不同溶解氧间歇曝气对亚硝酸盐氧化菌的影响

为了解溶解氧对间歇曝气模式下亚硝酸盐氧化菌（NOB）种群结构的影响,在以城市污水为处理对象,以间歇曝气方式运行的SBR反应器中,检测两种主要NOB菌（Nitrospira、Nitrobacter）在低溶解氧运行时期（55d）和高溶解氧运行时期（113d）数量及结构的变化.结果表明,在低溶解氧运行时期Nitrospira的含量远高于Nitrobacter的含量,与Candidatus Nitrospira defluvii相似性较高的菌种为Nitrospira的优势菌种;而进入高溶解氧运行时期后,Nitrospira含量逐渐降低,相反Nitrobacter含量逐渐升高成为主要NOB菌群,并且其大多数菌种与Nitrobacter winogradskyi菌相似.另外,在低溶解氧运行转变为高溶解氧运行阶段出现了一定的亚硝酸积累,并在Nitrobacter成为优势NOB菌群过程中逐渐消失.     

OPCRP填料的SBMBBR处理低温污水脱氮细菌多样性试验

针对低温污水生物脱氮效率低问题,采用有机高分子复合硬性颗粒（OPCRP）-SBMBBR反应器处理低温污水,与传统SBR反应器对比,通过Miseq高通量测序技术分析了2套反应器中活性污泥的细菌菌群多样性及组成结构丰度差异,揭示高效处理低温污水优势脱氮菌群。结果表明:在水温（6.5±1）℃条件下,OPCRP-SBMBBR反应器出水脱氮效果及污泥沉降速率均明显提高;投加填料有助于提高活性污泥系统内硝化反硝化菌多样性和相对丰度,即优势氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、厌氧反硝化菌总相对丰度分别由SBR （R1）的3.9%、3.47%、15.87%增加到OPCRP-SBMBBR （R2）的5.21%、5.26%、23.64%。异养硝化-好氧反硝化菌种红环菌科、Enterobacteriaceae、Terrimonas,分别由R1的2.77%、1.63%、2.43%增加到R2的3.3%、3.11%、2.59%;R2独有的好氧反硝化菌种包括假单胞菌属、氢噬胞菌属等,其相对丰度分别为1.17%、0.79%。R1、R2中优势好氧反硝化菌种总相对丰度分别为10.66%、17.35%,优势硝化菌种总相对丰度分别为7.37%、10.47%,优势硝化反硝化菌种总相对丰度分别为28.65%、43.32%,为低温污水中生物脱氮提供了良好的细菌环境。     

低溶解氧环境下全程硝化活性污泥的特性

为了了解低溶解氧下硝化活性污泥的特性以及相关微生物的种群结构,以人工配水模拟实际生活污水,在SBR反应器中,培养驯化低溶解氧硝化活性污泥,溶解氧浓度为0.3~0.5mg/L,成功驯化后检测其种群数量及结构并对其进行影响因素的分析.结果表明,低氧驯化的硝化活性污泥最适温度为25℃,最适pH值为8.5;在pH值为7.5,温度为20℃,溶解氧在0.5~4mg/L的条件下,比氨氧化速率和比亚硝氧化速率基本保持在0.3和0.6mg N/(mg MLSS×d)左右.通过高通量测序,低氧驯化的硝化反应器中主要亚硝酸氧化微生物为Nitrospira菌属,占总菌属的33%;主要氨氧化微生物为Nitrosomonas菌属,占总菌属的7%.     

处理实际生活污水短程硝化好氧颗粒污泥的快速培养

以普通序批反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)和气提式序批反应器(Sequencing Batch Airlift Reactor,SBAR)处理低COD/TN的实际生活污水,考察了不同沉淀时间以及反应器类型对快速培养短程硝化好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)的影响.试验结果表明,沉淀时间为15min时,SBR和SBAR系统中均为全程硝化,当将沉淀时间分别改为5min、8min后的第17d和第16d时,两个反应器中均形成AGS,并且AGS与絮状污泥共存;此时两系统均由全程硝化转化为短程硝化,出水NO2-/(NO2- NO3-)平均值分别长期维持在98.7%和85.6%左右.本试验中以沉淀时间作为选择压,快速启动了具有短程硝化功能的序批式AGS反应器.由于AGS固有结构对氧传质的限制,使亚硝酸氮氧化受阻即抑制了亚硝酸氮氧化细菌的活性,从而产生了亚硝酸氮积累现象.DO是造成本研究中出现短程硝化的主要原因,而pH值、游离氨、温度、污泥龄等因素都不是导致短程硝化的关键因素.污泥颗粒化后,两个系统中NH4 -N降解速率分别提高了2.6倍和2.4倍.     

基于DO和ORP一阶导数的短程硝化SBR实时控制研究

以序批式生物反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)为基础,研究了短程硝化SBR启动过程中在线监测信号(溶解氧(DO)和氧化还原电位(ORP))的变化规律,考察了不同进水氨氮负荷下DO和ORP一阶导数的变化特征,并对SBR中不同阶段的微生物群落结构进行了对比分析.结果表明,在特定的运行条件下(29～30℃,初始pH8.2,SRT=14),避免硝化阶段的过度曝气,可在第6 d实现短程硝化-反硝化SBR的快速启动.SBR对氨氮去除率维持在97%以上,亚硝化率(NAR)可长期稳定在98%以上.对SBR运行过程中的DO和ORP进行了长期监测,并对它们的一阶导数进行实时计算,结果发现,在短程硝化终点和反硝化终点处,DO与ORP的一阶导数均出现了极值,并且在不同进水氨氮负荷下,极值基本维持稳定.微生物群落分析结果表明,全程硝化阶段的污泥中同时含有氨氧化菌(AOB)和亚硝酸氧化菌(NOB),短程硝化污泥中几乎不含NOB.研究表明,利用DO和ORP的一阶导数极值作为控制参数是稳定可行的,对实现短程硝化SBR工艺的实时控制具有潜在的研究和应用价值.     

温度对硝化杆菌(Nitrobacter)活性动力学影响

为探究温度对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属(Nitrobacter)活性动力学影响,本试验采用序批式活性污泥(SBR)反应器,在通过改变系统进水亚硝态氮浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象(宏基因组物种注释和丰度分析显示上Nitrobacter占细菌总数40.3%)。考察不同浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程比亚硝态氮氧化速率(SNiOR)变化规律,基于Monod模型考察系统温度对Nitrobacter活性动力学影响,并进行统计学分析。结果表明,30℃条件下SNiOR达到最大(以N/VSS计),为1.31 g·(g·d)-1。统计学分析结果显示Monod方程可较好地反映不同温度条件下基质底物浓度对Nitrobacter活性影响。基于菲尔普斯方程计算不同温度区间内温度系数(θ)可知,当系统温度低于25℃或高于30℃时,反应速率随温度变化越敏感。     

低溶解氧下SBR内短程硝化影响因素试验研究

为了明确低溶解氧下短程硝化的其它控制因素,文章采用序批式反应器(SBR)系统研究了低溶解氧下实现短程硝化影响因素的控制范围。试验结果表明:SBR内较高的游离氨浓度(0.50～20.73 mg/L)对亚硝酸的积累起到一定促进作用;实现低溶解氧下短程硝化的温度和泥龄范围较大,在温度为21～30℃、泥龄为15～40 d的范围内都可以实现稳定的短程硝化,实验过程中亚硝酸积累率一直维持在80%以上;有机物的存在对氨氧化速率影响不大,但高有机物浓度(COD为900 mg/L)下,SBR内发生了高粘性膨胀。     

SBR法常、低温下生活污水短程硝化的实现及特性

采用序批式反应器(SBR)处理实际生活污水,通过实时控制好氧曝气时间,在常温下快速实现短程硝化,并在低温下长期维持稳定的短程硝化.结果表明,随着温度逐渐降低,比氨氧化速率略微减缓,27℃的平均比氨氧化速率是13℃时的1.68倍,但亚硝化积累率始终维持在90%以上,该温度区间内氨氧化反应的温度系数为1.051.通过荧光原位杂交(FISH)技术对低温下维持稳定短程硝化的污泥进行种群分析发现,实时控制策略为氨氧化菌(AOB)成为优势硝化菌群创造了有利条件,AOB的相对百分含量达到8%~9%,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)逐渐被淘洗出反应器.在低温下要实现短程硝化,可首先在常温下利用好氧曝气时间实时控制实现亚硝态氮的积累和AOB的优势生长,然后通过逐渐降温使AOB适应在低温下生长.     

温度对硝化杆菌(Nitrobacter)活性动力学影响

为探究温度对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属(Nitrobacter)活性动力学影响,本试验采用序批式活性污泥(SBR)反应器,在通过改变系统进水亚硝态氮(NO_2~--N)浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象(宏基因组物种注释和丰度分析显示Nitrobacter占细菌总数40. 3%),考察不同NO_2~--N浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程比亚硝态氮氧化速率(SNi OR)变化规律,基于Monod模型考察系统温度对Nitrobacter活性动力学影响,并进行统计学分析.结果表明,30℃条件下SNi OR达到最大(以N/VSS计),为1. 31 g·(g·d)~(-1).统计学分析结果显示,Monod方程可较好地反映不同温度条件下基质底物浓度对Nitrobacter活性影响.基于菲尔普斯方程计算不同温度区间内温度系数(θ)可知,当系统温度低于25℃或高于30℃时,反应速率随温度变化越敏感.     

不同MBR反应器中硝化菌群落结构的研究

采用PCR-DGGE技术研究了正常运行工况下6个不同MBR反应器中的硝酸菌和反硝化菌的群落结构.结果表明,不同的MBR反应器好氧段中硝酸菌之间的相似性较高,相似性数值为78.7%~92.1%,但环境条件、进水水质及运行参数等因素的不同导致了不同MBR反应器硝酸菌群落的差异.MBR反应器中有5种硝酸菌和3种反硝化菌,其中优势硝酸菌种以α-变形细菌(Alpha proteobacteria)、生根瘤菌(Bradyrhizobium)、维氏硝酸菌(Nitrobacter winogradskyi)为主,反硝化菌以好氧反硝化菌-产碱杆菌属(Alcaligenes)、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、红球菌属(Rhodococcus)为主,说明反应器内同时存在好氧反硝化菌,推断MBR反应器内可能同时存在多种硝化和脱氮途径.