强化启动对内循环生物流化床硝化效果的影响

通过改变内循环生物流化床的启动水质,提高N/C组成以强化流化床后期的硝化作用.结果表明,高N/C和低进水COD强化启动后处理生活污水,在HRT为2h时,可以同时高效去除COD和氨氮,氨氮的平均去除率为74%.耗氧速率试验表明,强化启动后,流化床中生物膜的异养菌活性大幅度降低,氨氧化细菌活性明显提高,硝化细菌活性变化不大.对反应系统微生物醌进行的跟踪分析表明,强化启动后,生物膜中的硝化细菌数量明显增加,微生物种群的分布均匀性变化较小,以革兰氏阴性菌为主.扫描电镜观察显示,低N/C启动条件下,生物膜厚且致密,异养菌所占比例高;高N/C启动条件有利于硝化细菌的生长,生物膜相对稀薄.     

一体式膜曝气生物膜反应器实现部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合生物除磷

针对我国城市生活污水碳氮比低、处理成本高及氮磷同步去除存在碳源竞争等问题,构建了一体式膜曝气生物膜反应器（Membrane aerated biofilm reactor, MABR）,分别采用纯生物膜系统和生物膜-絮体污泥复合系统,逐步实现了部分亚硝化-厌氧氨氧化与生物除磷工艺在单一反应器中的耦合及低碳氮比城市生活污水中氮、磷的高效去除.结果表明,第1阶段（纯生物膜系统）,在进水中仅含有氨氮的条件下, 部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺的NH₄⁺-N和TN去除率分别为65.39%和50.67%.第2阶段（生物膜-絮体污泥复合系统）,进水中增加了有机物,在COD/TN为3的条件下,TN和PO₄^3--P的去除率分别达到89.90%和70.42%,实现了氮和磷的同步高效去除.微生物群落分析结果表明,反应器内存在大量的变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidota）,其中,Proteobacteria在生物膜和絮体污泥均有分布,而Bacteroidota主要分布于絮体污泥;反应器内还检测到了Candidatus Kuenenia、Candidatus Jettenia和Candidatus Brocadia 3种厌氧氨氧化菌,且 Candidatus Brocadia为优势菌属,其在生物膜上的丰度达到了3.23%;此外,Candidatus Competibacter、Defluviicoccus等聚糖菌和聚磷菌Candidatus Accumulibacter、Dechloromonas在反应器内均有大量富集,共同构成了该生物膜-絮体污泥复合系统,实现了低碳氮比城市生活污水的同步脱氮除磷.     

全程自养颗粒污泥快速启动及混合营养型脱氮性能分析

在连续流条件下,基于颗粒污泥全程自养脱氮（CANON）工艺的快速启动和混合营养条件下高效脱氮,是CANON工程应用的重要环节.本研究在气提内循环反应器（AIR）中,以老化的CANON颗粒污泥经机械破碎至0.3 mm作为种泥,实现混合营养型单级颗粒污泥同步脱氮除碳.启动26 d,通过控制DO,系统出现稳定的部分硝化,再缩短HRT提升氨氮负荷至5.65 kg ·（m³ ·d）^-1,促进颗粒化和厌氧氨氧化;第68 d,总氮去除率达到58%之后,进水加入有机物,C/N从0提升到0.25和0.5,促进AOB、AMX和异养微生物的协同,氨氮去除率达95%,总氮去除率达85%,COD去除率达80%左右.COD浓度增加,能较好地抑制Nitrospira菌属等NOB的活性,q（NH₄⁺-N）和q（TN）稳定在0.4 g ·（g ·h）^-1和0.34 g ·（g ·h）^-1,q（NO₃^--N）约为0.02 g ·（g ·h）^-1.采用MiSeq高通量测序对微生物多样性分析,表明有机物对污泥中Nitrosomomas和Candidutus_Kuenenia丰度未产生显著影响,增加了Candidutus_Brocadia菌属以及具有反硝化功能Denitratisoma等菌属的丰度.这对于快速启动连续流CANON颗粒污泥工艺处理低C/N比废水提供思路.     

A2N双污泥反硝化除磷系统微生物的先间歇后连续培养及快速启动

以实际生活污水为对象,研究了反硝化聚磷菌（DPB）的驯化培养以及A₂N双污泥反硝化除磷系统的快速启动.采用先独立培养反硝化聚磷菌和好氧硝化生物膜再连续运行的方式成功地快速启动了A₂N系统.采用污水处理厂除磷工艺中的活性污泥为种泥,在SBR系统中以先A/O（厌氧/好氧）后A/A（厌氧/缺氧）的方式运行,32 d成功地使反硝化聚磷菌成为优势菌属.在SBR反应器中,采用硝化效果较好的活性污泥为种泥,好氧硝化生物膜30 d挂膜成功,氨氮去除率稳定在99%以上.然后,A₂N系统连续运行,11 d后系统反硝化除磷效果进入稳定状态,出水氨氮和正磷酸盐浓度均为0,硝态氮为10.26 mg/L ,出水COD为19.56 mg/L ,COD、氨氮、总氮和磷去除率分别为91%、100%、77%和100%,说明A₂N系统具有很好的脱氮除磷效果,认为系统启动成功.     

生物转盘系统中短程硝化的实现

在生物转盘反应器接种普通好氧污泥,在进水COD浓度为300mg/L,氨氮浓度为15mg/L,pH7.5～8.0,室温条件下启动试验,挂膜成功后对盘面以表层异养菌为主的生物膜层进行亚硝酸盐氧化菌的驯化,通过不断提高进水氨氮负荷和控制较低的C/N,系统硝化反应经历了由弱→强→弱的变化,而氨氧化反应不断得到强化。64d时,当进水N/C比为3.75,COD和氨氮浓度分别为40mg/L和150mg/L,氨氮面积负荷为7.46g/m·2d,HRT=3.16h时,出水亚硝氮累积率达到56.7%,系统中实现了短程硝化反应,随着系统的稳定,亚硝氮平均累积率为80%,最高达95.8%;驯化过程中生物膜厚度由0.2cm增加到0.5cm,颜色也由浅黄色变成黄褐色,镜检发现微生物种类变少,钟虫和累枝虫等消失,膜体中间由大量的丝状体连接。     

胞外聚合物在生物膜同步去除/富集磷酸盐系统中的作用

以基于同步去除/富集磷酸盐的厌氧/好氧交替生物膜序批式反应器内生物膜为研究对象,研究了胞外聚合物（EPS）内磷含量形态及生物膜内微生物种群变化,探究EPS在生物膜去除/富集磷酸盐中的作用及其与微生物种群之间的联系.结果表明,生物膜反应器在厌氧外加COD为200 mg·L^-1的条件下富集到了磷浓度为120.95 mg·L^-1的富集液.EPS在生物膜吸/释磷过程中发挥重要作用,EPS磷含量占生物膜磷含量的69.16%~79.00%,³¹P核磁共振实验表明ortho-P为EPS内主要磷形态,占比为85.47%~88.60%.高通量测序结果表明生物膜内微生物种群变化明显,Candidatus_Competibacter为优势菌属,其丰度由1.23%增至38.87%,有利于形成更具粘性的EPS进而黏附在生物膜上,可能促进EPS在吸/释磷中发挥作用;暖绳菌科为优势聚磷菌,随实验温度升高,其丰度由5.29%减至4.90%.     

基于厌氧氨氧化的城镇生活污水深度脱氮工艺研究

随着城镇生活污水排放标准的日益严格,现有城市污水处理厂普遍面临提标改造的挑战,较多污水处理厂采用三级脱氮工艺降低出水中氮素含量.本研究以磁混凝预处理后的生活污水为研究对象,采用厌氧氨氧化工艺作为三级脱氮工艺,构建含有生物膜和絮体污泥的UASB反应器,处理A/O（二级生化单元）出水,研究串联、分流进水以及回流等条件下系统的脱氮及有机物去除性能,并通过微生物群落分析揭示各阶段的菌群结构变化.结果表明,当UASB串联A/O时,系统出水氨氮、TN和COD分别为1.21、10.02和30.00 mg·L^-1.当进水分流比为15%时,提升了UASB的脱氮速率（从0.04升高至0.06 kg·m^-3·d^-1）,UASB分别贡献了系统TN、NH₄⁺-N和COD去除总量的23.4%、20%和20.7%,当系统出水回流到A区时,能进一步降低出水污染物浓度,NH₄⁺-N仅为1 mg·L^-1,TN为12.03 mg·L^-1.微生物群落结构分析结果表明,在A/O反应器内Proteobacteria为主要菌门,UASB内Planctomycetes门实现富集,生物膜中Planctomycetes丰度为1.93%~8.39%,厌氧氨氧化细菌（以Candidatus Kuenenia为代表）在生物膜和污泥絮体中丰度分别为0.77%~2.19%和0.01%~1.49%.本研究结果表明,基于厌氧氨氧化的三级脱氮工艺能够实现生活污水的深度脱氮,在不增加曝气与碳源投加成本的同时高效去除氨氮、总氮,可为城市生活污水处理厂改造升级提供技术支撑.     

生物脱氮新技术在垃圾渗滤液工程化处理中的应用

针对渗滤液中高浓度氨氮的处理问题,采用厌氧折流板反应器（ABR）和复合生物膜（HBR）组合工艺对广州市大田山垃圾渗滤液生物处理系统进行改造.具体分析了工程改造后厌氧折流板反应器和复合生物膜反应器的氨氮处理效果及其微生物的状况.现场采用ABR-HBR组合生物脱氮工艺,通过合理控制HBR的溶解氧浓度,并将HBR出水以大比例回流到ABR,以促进部分硝化和厌氧氨氧化过程的发生.结果表明,在进水氨氮浓度高达336.24～685.09 mg/L的条件下,启动60　d后,ABR反应器成功地培养了厌氧颗粒污泥和厌氧氨氧化细菌,其平均氨氮去除率为34.9%.ABR反应器稳定运行30 d后,HBR反应器中氨氧化细菌的数量(MPN)高达6.4×10⁷ 个/mL,其平均氨氮去除率为95.1%.经组合工艺整体处理后,系统出水氨氮浓度稳定在25　mg/L以下,总氮的去除率也高达80%以上.     

应用T-RFLP技术研究五氯酚对好氧颗粒污泥中细菌组成的影响

研究了五氯酚(PCP)对好氧颗粒污泥处理生活污水的影响,借助末端限制性酶切片段长度多态性(T-RFLP)技术考察了PCP存在时好氧颗粒污泥细菌组成的变化.结果表明,PCP对氨氮去除率的影响大于对COD去除率的影响,好氧颗粒污泥中微生物的种群数量随着PCP浓度的增加而逐渐减少,氨氮和COD去除率的变化与微生物种群数量变化相吻合.根据对PCP的敏感程度,好氧颗粒污泥中的微生物可分以下几类:①对PCP高度敏感的微生物,可能是Microbacterium或Streptococcus等以及2种未被报道的菌种;②对PCP中度敏感的微生物,可能是Corynebacterium或Nevskia等以及1种未被报道的菌种;③对PCP低度敏感的微生物,可能是Mycoplasma或Exiguobacterium等以及1种未被报道的菌种;④对PCP耐受性强的微生物,这类微生物主要是13个末端限制性片段(69、71、82、175、198、241、229、232、233、240、245、269、449bp)所代表的微生物,PCP浓度为30mg/L时,长度为82bp和175bp的片段的相对面积分别22.7%和13%,所代表的微生物已经演替为优势菌群.     

3种填料A.ferrooxidans挂膜效果及对模拟酸性矿山废水中Fe2+生物矿化能力比较

氧化亚铁硫杆菌（A.ferrooxidans）介导的生物矿化方法可促使酸性矿山废水（Acid Mine Drainage,AMD）中Fe离子向次生铁矿物转变. 采用固定化的方式来提高A.ferrooxidans密度有助于强化Fe²⁺的生物矿化能力.选取流化床19孔填料、弹性填料、悬浮球填料作为挂膜对象, 通过多批次的连续培养来考察3种填料的A.ferrooxidans挂膜能力及稳定挂膜所需周期,继而比较3种挂膜填料对模拟AMD中Fe²⁺的生物矿化能力,并估算A.ferrooxidans有效生物量.结果表明,3种填料（5.00 g）的A.ferrooxidans挂膜能力依次为弹性填料（1.76 g）＞流化床19孔填料（0.90 g）＞悬浮球填料（0.78 g）（干重）,且挂膜启动至稳定状态至少需要4批次.X射线衍射分析（X-ray diffraction,XRD）表明,3种填料表面 含矿生物膜均为施氏矿物和黄钾铁矾的混合物.以游离态A.ferrooxidans的Fe²⁺氧化速率作为参比,估算出流化床19孔填料、弹性填料、悬浮球填料生物膜中A.ferrooxidans有效生物量依次为1.67×10⁸、8.52×10⁸、1.92×10⁸ cells·g^-1 （干基）.研究还发现,等同Fe²⁺生物氧化速率下, A.ferrooxidans挂膜填料比游离态A.ferrooxidans具有更强的AMD矿化驱动能力.     

Effect of substrate COD/N ratio on performance and microbial community structure of a membrane aerated biofilm reactor

Two parallel carbon-membrane aerated biofilm reactors were operated at well-defined conditions to investigate the e ect of substrate COD/N ratios on the performance and microbial community structure of the bioreactor. Results showed that at substrate COD/N of 5, organic and nitrogen could be eliminated simultaneously, and COD removal degree, nitrification and denitrification e ciency reached 85%, 93% and 92%, respectively. With increasing substrate COD/N ratios, the specific oxygen utilization rates of nitrifying bacteria in biofilm were found to decrease, indicating that nitrifying population became less dominant. At substrate COD/N ratio of 6, excessive heterotrophs inhibited the activity of nitrifying bacteria greatly and thus led to poor nitrification process. With the help of fluorescence in situ hybridization (FISH), Nitrosomonas and Nitrosospira were identified as dominant ammonia-oxidizing bacteria in the biofilm at substrate COD/N of 0, whereas only Nitrosospira were detected in the biofilm at COD/N ratio of 5. Nitrospira were present as dominant nitrite-oxidizing bacteria in our study. Confocal laser scanning microscopy images revealed that at substrate COD/N ratio of 0 nitrifying bacteria existed throughout the biofilm and that at COD/N ratio of 5 they were mainly distributed in the inner layer of biofilm.     

竹丝填充床对高有机负荷及低C/N水质的脱氮特性

利用竹丝填料作为生物载体而组建的接触氧化工艺对高浓度难降解水质和低C/N水质的脱氮特性进行了研究.结果表明,当进水COD为804～5100mg/L,BOD为45.0～1100mg/L,BOD/COD为0.01～0.46的情况下,TN去除率为26.6%～96.95%,出水BOD/COD为0.07～0.75;当COD为98～251mg/L,TN为28.0～105.1mg/L,COD/TN为1.6～4.6时,TN去除率为4.94%～48.8%,说明竹丝填料接触氧化工艺在高浓度难降解水质和低C/N比水质条件下具有很好的脱氮效果,但竹子囊腔内的竹汁会使系统脱氮效果波动;对反应器内的主要菌群的分布特征研究发现,在处理高浓度难降解水质过程中,进、出口处细菌浓度相当;而在处理低C/N水质过程中,细菌、硝化细菌主要分布在反应器的进口处,反硝化细菌沿程均匀分布.     

A2N双污泥反硝化除磷系统微生物的先间歇后连续培养及快速启动

以实际生活污水为对象,研究了反硝化聚磷菌(DPB)的驯化培养以及A2N双污泥反硝化除磷系统的快速启动.采用先独立培养反硝化聚磷菌和好氧硝化生物膜再连续运行的方式成功地快速启动了A2N系统.采用污水处理厂除磷工艺中的活性污泥为种泥,在SBR系统中以先A/O(厌氧,好氧)后A/A(厌氧,缺氧)的方式运行.32 d成功地使反硝化聚磷菌成为优势菌属.在SBR反应器中,采用硝化效果较好的活性污泥为种泥,好氧硝化生物膜30 d挂膜成功.氨氮去除率稳定在99%以上.然后.A2N系统连续运行,11d后系统反硝化除磷效果进入稳定状态,出水氨氮和正磷酸盐浓度均为O,硝态氮为10.26 mg/L,出水COD为19.56 mg/L,COD、氨氮、总氮和磷去除率分别为91%、100%、77%和100%,说明A:N系统具有很好的脱氮除磷效果,认为系统启动成功.     

A/O-MBBR工艺处理生活污水性能及菌群结构

采用设计规模为100m³/d的一体化缺/好氧-移动床生物膜反应器(A/O-MBBR)处理实际生活污水,通过265d的中试研究考察了该工艺在多因素扰动下的除碳和脱氮性能,并对不同运行阶段微生物群落结构的动态变化进行了研究.结果表明,一体化A/O-MBBR系统具有良好的COD去除效果和脱氮性能.当好氧池溶解氧(DO)浓度和进水碳氮比(COD/N)分别为2.5~3.5mg/L和(7.9±2.0)时,COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别达到(93.3±5.4)%、(99.1±0.6)%和(67.9±10.5)%.Proteobacteria、Bacteroidetes和Chloroflexi在不同运行时期均有较高的相对丰度,保证了有机物的高效去除.A/O-MBBR系统脱氮功能菌在运行初期主要分布于活性污泥中,且相对丰度较低.长期运行后,生物膜与活性污泥中均同时检出大量硝化菌和反硝化菌.其中,相对丰度最高的硝化菌为Nitrospira,主要分布于生物膜上(19.48%~28.05%).反硝化菌则以Thauera、Terrimonas和Dokdonella等为主.     

多级土壤渗漏系统处理农村生活污水

构建了多级土壤渗漏系统（MSL）以处理农村生活污水,主要研究了MSL的挂膜启动特征,进水水力负荷对MSL处理生活污水性能的影响,以及MSL运行过程中生物膜的特征.实验结果表明,采用连续进水的方式挂膜28d后,挂膜成功,MSL对生活污水中COD,氨氮,TN,TP的去除率分别达到84.5%,74.7%,66.7%,76.4%.MSL运行过程中,表现出对进水水力负荷变化较强的适应性,水力负荷为400L/（m²·d）时,生活污水中COD,氨氮,TN,TP的平均去除率分别达到93.4%,94.9%,80.4%,94.7%,系统出水水质能够满足城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级A标准.MSL对有机物和氮磷的去除途径结果表明,微生物降解和转化作用对污水中COD,氨氮,TN的去除贡献率最大,Fe³⁺与PO₄^3-的化学沉淀作用则是TP去除的主要途径.实时荧光定量PCR技术检测结果显示,生物膜中硝化功能菌占总菌群的35.5%.     

芽孢杆菌与硝化细菌净化水产养殖废水的试验研究

以枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和硝化细菌为实验菌种,对水产养殖废水中的各项水质因子(pH、DO、NH4+-N、NO2--N、COD)进行控制或处理。结果表明,经投加微生物菌液处理的养殖废水水质均优于对照组:枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可以降低废水的COD和NO2--N浓度,出水COD浓度小于100mg/L,NO2--N浓度小于0.6mg/L,COD去除率分别为67.97%、70.16%,NO2--N去除率分别为99.28%、99.51%;硝化细菌可以将废水NH4+-N和NO2--N的浓度降低到0.6mg/L以下,去除率分别为99.38%、81.44%;而菌液的投加对养殖水体的pH值影响不明显。三种微生物在净化水产养殖废水的作用上各有特点,可为形成共生长效的养殖水产环境修复微生物种群提供基础。     

氨氮浓度对MBBR工艺中微生物群落结构的影响

采用移动床生物膜反应器（moving bed biofilm reactor,MBBR）处理模拟废水,考察进水氨氮浓度（20,30,50,100,200 mg/L）对MBBR工艺处理效果的影响,并利用16S rDNA高通量测序技术,分析微生物群落结构变化。结果表明:氨氮浓度为30~100 mg/L时,氨氮浓度越小,越有利于氨氮的去除,对COD去除率影响较小。氨氮浓度为20,50,200 mg/L时,Ottowia为第1优势菌属,相对丰度分别为66.76%、34.40%、53.88%,而氨氮浓度为30,100 mg/L时,Ottowia优势地位被Arcobacter、Hydrogenophaga等取代,说明微生物群落结构发生波动性变化可能与各类起反硝化作用的菌属和Ottowia菌属争夺优势地位有关。与自养型硝化作用有关的菌属相对丰度稳定在0.3%左右,相对丰度受氨氮浓度影响不大,高浓度氨氮对硝化菌属产生的抑制作用,可能是对其微生物活性的抑制。通过研究发现,进水氨氮浓度对MBBR生物膜中的微生物群落结构有一定的影响。     

Effect of organic carbon on nitrification efficiency and community composition of nitrifying biofilms

The effects of organic carbon/inorganic nitrogen (C/N) ratio on the nitrification processes and the community shifts of nitrifying biofilms were investigated by kinetic comparison and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) analysis. The results showed that the nitrification rate decreased with an increasing organic concentration. However, the effect became weak when the carbon concentration reached sufficiently high level. Denitrification was detected after organic carbon was added. The 12 h ammonium removal rate ranged from 85% to 30% at C/N = 0.5, 1, 2, 4, 8 and 16 compare to control (C/N = 0). The loss of nitrogen at C/N = 0.5, 1, 2, 4, (8 and 16 was 31%, 18%, 24%, 65%, 59% and 62% respectively, after 24 h. Sequence analysis of 16S rRNA gene fragments revealed that the dominant populations changed from nitrifying bacteria (Nitrosomonas europaea and Nitrobacter sp.) to denitrifying bacteria (Pseudomonas sp., Acidovorax sp. and Comamonas sp.) with C/N ratio increase. Although at high C/N ratio the denitrifying bacteria were the dominant populations, nitrifying bacteria grew simultaneously. Conrrespondingly, nitrification process coexisted with denitrification.