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.      

厌氧氨氧化菌富集培养过程微生物群落结构及多样性

为深入理解厌氧氨氧化菌富集培养过程微生物群落变化特征,采用ASBR反应器进行厌氧氨氧化菌富集培养,考察了不同培养时间微生物群落组成、多样性及物种网络关系.结果表明,通过逐步提高基质浓度,实现了厌氧氨氧化菌富集,NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率分别为97.6%和95.4%,总氮去除率为84.9%.高通量测序发现,整个培养过程优势菌门(相对丰度> 5%)为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、浮霉菌门(Planctomycetes)、装甲菌门(Armatimonadetes)和放线菌门(Actinobacteria);富集培养获得的主要厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia,相对丰度从1.42%增长到24.66%;培养过程,微生物群落优势菌群组成未发生变化,但相对丰度呈现显著差异(P <0.05).富集培养过程不同时间,微生物群落α多样性呈现先升高后降低的趋势,且存在显著差异(P <0.05)...     

游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸影响试验

为探究高游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸的影响.本试验采用序批式活性污泥反应器(SBR),以短程硝化污泥为研究对象,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下,氨氧化过程氨逃逸的变化规律.结果表明,当0.62 mg·L~(-1)FA7.7mg·L~(-1)时,水中游离态氨(NH_3)和水分子(H_2O)结合,生成较稳定的NH_3·H_2O,几乎未发生氨逃逸.当FA浓度较高时(FA687.1 mg·L~(-1)),氨氮未被氧化成氧化态氮[曝气结束时氧化态氮(NO_x~--N)浓度0.1 mg·L~(-1)],但总氮(TN)损失量却达到了269.7 mg·L~(-1),因此,NH_3·H_2O通过挥发作用使得NH_3从水中逸出.在较高FA浓度条件下,氨根离子(NH_4~+)会以NH_3形式被吹脱,从而发生氨逃逸.在226.6 mg·L~(-1)≤FA≤711.8 mg·L~(-1)范围内,氨逃逸速率(FEV)随着FA浓度的增加而增加.     

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.     

厌氧氨氧化启动过程细菌群落多样性及PICRUSt2功能预测分析

细菌群落是实现厌氧氨氧化系统高效脱氮的核心,而厌氧氨氧化启动过程细菌群落多样性及其功能特征仍未被充分阐明.本研究采用升流式厌氧污泥床(UASB)反应器进行厌氧氨氧化系统启动,利用16S rRNA基因高通量测序技术并结合PICRUSt2功能预测分析,研究启动过程不同时间(d0、d30、d60和d90)细菌群落多样性及功能...     

游离氨(FA)耦合曝气时间对硝化菌活性的抑制影响

本试验采用3个标记为R_(Ahead)、R_(Exact)和R_(Exceed)的序批式反应器(SBR),在实现短程硝化的基础上,深入研究了游离氨(FA)耦合曝气时间对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性的抑制影响.本试验在3种FA浓度(0.5、5.1、10.1mg·L~(-1))耦合3种曝气时间(t_(Exact):氨被完全氧化时停曝气;t_(Ahead):氨被完全氧化前30 min停曝气;t_(Exceed):氨被完全氧化后30min停曝气)的条件下进行.结果表明,当FA浓度达到10.1 mg·L~(-1)时,3种系统均实现了短程硝化,但短程硝化实现的快慢关系为:R_(Ahead)最快、R_(Exact)次之、R_(Exceed)最慢,其所需运行周期分别为56、62和72.此外,3种系统中,相对于AOB,NOB活性受到的抑制作用更强,导致AOB活性始终高于NOB活性,且AOB和NOB菌属活性(η)强弱关系差异较大,AOB活性强弱关系:η_(RExceed)η_(RExact)η_(RAhead),其值分别为104.4%、100%和85.8%,NOB活性强弱关系:η_(RExceed)η_(RExact)η_(RAhead),其值分别为71.2%、64.9%和50.2%.     

游离氨对硝化菌活性的抑制及可逆性影响

为考察游离氨(FA)对硝化菌(氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB)活性的抑制影响,采用SBR反应器,基于FA与过程控制协同作用在实现短程硝化的基础上,考察了不同FA浓度(1.0,5.3,16.6,13.4,9.9,5.2,1.0mg/L)梯度下,FA对AOB和NOB活性的抑制作用及可逆性.结果表明,当FA浓度达到13.4mg/L时,系统内亚硝态氮积累率(NiAR)逐渐增加,硝态氮积累率(NaAR)逐渐减小,且NiAR/ NaAR>1时,系统实现了稳定短程硝化.在此FA浓度条件下,FA对AOB和NOB活性均产生一定的抑制作用,但相对于AOB,NOB对FA的抑制作用更加敏感.当AOB活性被短暂抑制后,其活性又迅速恢复;而NOB活性被完全抑制.此后当FA浓度又逐渐降至1.0mg/L时,AOB活性始终维持较高水平,而NOB活性尚未恢复.也即是说,在本试验控制的FA浓度条件下,FA对AOB活性的抑制作用是可逆的,而对NOB活性的抑制作用不可逆.     

游离氨(FA)对氨氧化菌(AOB)活性抑制动力学试验

为探究游离氨(FA)对氨氧化细菌抑制动力学影响,本试验采用序批式活性污泥(SBR)反应器,在通过改变系统进水FA浓度以实现稳定的短程硝化,达到富集AOB目的基础上,以短程硝化污泥为对象,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下氨氧化过程比亚硝态氮产生速率(SNi PR)变化规律,进而拟合FA抑制AOB活性抑制动力学模型,并进行统计学分析.结果表明,当0.7 mg·L~(-1)≤FA≤50.2 mg·L~(-1)时,随着FA浓度升高,SNi PR(以N/VSS计)迅速升高.当FA≥50.2 mg·L~(-1)时,SNi PR随着FA浓度升高而降低.尤其当FA浓度高于687.1 mg·L~(-1)时,SNi PR始终维持在0 g·(g·d)~(-1),表明AOB活性被完全抑制.相对于Haldane、Edwards~(-1)#、Edwards-2#、Luong抑制动力学模型,Aiba模型最适合描述FA对AOB活性的抑制影响.其统计学常数:残差平方和(RSS)为0.005、相关系数(R2)为0.932、拟合方程的显著性差异(F)为181.7、可信度(P)为1.06×10-9.其动力学常数值:最大比亚硝态氮产生速率(rmax,以N/VSS计)为0.37 g·(g·d)~(-1);半饱和常数(KS)为11.78 mg·L~(-1);抑制常数(KI)为153.74 mg·L~(-1).     

罗红霉素短期冲击对活性污泥中氨氧化微生物丰度和多样性的影响

本研究基于amo A基因,结合实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,q PCR)和高通量测序技术研究罗红霉素(roxithromycin,ROX)短期冲击对活性污泥中氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)丰度和多样性的影响.本研究共设置10种ROX浓度,不同浓度的ROX对氨氧化作用的影响差异明显,环境浓度(0.3~30μg·L~(-1))与中等浓度(300μg·L~(-1)和3000μg·L~(-1))的ROX并未对氨氧化作用产生影响;较高浓度(5 000~12 000μg·L~(-1))的ROX对氨氧化作用产生明显的抑制作用.环境浓度和中等浓度的ROX刺激了AOA增长,而较高浓度的ROX导致AOA的丰度下降.此外,除了环境中的痕量浓度(0.3μg·L~(-1)),其余浓度的ROX均导致AOB丰度下降,且下降趋势比AOA显著,说明AOA对ROX的耐受性高于AOB.高通量测序结果表明,在ROX的选择压下,AOA的OTUs多样性减少,AOB的OTUs多样性增加;但3个样品中最主要的AOA Candidatus Nitrososphaera gargensis的相对丰度随ROX浓度增加而增多,最主要的AOB Nitrosomonas eutropha的相对丰度随ROX浓度增加而减少,这同样说明了AOA对ROX的耐受性高于AOB.冗余分析结果表明:AOA Ca.Nitrososphaera gargensis、Candidatus Nitrosoarchaeum koreensis和AOB Nitrosomonas oligotropha、Nitrosomonas watsonii、Nitrosomonas halophilus均与ROX浓度呈正相关.     

高温冲击对亚硝酸盐氧化过程中微生物菌群结构影响

为了进一步了解在亚硝酸盐氧化过程中,高温冲击对活性污泥微生物菌群结构的影响,本研究中,以在不同NO~-_2-N浓度条件下富集的硝化活性污泥为研究对象,利用16S rRNA高通量测序技术分析方法,通过改变环境温度考察活性污泥微生物菌群丰度变化及结构特征.高通量测序分析结果表明:25℃时易于微生物生长,系统活性污泥微生物菌群多样性最丰富.随着高温冲击试验进行,系统内菌群丰富度、均匀度和多样性呈下降趋势.此外,分析发现本系统主要硝化功能菌为Nitrospirae的Nitrospira,更适宜在35℃生长.且高温冲击试验同样引起了活性污泥中非硝化功能微生物(Bacteroidetes、Chloroflexi、Halomonas和Pseudomonas等)的菌群结构差异.试验结果可为高温冲击条件下亚硝酸盐氧化过程中微生物菌群分布特点的研究提供部分理论参考,并为相关高温冲击试验给予部分借鉴.     

硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合工艺中微生物群落结构和多样性研究

为研究基于硫自养反硝化和厌氧氨氧化耦合工艺中微生物群落结构和多样性特征,从稳定运行的HABR厌氧折流板反应器中采集生物膜样品,利用PCR-DGGE技术分别对反应器中4个格室进行群落结构解析。结果表明,微生物群落变化与水质环境中的有机物、氮和硫的浓度有关,微生物群落结构在不同的格室中变化较大,4个格室中的细菌的Shannon-Wiener指数(H)由左至右依次减小,相邻格室的相似性较高。经过克隆测序分析,HABR反应器内的微生物多为硫自养反硝化菌和厌氧氨氧化菌,并且出现了Sulfurimonas菌种,该类菌种是同步脱硫反硝化作用的主要功能菌,它们对污水中硫及氮的去除发挥了重要的作用。     

A/DAT-IAT生物脱氮工艺短程硝化反硝化

研究了A/DAT-IAT生物脱氮工艺在低溶解氧浓度下,处理高氨氮、低碳氮比工业废水时,去除氨氮过程中亚硝酸盐积累的情况。结果表明,系统在低DO浓度下有效去除氨氮的同时,能够实现长期稳定的亚硝酸盐积累,并且没有发生污泥膨胀。在试验的稳定运行阶段,当系统运行正常,DO=1·0mg/L时,DAT池亚硝化率(NO2--N/NOX--N)平均可达82·1%,氨氮去除率>95%,污泥的沉降性能一直良好,SVI值处于90~125mL/g范围内。     

晚期垃圾渗滤液短程硝化氮平衡的研究

为了更有效地控制晚期垃圾渗滤液短程硝化反应过程,需了解反应器内氮素转化规律。通过氮平衡实验,对亚硝酸型硝化反应器反应前后氮素构成进行分析,了解反应器内氮素转化规律。结果表明:进入反应柱的凯氏氮(包括氨氮和有机氮)转化成亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、用于合成细胞进入污泥的凯氏氮、未转化的凯氏氮、出现的误差及微量氨吹脱的影响所占的百分比分别为1.96%、0.83%、1.29%、92.1%、3.82%。同时得出该晚期垃圾渗滤液中氨氮占凯氏氮比例约为0.898,有机氮可转化成氨氮的比例为89.6%。     

供氧模式对序批式活性污泥反应器硝化性能的影响

采用非固定氧供给模式和固定氧供给模式对序批式活性污泥反应器的硝化性能进行了研究。结果表明供氧模式对序批式活性污泥反应器的硝化能力、硝化产物和污泥组成有重要影响。在非固定氧供给模式下,亚硝酸化和硝酸化同时进行,最终反应产物为硝酸盐。在固定氧供给模式下,亚硝酸化和硝酸化顺序发生,如果反应时间不足,出流中将含有大量亚硝酸盐。亚硝酸菌具有碳氧化菌的饱食饥饿(feastfamine)能力;而硝酸菌则没有。饥饿对亚硝酸菌在低氧下的氧化起着关键作用。     

游离氨对强化生物除磷系统除磷效能及菌群结构的影响

为探究游离氨(FA)影响强化生物除磷(EBPR)系统除磷效能的生物学机制,采用SBR反应器,以EBPR系统的活性污泥为研究对象,探究了FA浓度分别为0,0.2,1,4,10,15,25,50 mg/L对EBPR系统除磷效能及菌群结构的影响。结果显示,FA浓度为0.2 mg/L时,对EBPR系统除磷产生促进作用,当FA浓度为1～50 mg/L时,对EBPR系统除磷产生抑制作用;门水平下,变形杆菌门Proteobacteria的丰度随着FA浓度的升高而升高;纲水平下,γ-变形菌纲Gammaproteobacteria的丰度与FA浓度呈正相关;属水平下,聚磷菌Ca.Accumulibacter与Tetrasphaera相比,Tetrasphaera的丰度变化趋势更符合FA对除磷性能的影响;LEfSe分析显示低、中、高浓度样品的微生物标记物分别为绿弯菌门Chloroflexi、拟杆菌门Bacteroidetes及β-变形菌纲Betaproteobacteriales。研究结果明确了FA对EBPR系统影响的过程,加深了对EBPR系统除磷过程菌群结构的认识,可为深入研究生物除磷的抑制机理提供借鉴。     

高氨氮废水短程硝化过程中污泥膨胀的研究

采用A/O工艺处理模拟高氨氮废水,在一定条件下实现了稳定的短程硝化(积累率≥80%),污泥沉降性能良好,短程硝化后期污泥沉降性能逐渐恶化。实验结果表明,通过补充废水的N/P虽然能够略微降低SVI,但是仍然不能有效的缓解污泥膨胀。当COD负荷>0.27kg/(kg.d)时发生污泥膨胀。将DO控制在1.5～2.0mg/L,沉淀池的固液分离效果良好,并且氨氮去除率、COD去除率和亚硝氮积累率均>90%,污泥膨胀现象得到有效控制。     

SBR系统中同时硝化反硝化生物脱氮研究

采用单级SBR系统处理含有机物和氨氮的模拟污水并研究了单级生物脱氮的主要影响参数。实验采用葡萄糖作为碳源、硫酸铵作为氮源,研究了不同的CN和DO对同时硝化反硝化作用的影响。研究结果表明,当进水CODCr、NH3N浓度分别为244～500mgL和45.4～52.2mgL、反应条件为DO=1.0～3.0mgL、CODCrNH3N=5～10时,反应器中CODCr、NH3N的去除率分别达到87.1%～91.0%、75.1%～94.7%。根据试验结果,对同时硝化反硝化过程的一个代表性周期进行了分析。     

SBR中联氨对亚硝化的影响

为了开发经济高效的生物脱氮工艺,研究了SBR中联氨对短程硝化反硝化的控制作用,考察了不同联氨投加量对短程硝化的影响。实验结果表明:在室温下,不控制溶解氧,p H为7.5~8.0时,投加7.5 mg/L联氨,亚硝氮积累效果最佳,其出水氨氮及亚硝氮浓度平均值分别为1.44,12.23 mg/L,均优于其他联氨投加量的监测结果;投加7.5 mg/L联氨的活性污泥中生物相种类和数量都优于未投加联氨的活性污泥,SEM图像显示活性污泥结构致密,紧凑,且菌落数量明显升高;从活性污泥的红外谱图可以看出,投加联氨与否,特征峰位置基本相同,但投加7.5 mg/L联氨的活性污泥EPS红外谱图峰强更高。     

市政污泥堆肥过程中挥发性硫化物(VSC)和NH3释放规律

以华北地区某市政污泥堆肥厂为研究对象,开展市政污泥堆肥过程中恶臭气体（挥发性硫化物（VSC）和NH₃）的释放规律研究。用苏玛罐、静态箱采集和气相色谱检测方法,测定了污泥堆肥厂VSC和NH₃空间分布及堆肥过程中的释放规律。结果表明:堆肥过程中产生的典型恶臭物质为NH₃、甲硫醚（DMS）和二甲二硫（DMDS）等,且在静态箱内20 min静置累积浓度排序为NH₃>DMDS>DMS>CS₂>MT>H₂S。NH₃平均累积浓度为2.62~119.64 mg/m3,VSC累积浓度比NH₃低1~2个数量级。针对市政污泥堆肥过程中主要气态污染物的种类及含量的分析,为开展恶臭气体治理提供了参考。     

曝气压力对MABR中同步硝化反硝化脱氮的影响

以模拟生活污水为研究对象,探讨膜曝气生物反应器(MABR)推流运行时不同曝气压力下不同点位分布的溶解氧值特征;利用MABR可形成好氧/缺氧/厌氧的环境特性,针对曝气压力对MABR同步硝化反硝化脱氮效果的影响进行研究,借助微生物鉴定手段对MABR的群落结构进行分析。研究结果表明:相同曝气压力下的DO值,轴向上波动较大,径向上以曝气膜为中心向外部逐渐降低;随着曝气压力的增加,不同点位分布的DO值均提高,同步硝化反硝化效率先升高后降低。当曝气压力为0.04MPa时出水的同步硝化反硝化脱氮效果最佳为74.67%。在此曝气压力下,微生物群落鉴定证明生物膜内出现了好氧-兼氧的分层现象,生物膜内由好氧菌、兼氧菌共同完成硝化、反硝化过程,主体液料由厌氧菌作为优势菌群进行反硝化作用,并且根据未检测出厌氧氨氧菌的鉴定结果排除发生厌氧氨氧化的干扰。