崇明东滩夏季沉积物厌氧氨氧化菌群落结构与空间分布特征

为探索长江口崇明东滩表层沉积物中是否存在厌氧氨氧化菌以及厌氧氨氧化菌的群落结构与空间分布特征,以崇明东滩高、中、低潮滩夏季表层沉积物中总DNA为模板,PCR扩增沉积物样品中厌氧氨氧化菌特异性16S rDNA片段,通过克隆、测序,构建相应基因文库,将文库中有效克隆序列分别提交到GenBank中进行相似序列搜索,并利用MEGA5绘制系统发育树.分析结果发现,克隆序列CM-L-7和CM-L-18与已发现厌氧氨氧化菌Candidatus"Scalindua sp."同源性达98%,CM-L-13与Candidatus"Scalindua wagneri"同源性达94%,CM-M-6与Candidatus"Kuenenia sp."同源性达94%,CM-M-22与Anaerobicammonium-oxidizing planctomycete JMK-1的同源性达95%,CM-H-15与Candidatus"Kuenenia stuttgartiensis"的同源性达94%.表明,崇明东滩高、中、低潮滩表层沉积物中均存在厌氧氨氧化菌,但所属菌属不同,低潮滩以Candidatus"Scalindua"为主,中、高潮滩以Candidatus"Kuenenia"为主.相比之下,中潮滩厌氧氨氧化菌群落结构较为复杂.部分克隆序列与已发现厌氧氨氧化菌存在较大进化距离,表明崇明东滩可能还存在其他具有潜在厌氧氨氧化功能的细菌.     

中试厌氧氨氧化反应器的运行性能及其过程动力学特性

研究了上流式中试厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)反应器在环境温度下的运行性能及其过程动力学特性.基质浓度试验表明,中试厌氧氨氧化反应器可在进水亚硝酸盐浓度为(380.4±18.3)mg.L-1稳定运行,继续提升至(480.5±21.9)mg.L-1时,反应器性能恶化.在水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)试验中,HRT可缩短至3.43 h,反应器容积基质氮去除速率可达3.45 kg.(m3.d)-1.长期运行中,温度对中试厌氧氨氧化反应器的性能影响较大.采用改进型的Stover-Kincannon模型可较好地模拟非抑制状态下中试厌氧氨氧化反应器在不同温度范围下的行为.获得的Stover-Kincannon模型动力学参数及其出水总基质浓度预测公式和总基质去除率预测公式,可用于指导中试厌氧氨氧化反应器的实际操作.     

厌氧氨氧化微生物颗粒化及其脱氮性能的研究

利用厌氧颗粒污泥作为种泥,启动SBR反应器,旨在培养厌氧氨氧化颗粒污泥以及研究其脱氮性能.结果表明,水力停留时间(HRT)是富集厌氧氨氧化微生物的1个重要控制因素,以HRT为30 d,第58 d时,SBR反应器就出现厌氧氨氧化现象,与此同时,颗粒污泥由灰黑色变为棕褐色,粒径减小.到第90 d时,成功培养出厌氧氨氧化颗粒污泥,NH⁺₄-N和NO^-₂-N同时被去除,最大去除速率分别达到14.6 g/(m³·d)和6.67 g/(m³·d).从第110　d开始,逐步降低HRT,以提高基质负荷促进厌氧氨氧化菌生长.到目前t＝156　d,HRT降到5　d,氨氮和亚硝酸氮的去除率分别达到60.6%和62.5%,亚硝酸氮/氨氮的比率为1.12.污泥也由棕褐色变为红棕色,形成红棕色的具有高厌氧氨氧化活性颗粒污泥,总氮负荷达到34.3 g/(m³·d).     

长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌分布特征研究

海洋生态系统氮素循环对维持海洋生态收支平衡具有重要意义,由厌氧氨氧化细菌(anaerobic ammonia-oxidizing bacteria,ANAMMOX Bacteria)推动的厌氧氨氧化过程是海洋氮素移除的重要途径.本研究采用荧光定量PCR(q PCR)技术,并结合环境理化因子,分析了2011年夏季长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌的种群丰度分布特征.结果表明,厌氧氨氧化细菌的种群丰度在长江口邻近海域的空间分布与环境因子密切相关,总有机碳含量、盐度、铵盐浓度对长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌的种群丰度具有重要调控作用.厌氧氨氧化细菌的丰度分布与总有机碳含量呈显著正相关关系(P0.01,r=0.69),同时又随亚硝酸盐浓度、溶解氧浓度的升高而降低,而盐度对厌氧氨氧化细菌丰度分布的影响较为复杂.     

陶粒CANON反应器的接种启动与运行

通过CANON接种污泥,以人工配制无机高氨氮废水为对象,研究以陶粒为填料的CANON反应器启动与运行情况,结果表明:①陶粒可以作为CANON反应器合适填料,温度通过水浴控制在30℃±1℃,HRT为9 h、pH控制在7.00~8.08之间,经过60 d成功启动了CANON反应器,TN的去除负荷达到0.79 kg·(m3·d)-1;②在温度30℃时,陶粒CANON反应器中临界DO范围在1.12~1.69 mg·L-1之间,CANON反应器中短程硝化和厌氧氨氧化性能可维持稳定,高于此范围时,会出现CANON反应器中短程硝化不稳定现象;③在温度25℃,控制DO在1.01~1.54 mg·L-1之间时,尽管NO-3-N变化值与TN变化值的比值(δNO-3-N/δTN)略微偏离理论值0.127,为0.150~0.204,但CANON反应器脱氮性能趋于稳定,TN去除率最高为75.56%,TN的去除负荷最高达到0.97 kg·(m3·d)-1,这意味着CANON工艺的适宜温度范围至少可以降低至25℃.     

半短程亚硝化与厌氧氨氧化联合脱氮工艺微生物特征研究进展

半短程亚硝化-厌氧氨氧化脱氮技术具有良好的发展前景,该工艺的发展以及应用分子生物学技术对好氧氨氧化菌种群和厌氧氨氧化种群生态学的研究备受人们关注.本文综述了工艺原理和影响因子诸如温度、pH值、氧的可利用性、游离氨浓度等对氨氧化菌及厌氧氨氧化菌的影响,并介绍了应用分子生物学方法对氨氧化菌与厌氧氨氧化菌的类别及分布的研究结果,并对该工艺提出了展望.     

Fe2+和Fe3+对厌氧氨氧化污泥活性的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥研究了Fe离子浓度及价态变化对厌氧氨氧化污泥活性的影响.短期浓度影响结果表明,当进水铁离子浓度由0升高到5 mg·L-1时,厌氧氨氧化污泥活性因受刺激而逐渐增强;当进水铁离子浓度大于5 mg·L-1时,因厌氧氨氧化反应产碱,铁离子形成氢氧化物沉淀,生物活性未受到影响.不同价态铁离子浓度变化对厌氧氨氧化污泥活性的影响无明显区别.长期价态影响结果表明,经过71个周期培养,含Fe2+进水的厌氧氨氧化反应器R1脱氮效能(以氮计)由0.28 kg·(m3·d)-1升高到0.65 kg·(m3·d)-1,是含Fe3+进水反应器R2的1.28倍.因此Fe2+更适合厌氧氨氧化菌生长的需求.实验结果进一步表明,Fe3+易导致厌氧氨氧化反应器R2内氨氮过量转化,亚硝氮与氨氮转化比(1.17)明显低于含Fe2+进水的反应器R1内亚硝氮与氨氮转化比(1.24).     

苯酚对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期影响

通过接种厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,研究了苯酚浓度对ANAMMOX污泥脱氮效能长短期影响.短期结果表明,随着苯酚浓度的增大,氮去除率快速下降.当苯酚浓度大于600 mg·L-1时,NH+4-N的去除率降低到6%以下,TN的去除率只有10%左右.长期实验结果表明,当苯酚浓度小于100 mg·L-1时,NH+4-N的去除率都能达到99%以上,说明低浓度苯酚对ANAMMOX菌有一个驯化的过程.当苯酚浓度高于400 mg·L-1时,NH+4-N的去除率只有23.59%,TN去除率只有50.3%,ANAMMOX污泥抑制明显,与短期结果相同.此时反硝化菌活性明显高于ANAMMOX菌,说明苯酚可作为有机碳源诱发体系中发生反硝化反应,最终导致反硝化菌在体系中占据主导地位.但高浓度(1 000 mg·L-1)苯酚对反硝化菌也具有抑制作用.通过拟合得到苯酚对ANAMMOX半抑制有效浓度(IC50)为71.57 mg·L-1.经过18 d的恢复后,NH+4-N去除率基本恢复,但氮素之间的转化计量式发生了改变,ρ(NH+4-N)去除/ρ(NO-2-N)去除/ρ(NO-3-N)生成为1∶0.86∶0.2.研究结果表明,将苯酚控制在合理范围内可以使反应器达到同步脱氮除酚的效果.     

水力停留时间和溶解氧对陶粒CANON反应器的影响

以人工配制无机高氨氮废水为进水,通过接种CANON污泥,以陶粒作为填料,研究了HRT和DO对生物膜CANON反应器的影响.试验过程中,控制进水氨氮浓度基本不变,依次控制反应器的HRT为9、7、5 h,同时控制DO的范围为1.16~3.20 mg·L-1.研究发现:1当DO为1.20~1.75 mg·L-1时,尽管提高DO有利于提高AOB的活性和系统内基质的传质效果,但是CANON反应器的NH+4-N、TN去除效果依然随着HRT的缩短而下降,尤其当DO超过2.50 mg·L-1时,TN去除效果大幅度下降;2当DO为1.20~1.75 mg·L-1时,随着HRT的缩短,CANON反应器的短程硝化性能趋于稳定,而当DO超过1.75 mg·L-1时,即使缩短HRT,其短程硝化性能依然遭到严重破坏;3CANON反应器中短程硝化稳定性能和去除效果较佳的条件是HRT为7 h,且DO控制在1.20~1.75 mg·L-1之间.HRT和DO是废水生物处理的重要运行参数,直接影响到生物处理的效果和出水水质,协调控制两者的变化范围,对提高CANON工艺对高氨氮废水的处理效果非常重要.     

外源甜菜碱投加增强高盐废水厌氧氨氧化脱氮性能

废水因含盐量高而导致其生物处理效率降低,对于如何提高高盐环境下的生物处理效率已成为目前的研究热点.采用厌氧氨氧化工艺处理高盐废水,以不同甜菜碱浓度对厌氧氨氧化脱氮效能为研究对象,探讨了甜菜碱对厌氧氨氧化脱氮效能的影响.结果表明：①投加甜菜碱对系统脱氮效能有明显的改善作用,甜菜碱浓度为0.1~0.4 mmol·L^-1时,添加甜菜碱缓解了盐胁迫对厌氧氨氧化菌生长的抑制,也促进了反硝化菌的生长;甜菜碱浓度为0.4~0.5 mmol·L^-1时,推测反硝化菌为优势菌群,但对总氮去除表现为促进作用.甜菜碱浓度大于0.5 mmol·L^-1后,添加甜菜碱已无法缓解盐胁迫对反应器脱氮效能的抑制,最终在甜菜碱浓度0.8 mmol·L^-1时对反应器产生完全抑制.②甜菜碱的添加浓度为0.3 mmol·L^-1时,反应去除效能达到最佳,NH₄⁺-N和NO₂^--N分别提升了16%和32%,NRR提升了26.8%.③在最后的恢复试验中,随着甜菜碱浓度的降低反应器脱氮效能得到快速恢复,NH₄⁺-N恢复到50.6%,NO₂^--N平均去除率为63.7%,NRR恢复到0.65 kg·（m³·d）^-1,这说明甜菜碱对反应器的影响是可逆的.