Community analysis of ammonia and nitrite oxidizers in start-up of aerobic granular sludge reactor

A lab-scale sequencing batch reactor (SBR) was setup and the aerobic granular sludge was successfully incubated by using anaerobic granular sludge as seed sludge. Nitrogen was partially removed by simultaneous nitrification and denitrification (SND) via nitrite with free ammonia (FA) of about 10 mg/L. The denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) method was used to investigate community structure of α-Proteobacteria, β-Proteobacteria, ammonia oxidizing bacteria (AOB), and Nitrospira populations during start-up. The population sizes of bacteria, AOB and Nitrospira were examined using real-time PCR method. The analysis of community structure and Shannon index showed that stable structure of AOB population was obtained at the day 35, while the communities of α-Proteobacteria, β-Proteobacteria, and Nitrospira became stable after day 45. At stable stage, the average cell densities were 1.1×1012, 2.2×1010 and 1.0×1010 cells/L for bacteria, AOB and Nitrospira, respectively. The relationship between characteristics of nitrifying bacteria community and nitrogenous substrate utilization constant was discussed by calculating Pearson correlation. Certain correlation seemed to exist between population size, biodiversity, and degradation constant. And the influence of population size might be greater than that of biodiversity.     

微生物絮凝剂作用下厌氧颗粒污泥的形成及特性

以3个同样的UASB(R1、R2、R3)处理COD浓度为5 500~6 500 mg.L-1的废水,在相同的工艺条件下,采用每7 d投加1次方式,R1中每次投加7.5 g CaCl2和400 mL微生物絮凝剂MBF21,R2中每次投加140 mg阳离子PAM,R3作为对照,进行厌氧颗粒污泥培育试验,以考察微生物絮凝剂MBF21对培育厌氧颗粒污泥的促进作用.结果表明,经过67 d的运行,R1、R2、R3中均培育出厌氧颗粒污泥,对应的平均粒径分别为1.18、1.21、0.76 mm,平均粒径增长速率分别为15.37、15.82、9.10μm.d-1,比产甲烷活性SMA(COD-CH4/VSS.t)值分别为0.740、0.657、0.558 g.(g.d)-1,VSS/SS分别为0.667、0.629、0.607,SVI值分别为14.7、13.1、20.4 mL.g-1,湿污泥密度分别为1.061、1.064、1.054 g.cm-3,强度系数ζ分别为92.1、93.5、84.7.电镜扫描发现R1和R2中的颗粒污泥比对照组R3中的颗粒污泥更密实,在形成成熟颗粒污泥过程中,3个反应器均呈现相似规律,即污泥表面由丝状菌占优逐渐向杆菌、球菌占优方向转化.本研究证明了微生物絮凝剂MBF21在促进厌氧污泥颗粒化过程中,在提高颗粒污泥物理性能方面接近阳离子PAM,在提高颗粒污泥生理、生化性能方面优于阳离子PAM.     

硝化包埋菌颗粒氨吸附性能及动力学特性

采用水性聚氨酯(WPU)和聚乙烯醇-海藻酸钠(PVA-SA)制作硝化污泥包埋菌颗粒,同时对比无污泥空白包埋菌颗粒,研究不同初始氨氮浓度、p H、温度、盐度等对包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附性能的影响;通过吸附等温线、吸附热力学以及吸附动力学对包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附过程进行解析.结果表明,硝化包埋菌颗粒的吸附容量大于空白包埋菌颗粒,WPU包埋菌颗粒的吸附容量高于PVA-SA;初始氨氮浓度升高,包埋菌颗粒的平衡吸附容量增大,同时随着时间的增长,吸附容量呈现先升高后降低最终逐渐达到平衡的过程;中性条件(p H=7)下包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附性能最好,温度和盐度的升高抑制NH_4~+-N的吸附;热力学研究表明该吸附过程是一个放热的过程.吸附等温线显示包埋菌的NH_4~+-N吸附过程同时符合Langmuir等温式和Freundlich等温式,在高能量水平上显示为多层吸附,在低能量水平下显示为单层吸附;包埋菌的NH_4~+-N吸附过程符合Lagergren准二级动力学模型,表明NH_4~+-N与包埋菌颗粒表面存在化学基团的相互作用.     

数学模拟好氧颗粒污泥的形成及水力剪切强度对颗粒粒径的影响

以生物膜数学模型和活性污泥数学模型为基础,建立好氧颗粒污泥一维数学模型,并模拟营养物质的去除、颗粒粒径变化、反应器周期表现以及好氧颗粒污泥内DO和菌群分布.模拟有机物SS浓度和出水NH4+-N浓度逐渐降低,在大约50 d左右达到稳定,50 d后模拟出水浓度分别<25 mg.L-1和<1.5 mg.L-1.模拟出水NO3--N浓度随着粒径的增加呈现降低趋势.当颗粒粒径由模拟30 d时的1.1 mm增加到100 d时的2.5 mm,颗粒污泥缺氧区面积相应增加,总氮(TN)的去除率由不到10%增加到91%左右,最终模拟出水NO3--N浓度降低到<3 mg.L-1.在好氧颗粒污泥系统内,由于氧气传质阻力,模拟颗粒污泥外层DO浓度高而内层浓度低,颗粒内可以发生同时硝化反硝化,且好氧颗粒污泥内DO特征随时间而发生变化.在好氧初期,好氧颗粒污泥代谢活性高,模拟DO传质深度大约为100～200μm;而在好氧末期,模拟DO传质深度为800μm.模拟自养菌主要分布在DO浓度高的颗粒外层,异养菌分布在整个颗粒.当水力剪切系数kde由0.25(m.d)-1逐渐增加到5(m.d)-1时,模拟颗粒平衡粒径依次由3.5 mm左右减小到大约1.8 mm.在不同水力剪切强度下模拟颗粒污泥生长特征相似,其平衡状态下粒径随曝气强度的增加而减小,可以通过控制曝气强度来控制好氧颗粒污泥的平衡粒径.     

活性污泥颗粒化过程中理化性状及脱氮性能的研究

在SBR反应器中对活性污泥进行颗粒化培养,研究了活性污泥在颗粒化过程中的理化性状及脱氮性能.结果表明,活性污泥颗粒化过程可以分为颗粒形成、颗粒生长和颗粒成熟3个阶段.第1阶段SVI值迅速降低,在30 d内由接种时的110mL/g降低到23 mL/g;第2阶段颗粒粒径迅速增加,在15 d内由0.25 mm增加到0.82 ...     

污泥厌氧消化上清液富集培养硝化菌的研究

为了给废水生物脱氮提供新思路。采用活性污泥厌氧消化的上清液进行硝化菌富集培养的实验研究。在一定的条件下,采用更代富集培养的方法,培养了五代硝化菌,并分别在人工配水中加入接种污泥和富集培养污泥进行对比实验,结果表明富集培养污泥的硝化效率比接种污泥高10%,证明上清液可以用来富集培养硝化菌。     

利用菌-藻体系净化水产养殖废水

采用正交法确定由地衣芽孢杆菌、硝化细菌、月芽藻、四尾栅藻组成的菌-藻体系去除水产养殖废水中的COD_Cr,NH₄+-N,NO₂－-N,NO₃－-N以及溶解态磷(DP)的最优化体积比.结果表明,地衣芽孢杆菌、硝化细菌、月芽藻、四尾栅藻接种量分别为2.01×106, 2.18×106, 1.95×106和1.89×106 cfu/mL,V(地衣芽孢杆菌)∶V(硝化细菌)∶V(月芽藻)∶V(四尾栅藻)为1∶2∶2∶2时,污染物的去除效果最佳,其中,COD_Cr,NH₄+-N,NO₂－-N,NO₃－-N和DP的去除率分别为44.05%,89.16%,100%,98.62%和100%,投加菌-藻溶液的养殖废水污染物去除率优于其自身的净化效果.通过对体系中各因素极差分析得出,地衣芽孢杆菌是体系中去除COD_Cr和NO₃－-N的主要因素,月芽藻是去除NH₄+-N的主要因素,四尾栅藻是去除NO₂－-N的主要因素,硝化细菌是去除DP的主要因素.      

颗粒粒径与数量对硝化与反硝化过程的影响

以实验为基础,建立了一个基于多底物的多种微生物生长、维持和衰减过程的好氧硝化颗粒SBR反应器一维动力学模型,分析了颗粒粒径及数量对硝化、反硝化等过程的影响.研究发现,在相同生物量条件下,氨氮的消耗随颗粒的数量增加而增加,表明氨氮的消耗主要与NH4+-N和颗粒接触表面有关.同时,系统中所产生的NO2--N及NO3--N与颗粒数量和粒径有密切关系,而在NH4+-N不足时才只与数量有关,表明DO对颗粒的渗透决定NO2--N及NO3--N的产生.就反硝化过程而言,当粒径>1 000μm时反硝化会随粒径的增加而加强,而小于该值时,虽然反硝化也会发生但与颗粒粒径关系不大,表明颗粒粒径>1 000μm时粒径对DO的扩散限制才会明显从而加强反硝化过程.     

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.     

环丙沙星对膜生物反应器运行效能的影响及其去除特性

采用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理含环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的模拟废水,考察了不同CIP投加浓度(0、5、10 mg·L~(-1))下的污染物去除效果和微生物群落的变化.结果表明,随着CIP投加浓度从0 mg·L~(-1)增加至5 mg·L~(-1)再增加至10 mg·L~(-1),反应器中污泥浓度呈现先减少后波动平衡的趋势;COD和TOC平均去除率分别从98.40%和97.80%下降至84.20%和94.10%,表明CIP对有机物去除有所影响但影响程度不大;氨氮去除效率受CIP投加浓度的影响较大,随着CIP投加浓度从0 mg·L~(-1)增加至5 mg·L~(-1)再增加至10 mg·L~(-1),氨氮去除效率从96.91%降低至84.14%再降低至77.80%,亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、产碱菌属(Alcaligenes)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)和硝化杆菌属(Nitrobacter)的活性明显下降;而CIP去除率总体呈现先增后减的趋势.物料衡算分析表明,MBR中CIP的去除主要是通过生物降解和污泥吸附,在CIP投加浓度为5 mg·L~(-1)时分别去除了30.13%和0.25%的CIP,在CIP投加浓度为10 mg·L~(-1)时分别去除了7.55%和1.81%的CIP.