好氧颗粒污泥技术处理乡镇污水应用

为研究好氧颗粒污泥技术是否适用于处理乡镇污水,采用该技术对处理规模为400 m3/d的乡镇污水处理厂进行改造,考察了污泥颗粒化过程、污染物去除效果及接种絮状污泥与好氧颗粒污泥微生物群落结构差异.结果表明,以进料负荷的交替变化作为调控措施,反应器启动后第13天污泥出现颗粒化,颗粒污泥平均粒径0.499 mm;启动第40天污泥完全颗粒化,颗粒污泥平均粒径1.336 mm.完全颗粒化后SBR反应器内ρ（MLSS）稳定在8~12 g/L,SVI维持在25~40 mL/g,出水ρ（COD_Cr）、ρ（NH₃-N）、ρ（TN）始终满足GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准要求.群落结构的研究结果表明,相比于接种絮状污泥,好氧颗粒污泥群落丰富度和多样性均明显减少,反硝化功能菌和聚磷菌丰度显著增加;在好氧颗粒污泥中,Nitrosomonas（亚硝化单胞菌属）、Nitrospira（硝化螺旋菌属）是主要的硝化功能菌;Dechloromonas、Clostridium sensu stricto 13（梭菌属）是主要的反硝化细菌;Aeromonas（气单胞菌属）、Clostridium sensu stricto 13（梭菌属）是主要的聚磷菌;Uncultured Xanthomonadaceae、Comamonas（丛毛单胞菌属）、Zoogloea（动胶菌属）是降解有机物的主要菌种,其中Comamonas（丛毛单胞菌属）、Zoogloea（动胶菌属）也是好氧污泥颗粒化过程中的关键菌株.      

两次污泥颗粒化过程中微生物群落的动态变化

利用序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)培养好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS),在此期间发生了AGS破碎现象,后经培养,破碎污泥再次变为成熟的AGS.因此,采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序技术研究了两次污泥颗粒化过程中微生物群落结构变化的差异,以期揭示有利于AGS形成的优势菌属;此外,利用实时定量聚合酶链式反应(quantitative polymerase chain reaction,q PCR)探究了两次污泥颗粒化过程中硝化微生物的动态变化.结果表明,在两次污泥颗粒化过程中,胞外蛋白质和胞外多糖的含量均增加;氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)在第一次污泥颗粒化过程以及AGS成熟过程丰度增加,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)虽然在第一次污泥颗粒化过程中丰度降低,但是在AGS培养过程中其丰度都一直高于AOA;微生物群落多样性随着AGS的形成而降低;变形菌门(Proteobacteria)相对丰度明显增加,分别增加了12.29%和5.90%;某些属于变形菌门的属其相对丰度也增加,其中,Candidatus Competibacter在两次污泥颗粒化过程中相对丰度增加最明显,并且在成熟的AGS中呈现很高的相对丰度,达到14.20%.总的来说,胞外蛋白质和胞外多糖含量的增加,可能促进了污泥颗粒化;AOA和AOB可能共同参与了AGS的氨氧化作用;Ca.Competibacter的富集可能有利于AGS的形成.     

城市生活污水SNAD工艺的启动研究

采用SBR反应器,以城市生活污水为原水,进行同步亚硝化、厌氧氨氧化、反硝化(SNAD)工艺的启动研究.首先接种厌氧氨氧化(anammox)颗粒污泥,在高曝气量下(500L/h)培养得到亚硝化颗粒污泥,然后再次接种anammox颗粒污泥,在低曝气量下(40L/h)培养得到SNAD颗粒污泥.在亚硝化稳定期,氨氮平均去除率达到94%,亚硝态氮平均积累率达到95%.在SNAD稳定期,总氮平均去除率为85%.批试实验结果表明,亚硝化稳定期亚硝化颗粒污泥的好氧氨氮和亚硝态氮氧化活性分别为为0.234和0kgN/(kgVSS×d).SNAD颗粒污泥的厌氧氨氧化总氮去除、亚硝态氮反硝化、好氧氨氮氧化、好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.158、0.104、0.281、0kg/(kgVSS×d),其中硝态氮反硝化活性在0~120min和120~360min内分别为0.061和0.104kg/(kgVSS×d).扫描电镜显示,SNAD颗粒污泥表面以短杆状菌和球状菌为主,可能为好氧氨氧化菌(AOB)和反硝化菌,颗粒污泥内部以火山口状的细菌为主,可能为anammox菌.     

高氨氮废水与城市生活污水短程硝化系统菌群比较

短程硝化是污水脱氮工艺中的重要环节,系统中的菌群结构决定了其处理效果.为探讨短程硝化系统中的微生物对不同污水的适应性,利用细菌16S rDNA克隆文库、磷脂脂肪酸(PLFA)和定量PCR分析方法对高氨氮废水和城市生活污水短程硝化系统中活性污泥的细菌群落结构、总体微生物的多样性以及功能微生物进行了比较.克隆文库结果表明两个系统中细菌群落结构明显不同,城市生活污水中细菌种类更丰富,但两个系统的优势菌群都属于变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidete).磷脂脂肪酸分析结果显示高氨氮废水短程硝化系统中微生物多样性指数和均匀度指数明显低于城市生活污水.定量PCR结果表明,高氨氮废水短程硝化系统中氨氧化菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)的数量都多于城市生活污水短程硝化系统;高氨氮废水短程硝化系统中AOB比NOB高3个数量级,而城市生活污水短程硝化系统中AOB比NOB高2个数量级.     

好氧颗粒污泥共代谢降解MTBE及微生物群落研究

以MTBE为目标污染物、乙醇为共代谢基质,在SBR反应器中成功实现了好氧污泥的颗粒化.反应器内污泥完全颗粒化后,MTBE进水浓度提高至400mg·L-1左右,出水浓度可稳定在5rag·L-1以下,去除率高达98.5%以上(其中挥发量约占25%).颗粒污泥结构致密,外观呈椭球形,表面微生物群落主要以球菌和短杆菌为主.序批实验表明,MTBE生物降解速率符合Mirhaelis-Menten方程,其单位时间内颗粒污泥(以干污泥计)降解MTBE的最大降解速率值为20.9 mg·g-1·h-1.PCR-DGGE图谱表明,颗粒污泥内微生物种群丰富,且稳定运行阶段微生物种群和结构呆保持高度稳定.克隆测序结果表明,降解MTBE的好氧颗粒污泥反应器优势菌群主要为Flavobacteria,et-proteobacteria,γ-Porteobacteria、Actinobacteria.     

同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥的储存与恢复

针对好氧颗粒污泥颗粒化时间慢等问题,进行了同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥常温储存及活性恢复实验研究.结果表明,好氧颗粒污泥经过60d的常温储存后,颗粒的结构基本能保持稳定,但是颗粒污泥的活性大幅度降低,污染物去除率仅有储存前的30%～40%.将常温储存的颗粒污泥接种到反应器中,经过一定的调控手段,可以在60d内恢复好氧颗粒污泥的功能及活性.此外,经过储存与恢复,好氧颗粒污泥的群落结构也发生了明显变化.大部分的微生物的相对丰度变化可逆,经过储存和恢复可以恢复至储存前的状态(包括Defluviicoccus (GAOs)和Flavobacterium (PAOs)),重构同步脱氮除磷的微生物群落结构.     

厌氧出水培养好氧颗粒污泥及其微生物多样性分析

以处理黄连素废水的厌氧折流板反应器(ABR)出水为进水基质,在序批式反应器(SBR)中培养好氧颗粒污泥,反应器运行80 d后形成粒径在2~10 mm间的成熟稳定的颗粒污泥。采用扫描电镜(SEM)和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对好氧污泥颗粒化进行分析,考察微生物形态、群落演替和多样性,并对优势菌种进行了分析。DGGE图谱表明,好氧污泥颗粒化进程中,微生物种群呈明显演替变化,好氧颗粒污泥菌群多样性较强。克隆测序结果表明,好氧颗粒污泥反应器优势菌群主要为未分类bacteria、CFB group bacteria和Bacteroidetes。     

SBAR中同步脱氮好氧颗粒污泥的菌种特性

采用气提式内循环间歇反应器进行好氧颗粒污泥培养,用分批培养法对好氧颗粒污泥中具有脱氮作用的菌种进行分离纯化.对各菌种进行了鉴别,通过培养过程中对氧气条件的控制,考察了各菌种反硝化生长特性和需氧性.结果表明,好氧颗粒污泥纯化培养可得到异养硝化-好氧反硝化菌以及兼性亚硝化菌和硝化菌,分离得到的反硝化菌在有氧反硝化条件下能够生长,因此好氧颗粒污泥中微生物具有多样性和较强的适应性,从侧面体现出好氧颗粒污泥微观结构的复杂性.     

在线NaClO反洗对倒置A2O-MBR系统微生物群落的影响

为研究在线NaClO反洗对MBR系统微生物群落结构的影响,采用倒置A2O-MBR反应器分别经历稳定期、在线纯水反洗及在线NaClO反洗阶段,监测系统运行效果、膜污染状况以及微生物群落结构特征.结果表明,在线NaClO反洗阶段反应器对COD、氨氮、TN等的去除效果与反洗前相差无几.在线纯水反洗后平均膜污染速率较稳定期有所降低,而在线NaClO反洗阶段膜污染速率增加,EPS浓度最高,膜污染加剧. Chao指数、Simpson指数和Shannon指数结果表明,在线NaClO反洗后好氧池污泥的微生物多样性几乎不变,而滤饼层污泥的种群丰度略微升高,但微生物的种群多样性明显降低.好氧池和滤饼层污泥的微生物种群主要以变形菌门(Proteobacteria)为主,其次是拟杆菌门(Bacteroidetes).经在线NaClO反洗后,好氧池污泥的变形菌门和拟杆菌门种群相对丰度变化很小,而滤饼层污泥的种群组成变化明显,对氯消毒剂有一定抵抗性的变形菌门从53. 4%增加到77. 8%,而拟杆菌门从33. 4%减少至14. 5%.经在线NaClO反洗后,好氧池和滤饼层在科水平微生物群落分布上十分相似,固氮螺菌科、丛毛单胞菌科等相比NaClO反洗前明显增加,那些能够耐受NaClO处理的微生物种可能是在线NaClO反洗阶段膜污染加剧的主要原因.     

好氧亚硝化颗粒污泥中硝化细菌群落结构分析

在小试好氧上流式污泥床(AUSB)反应器中,实现了由厌氧颗粒污泥到好氧硝化污泥再到亚硝化颗粒污泥的转化,AUSB反应器的亚硝化率稳定在90%以上.利用FISH、荧光实时定量PCR等技术,考察了AUSB反应器中好氧颗粒污泥中硝化菌群的生态分布.结果表明:好氧亚硝化颗粒污泥呈层状结构,氨氧化细菌(AOB)主要分布在颗粒污泥表层,亚硝酸盐氧化细菌(NOB)多分布在内层,颗粒内核则无活性细胞;随反应器氨氮负荷逐渐提高,颗粒污泥中AOB的相对含量逐渐升高,当NH₃-N负荷分别为0、0.4、1、     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥培养过程微生物群落变化

本实验利用生活污水培养具有同步脱氮除磷(simultaneous nitrogen and phosphorus removal,SNPR)功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS).采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序对AGS培养过程中细菌群落变化进行了研究,以期揭示污泥好氧颗粒化成因.采用实时荧光定量PCR对AGS培养过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms,PAOs)的丰度变化进行了研究.结果表明:历时100 d培养出的AGS质地紧实,具有良好的SNPR效果.AGS胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中多糖含量在培养过程中增加明显,而蛋白质含量保持稳定.AGS培养过程中,AOB的丰度略微下降,AOA的丰度明显下降,NOB的丰度无明显变化,而PAOs的丰度在AGS培养初期明显增加.在AGS培养过程中,细菌群落多样性呈现出先升高后降低的趋势,且细菌群落组成发生了明显的变化.持久型OTUs占样品总序列数的92.70%,其中变形菌门(Proteobacteria,31.07%~53.67%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,6.70%~16.50%)和绿弯菌门(Chloroflexi,7.84%~13.36%)是AGS培养过程中的细菌优势门.Candidatus competibacter属在AGS培养过程中大量富集(由种泥中的0.11%增加到35.33%),其可能会分泌胞外多糖,形成黏性EPS,促进絮状污泥团聚成为AGS.     

处理含油废水的好氧颗粒污泥形成过程及其特性研究

含油废水中因含有较高浓度的油脂类物质和聚合物而对环境造成危害,威胁人类健康,同时,为解决采用传统膜分离工艺运行成本较高的难题,开展了基于好氧颗粒污泥技术的含油废水处理研究.结果表明,以含油废水启动反应器,经35 d好氧颗粒污泥培养成熟,COD和溶解性油的去除率高达86.0%和94.2%;在絮状污泥颗粒化过程中,污泥胞外聚合物中蛋白质类物质含量提高3.7倍,蛋白质类物质与多糖类物质比值升高到2.72,证明胞外聚合物内蛋白质类物质浓度增加是活性污泥颗粒化的重要因素;好氧颗粒污泥荧光光谱结果显示好氧颗粒污泥中蛋白质类物质的稳定存在是好氧颗粒污泥形成的重要因素.选取好氧颗粒污泥技术处理含油废水的效果和成本均优于常规生物处理工艺和膜分离工艺,由于污泥及其胞外聚合物中多糖类和蛋白质类物质含量均较高,适用于回收污泥资源,对含油污泥的资源化利用意义重大.     

Influence of microbial community structure of seed sludge on the properties of aerobic nitrifying granules

In order to evaluate the influence of microbial community structure of seed sludge on the properties of aerobic nitrifying granules, these granules were cultivated with different seed sludge, and the variation of microbial community and dominant bacterial groups that impact the nitrogen removal efficiency of the aerobic nitrifying granules were analyzed and identified using 16s rDNA sequence and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) profiles. The results presented here demonstrated that the influence of the community structure of seed sludge on the properties of aerobic nitrifying granules was remarkable, and the granules cultivated by activated sludge from a beer wastewater treatment plant showed better performance, with a stable sludge volume index (SVI) value of 20 mL/g, high extracellular polymeric substance (EPS) content of 183.3 mg/L, high NH₄⁺-N removal rate of 89.42% and abundant microbial population with 10 dominant bacterial groups. This indicated that activated sludge with abundant communities is suitable for use as seed sludge in culturing aerobic nitrifying granules.     

厌氧反应器中污泥迅速颗粒化研究

以实验室规模的厌氧膨胀污泥床反应器(简称EGSB)内的活性污泥为研究对象，主要讨论影响活性污泥迅速颗粒化的因素，以加快絮状污泥的颗粒化进程。采用对比的实验方法，分别在反应器内加入小球藻和活性炭为载体进行对照实验。结果表明，小球藻和活性炭的加入在迅速提高COD去除率，污泥粒径增大和增强颗粒污泥沉降性方面有明显优势，胞外多聚物的含量均比接种时和对照实验中的相关数据有明显增加，颗粒污泥表面以产甲烷丝状菌和杆状菌为主。小球藻和活性炭的加入有助于加快活性污泥的颗粒化进程。     

Effect of seed sludge on characteristics and microbial community of aerobic granular sludge

Aerobic granular sludge was cultivated by using different kinds of seed sludge in sequencing batch airlift reactor.The influence of seed sludge on physical and chemical properties of granular sludge was studied;the microbial community structure was probed by using scanning electron microscope and polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis(PCR-DGGE).The results showed that seed sludge played an important role on the formation of aerobic granules.Seed sludge taken from beer wastewater treatment plant(inoculum A) was more suitable for cultivating aerobic granules than that of sludge from municipal wastewater treatment plant(inoculum B).Cultivated with inoculum A, large amount of mature granules formed after 35 days operation, its SVI reached 32.75 mL/g, and SOUR of granular sludge was beyond 1.10 mg/(g·min).By contrast, it needed 56 days obtaining mature granules using inoculum B.DGGE profiles indicated that the dominant microbial species in mature granules were 18 and 11 OTU when inoculum A and B were respectively employed as seed sludge.The sequencing results suggested that dominant species in mature granules cultivated by inoculum A were Paracoccus sp., Devosia hwasunensi, Pseudoxanthomonas sp., while the dominant species were Lactococcus raffinolactis and Pseudomonas sp.in granules developed from inoculum B.     

异养硝化好氧颗粒污泥培养条件研究

以具有好氧反硝化功能的异养硝化菌剂作初始接种物,粉末状活性炭对该菌剂进行预固定,批次进水的方式培养出了异养硝化好氧颗粒污泥,研究了颗粒污泥的培养条件.结果表明,有机负荷、进水水质、曝气量和沉降时间都对异养硝化好氧颗粒污泥的形成发育起着重要作用.模拟废水和猪场废水都可以培养出异养硝化好氧颗粒污泥.在COD负荷4.0 g·(L·d)~(-1),氨氮负荷0.212 g·(L·d)~(-1),曝气量为200 L·h~(-1),沉降时间为2.0～4.0 min条件下可形成颗粒污泥.采用葡萄糖为碳源的模拟废水培养颗粒污泥容易引起丝状菌的增殖,导致颗粒污泥沉降性能变差和脱氮功能减退.采用猪场配水能够将丝状菌有效地淘汰出反应器,恢复颗粒污泥沉降性能和脱氮功能,并促进颗粒污泥发育成熟.成熟的颗粒污泥性状稳定,当COD负荷为6.6～8.6 g·(L·d)~(-1),总氮负荷为0.409～0.474 g·(L·d)~(-1),氨氮负荷为0.285～0.304 g·(L·d)~(-1)时,颗粒污泥对以葡萄糖为补充碳源的猪场废水的总氮去除率为84.75%～88.33%,氨氮去除率为99.9%以上,COD去除率为97.29%～98.62%.     

好氧颗粒污泥的研究进展

污泥颗粒化(granulation)是指废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下,相互聚集形成一种密度较大、体积较大、体质条件较好的微生物聚集体.按照微生物代谢过程中电子受体的不同,颗粒污泥可分为好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥两类.目前对污泥颗粒化的研究主要集中在两个方面:一方面是从宏观层面探讨颗粒化的形成模式,优化运行参数以达到更好的颗粒化效果;另一方面是从微观层面去研究颗粒化的机理、微生物菌群及其他化学成分在颗粒化过程中所起的作用.本文综述了好氧颗粒污泥近年来的研究进展.主要包括:好氧颗粒污泥的性质(形态及粒径、沉降性能、密度与强度、生物活性、细胞表面疏水性、胞外多聚物等)及结构,颗粒污泥的培养条件、形成机理及影响因素(有机负荷、基质成分、剪切力、沉淀时间、运行周期、进水模式、微生物饥饿期、反应器结构、溶解氧、温度等),以及颗粒污泥的应用(工业废水处理、城市污水处理、有毒污染物降解、脱氮除磷、重金属及放射性核素的去除等).此外,还介绍了全自养颗粒污泥,如硝化颗粒污泥方面的研究.分析表明,随着对好氧颗粒污泥研究的不断深入,将好氧颗粒污泥应用于实际废水处理得到越来越多的关注.好氧颗粒污泥的形成机理、颗粒污泥的微生物特性、颗粒污泥的长期运行稳定性及其工业化应用是今后需要重点关注的研究方向.