Effect of wastewater COD/N ratio on aerobic nitrifying sludge granulation and microbial population shift

The effect of COD/N ratio on the granulation process and microbial population succession was investigated. Four identical sequencing batch reactors, R1, R2, R3 and R4, were operated with various initial COD/N ratios ranging from 0/200 to 800/200 (m/m). Ethanol was fed as the source of COD. Aerobic granules were successfully cultivated in R2 and R3, operating with the COD/N ratio of 200/200 and 400/200, respectively. Scanning electron microscope observations indicated that short rod-shaped and spherical bacteria were dominant in R2, while granules produced in R3 were surrounded with a large amount of filamentous bacteria. The average specific nitritation rate in R2 and R3 were 0.019 and 0.008 mg N/(mg MLVSS.hr), respectively. Fluorescence in situ hybridization results demonstrated that nitrifying bacteria population was enriched remarkably in R2. It indicated that nitrification ability and nitrifying bacteria population were enriched remarkably at low COD/N ratio. However, no granules were formed in R1 and R4 which might attribute to either limited or excessive extracellular polymeric substances production. This study contributed to a better understanding of the role of COD/N ratio in nitrifying sludge granulation.     

Effect of organic carbon on nitrification e ciency 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.     

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.     

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.     

碳氮比对聚氨酯生物膜反应器短程硝化反硝化的影响

研究了聚氨酯生物膜反应器在短程硝化反硝化工艺中的应用,考察碳氮比(15∶1、10∶1、5∶1和1.8∶1)对聚氨酯脱氮系统脱氮性能和微生物群落结构的影响,以及微生物群落结构与其处理效果的对应关系.结果表明,经过100 d的运行,当进水碳氮比从15依次下降到10、5和1.8,亚硝酸氮累积率由56.1%逐次上升到62.3%、72.3%和83.2%.在进水碳氮比为10时,系统取得最佳处理效果,氨氮和总氮去除率分别为99.1%和91.0%.进水碳氮比在15、10、5和1.8时,硝化反应和反硝化反应均同时发生在聚氨酯生物膜系统内,随着进水碳氮比的降低,同时硝化反硝化效率逐渐降低.生物膜的功能微生物分析表明,在碳氮比15时,生物膜的微生物多样性要显著高于其他工况.生物膜上的优势亚硝酸菌和硝酸菌分别以亚硝化单胞菌(Nitrosospira sp.)和硝化螺旋菌(Nitrospira sp.)为主,而反硝化细菌则以假单胞菌(Pseudomonas sp.)占据优势.     

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.     

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.     

ITFB强化除氨及醌指纹生物群落结构分析

通过改变内循环生物流化床(internal-circulation three-phase bio-fluidized bed,ITFB)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是强化除氨的必要启动条件;强化启动后以模拟生活污水为研究对象,在HRT为2h时,可以实现COD和氨氮的同时高效去除,氨氮的平均去除率为74%,出水氨氮浓度小于10 m g/L.研究利用醌指纹技术对反应系统中微生物群落结构变化进行了跟踪分析,结果表明经过强化除氨启动后,内循环生物流化床生物膜中以Nitrosomonas europaea为代表的硝化细菌数量有所增加;而以Acinetobacter sp.和Pseudomonas sp.为代表的变形细菌的γ亚类数量减少.EQ值始终在0.5左右变化表明生物膜中微生物种群的分布均匀性变化较小.所有测试样品中UQ/MK的比值均大于1,说明生物膜系统中以革兰氏阴性菌为主.     

MBBR泥膜复合系统泥膜竞争关系的影响因素

为探究MBBR泥膜复合硝化系统内泥膜竞争关系，通过小试试验研究了水处理过程中常规因素（污泥浓度、DO、温度、C/N）对MBBR泥膜复合系统硝化效果的影响，分析了系统内污泥容积负荷和移动床生物膜反应器（MBBR，Moving-Bed Biofilm Reactor）生物膜容积负荷变化趋势，进而得出泥膜竞争规律.结果表明，MBBR泥膜复合系统容积负荷均大于单一污泥或MBBR生物膜系统的容积负荷.在一定范围内，污泥浓度、DO、温度与MBBR泥膜复合系统容积负荷呈现正相关，且系统内活性污泥在与MBBR生物膜在竞争DO和基质时优势明显，而MBBR生物膜则具有更强的耐低温能力.进水C/N与MBBR泥膜复合系统硝化负荷呈负相关，且活性污泥在应对进水C/N过高时较MBBR生物膜更具优势，MBBR的“镶嵌”则强化了系统SND效果.微生物群落变化显示MBBR泥膜复合系统内的硝化细菌优势菌属为Nitrospira，且悬浮载体生物膜对其富集能力明显高于活性污泥.     

MBBR泥膜复合系统泥膜竞争关系的影响因素

为探究MBBR泥膜复合硝化系统内泥膜竞争关系，通过小试试验研究了水处理过程中常规因素（污泥浓度、DO、温度、C/N）对MBBR泥膜复合系统硝化效果的影响，分析了系统内污泥容积负荷和移动床生物膜反应器（MBBR，Moving-Bed Biofilm Reactor）生物膜容积负荷变化趋势，进而得出泥膜竞争规律.结果表明，MBBR泥膜复合系统容积负荷均大于单一污泥或MBBR生物膜系统的容积负荷.在一定范围内，污泥浓度、DO、温度与MBBR泥膜复合系统容积负荷呈现正相关，且系统内活性污泥在与MBBR生物膜在竞争DO和基质时优势明显，而MBBR生物膜则具有更强的耐低温能力.进水C/N与MBBR泥膜复合系统硝化负荷呈负相关，且活性污泥在应对进水C/N过高时较MBBR生物膜更具优势，MBBR的“镶嵌”则强化了系统SND效果.微生物群落变化显示MBBR泥膜复合系统内的硝化细菌优势菌属为Nitrospira，且悬浮载体生物膜对其富集能力明显高于活性污泥.     

CEM-UF组合膜-硝化/反硝化系统处理低C/N废水及种群结构分析

本研究采用具有氨氮富集分离特性的阳离子交换膜-超滤(CEM-UF)组合膜与硝化/反硝化结合处理低C/N废水,考察该系统不同流量比下低C/N废水的硝化、反硝化脱氮特性,并通过对硝化、反硝化活性污泥进行16Sr DNA高通量测序,分析功能微生物群落结构特征.结果表明,系统进水TN为60 mg·L-1,COD/TN为2.65下,各流量比下硝化均有较好效果,平均氨氮去除率为98.7%,流量比值由1∶2上升到1∶6过程中,反硝化m(COD)/m(NO-3-N)随之升高,1∶6时平均硝氮去除率达到最高,为86.28%,系统总氮去除率由22.56%上升到46.8%.Illumina高通量测序结果表明,硝化污泥中可以固氮的Proteobacteria菌门占30.9%,重要的亚硝酸盐氧化菌Nitrospirae菌门占3.06%,属水平上检测到氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas和Nitrosospira,亚硝酸盐氧化菌(NOB)Nitrospira和Nitrobacter,AOB与NOB菌比例较高,与硝化反应器中较好的硝化效果相一致.反硝化污泥中Proteobacteria菌门占主导地位(53.13%),其次是Bacteroidetes菌门(10.93%),在属的水平上检测到Dechloromonas、Thauera、Castellaniella、Alicycliphilus、Azospira、Comamonas、Caldilinea和Saccharibacteria多种具有反硝化脱氮作用的相关菌属,反硝化菌所占比例为25.91%,反硝化污泥中具有反硝化功能的微生物丰富,反硝化效果良好.     

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.     

炭膜曝气生物膜反应器硝化作用及其微生物群落结构分析

采用炭膜曝气生物膜反应器处理无机含氮废水,通过改变进水氨氮浓度和水力停留时间,研究了反应器硝化性能、氧利用情况以及氨氮去除负荷,并对生物膜表面特性和硝化菌优势菌种进行分析.结果表明, 在膜内气压0.017 MPa,进水NH⁺₄-N 50 mg/L,HRT为8 h条件下,NH⁺₄-N去除率达到96%,出水NO^-₂-N平均为17 mg/L,一定程度上实现了短程硝化,炭膜所供给氧气被生物膜全部消耗;系统比表面氨氮最大去除速率为9.7 g/(m²·d),炭膜表面有限的生物量制约了去除速率的进一步提高; 荧光原位杂交技术分析揭示生物膜内亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）和亚硝化螺菌（Nitrosospira）为亚硝化细菌优势菌种,分别占细菌总菌数的19%和21%,硝化螺菌（Nitrospira）为硝化细菌优势菌种,占总菌数的20%,未检测到硝化杆菌（Nitrobacter）的存在.     

硝化污泥中AOB/NOB对硝化特性的影响

为了深入研究硝化污泥中AOB/NOB（A/N）对其硝化特性的影响,在两个SBR反应器中,通过控制单一基质,并结合影响因素控制和定期排泥,各自经过80个周期的运行,成功实现了AOB、NOB活性污泥的优化培养.依据Monod方程理论确定出AOB、NOB活性污泥中的丰度比约为1：1.不同A/N硝化特性的研究表明：亚硝化率、氨氧化速率、亚硝酸盐氧化速率以及好氧速率均受硝化污泥中A/N的影响,想要实现短程硝化的稳定运行必须使得A/N接近于1：0;氨氧化速率与硝化污泥中AOB的数量并不存在显著的正比关系;常规的生活污水硝化工艺中,A/N应不低于1：2;结合好氧速率的在线监测,当好氧速率趋于稳定时,指示短程硝化的启动已经接近完成.     

膜曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

炭膜作为膜曝气生物膜反应器膜组件处理人工合成废水,在单一反应器内实现了同时去碳脱氮.结果表明,当进水COD和NH^＋₄-N浓度分别为338 mg/L和75 mg/L,HRT为14 h,炭膜腔内压力为13.6 kPa时,COD、NH⁺₄-N和TN的去除效率分别为82.5%、 95.1%和84.2%.但是在反应器运行的后期TN去除效率明显下降,主要是因为高有机负荷导致无纺布上的微生物过度繁殖,严重影响了硝化过程的进行.通过荧光原位杂交和扫描电镜技术观察生物膜微生物结构,得出厌氧或兼氧菌主要分布在生物膜外层的缺氧区,而氨氧化菌主要分布在生物膜内层的好氧区.硝化细菌和反硝化细菌在生物膜内的共存实现了炭膜曝气生物膜反应器的同步硝化反硝化.     

Inhibition and recovery of nitrification in treating real coal gasification wastewater with moving bed biofilm reactor

Moving bed biofilm reactor (MBBR) was used to treat real coal gasification wastewater. Nitrification of the MBBR was inhibited almost completely during start-up period. Sudden increase of influent total NH3 concentration was the main factor inducing nitrification inhibition. Increasing DO concentration in the bulk liquid (from 2 to 3 mg/L) had little e ect on nitrification recovery. Nitrification of the MBBR recovered partially by the addition of nitrifying sludge into the reactor and almost ceased within 5 days. Nitrification ratio of the MBBR achieved 65% within 12 days by increasing dilute ratio of the influent wastewater with tap water. The ratio of nitrification decreased to 25% when influent COD concentration increased from 650 to 1000 mg/L after nitrification recovery and recovered 70% for another 4 days.     

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。     

低DO微孔曝气变速氧化沟脱氮能力恢复效果分析

活性污泥法低温运行中的污泥膨胀主要是由丝状菌引起,微丝菌(M.Parvicella)则是污泥膨胀中的优势丝状菌.针对微孔曝气变速氧化沟中试系统中因低温引起的污泥严重膨胀及其污泥硝化能力降低的问题,采取增大曝气量快速培养污泥硝化菌含量,再逐渐增加A:O比为0,0.1,0.5,1.1,1.8提高反硝化能力,从而恢复污泥脱氮能力.在恢复期间,污泥絮体中的疏水性M.Parvicella附着于反硝化产生气体上,在选择池和氧化沟表面形成浮泥,对其进行去除,以减少絮体中丝状菌含量,提高硝化菌含量及其硝化能力.同时对不同微丝菌含量的污泥絮体(沟内混合液和表面浮泥)的硝化和反硝化速率进行测定,结果表明微丝菌含量高的活性污泥其硝化能力较弱,而快速反硝化能力较强,则对慢速和内源反硝化影响不大.进一步证明M.Parvicella也是除了DO浓度,水温和负荷之外影响活性污泥硝化能力和污泥沉降性能的重要因素之一.     

智能化控制SBBR处理不同C/N城市污水脱氮除磷性能研究

采用自主研发的智能化控制系统,以智能化控制的运行方式使序批式生物膜反应器(SBBR)形成交替运行的好氧-缺氧环境,对不同C/N人工模拟城市污水进行了脱氮磷实验研究.该实验中控制反应器内水温为25℃±1℃,曝气量为150 L/h,进水COD浓度为300 mg/L、TP浓度为5 mg/L,以TN浓度为30、60、90 mg...