城市污水中部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺NOB抑制策略的研究进展

城市污水具有低温低氨氮(NH₄⁺-N)的特点,不利于亚硝酸盐氧化菌(NOB) 的长期稳定抑制,而NOB的过度增殖会导致出水硝氮 (NO₃⁻-N) 指标升高,对其他功能微生物产生竞争性抑制作用,进而降低部分亚硝化-厌氧氨氧化 (PN/A) 系统的脱氮性能和稳定性。以氨氧化菌 (AOB) 、NOB、厌氧氨氧化菌 (AnAOB) 等功能微生物动力学参数、生长特性为基础,探讨了主流条件下的城市污水处理系统中优势功能微生物的变迁。综述了当前普遍采用的低溶氧 (DO) 限制、好氧-缺氧交替、生物强化、投加抑制剂、泥龄 (SRT) 筛选、低亚氮等NOB抑制策略,并总结了单一抑制策略无法长期、稳定抑制NOB活性,需进一步考察多重策略的联合作用。继而,从性能和工艺复杂程度,对目前普遍采用的实现多重策略联合调控的反应系统进行了探讨。提出采用活性污泥模型 (ASM) 与实验相结合的方法,为助力主流PN/A工艺运行调控提供了新思路,并指出深化基础理论的研究,开发新型的组合工艺强化NOB的抑制及脱氮性能稳定也是可行的发展方向。     

短程硝化过程2种亚硝酸盐氧化菌抑制策略探讨

为维持短程硝化稳定,保证亚硝酸盐高效积累,需要对污水处理系统亚硝酸盐氧化菌(NOB)的性质进行深入了解。分别对Nitrospira以及Nitrobacter的动力学参数,以及在活性污泥系统、生物膜系统、颗粒污泥系统中2菌属特性进行比较。经分析后认为,Nitrospira相对于Nitrobacter比增长速率较低,对O2,NO2-底物亲和性较好,适宜生长于低浓度环境中,是A2/O、短程硝化-厌氧氨氧化工艺中的主要NOB菌属;Nitrobacter则适宜在高浓度环境中生长。在颗粒污泥系统中,NOB主要处于污泥内部,由于缺乏O2,NO2-更容易被淘汰出反应器。通过对比短程硝化主要控制参数,认为NOB的抑制策略包括：在活性污泥系统中维持合理的污泥龄(SRT)以及游离氨(FA)浓度;在生物膜系统中对溶解氧(DO)以及水力停留时间(HRT)进行联合控制;在颗粒污泥系统中维持适量剩余NH4+-N,并淘洗出掺杂其中的絮状污泥。此外,利用“饱食饥饿”效应间歇曝气并维持较低的曝停比同样有利于阻止亚硝酸盐被NOB进一步氧化,保证短程硝化稳定运行。     

不同污泥负荷下SBR处理游泳馆污水的微生物群落的演变

污泥负荷直接影响微生物的生长模式,当污泥负荷发生变化时,短时间内微生物群落结构将发生明显变化.为了研究污泥负荷冲击对SBR系统内活性污泥微生物群落结构的影响,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,对不同污泥负荷冲击时,SBR处理游泳馆污水中的活性污泥微生物进行了考查.研究表明,在不同污泥负荷冲击的条件下,以MBR污泥为接种污泥,SBR工艺处理游泳馆污水系统内活性污泥微生物群落结构变化明显,多样性指数随着污泥负荷升高而逐渐增加并趋于稳定,但污泥冲击负荷过高多样性指数反而下降, SBR系统内微生物菌种大部分为未经培养菌种,肠杆菌属、甲苯单胞菌属以及γ-变形菌纲细菌等.微生物通过对不同负荷阶段环境条件的适应及演变,逐渐形成了适应相应污泥负荷的微生物种群.     

活性污泥系统聚糖菌的富集与菌群多样性分析

在实验室规模续批式反应器(SBR)内,采用人工配水作为系统进水,以乙酸钠为唯一碳源,限制进水磷浓度,调整适宜的运行方式对活性污泥进行驯化,培养富集聚糖菌。90 d的培养过程中,系统的进水COD浓度始终维持在260 mg/L左右,进水PO43--P浓度从20 mg/L逐渐降至2 mg/L,系统除磷能力逐渐丧失。系统内活性污泥的TP/TSS从40.5%降至10.4%,污泥中的糖原/TSS从14.5%增至38.2%,同时COD去除率能保持在90%以上,说明系统中成功富集聚糖菌。采用454高通量测序法分析该系统的活性污泥菌群结构,发现α-proteobacteria,β-proteobacteria,γ-proteobacteria 3类细菌占微生物总量的比例达83.78%。在属的等级上,Tepidicella占活性污泥菌群的比例最高,为20.60%。     

2种温度下污泥水富集硝化菌的对比

污泥水富集硝化菌添加强化硝化工艺可以在处理高温、高浓度氨氮污泥水的同时富集硝化菌并添加至城市污水处理系统强化硝化,但硝化菌对温度敏感,温度将对硝化菌的富集效果产生影响。研究在高氨氮负荷(1.20 kg·(m~3·d)~(-1))下运行SBR以富集硝化菌,对比2种温度(25℃、30℃)下富集硝化菌的群落结构和动力学特性。荧光原位杂交结果表明,硝化菌r-决策者(Nitrosomonas europaea,Nitrobacter)的份额随温度升高而逐渐增加。硝化动力学参数测定发现,随温度升高,AOB活性增加,基质半饱和常数增加;而NOB则相反,这主要是因为温度升高,反应器中最大游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)浓度增加,而NOB比AOB更容易受FA、FNA的抑制。此外,温度对AOB与NOB的溶解氧半饱和常数无明显影响。     

ABR-MBR工艺反硝化除磷微生物群落特征分析

为了揭示ABR-MBR组合工艺中反硝化除磷微生物种群演替规律,采用Miseq高通量测序技术考察了该工艺在不同运行阶段除磷功能区的微生物群落结构。结果表明,硝化液回流比逐步从150%提升至300%可促进反硝化除磷菌大量富集,促进系统的启动和稳定运行;系统在运行过程中始终保持较高的微生物多样性;优势微生物种群均以变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主,最大丰度分别为55.13%和7.76%,且变形菌门功能性微生物主要集中在γ-变形菌纲(Gamaproteobacteria);功能性除磷菌属主要为气单胞菌属(Aeromonas),假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavobacterium);其中在逐步提升硝化液回流比过程中气单胞菌属(Aeromonas)被大量富集,其在γ-变形菌纲(Gamaproteobacteria)的相对丰度由5.30%上升至41.49%并在系统后续运行中维持主导地位。系统除磷效果与功能性除磷微生物相对丰度的变化密切相关。系统中微生物种群的多样性和功能微生物的结构稳定性为ABR-MBR工艺的稳定运行和高效处理提供了保证。     

两种一体式全程自养脱氮反应器的启动与运行特征对比

针对采用一体式全程自养脱氮(CANON)工艺的活性污泥反应器和移动床生物膜反应器(MBBR)进行了超过400 d的考察，并对两者的运行特征进行了比较。结果显示，活性污泥CANON反应器经过长期运行，内部的污泥絮体首先聚集形成了生物膜，生物膜经刮擦脱落后可进一步形成颗粒污泥；转化形成的颗粒污泥系统对氨氮和总氮的平均去除率分别为97.6%和81.8%。在MBBR中，系统对氨氮和总氮的去除受曝气的制约，平均值分别为87.0%和72.9%;另外由于生物膜的保护，长期运行后亚硝酸盐氧化菌(NOB)将难以被抑制。反应器微生物群落组成结构显示，生物膜中的氨氧化菌(AOB)、NOB和厌氧氨氧化菌(AnAOB)相对丰度分别为5.66%、2.99%和21.10%,而颗粒污泥中这3种功能菌的相对丰度分别为7.62%、0.34%和6.85%。     

反硝化聚磷一体化设备中的聚磷菌

研究了新型生物脱氮除磷新工艺反硝化聚磷一体化设备中反硝化厌氧池活性污泥的兼性厌氧微生物组成，数量及其在该除磷系统中功能，结果表明，稳定运行期反硝化厌氧池内活性污泥混合液的兼性厌氧微生物总数大大多于启动期，稳定期和启动期分离的兼性厌氧微生物有假单胞菌属，副球菌属和肠杆菌科，通过对三种纯菌株进行吸放磷研究，三种菌都有不同程度的聚磷功能，说明反硝化菌也具有聚磷作用。     

双重抑制下亚硝化系统的启动及运行特性

采用连续进水（feed-batch）方式的SBR,在高氨氮负荷（1 kg·（m3·d）-1）和双重抑制下实现了亚硝化系统的启动及稳定运行。采用荧光原位杂交技术（FISH）对活性污泥中氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）种群及数量变化进行测定。结果表明,在温度（35±1）℃,进水氨氮浓度为1 000 mg·L-1的条件下,对NOB的抑制由游离亚硝酸（FNA）和DO的双重抑制转变为游离氨（FA）和DO的双重抑制,污泥亚硝酸盐氧化速率由28.16 mg·（g·h）-1（以MLVSS计）降到0.3 mg·（g·h）-1（以MLVSS计）以下,成功实现了高氨氮废水的稳定亚硝化。反应器出水NO2--N平均浓度为466.45 mg·L-1,NO2--N/NH4+-N接近1,NO3--N浓度低于20 mg·L-1,满足厌氧氨氧化（ANAMMOX）的进水基质要求。FISH结果表明,富集培养阶段AOB、NOB的优势种属由亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）及硝化螺旋菌属（Nitrospira）转变为Nitrosomonas及硝化杆菌属（Nitrobacter）,抑制过程中NOB逐渐被淘汰,最终硝化菌以Nitrosomonas为主,从微生物学角度佐证了亚硝化的稳定运行。     

城市污水处理厂微生物群落特征与群体感应调控

微生物群落在活性污泥中发挥有重要作用,为了解采用活性污泥法的城市污水处理厂微生物群落特征和群体感应调控作用,采集天津市某城市污水处理厂活性污泥样品,采用高通量测序对其微生物群落特征进行解析,并分析其群体感应调控作用。结果表明,该污水处理厂一年间活性污泥样品的微生物多样性和微生物群落结构存在一定差异性,主要是由于冬春季节发生了污泥膨胀。Ferruginibacter、f＿Saprospiraceae＿unclassified、Terrimonas、f＿Blastocatellaceae＿unclassified和metagenome等是该污水处理厂中主要优势菌属,冬春季节引发污泥膨胀的主要菌属是Candidatus Microthrix。群体感应调控作用分析表明C6-HSL能够抑制污泥膨胀,3OC12-HSL能够调控促进多糖的产生,f＿Saprospiraceae＿unclassified、f＿Caldilineaceae＿unclassified、SWB02、OLB12是主要的C6-HSL产生菌,f＿Bacteroidetes＿vadinHA17＿unclassified是3OC12-...