明显高于低DO浓度时所对应的值,这说明在高DO条件下,有更多的EPS与金属阳离子结合而固定在污泥基质中,促进了生物絮凝.高通量测序表明,DO浓度分别为1~2mg/L和6~8mg/L时,HLB-MR反应器内细菌的群落结构差异明显,高DO浓度反应器底泥中Actinobacteria和Saccharibacteria的相对丰度较高,可能对生物絮凝有促进作用.     

有机物特性对AAO系统污泥沉降性能的影响

研究了不同进水混合型有机物组成下AAO系统中活性污泥菌群结构演替规律以及微生物胞内、胞外聚合物的变化对污泥沉降性能的影响.结果表明,当进水中有机物全部为溶解态时,污泥沉降性能最佳,污泥体积指数(sludge volume index,SVI)为70 m L·g-1,且优于进水有机物以溶解态为主(SVI=120 m L·g-1)和以颗粒态为主(SVI=280 m L·g-1)的系统.根据菌群结构分析可知Thiothrix、Chryseolinea和Trichococcus这3种菌属对污泥沉降性能的影响至关重要.其中颗粒态有机物可促进Trichococcus的生长,而溶解态有机物可促进Thiothrix和Chryseolinea的生长.此外,菌群结构的改变也对胞内及胞外聚合物的变化有重要影响,从而加剧污泥沉降性能改善或恶化的进程.较高的溶解态有机物含量可提高胞内聚合物贮存能力,并改善污泥沉降性能.同时,污泥沉降性能也与松散附着胞外聚合物(loosely bound extracellular polymeric substances,LB-EPS)中多糖、蛋白质和Zeta电位呈显著负相关关系.     

反硝化悬浮填料适用性及其微生物群落结构解析

为研究温度及处理负荷对缺氧挂膜悬浮填料的活性恢复效果的影响,将填料分别置于低负荷、冲击负荷和低温环境中进行活性恢复适用性实验.结果表明在填料活性恢复过程中起关键作用的是EPS中多糖的增加,冲击负荷和低温条件下多糖含量增加比蛋白质更为明显.而低负荷下多糖和蛋白质含量均高于另外两者.缺氧挂膜悬浮填料的活性恢复对冲击负荷条件的适用性较好,低温条件次之,对低负荷环境适用性较差.另外,低负荷、冲击负荷和低温环境中Proteobacteria菌门的相对丰度分别由15 d时的72.23%、78.66%和76.35%上升至25d时的83.17%、84.30%和80.46%,15 d时低负荷下Proteobacteria菌相对丰度低于其他反应器,缺氧悬浮填料不能作为污水处理厂低负荷下总氮快速达标的备选方案.反硝化功能菌属Dechloromonas相对丰度的增加可能是引起填料生物膜反硝化脱氮能力提高的重要原因.Flavobacterium菌属的存在可能促进了低温下填料生物膜反硝化脱氮能力的恢复.不同恢复环境对缺氧生物膜恢复完成时的生物多样性影响较小.     

重金属铜、锌、镉、铅复合污染对土壤环境微生物群落的影响

以铜锌冶炼厂附近的水稻土为例, 研究了重金属复合污染对土壤微生物群落的影响.结果表明, 有效铜、锌、镉、铅与微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物商、微生物生物量氮全氮均呈显著负相关.重金属污染均能降低细菌、真菌和放线菌的数量.用BIOLOG生态盘研究了重金属污染对微生物群落结构的影响, 发现重金属污染明显影响了微生物群落结构, 反映在典型变量1(CV1)与重金属元素含量呈极显著正相关, 因此认为典型变量1是反映重金属污染程度的有效指标.经逐步回归分析发现, 有效铜是影响典型变量1最主要的因素.     

不同组成活性污泥胞外聚合物吸附Cd2+、Zn2+特征

以蛋白质和糖含量比分别为2.5∶1、7∶1和9∶1的3种活性污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)EPS1、EPS2、EPS3作为吸附剂,研究其对水中Cd²⁺、Zn²⁺的吸附效能.结果表明,EPS对Cd²⁺和Zn²⁺的吸附与其组成有关,EPS1、EPS2和EPS3对Cd²⁺和Zn²⁺吸附量分别约为19.5、　27、　17　mg/g和40.5、 47.5、 37　mg/g. 3种胞外聚合物对Cd²⁺、Zn²⁺吸附过程可在1 h内快速平衡.动力学拟合结果表明,EPS1对2种重金属的吸附速率最快,而EPS2对Cd²⁺、Zn²⁺的平衡吸附容量最高.Freundlich和Langmuir方程均可描述3种EPS对Cd²⁺、Zn²⁺的吸附过程,方程参数拟合结果表明2种金属同EPS之间存在多种作用方式.3种EPS的吸附热力学方程拟合系数均表明EPS对Zn²⁺的吸附稳定性、吸附能力和亲和力均比对Cd²⁺的吸附强;当EPS中糖所占比例增加时,其对重金属的吸附能力也提高,表明糖在吸附过程中起着重要作用.     

铜污染对土壤细菌群落结构及重金属抗性基因的影响

重金属Cu在土壤中长期积累会对微生物产生毒害作用,为了探究Cu污染对土壤细菌群落及重金属抗性基因的影响,本研究建立了不同Cu浓度(50、100、200、300、500、750和1000 mg·kg-1)的土壤微宇宙,基于高通量测序和荧光定量PCR技术分析比较不同Cu浓度下培养14d后土壤细菌群落及重金属抗性基因的变化....     

胞外聚合物与溶解性微生物产物的关系

通过活性污泥内源呼吸试验,发现胞外聚合物与溶解性微生物产物之间存在相互转化、吸附与被吸附的关系。内源呼吸初期(0~19h),bound EPS水解生成BAP,细胞自溶过程也释放部分SMP。19~43h,微生物利用SMP中易降解部分生成bound EPS和UAP,大分子量的SMP被bound EPS吸附,并存在一定程度的细胞水解。43~162h为SMP分泌、溶出阶段,内源呼吸加强,微生物脱氢酶活性几乎丧失,细胞水解、自溶。bound EPS表面出现SMP解吸-吸附的交替过程。162~210h期间bound EPS水解及细胞自溶为主要过程。并且产出的SMP可生物降解性较差,对微生物表现出毒性作用,抑制其脱氢酶活性,而在毒性环境下,微生物又产出更多的SMP。     

藻菌生物膜胞外聚合物与铅锌尾矿重金属的络合配位作用

矿产资源开采冶炼产生大量尾矿渣,其中富含的可溶性重金属引发的生态环境问题日益突显.铅锌矿是我国重要的矿产资源,尾矿露天堆放使得其富含的可溶性重金属淋溶迁移,对矿区周边地表环境造成严重污染.为探明自然水体环境中的藻菌生物膜与重金属的作用机理,采用三维荧光光谱技术研究干旱区天然湖泊中的藻菌生物膜EPS（胞外聚合物）与铅锌尾矿渣中5种重金属离子的络合配位作用.结果表明:①从藻菌生物膜EPS荧光光谱图中可检测出两个荧光峰,均来源于芳香类蛋白酪氨酸物质;②铅锌尾矿淋滤液中的重金属元素主要包括Pb、Co、Ni、Zn和Cd,且这5种金属离子均能有效淬灭EPS的荧光强度;③荧光淬灭滴定试验得出,Pb2+与EPS的络合能力最强,最大络合常数为4.523 1,最大结合位点数为1.177 5;Cd2+与EPS的络合能力最弱,最大络合常数为1.957 1,最大结合位点数为0.684 8;Co2+、Ni2+和Zn2+与EPS的络合能力相似.研究显示,藻菌生物膜EPS中含有的荧光基团与重金属离子的作用强度与金属离子的类型相关,二者的络合配位作用可能会影响重金属在水环境中的化学形态、迁移、生物有效性和生态毒性.