进水底物浓度对蔗糖废水产酸合成PHA影响研究

混合菌群合成生物可降解塑料(PHA)成为目前研究的热点,三段式PHA合成工艺(水解产酸、产PHA菌富集、PHA合成)被广泛应用.在三段式工艺中,产PHA菌的富集非常关键,只有稳定产生PHA菌才能保障PHA合成的产量.针对产PHA菌富集系统容易出现污泥膨胀的问题,本研究考察了进水底物浓度对产PHA菌富集效率及运行稳定性的影响.在560mg·L-1、1 120 mg·L-1、1 680 mg·L-1这3组不同进水底物浓度的对比实验中,证实了COD 1 120 mg·L-1条件下富集反应器能够在较短污泥龄下稳定富集具有较高污泥浓度的高效产PHA菌,且不会发生污泥膨胀.在94 d的富集期后其批次实验最大PHA含量、PHA转化率(COD/COD)及PHA比合成速率能分别达到50%、0.714 5及0.191 2 mg·(mg·h)-1.研究还同时证实细胞内糖原水平高低与其PHA合成能力密切相关,可采用其作为富集效果的重要检测指标之一.     

C/P对EBPR系统PAOs与GAOs竞争及PHAs代谢过程影响研究

以富含聚磷菌(PAOs)活性污泥为基础,基于FISH技术研究了SBR工艺不同C/P(25∶1、20∶1、15∶1和10∶1)对EBPR系统中功能菌变化特征与微生物胞内聚合物(PHAs)代谢过程的影响.结果表明,经过10 d运行处理,C/P分别为25∶1、20∶1和15∶1系统磷酸盐去除率88%,而C/P为10∶1系统磷酸盐的去除率为0%.FISH检测结果显示,随着C/P从25∶1下降到10∶1,EBPR系统中PAOs的含量相应从(76.42±1.24)%减少到(10.40±0.97)%,而聚糖菌(GAOs)则从(16.36±3.41)%增加到(34.25±2.59)%.在厌氧段,不同C/P条件下EBPR系统中PHB和PHV的合成动力学系数大小分别为K25∶1K20∶1K15∶1K10∶1和K15∶1K20∶1K25∶1K10∶1.随着C/P从25∶1下降到10∶1,合成PHB在PHAs中所占的比例从85%下降到24%,而PHV则从15%上升到76%;在好氧段,不同C/P系统消耗PHB和PHV的动力学系数大小均为K20∶1K25∶1K15∶1K10∶1,且C/P为25∶1、20∶1和15∶1时系统消耗主要成分是PHB(占PHAs 71%～75%),而C/P为10∶1时系统消耗主要成分是PHV(占PHAs 71%).由此表明,随着C/P的降低,EBPR系统内GAOs增加而PAOs减少,从而导致系统内PHB合成与消耗比例逐渐减少,而PHV合成与消耗比例逐渐增加.     

EBPR中两类细菌PAOs和GAOs竞争的研究进展

强化生物除磷(EBPR)工艺可以获取高效的除磷效果,已在很多污水处理厂得到广泛应用。但是大型污水处理厂在相当多的条件下,EBPR工艺也会出现周期性除磷效果的波动和不充分。针对这一难题,研究者试图采用许多手段来研究工艺中的主要微生物。文章针对典型的EBPR工艺和碳源、pH值、温度等因素对EBPR工艺中两类细菌聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)竞争的研究进展进行了论述,并展望了未来的研究方向。     

低C/N(<3)条件下SNEDPR系统启动及其脱氮除磷特性研究

为了解同步硝化内源反硝化除磷（SNEDPR）系统处理低C/N（<3）污水的脱氮除磷特性,采用厌氧/低氧（溶解氧0.5~1.0mg/L）运行的SBR反应器,以低碳城市污水为处理对象,考察了C/N对SNEDPR启动、脱氮除磷性能优化与菌群结构变化的影响.结果表明：进水C/N由4.3提高至5.15时,系统脱氮除磷性能均逐渐增强,系统总氮（TN）和PO₄^3--P去除率最高达89.3%和90.6%;降低进水C/N <3后,系统脱氮、除磷性能均呈现先降低后逐渐升高的趋势,但低C/N对PAOs（聚磷菌）除磷性能的影响高于其对反硝化聚糖菌（DGAOs）内源反硝化脱氮性能的影响,表现为TN和PO₄^3--P去除率分别先降低至21.4%和3.4%后逐渐升高至92.9%和94.1%.系统稳定运行阶段,单位COD平均释磷量和SNED率达437.1mgP/gCOD和89.1%,出水NH₄⁺-N、NO_x^--N和PO₄^3--P浓度平均为0,4.4,0.2mg/L.经136d的运行,系统内PAOs,GAOs,AOB（氨氧化菌）和NOB（亚硝酸盐氧化菌）分别占全菌的（16±3）%,（8±3）%,（7±3）%和（3±1）%,其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能.此外,系统好氧段存在同步短程硝化内源反硝化,是实现低C/N（<3）污水高效脱氮除磷的原因.     

厌氧条件下序批操作与连续操作对基质利用的影响

研究了在厌氧条件下以葡萄糖为基质的序批操作与连续操作反应器中微生物利用基质的不同途径。结果表明,在连续操作中,反应器内的VFA及污泥中的糖原含量保持不变,葡萄糖被用于产生甲烷和微生物增殖,两者分别占进水COD的79.34%和20.62%。在序批操作中,当进水结束时,50.17%的葡萄糖被转化为糖原储存于细胞体内,反应器内的VFA、产生的甲烷及微生物增殖分别占进水COD的25.05%、11.56%和13.22%;当反应结束时,葡萄糖转化为甲烷和微生物细胞的部分分别占进水COD的78.13%和20.6%,积累的VFA及储存的糖原被微生物代谢。两种不同操作模式下葡萄糖的代谢途径不同,序批式反应器中由于糖原储存的存在,减缓了VFA的积累,为厌氧系统的高效、稳定运行提供了保证。     

营养限制对厌氧序批操作反应器的影响及其恢复重建过程

研究了在厌氧条件下以葡萄糖为基质的序批操作反应器(ASBR)中营养物浓度限制对基质吸收和储存的影响及其恢复重建过程。结果表明,营养物限制条件下,发酵细菌表现为过量吸收基质并储存为糖原,形成隐性增殖以维持其细胞的正常结构和代谢功能;而甲烷菌由于无储存能力,其表现为活性逐渐降低。短期营养限制条件下(1个周期),基质中无磷时,储存量增加29%;基质中无氮时,储存量增加90%;基质中既无氮也无磷时,储存量增加26%。长期(31个周期)营养限制(基质中氮磷含量减小50%)下,胞内储存糖原量可高达正常状态下的4.8倍,但甲烷活性减少为正常状态下的17.78%。营养物限制对发酵细菌影响较小,对甲烷菌影响较大。将氮磷浓度恢复正常后,反应器的产甲烷能力恢复较快,出水COD经31周期后恢复正常,而胞内糖原在85周期后恢复正常。     

市政污水处理厂生物除磷运行效能与机理分析

选取浙江北部10个污水处理厂,调研污水厂生物除磷的运行效能并开展污泥活性以及微生物分布特征及其除磷机理的研究.通过活性污泥批试验表明,厌氧释磷率和好氧聚磷率(以P计)平均为2.4mg/(g·h)和2.2mg/(g·h);反硝化聚磷菌(DPAOs)占聚磷菌(PAOs)的比例为0.0%～80.1%.荧光原位杂交法(FISH)对活性污泥微生物群落结构分析表明,聚磷菌(PAOs)比例为2.0%～8.7%,聚糖菌(GAOs)比例为1.3%～22.4%.根据调查结果和生物除磷性能研究,可通过调整污水营养成分和设置独立前置反硝化池等方法改善除磷效果.     

F/M对ASBR中基质的吸收、储存和利用影响

研究了不同F/M（COD/VSS）下以葡萄糖为基质时厌氧序批式反应器（ASBR）中的微生物代谢规律.结果表明,在序批操作条件下,水解产酸菌对葡萄糖的代谢存在2条并列的途径,即直接代谢为VFA和首先转化为胞内储存物糖原,然后糖原再被转化为VFA.前者约占进水COD的34%～38%,而后者则高达41%～46%.F/M越高,糖原的储存量越大,当F/M分别为0.27、 0.20和0.14时,单位质量污泥糖原的最大储存量分别为116.8、 81.1和62.4 mg/g.糖原的储存减缓了VFA的积累,为ASBR反应器的高效和正常运行创造了条件.     

进水氨氮浓度对静置/好氧/缺氧SBR脱氮除磷性能的影响

在4个序批式反应器(SBR)R1、R2、R3和R4中,以静置段代替传统厌氧段,采用后置缺氧,考察进水氨氮浓度分别为20,30,40,50mg/L对静置/好氧/缺氧SBR脱氮除磷性能的影响.结果表明,R1、R2、R3和R4长期运行中磷去除率分别为82.3%、92.8%、92.6%和89.1%,总氮(TN)去除率分别为97.2%、88.6%、84.5%和72.6%.静置段省却搅拌,但仍起厌氧段作用,仍可实现生物强化除磷.4个反应器好氧段均发生同步硝化-反硝化(SND),分别贡献14.7%、16.6%、17.8%和14.8%的进水后TN量,且后置缺氧段利用糖原驱动反硝化,脱氮效果较好,出水TN分别为0.57,4.43,6.61,13.70mg/L.研究表明,进水氨氮浓度可影响静置释磷、好氧摄磷、反硝化除磷.静置段代替厌氧段的后置缺氧工艺可取得较好脱氮除磷效果,且节约成本,简化工艺.     

不同丙酸/乙酸对聚糖菌长/短期代谢的影响

在3个SBR反应器(即SBR-A,SBR-C和SBR-E)中,以3种不同比例的丙酸/乙酸中长期驯化活性污泥使之富集聚糖菌,对丙酸/乙酸对聚糖菌的长期和短期代谢的影响进行了研究.结果表明,长期高丙酸/乙酸驯化导致聚糖菌厌氧消耗的糖原量和合成的聚β羟基烷酸酯(poly-β-hydroxyalkanoates, PHA)的量都较少,在好氧段积累的糖原量和降解的PHA的量也较小,并且对聚糖菌的脱氢酶活性、生长速率及对有机酸的利用能力等都有抑制作用.当进水中的丙酸与乙酸的碳摩尔数相同时,单位生物量利用乙酸的速率较丙酸快.不同丙酸/乙酸对聚糖菌代谢的短期影响的研究表明,当进水中乙酸浓度突然提高时,长期以高丙酸/乙酸驯化的聚糖菌可以直接利用乙酸参与代谢,但长期以低丙酸/乙酸驯化的聚糖菌则无法快速利用丙酸.提高进水中丙酸/乙酸有可能成为有效抑制聚糖菌生长并提高增强生物除磷系统稳定性的一种策略.