生物除磷系统聚糖菌的代谢机理及菌群结构

针对聚糖菌的富集引起强化生物除磷系统(EBPR)运行不稳定问题,开展聚糖菌代谢机理、微生物形态和菌群结构研究,以了解EBPR工艺的微生物原理.聚糖菌在厌氧环境中分解体内的糖原以获得能量来摄取外界环境中的短链脂肪酸,因而在厌氧反应阶段与聚磷菌形成对有机底物的竞争矛盾.尤其当聚糖菌在某些未明确因素下取得竞争优势后,系统中的聚磷菌将逐渐被淘汰替换或成为非优势菌种,从而导致EBPR除磷功能的完全丧失.研究表明,进水基质类型、进水P/C比、pH、温度以及亚硝酸盐等因素决定着聚糖菌和聚磷菌的竞争优势,并在特定阈值内引起EBPR系统聚糖菌的富集而使除磷功能丧失.     

亚硝酸盐对聚磷菌厌氧代谢的影响

以2种强化生物除磷(EBPR)系统中的活性污泥为研究对象,考察亚硝酸盐对聚磷菌厌氧代谢的影响,结果表明:不同EBPR系统中的聚磷菌对于亚硝酸盐的耐受能力不同.人工配水富集聚磷菌的活性污泥,当亚硝态氮浓度超过10 mg/L时,聚磷菌吸收VFA受到抑制,PHA的合成减少,磷酸盐的释放增加;处理生活污水的SBR短程脱氮除磷活性污泥,亚硝酸盐的浓度高达30 mg/L时,未对聚磷菌的厌氧代谢造成抑制,但引起异养反硝化菌与聚磷菌竞争VFA,导致PHA合成量和释磷量的减少.富集聚磷菌的活性污泥投加亚硝酸盐后P/VFA增大,说明有亚硝酸盐存在时更多的能量用于VFA的吸收.对2种活性污泥中聚磷菌的荧光原位杂交(FISH)定量分析表明:富集聚磷菌系统中聚磷菌含量达到55％,而短程脱氮除磷系统中为7.6％.     

低温强化生物除磷反应器中微生物的竞争关系

为了考察低温条件下聚磷菌和聚糖菌之间的竞争关系及其对反应器除磷效果的影响,利用FISH技术跟踪检测了低温条件下运行的强化生物除磷(EBPR)SBR反应器中的聚磷菌和聚糖菌.实验结果表明,0～20d为调整阶段,反应器的各项指标不稳定,聚磷菌和聚糖菌在反应器中竞争优势地位.从菌体数量曲线发现,调整阶段中,聚磷菌数量逐渐增加,而Alphaproteobacteria数量逐渐减少,Gammaproteobacteria数量低于8.11%.这种现象说明低温更有利于聚磷菌的生长繁殖,使其在反应器中占据优势地位,并淘汰聚糖菌.50～60d聚磷菌快速增殖,由于聚磷菌的数量5d内只增加了3.2%,没有造成反应器处理效果的延迟现象.     

序批式MBBR中反硝化聚磷菌的选择与富集

采用序批式移动床生物膜反应器(MBBR),研究了以硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌(DPB)的选择和富集.结果表明,采用3个阶段进行选择和富集,DPB占全部聚磷菌(PAOs)比例约从11.77%提高到66.07%;第3阶段培养末期,COD和TP去除率平均值分别为68.78%和69.02%,缺氧所耗ρ(NO3--N)达到23.91 mg/L;对反应器中生物膜进行直接染色发现,在厌氧放磷阶段能观察到聚磷菌体内有大量聚-β-羟丁酸(PHB)出现,而在缺氧吸磷阶段则有大量聚磷颗粒(Poly-p)出现,故可尝试采用聚磷生物膜的直接染色方法观察聚磷微生物细胞内PHB和Poly-p颗粒的变化,来判断生物除磷过程及效果.     

聚磷菌—JN459的分离和聚磷特性研究

聚磷菌PAOs(phosphate accumulation organisms)的聚磷特性是生物除磷研究的重要内容。文章针对山东省济南市高新区污水处理厂活性污泥中分离的聚磷菌JN459,经生理生化特征研究及16 S rDNA分析,将该菌株鉴定为Microlunatus phosphovorus,对纯培养条件下聚磷菌JN459菌株聚磷特性进行了序列间歇式反应器SBR(sequencing batch reactor)批量试验研究。结果表明:JN459菌株在人工合成污水体系中除磷率最高可达93.7%,在市政污水体系中除磷率明显降低,约为84.4%,两者缺氧初期没有明显的磷释放过程,随着缺氧时间延长,污水体系中溶解磷都小幅度上升,聚磷菌JN459菌株分解和转运多聚磷酸盐的相关酶系需要诱导并且表达水平较低。     

亚硝酸盐对聚磷菌厌氧代谢的影响

为进一步认识聚磷菌(phosphate accumulating organism,PAOs)的代谢机制以及影响因素,在厌氧-好氧交替运行的SBR反应器中,采用人工配水,富集了含量高达80%以上的聚磷菌Candidatus Accumulibacter Phos-phates,在此基础上,用静态试验的方法研究了突然投加不同质量浓度的亚硝酸盐(ρ(NO 2--N)=0、5、10、20、40mg/L)对聚磷菌厌氧放磷的影响.结果表明,前60 min,随着起始ρ(NO 2--N)从0 mg/L提高到40 mg/L,释磷量不断增加,起始ρ(NO2--N)为40 mg/L的反应器比起始ρ(NO2--N)为0 mg/L的反应器释磷量增加了近60%,而乙酸吸收速率和PHA合成量却几乎下降了20%.60 min后,ρ(PO34--P),ρ(NO2--N)以及ρPHA都出现下降趋势,系统发生了反硝化吸磷.结果表明,此系统富集的PAOs中,一部分具有反硝化除磷的功能,还有一部分会因为亚硝酸盐的进入对其发生毒害而自溶.     

厌氧/好氧工艺中硫循环对聚磷菌除磷功能影响的试验研究

采用序批式活性污泥反应器(SBR)，在厌氧／好氧运行条件下，研究了硫循环过程对聚磷菌功能的影响，在厌氧条件下，硫酸盐还原过程和聚磷菌的释磷过程可以同时发生；硫酸盐还原菌(SRB)与PAOs之间对低分子碳源表现为竞争关系，使PAOs的释磷效果降低、聚—β—羟基丁酸(PHB)合成减少，从而降低了好氧段的聚磷能力，试验结果还指出硫循环过程控制不当会引起活性污泥丝状膨胀。     

起始pH值对序批式反应器中强化生物除磷系统的影响研究

通过3个序批式反应器(SBR)的连续运行,研究了污水不同起始pH值对强化生物除磷系统(EBPR)的影响(SBR1:pH=6.5;SBR2:pH=7.0;SBR3:pH=7.5).结果表明:随着pH值的提高,厌氧释磷量和好氧吸磷量都逐渐增加,释磷速率和吸磷速率也在增加;除磷效率分别为82.69%、93.87%和98.50%.运用荧光原位杂交技术(FISH)鉴定EBPR中的功能菌为聚磷菌(PAO)并计算出其含量,即SBR3>SBR2>SBR1,得到在一定的pH值范围内pH值越高聚磷菌的含量越高.比较不同pH值下EBPR系统中脱氢酶活性的变化规律,在pH=6.5～7.5范围内,脱氢酶的活性随着pH的增加而线性增加,表明较高的pH有利于PAO的生长和提高PAO的活性,从而提高了除磷效率.因此,通过控制污水起始pH值的方法可以达到显著提高强化生物除磷效果的目的.     

强化生物除磷工艺富集聚磷菌及其微生物菌群分析

为了研究聚磷菌的生长机理和菌种特性,在序批式SBR反应器中,以普通活性污泥富集聚磷菌,在厌氧/好氧条件下,以乙酸钠/丙酸交替作为碳源富集高浓度聚磷菌,采用FISH结合DGGE的分子生物学手段研究了富集周期内系统微生物种群结构的变化.DGGE结果表明:试验前后微生物种群结构发生了明显改变,其菌群的多样性指数、丰富度指数和条带数具有一致的变化趋势,在运行第2阶段末期达到最高值,进入稳定运行阶段,这3项指数下降,优势度上升.聚类分析表明,稳定运行期间种群群落相似度较高.FISH结果表明:在启动和负荷提高阶段聚磷菌与聚糖菌呈现共同增长的趋势,在第71天分别达到41%和39%;在稳定运行阶段聚磷菌成为明显的优势菌属,占总菌群的89%,反应器内仅存在少量聚糖菌.     

不同碳源调控辅酶I对聚磷菌胞内多聚物代谢的影响

辅酶Ⅰ是聚磷菌胞内物质代谢的关键酶,研究不同碳源调控辅酶Ⅰ对聚磷菌胞内PHB、poly-P、糖原代谢的影响对强化生物除磷具有重要的意义.研究结果表明,以乙酸钠为碳源对胞内辅酶Ⅰ进行调控时,胞内NAD+(氧化型辅酶Ⅰ)、NADH(还原型辅酶Ⅰ)平均含量分别为3.547 μmol/g、3.255 μmol/g,以葡萄糖为碳源对胞内辅酶Ⅰ进行调控时,胞内NAD+、NADH平均含量分别为1.592 μmol/g、1.495 μmol/g,说明以乙酸钠为碳源对胞内辅酶Ⅰ的调控效果更好.不同碳源调控胞内辅酶Ⅰ对聚磷菌胞内多聚物代谢影响的研究结果表明,乙酸钠为碳源进行调控辅酶Ⅰ时,胞内PHB和poly-P的合成量更高,聚磷菌除磷效率更好,因此,以乙酸钠为碳源调控聚磷菌胞内辅酶Ⅰ时有助于提高胞内多聚物的代谢能力.说明通过不同碳源调控聚磷菌胞内NADH的含量可以提高生物除磷的效果,为强化生物除磷效率提供一种新思想.     

亚硝化-反硝化除磷技术研究进展

氮磷引起的环境问题已引起世界关注,低成本减少水体氮磷污染是生物处理工艺面临的挑战。亚硝化-反硝化除磷工艺具有节约碳源和能源、节省空间及占地、提高水处理设备利用率、减少污泥产量等优势,但关于聚磷菌( PAOs)的认知缺乏深入了解,且目前尚未见氨氮亚硝化-反亚硝酸除磷整体工艺的稳定运行报道。关于PAOs的分类,不同研究者有不同见解,而短程反硝化除磷机理的研究结果主要是利用厌氧释磷储能,能量用以供给缺氧条件下利用亚硝酸盐为电子受体进行反硝化过量吸磷。短程反硝化除磷的脱氮除磷效果会受到温度、pH、碳源种类及ρ( C)/ρ( P)等诸多因素的影响,调节控制合理的反应条件有助于实现稳定高效的污废水处理效果。总结分析短程反硝化除磷的相关研究报道,对指导污废水生物脱氮除磷并克服其存在的不利因素很有必要。     

耐低温聚磷菌的研究

采用模拟自然降温方式,筛选出在低温(8℃)下仍具有高效能的两株聚磷菌J4与J6,除磷率分别达56%和54%.经鉴定,两者均属于假单胞菌属(Pseudom onas).探讨pH、曝气时间和微量元素对这两株菌的生长及除磷效能的影响,结果表明,菌株J4、J6的生长最适pH范围为7~9,除磷反应的最佳pH分别为中性和中性偏碱;而曝气时间过长会造成聚磷菌的释磷;微量元素的有无对J4的生长和除磷率都有一定的影响,而对J6没有明显的影响.     

Metabolism of polyphosphate-accumulating organisms（PAOs） in biological phosphorus removal process under P-limiting and low temperature conditions

Lower temperature or polyphosphate limitation is the favorable condition to enrich polyphosphate-accumulating organisms (PAOs) or glycogen accumulating organisms (GAOs) in biological phosphorus removal...     

双污泥反硝化聚磷系统污泥的培养与驯化

以污水处理厂氧化沟污泥为泥种,采用进水低碳高磷、两阶段的运行方式进行反硝化聚磷污泥的培养,约100 d成功驯化培养出反硝化聚磷污泥.第1阶段以厌氧/好氧的运行方式驯化好氧聚磷污泥,运行约40 d,最大释磷量、最大聚磷量和最大除磷量分别可达到77.2、89.4、25.0 mg/L,表现出较强的聚磷能力;第2阶段采用厌氧/缺氧/好氧的运行方式驯化反硝化聚磷污泥,运行60 d,缺氧聚磷量占总聚磷量的百分比呈上升趋势.硝化污泥经过100 d的驯化可去除约50 mg/L的氨氮,硝化率基本稳定在98.5％以上.硝化速率本符合零级动力学方程,比硝化速率常数为0.0024h-1;好氧聚磷速率和缺氧聚磷速率基本符合一级动力学方程,速率常数分别是0.377、0.740 g/(L·h-1).利用驯化培养成功的反硝化聚磷污泥和硝化污泥进行了A2N-SBR试验,结果表明:在进水COD、氨氮和磷分别为188.0、54.8、7.25 mg/L时,去除率分别为93.5％、76.7％和94.1％,驯化培养的双污泥具有良好的脱氮除磷效果.     

吸磷过程中电子受体峰值浓度探讨

为了探讨NO3^-—N和DO分别作为吸磷过程电子受体时的峰值浓度,采用序批式间歇反应器（SBR）进行静态平行试验,在按照厌氧／好氧方式运行的EBPR系统中,分别考察了在NO3^--N初始浓度为50mg·L、75mg·L^-1和100mg·L^-1时以及曝气量为16L·h^-1、28L·h^-1和40L·h^-1条件下的吸磷过程。结果表明,在内碳源充足的情况下,决定吸磷速率快慢的主要因素不是电子受体的浓度,而是能否及时地向系统中提供足够的电子受体。与DO相比,NO3^--N作为吸磷过程电子受体时的效率偏低,且被反硝化掉的NO3^--N量与被吸收的PO4^3--P量近似成正比。这说明采用厌氧／好氧方式运行的EBPR系统中也存在反硝化除磷菌,计算发现其占总聚磷菌的比例为17．70％。利用pH变化曲线作为吸磷过程的控制手段实用性不大,以NO3^--N和DO作为吸磷过程电子受体的峰值浓度分别为50．00mg·L^-1和0．4mg·L^-1。     

连续流双污泥反硝化同时除磷系统影响因素

目的为了深入研究连续流双污泥反硝化同时除磷系统的主要影响因素,确定系统最佳运行条件.方法以生活污水为研究对象,保持其他运行条件不变,分别改变C/N、BFR、PAHRT的大小,监测系统的除磷脱氮效果,确定系统的最佳运行条件.结果进水C/N（COD/TN）与TP、TN的去除效果密切相关,在3.8～6.0之间,系统可长期稳定运行,对TN、TP、COD的去除率可分别达到83%、92%和86%,而系统的最佳C/N比是在4～5之间;同时BFR在0.33～0.38之间控制得越低TN去除效果越好,如果BFR低于0.28或高于0.48,均会影响系统对TN、TP的去除;PAHRT也不宜过长,如果超过60 min并长时间运行,会破坏污泥沉淀性能,减少聚磷菌群中反硝化聚磷菌的比例,影响系统稳定运行.结论系统进水最佳C/N为4～5,BFR为0.33～0.38,PAHRT应控制在20～30 min较为适宜.