容积负荷变化模式对嗜盐混合菌发酵乙酸合成PHB的影响

以嗜盐混合菌发酵生产PHB具有免灭菌程序、易提取、产量高等优势而被广泛关注。本研究集中考察了嗜盐混合菌(MMCs)发酵生产PHB过程中调整容积负荷的方式对PHB生产的影响。在研究中通过比较恒定接种生物量改变底物浓度以及恒定底物浓度调整接种生物量两种调整方式下PHB发酵生产的最大细胞含量、PHB最大容积产率以及表观动力学,确定了MMCs的最佳OLR,以及两种变化方式的本质差异。研究结果表明,两种方式下随着OLR升高,细胞内最大PHB的积累量和PHB容积产率也随着增加。本研究发展的嗜盐MMCs最佳OLR 0.91 kg·(kg·d)^-1。在相同的OLR下,高的接种生物量始终具有高的碳源转化率和底物消耗速率。为此,采用高接种生物量发酵生产PHB可以提高PHB生产效率并降低PHB的成本。     

野生型嗜盐混合菌群处理高盐生活污水的硝化性能

由于渗透压和无机盐生物毒性的影响,淡水活性污泥无法在高盐环境下进行正常的新陈代谢。生物处理高盐废水受到极大的挑战。为了解决这一难题,本研究采集入海口河底泥培养嗜盐活性污泥,并考察了该污泥的硝化性能。研究采用实际高盐生活污水探讨了嗜盐处理系统的启动、氨氮负荷和盐度冲击对系统硝化的影响。实验结果表明：经过9 d适应期,嗜盐污泥开始硝化高盐生活污水中的氨氮。氨氮负荷及其负荷的稳定性对氨氮去除率具有显著影响。研究确定了嗜盐硝化系统的耐盐范围为10～60 g·L^-1,而最优盐度在40 g·L^-1左右。由于该嗜盐混合菌群是由海洋菌和中度嗜盐菌组成的,该系统具有良好的抗盐度冲击能力和硝化活性。尽管实验采用的操作条件不会对亚硝酸氧化菌构成抑制,但是研究中却发现显著的亚硝酸盐积累现象。该研究为实现高盐废水生物处理提供了有益探索。     

SRT对富集高聚PHA能力嗜盐MMC的影响

调控菌群富集过程的工艺参数,富集具有高PHA积累能力的混合菌(MMC)是发酵生产PHA的第一步也是最重要的一步。采用批式培养条件,集中研究了污泥停留时间(SRT)对PHA积累菌群的富集作用。研究结果表明SRT影响富集MMC的底物降解速率(q_S),微生物积累PHA的速率(q_P)和PHA积累能力。长SRT(SRT4d)导致了较低的q_S,q_P和PHA细胞含量;过短的SRT(SRT1d)则降低了MMC的PHA转化率(Y_PHA/S)和PHA积累能力,刺激了非PHA积累菌群的快速增殖。研究确定的最佳SRT为2d,在此条件下富集的MMC最大PHA积累量可达细胞干重的56%。研究证明了SRT在选择嗜盐MMC中的重要作用,为快速富集PHA积累能力MMC奠定基础。     

SRT对富集高聚PHA能力嗜盐MMC的影响

调控菌群富集过程的工艺参数,富集具有高PHA积累能力的混合菌(MMC)是发酵生产PHA的第一步也是最重要的一步。采用批式培养条件,集中研究了污泥停留时间(SRT)对PHA积累菌群的富集作用。研究结果表明SRT影响富集MMC的底物降解速率(qS),微生物积累PHA的速率(qP)和PHA积累能力。长SRT(SRT=4 d)导致了较低的qS,qP和PHA细胞含量;过短的SRT(SRT=1 d)则降低了MMC的PHA转化率(YPHA/S)和PHA积累能力,刺激了非PHA积累菌群的快速增殖。研究确定的最佳SRT为2 d,在此条件下富集的MMC最大PHA积累量可达细胞干重的56%。研究证明了SRT在选择嗜盐MMC中的重要作用,为快速富集PHA积累能力MMC奠定基础。     

营养条件与间歇曝气方式对活性污泥累积聚-3-羟基丁酸酯的影响

考察了营养条件与间歇曝气方式对好氧培养的活性污泥累积聚-3-羟基丁酸酯(PHB)的影响。结果表明,在营养平衡的条件下PHB的最大累积量占活性污泥(MLSS)质量分数的12.5%;而在只添加碳源的条件下,PHB的最大积累量可提高到MLSS质量分数的19.2%;高碳源浓度有利于活性污泥累积PHB,以4.5g/L的乙酸钠为碳源,PHB的最大累积量达MLSS质量分数的41.7%,PHB的生成速率为265mg/(L.h)。以曝气30min停曝30min为循环的间歇曝气方式能有效提高活性污泥中PHB的累积量。与连续曝气相比,该间歇曝气方式使污泥最大累积PHB量占MLSS的质量分数提高了9%。     

A2/O系统PHB和OUR监测及其分析研究

A2/O系统中,温度的升高可以促进聚磷菌代谢速率,从而促进PHB的合成,但温度对PHB合成的影响是有限制的.厌氧池中PHB含量与系统中F/M呈显著的正相关性.厌氧池中PHB的合成量随厌氧释磷量的增加而增加.OUR可表征A2/O系统对有机物的去除效率,硝化OUR可表征硝化功能的变化,常规OUR值介于7.1～13.3mg/(g·h),硝化OUR值介于0.88～2.95 mg/(g·h).温度对提高活性污泥的OUR有明显作用.硝化OUR的高效区是温度介于25-33℃,NO3--N质量浓度介于9.2～11.0 mg/L.提高F/M对OUR有促进作用.     

活性污泥法合成PHB的研究进展

PHB是许多微生物在非稳态条件下积累的一种生物聚合物,可作为微生物的胞内碳源和能源内储物,还可用作优良的可生物降解塑料、生物相容性材料和环保高分子材料。主要综述了活性污泥法合成PHB的最新研究进展。重点介绍了SBR工艺、强化生物除磷工艺、微好氧/好氧活性污泥工艺等不同工艺的PHB合成机制和研究水平;以及营养配比条件(如碳源、C/N比、氮源和磷源),工艺运行控制条件(如DO浓度、pH、污泥龄和温度),以及底物/生物量比等因素对合成PHB的影响。提高现行活性污泥法合成PHB水平是降低PHB的生产成本,实现活性污泥资源化的前提条件。研发能够同步实现氮磷等污染物的高效去除以及PHB资源化的新工艺,以及实现PHB资源化的活性污泥工艺运行控制条件的优化研究是今后活性污泥法的发展趋势之一。     

厌氧活性污泥产电特性及产电过程微生物群落变化

以厌氧活性污泥为接种液构建微生物燃料电池(MFC),检测了运行第1周期前后电池的理化性质及菌群变化情况。结果表明,MFC启动后产电性能良好,外接1000 Ω电阻时输出电压可达0.62 V,功率密度达1247 mW/m2,内阻为143 Ω, 化学需氧量(COD)去除率达63.6%;高通量测序结果显示,MFC菌群与原始接种厌氧活性污泥菌群相比变化较明显,菌群多样性指数降低,优势菌门硬壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)为产电菌群常见门,与MFC产电能力直接相关的克雷伯氏菌属(Klebsiella)富集并成为优势菌属,相对丰度达16.73%。     

重组大肠杆菌VG1(pTU14)产PHB的补料分批培养

利用已构建的同时含有透明颤菌血红蛋白基因 (vgb)、λ噬菌体裂解基因 (S-RRz)和PHB合成基因(phbCAB)的产PHB基因工程大肠杆菌VG1(pTU14 ) ,在 5L发酵罐里进行补料分批培养 .研究发现 :碳氮比(C/N) ,DO(溶氧 )及碳源和氮源的浓度是影响菌体生长和PHB积累的重要因素 ;补料时间可以通过DO和 pH值两个参数的变化在线综合识别 ;流加策略应使发酵前期菌体大量生长 ,发酵后期PHB大量积累 .在优化条件下 ,对VG1(pTU14 )进行 6 0h的补料分批培养 ,菌体细胞浓度、PHB浓度和PHB占细胞干质的分数分别高达2 15 .9g·L^-1、 193.7g·L^-1和 89.7% .     

高效功能菌群RR的筛选及其群落分析

利用梯度浓度压力驯化法, 从厌氧反应器中筛选出对直接红28有具有良好脱色能力的混合菌群RR。在染料初始浓度为200mg/L, pH=7.0, 温度为35℃条件下, 经48h静止培养, 染料脱色率可达96.16%。进一步对其培养条件如pH值、温度、盐度、初始染料浓度等进行了脱色研究, 结果表明, 在pH=7、温度为45℃, 盐度为2mmol/L的情况下, 功能菌群脱色效果达到最佳。为了进一步适应工程无机条件, 筛选出以染料作为唯一氮源、碳源以及能量的功能菌群, 遂将培养基中葡萄糖去掉, 同样利用梯度浓度压力驯化法, 筛选出混合菌群RM, 并对其脱色性能及群落结构进行分析。混合菌群RM在染料初始浓度为50mg/L、温度为35℃、pH=7.0条件下, 48h后其脱色效率为20.05%。利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)法, 对群落进行分析, 混合菌群RR主要为伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia sp.)、链球菌属(Streptococcus)和克雷伯氏菌属(Klebsiella sp.), 菌群RM主要为伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia sp.), 可见伯克霍尔德氏菌属菌株(Burkholderia sp.)可以适应工程无机环境, 并对直接红28存在一定的降解能力。     

硝化细菌工业化快速富集

为探究出有效的硝化细菌规模化快速富集方法，使用工业级生物反应器完成了硝化细菌的快速富集培养。从数据结果和高通量结果确定24~27 d为最佳经济取泥期，污泥浓度3000~4000 mg·L^-1为最佳细菌增长控制浓度，稳定运行阶段单日产泥量为0.3 kg·(m³·d) ^-1。对比和分析活性污泥及整个培养过程中污泥群落在不同水平上的变化，发现较短时间即可实现功能菌筛选及产出。证明了该工业级生物反应器对硝化细菌规模化快速富集培养并稳定产泥方法的可行性。为包埋固定化技术实现规模化应用在菌源制备方面提供了技术路线。通过硝化细菌培养实验探究，优化了培养周期，解析了菌群演变规律。     

发酵型和非发酵型反硝化聚磷菌的鉴定及代谢机理

利用活性污泥与生物膜复合系统富集反硝化聚磷菌（DPB）,并进行功能菌的分离和鉴定,同时对发酵型和非发酵型两类菌进行反硝化聚磷活性试验,以研究不同的代谢机理。结果表明：（1）在活性污泥与生物膜复合系统中分离到反硝化聚磷菌YU-1、YU-2,YU-1菌与Acinetobacter junii最相似,为非发酵型的反硝化聚磷菌,YU-2菌与Escherichia coli最相似,为发酵型的反硝化聚磷菌。（2）厌氧阶段,非发酵型的聚磷菌YU-1每生成1 mg的PHA释放的P比发酵型的聚磷菌YU-2高0.2 mg。合成PHA所需要的能量ATP大部分来自聚磷酸盐的降解,碳源大部分来源于水中的乙酸,还原辅酶NADH不是来自糖原的酵解过程。ATP、PHA的产生和NADH的来源与传统聚磷菌的代谢机理不同。（3）在缺氧阶段,非发酵型的聚磷菌YU-1每分解1 mg的PHA比发酵型的聚磷菌YU-2聚P高0.3 mg,除磷效率高12.8%,这是因为此时PHB分解产生的ATP大部分用于运输磷酸盐并合成聚磷,PHB分解产生的还原辅酶NADH用于厌氧过程所需的还原力,PHA的分解途径与传统聚磷菌的代谢机理不同。     

Identification and Metabolic Mechanism of Non-fermentative Short-cut Denitrifying Phosphorus-removing Bacteria

To investigate the characteristics and metabolic mechanism of short-cut denitrifying phosphorus-removing bacteria (SDPB) that are capable of enhanced biological phosphorus removal (EBPR) using nitrite as an electron acceptor, an aerobic/anoxic sequencing batch reactor was operated under three phases. An SDPB-strain YC was screened after the sludge enrichment and was identified by morphological, physiological, biochemical properties and 16S rDNA gene sequence analysis. Denitrifying phosphorus-removing experiments were conducted to study anaerobic and anoxic metabolic mechanisms by analyzing the changes of chemical oxygen demand (COD), phosphate, nitrite, poly-β-hydroxybutyrate (PHB), and glycogen. The results show that strain YC is a non-fermentative SDPB similar to Paracoccus denitrificans. As a kind of non-fermentative bacteria, the energy of strain YC was mainly generated from phosphorus release (96.2%) under anaerobic conditions with 0.32 mg P per mg synthesized PHB. Under anoxic conditions, strain YC accumulated 0.45 mg P per mg degraded PHB, which produced most of energy for phosphate accumulation (91.3%) and a little for glycogen synthesis (8.7%). This metabolic mechanism of strain YC is different from that of traditional phosphorus-accumulating organisms (PAOs). It is also found that PHB, a kind of intracellular polymer, plays a very important role in denitrifying and accumulating phosphorus by supplying sufficient energy for phosphorous accumulation and carbon sources for denitrification. Therefore, monitoring ΔP/ΔPHB and? ΔNO₂^--N/ΔPHB is more necessary than monitoring ΔP/ΔCOD,?ΔNO₂^--N/ΔCOD, or ΔNO₂^--N.     

嗜盐污泥反硝化亚硝酸盐的性能及其影响因素

淡水污泥反硝化高盐废水受到盐度抑制而导致处理的失败。为了突破高盐废水脱氮的技术瓶颈,本研究通过采集入海口河底泥发展嗜盐脱氮生物系统实现了高盐废水的脱氮。本文系统地探讨了盐度、温度、pH和碳源类型等关键影响因素对嗜盐污泥反硝化亚硝酸的影响。试验结果表明：采集入海口底泥发展的嗜盐系统可以以亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化。在38 g·L-1盐度下,嗜盐反硝化菌以甲醇作为碳源的最大反硝化速率为3.29 mg N·（g VSS）-1·h-1。系统最适宜盐度为15～51 g·L-1,最佳pH范围为8.0～9.0。反硝化碳源类型影响着反硝化速率。在测试的4种碳源类型中,嗜盐反硝化污泥利用甲醇进行反硝化较快。作为新认知的生物系统,确定高盐废水嗜盐生物处理系统的反硝化特性和影响因素对于实现高盐废水的高效处理具有重要的意义。     

聚醚多元醇废水生化强化试验研究

采用不同种类的活性污泥混合后,以催化氧化预处理强化生化的工艺进行聚醚多元醇生产废水处理的小试和中试。结果表明,适应高含盐废水的活性污泥与驯化后的活性污泥按体积比1:1混合后,经过再驯化,可以很好地适应催化氧化后的聚醚醇废水。COD总去除率可达到90%左右,使污水中COD从1 500～2 000 mg/L降低到80mg/L左右。     

Polyhydroxybutyrate production accompanied by the effective reduction of chemical oxygen demand (COD) and biological oxygen demand (BOD) from industrial effluent

Industrial effluents are major pollution-causing agents for our environment. Our study focuses on utilizing effluents from different industries for efficient production of Polyhydroxybutyrate (PHB). Presence of PHB was identified by Sudan Black staining method. The PHB production parameters for Pseudomonas aeruginosa MTCC 4673 were studied critically, and it was found that glucose with 8.5 mg/L (0.0550 g PHB/g substrate) PHB concentration yielded the highest among the carbon sources used. Peptone with 8.9 mg/L (0.0524 g PHB/g substrate) of PHB concentration, an incubation period of 48 h and at a pH of 7 yielded the optimum results. These studies were compared with those of Alcaligens latus MTCC 2311. Dairy effluents (DE) and tannery effluents (TE) were considered for the best possible substrate, for the production of PHB in an optimized media. The results indicated that the dairy effluents gave a higher yield of PHB. Amongst various dilution levels studied from 10–100% (v/v), 50% (v/v) concentration of the dairy effluent showed maximum PHB productivity of 0.0582 g PHB/g substrate. A comparison of the chemical oxygen demand (COD) and biological oxygen demand (BOD) from the results, showed a significant removal percentage of 78.97% BOD and 53.482% COD, which highlighted the importance of utilizing effluents for PHB production, in order to reduce the risk of toxic effluent discharge. FT-IR analysis was carried out to confirm the presence of PHB.     

三污泥法处理抗生素类制药废水

为有效解决传统AAO法中存在的硝化菌、反硝化菌及聚磷菌三种细菌在污泥龄、碳源需求及回流污泥中携带的硝酸盐影响聚磷菌厌氧释放磷这三方面的矛盾，减少大量污泥回流、降低动力消耗、充分利用池容、切实提高污水处理效率，提出“三污泥”理念，对AAO进行关键性改进，改进后的缺氧池、厌氧池、好氧池等生化反应池均自带独立的泥水自动分离的装置，形成独特的三污泥系统(即纯粹的厌氧污泥、纯粹的缺氧污泥和纯粹的好氧污泥)，各池可根据运营需要各自控制污泥浓度，使各池中的活性污泥在各自最佳的环境中生长，互不干扰、相互独立，更高效发挥生物降解作用，创新性设计“改进型AAO法+生物滤池+絮凝沉淀耦合工艺”处理抗生素类制药废水，并与传统型组合技术进行比较。结果表明，进水主要污染物化学需氧量CODcr 253?581 mg/L、氨氮29.6?58.5 mg/L、全磷10.77?23.1 mg/L、设计流量30.0 L/h条件下，改进型技术取得了很好的处理效果，其CODcr、氨氮、全磷的平均去除率分别达80.2%, 73.1%, 96.1%，比改进前分别提高了6.9%, 6.1%, 3.4%，尾水CODcr、氨氮、全磷等三项指标均达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。