生物除磷系统启动期聚磷菌的FISH原位分析与聚磷特性

应用FISH对以乙酸钠为碳源的强化生物除磷 (EBPR) SBR反应器启动期的微生物进行原位分析,考察除磷生态系统形成过程中聚磷菌种群结构、空间分布关系动态变化及其聚磷特性.结果表明,以异养菌为主的活性污泥经过厌氧/好氧驯化后,聚磷菌大量富集,在全菌中的比例由11.5%增加到40.48%.启动过程中,生物系统内菌群竞争持续进行：首先,聚磷菌淘汰异养菌,历时5 d;聚磷菌种群内选择过程历时19 d;经过优势聚磷菌群的二次增长后,共计34 d完成生物除磷系统的启动.富集过程中快速增殖的聚磷菌不能立刻行使除磷能力,要有一段“积累期”形成一定的PHA和poly-P储备.表现为污染物去除效率滞后于聚磷菌的增殖,经过4～8 d的 “积累期”后上升出现峰值.二次增长的优势聚磷菌群也经过“积累期”后才发挥作用.FISH图片显示,快速增殖期的聚磷菌菌体小,菌群结构松散.经过“积累期”之后,菌体不断增大,并开始紧密聚集形成致密的团状,此时反应器处理效率较高.     

高效低温聚磷菌的筛选及特性研究

通过人工模拟自然降温的方式,从A2/O反应器驯化污泥中筛选到低温条件下聚磷效果较好的三株功能菌株P1、P2、P3,经试验得到一种分离聚磷菌效果较好的方法 -稀释混合平板法;分析研究三株菌的聚磷效果、生化特性,测定三株菌的多维生长曲线,研究了温度、pH、微量元素对这三株菌的生长量及除磷率的影响,结果表明,三株菌的生长最适温度均为15℃,适宜的生长和除磷pH为中性偏碱。最后用分子生物学的方法对三株菌进行鉴定,三株菌均属于不动杆菌属的约氏不动杆菌(A cinetobacter Johnson ii)。     

适应菲胁迫的高效聚磷菌筛选及聚磷特性研究

采用平板法分离菌株、蓝斑筛选和聚磷培养液除磷能力验证3种方法相结合,从太湖底泥样品中分离到2株能够利用菲的高效聚磷菌Y11和Y4-2,经形态观察、生理生化和16S rDNA鉴定为不动杆菌属（Acinetobacter sp.）.通过固体平板和液体培养的方法对2株不动杆菌的环境适应能力和聚磷、除磷能力进行了测定,结果显示,2菌株的生长温度范围均为10～35℃,菌株Y11的pH范围为6～9,菌株Y4-2的pH范围为6～8;高磷浓度对菌株Y11的生长没有抑制作用,但对菌株Y4-2的生长产生一定的抑制作用;Y11和Y4-2能在以菲为唯一碳源（50 mg/L）的无机盐平板上良好生长,对菲有一定的适应性.菌株Y11和Y4-2在30℃,170　r/min,1%接种量（体积分数,菌悬液D₆₀₀ =0.4）的条件下,2 mg/L磷浓度的聚磷培养液中最大聚磷率分别为96.13%和94.65%,培养液的磷浓度由2 mg/L分别降至0.08 mg/L和0.11 mg/L;5 mg/L磷浓度的聚磷培养液中最大聚磷率分别为95.94%和71.19%,培养液的磷浓度由5 mg/L分别降至0.20 mg/L和1.44 mg/L;8 mg/L磷浓度的聚磷培养液中最大聚磷率分别为71.24%和47.81%,培养液的磷浓度由8 mg/L分别降至2.30 mg/L和4.18 mg/L.使用2菌株处理云南滇池污水（磷含量为1.01 mg/L）,30℃,170　r/min,4%接种量（菌悬液D₆₀₀ =0.4）条件下,菌株Y11处理6　h后磷浓度由1.01 mg/L降至0.06 mg/L,菌株Y4-2处理48　h后磷浓度由1.01 mg/L降至0.06 mg/L.研究结果表明,菌株Y11和Y4-2对环境的适应性较强,均能高效、快速地降低聚磷培养液和云南滇池水体的磷浓度,不动杆菌Y11的除磷能力和环境适应性都大于菌株Y4-2,菌株Y11适用于南方和北方含磷较高的、菲污染的各种富营养化水体修复,菌株Y4-2更适用于pH8.0以下、低磷和菲污染的富营养化水体修复.     

厌氧/好氧交替快速筛选聚磷菌及其生理特性的研究

通过厌氧/好氧交替的平板筛选方法,快速的筛选出除磷率高于60%的高效聚磷菌15株,并对其进行16S rDNA和生理生化测定,除2株为芽孢杆菌外,其余均为γ变形菌纲,主要以Klebsiella sp.和Pseudomonas sp.为主.菌种除磷实验表明,聚磷菌除磷能力越高,发酵终点pH值越高.聚磷菌反投加实验表明,与活性污泥52%的除磷率相比,投加后除磷率可达到73.3%,可以有效提高活性污泥的除磷能力.     

不同乙酸浓度对聚磷菌厌氧释磷的影响

采用SBR工艺培养生物强化除磷活性污泥,通过厌氧批式试验对反应器中的高效除磷好氧颗粒污泥进行厌氧乙酸吸收动力学研究。结果表明：聚磷菌对乙酸吸收速率不受乙酸浓度影响,但受胞内聚磷浓度影响。当胞内聚磷浓度低于60mg—P／g—VSS时,乙酸吸收速率与聚磷浓度呈Monod关系。进而求出了聚磷菌吸收乙酸的动力学方程,其中最大乙酸吸收速率为3mg—HAe／g—VSS·min,胞内聚磷的饱和系数为20mg—P／g—Vss。另外,在pH为中性条件下,每吸收1mg乙酸,聚磷菌释放约0．5mg磷。     

强化生物除磷体系中的反硝化除磷

 采用SBR反应器,研究了以硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷过程.结果表明,反硝化聚磷菌存在于传统的强化生物除磷体系中.厌氧段磷的释放和COD的消耗成线性关系.通过厌氧/好氧交替运行方式,反硝化聚磷菌在聚磷菌中的比例从13.3%上升到69.4%.稳定运行的厌氧/缺氧SBR反应器具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能,缺氧结束时体系中磷浓度小于1mg/L,除磷效率大于89%.     

一种新型生物膜法除磷工艺中聚磷菌的富集培养过程

采用挂式尼龙作为生物载体的新型生物膜反应器处理合成废水,探讨短时间内在该常规生物膜上富集培养高浓度聚磷菌的可行性,并从反应器运行效率、除磷速率以及聚磷菌的富集状态等方面进行验证.反应器启动运行10 d后,好氧阶段正磷酸盐去除率稳定在95%以上,COD出水浓度均在50 mg·L~(-1)以下,并在该处理水平稳定运行了50 d.运行培养48 d后,吸磷及释磷速率由相同的3.4 mg·(L·h)-1分别提高到8 mg·(L·h)-1和6 mg·(L·h)-1,好氧和厌氧周期由相同的6 h分别缩短到2 h和3 h.运行培养50 d经荧光原位杂交法(FISH)测定,污泥中聚磷菌的丰度从原泥的48.96%提高到70%,杂交图中的聚磷菌以大块团聚态出现,由直接显微镜法测得生物膜厚度约为28.9μm,证明生物膜上聚磷菌群已处于动力学增长末期即生物膜已经成熟.经过50 d的强化培养,能够在常规尼龙填料上富集占总菌70%的高浓度聚磷菌,使得本反应器能高效去除污水中的磷与有机物.     

聚磷生物膜的快速启动及微生物特性研究

在同步去除并富集磷的基础上,探究采用前期不排泥、后期排泥的挂膜方式对聚磷生物膜反应器的运行效能、微生物特征及群落结构的影响.结果表明,经过驯化运行,聚磷生物膜的蓄磷能力明显提升.在挂膜阶段,生物膜厚度及EPS含量出现一定程度的增长;PN/PS上升至3.12,PN/PS比值增加有利于微生物粘附在填料上.在好氧出水达标的情况下,富集液中磷酸盐浓度提升至89.5 mg·L~(-1),达到了鸟粪石回收标准.高通量测序结果表明,经过富集培养,微生物群落多样性呈下降趋势,群落组成变化明显.优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),其丰度从33.6%增长至75.3%;反应器中的聚磷菌属丰度明显增加,从11.8%上升至23.2%,红环菌属(Rhodocyclaceae)、UKL 13-1为反应器中的优势聚磷菌.     

pH对低温除磷微生物种群与聚磷菌代谢的影响

在5°C条件下通过运行SBR生物除磷反应器和静态实验考察pH对低温生物除磷系统的影响。pH不仅影响生物除磷反应器的性能,而且也会影响生物除磷系统的微生物种群结构。在pH为6的条件下长期运行的生物除磷系统中聚糖菌大量存在;而在中性(pH=7)和弱碱性(pH=8)条件下,聚磷菌在活性污泥中占有优势地位。静态实验结果表明,当pH在6⁸.5之间变化时,聚磷污泥的厌氧释磷能力随pH的升高而提高。pH在68.5之间变化时,聚磷污泥的厌氧释磷能力随pH的升高而提高。pH在6⁸之间变化时,乙酸吸收和PHB的合成能力随着pH升高而加强,当pH升高到8.5时,PHB合成能力下降,从而抑制了好氧段磷酸盐的吸收。pH为8时,生物除磷系统实现了充分的释磷和吸磷,并取得了最好的除磷效果。     

强化生物除磷体系中反硝化聚磷菌的选择与富集

采用SBR反应器 ,对以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌的选择和富集作了研究 .结果表明 ,反硝化聚磷菌存在于传统的强化生物除磷体系之中 .经过 3个阶段的选择和富集 ,反硝化聚磷菌在聚磷菌中的比例从 15 %上升到 73% .稳定运行的强化反硝化生物除磷体系具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能 ,缺氧结束时体系中磷浓度小于 1mg L ,除磷和脱氮效率分别大于 94 %和 95 % .     

好氧颗粒污泥处理市政污水性能与微生物特性研究

以成熟好氧颗粒污泥（AGS）为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中考察其对低浓度市政污水的处理效能、污泥特性及微生物多样性的变化.结果表明,在低有机负荷（进水COD为179~212 mg·L^-1）、高溶解氧（DO>5 mg·L^-1）条件下,系统出水COD低于50 mg·L^-1,NH₄⁺-N浓度稳定在0.7~0.8 mg·L^-1,但脱氮除磷效能有待优化.体系中0.2~0.6 mm的污泥颗粒最为稳定,运行期间污泥SVI₃₀值始终保持在32~40 mL·g^-1,呈现出良好的沉降性能.系统中少量絮状污泥的存在对AGS的稳定性是有利的,本试验条件下,<0.2 mm污泥体积占比约为30%时AGS体系稳定运行.胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）含量增加与AGS的稳定性呈正相关,可见PN对AGS稳定运行起着重要作用.微生物高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes为主要菌门;运行过程中有利于硝化作用的Gammaproteobacteria逐渐成为优势菌纲;系统中存在促进EPS分泌和有机污染物去除的黄杆菌属（Flavobacterium）和陶厄氏菌属（Thauera）,这有利于AGS的稳定运行,同时也存在硝化螺旋菌属（Nitrospira）、陶厄氏菌属（Thauera）、副球菌属（Paracoccus）、梭菌属（Fusibacter）、变形菌属（Proteocatella）等脱氮除磷功能菌属,但需优化运行参数强化同步脱氮除磷效能.本研究结果对AGS系统处理实际市政污水的稳定运行具有重要的指导意义.     

低温条件下分流式侧流-AAO工艺污水处理及同步污泥减量效果研究

当前剩余污泥产量巨大及低温条件下运行不稳定是城市污水处理厂活性污泥技术面临的主要挑战和制约.基于此,本文通过向厌氧-缺氧-好氧(AAO)系统中的污泥回流系统引入分流式侧流厌氧系统,以实现强化污水处理和同步污泥减量的目标.结果发现,当侧流分流比例为30%时,分流式侧流-AAO系统能够实现最好的污泥减量效果,污泥累计排放量减少18.43%,污泥表观产率下降19.70%;并且分流式侧流-AAO系统的COD、氨氮和总氮去除效率分别为88.56%、83.12%和71.60%,均略高于AAO系统.同时该条件下,分流式侧流-AAO系统能够在51 d后实现良好的总磷去除效率,并维持出水TP浓度稳定在0.50 mg·L,而AAO系统则需要93 d后才能实现稳定的总磷去除效果.在适当的分流比条件下,分流式侧流厌氧池内能够实现TN的有效去除,可以作为提升水处理系统脱氮能力的潜在手段.     

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.     

低DO下AGS-SBR处理低COD/N生活污水长期运行特征及种群分析

本研究在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),构成AGS-SBR系统,研究其在低DO(0.5~1.0mg·L~(-1))条件下,处理低COD/N比(4.0)生活污水同步脱氮除磷的长期稳定运行特性,并解析反应器的主要菌群构成.结果表明,在反应器运行的180d里,AGS-SBR系统表现出了良好且稳定的除污能力,反应器对水体中COD、NH~+_4-N、TN和TP平均去除率分别达到87.17%、95.21%、77.05%和91.11%.好氧颗粒污泥沉降性能一直很好,污泥始终保持着完整的颗粒外观和密实紧凑的结构,并没有出现明显的颗粒污泥解体的现象.同时,高通量测序结果表明,变形菌门、厚壁菌门、绿菌门、绿弯菌门和拟杆菌门为SBR-AGS反应器中主要优势菌群.Denitratisoma、Planctomycetaceae、Thauera、Comamonas、Nitrosomonas和Nitrospira是反应器中与脱氮有关菌群;Clostridium和Anaerolinea是除磷相关细菌.     

蠕虫在膜生物反应器和活性污泥法中的污泥减量研究

通过长达345d的中试规模试验,研究比较了蠕虫在膜生物反应器(MBR)和活性污泥法(CAS)的生长状况及其导致的污泥减量效果.CAS中的蠕虫生长状况明显优于MBR的蠕虫生长状况.MBR曝气池中平均蠕虫密度(10条·mg-1)远低于CAS曝气池中平均蠕虫密度(71条·mg-1),并且CAS中蠕虫连续保持高密度(>30条·mg-1)生长达172d.CAS中红斑瓢体虫和仙女虫交替成为优势蠕虫.蠕虫生长对MBR的污泥产率(0 40kg·kg-1)和污泥沉降性能(污泥沉降指数133mL·g-1)影响很小,但却能显著减少CAS的污泥产率(0 17kg·kg-1)和改善污泥沉降性能(污泥沉降指数为60mL·g-1).仙女虫比红斑瓢体虫能更大地减少污泥产量和更好地改善污泥沉降性能.蠕虫生长不影响MBR的COD去除率和出水水质,但却显著影响CAS的COD去除率和出水水质.     

SBR反应器厌氧氨氧化系统启动过程中细菌群落结构的变化

以白洋淀岸边带沉积物为接种污泥,启动了SBR厌氧氨氧化反应器.对反应器启动过程中的进出水水质进行了连续监测,并采用PCRDGGE、定量PCR和基因测序等分子生物学技术研究了系统内总细菌和厌氧氨氧化(ANAMMOX)细菌群落结构随培养时间的变化规律.结果表明:在启动过程中,总微生物菌群动态变化水平为26.6%~50.5%;微生物多样性先变小后增大,优势菌种得到重新分布;ANAMMOX细菌的群落结构变得单一化,最后系统的优势ANAMMOX细菌是Brocadia属.富集培养阶段SBR系统中ANAMMOX细菌的最大生物量达到了1.73×109copies·g~(-1)干污泥,而且总氮的去除率最高达到约82%.     

IFAS工艺处理南方低碳源污水的泥膜微生物互作规律分析

针对低碳源条件下污水处理问题,开展了活性污泥和生物膜共生系统（IFAS）的实验研究,讨论了低碳源下泥膜两相微生物的赋存特征和互作规律,明确其生态位和对处理效能的影响,通过实际水厂的中试实验,分析生物膜挂膜特性、泥膜活性和菌群的演替规律,对比在不同活性污泥泥龄调控下的泥膜两相中微生物结构和相互作用.结果表明,在变SRT下,反应器内污泥浓度随着SRT的增大而增加;由于SRT-H中微生物浓度远大于SRT-L,因此SRT-H中泥膜之间的竞争关系较SRT-L更激烈,SRT-H中污染物去除效能较SRT-L更低.低碳源进水条件下,IFAS工艺中污泥活性随SRT增大而降低,当低SRT （5 d）条件下,活性污泥硝化、反硝化、聚磷和吸磷速率较高SRT （25 d）分别增加了122%、88%、34%和44%;而SRT对生物膜活性的影响较小,两种SRT下生物膜硝化活性、反硝化活性相差不大.微生物测序分析表明,IFAS工艺功能菌在泥膜两相间会随着SRT的变化而发生富集转移;SRT-L中,因"播种（seeding）"效应而在泥膜两相间发生富集转移的功能菌主要为unclassified_g__Enterobacteriaceae,SRT-H中则主要是Acinetobacter.同时,通过分析优势功能菌分布,发现活性污泥中脱氮菌和聚磷菌之间也存在一定竞争;在进水有机基质匮乏的条件下,脱氮菌的相对丰度明显高于聚磷菌的相对丰度,表明脱氮菌更能适应低碳源条件,所以能在竞争中占据优势地位,这种优势主要体现为好氧反硝化菌相对丰度的增加;此外,泥相的SRT变化会反作用于膜相,使得生物膜的停留时间相应发生改变,从而改变菌群结构,筛选出不同优势菌属,进一步加大差异.     

内循环式厌氧反应器启动过程中颗粒污泥的特性

研究了IC反应器的快速启动方法和启动过程中颗粒污泥性质.结果表明,由于反应器成功滞留了大量活性高、沉降性能好的颗粒污泥,反应器初次启动可在20d内完成,二次启动15d内完成,反应器负荷可达12～15kg·(m³·d)^-1,COD去除率85%以上;IC反应器启动结束后,其颗粒污泥的性质发生显著变化,平均粒径由0.88mm增大到1.25mm,平均沉降速度由接种污泥的35.4m·h^-1增加到105.17m·h^-1,最大比产甲烷活性382.98 ml·(g·d)^-1]几乎为初期的4倍,产甲烷优势菌由Methanothrix转变为产甲烷球菌和短杆菌.     

An autotrophic nitrogen removal process：Short-cut nitrification combined with ANAMMOX for treating diluted effluent from an UASB reactor fed by landfill leachate

A combined process consisting of a short-cut nitrification (SN) reactor and an anaerobic ammonium oxidation upflow anaerobic sludge bed (ANAMMOX) reactor was developed to treat the diluted effluent from an upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactor treating high ammonium municipal landfill leachate.The SN process was performed in an aerated upflow sludge bed (AUSB) reactor (working volume 3.05 L),treating about 50% of the diluted raw wastewater.The ammonium removal efficiency and the ratio of NO 2 N to NOx-N in the effluent were both higher than 80%,at a maximum nitrogen loading rate of 1.47 kg/(m 3 ·day).The ANAMMOX process was performed in an UASB reactor (working volume 8.5 L),using the mix of SN reactor effluent and diluted raw wastewater at a ratio of 1:1.The ammonium and nitrite removal efficiency reached over 93% and 95%,respectively,after 70-day continuous operation,at a maximum total nitrogen loading rate of 0.91 kg/(m 3 ·day),suggesting a successful operation of the combined process.The average nitrogen loading rate of the combined system was 0.56 kg/(m 3 ·day),with an average total inorganic nitrogen removal efficiency 87%.The nitrogen in the effluent was mostly nitrate.The results provided important evidence for the possibility of applying SN-ANAMMOX after UASB reactor to treat municipal landfill leachate.     

冷冻PN/A颗粒污泥快速活化过程中的污泥形态与菌群演化特征分析

接种颗粒污泥是快速启动高性能自养脱氮反应器的有效方法之一.为建立污泥活化与反应器效能的响应关系,在连续流反应器中接种冷冻储存的颗粒污泥,并采用高负荷和高水力选择压的调控策略,在34 d内成功启动了部分亚硝化/厌氧氨氧化(PN/A)一体化系统.反应器总氮去除率大于83％,总氮去除负荷稳定在1.67 kg·(m3·d)-1...