实时荧光定量PCR法对不同A~2/O工艺中硝化细菌丰度的研究

本文通过以不同A~2/O工艺污水处理系统生物池的活性污泥样品为实验对象,建立实时荧光定量PCR法对其中作用于硝化反应的氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌进行快速定量检测,研究不同工艺不同生物池中氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌数量及种类的差异。研究表明,不同水厂微生物群落存在差异,AOB丰度比NOB丰度低一个数量级;AOB、NOB丰度在不同工艺各生物池中无明显差异;不同工艺中AOB、NOB丰度差异与实际含氮物质去除率一致。     

实时荧光定量PCR法对温度变化下不同工艺硝化细菌丰度的影响

以氧化沟和AAO两个不同工艺污水处理系统曝气池的活性污泥样品为试验对象,建立实时荧光定量PCR法对作用于硝化反应的氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌进行快速定量检测,研究温度降低对不同工艺曝气池中氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌数量及种类的影响。研究表明:不同水厂微生物群落存在差异,AOB丰度比NOB丰度低一个数量级;随着温度的降低,氧化沟工艺中AOB、硝化螺菌属(Nitrospira)含量逐渐升高,硝化杆菌属(Nitrobacter)含量先升高后降低;AAO工艺中AOB、Nitrospira含量先降低再升高,Nitrobacter含量逐渐升高。     

水量冲击对AAO系统中微生物群落结构的影响

为进一步明确AAO系统抗水量冲击能力,文中通过AAO中试试验对比了1.5倍水量冲击前后AAO系统出水水质变化,并采用高通量测序技术对水量冲击前后好氧区活性污泥的微生物群落结构进行分析.在1.5倍水量冲击期间,出水CODCr变化较小,出水氨氮和TN明显上升,出水TP呈先升高后下降趋势.水量冲击后,微生物物种总数下降、群落多样性下降、微生物群落结构发生变化,其中,拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度变化最为明显,相比水量冲击前降低了18.15％,变形菌门(Proteobacteria)和绿菌门(Chlorobi)的相对丰度上升了10.80％、10.64％.对比水量冲击前后污泥中主要脱氮除磷功能菌属分布特征,发现系统中的氨氮氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)、亚硝酸氮氧化细菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)和大部分具有反硝化功能的菌属受水量冲击影响,相对丰度下降,导致出水氨氮和TN上升,而系统中的聚磷菌的Candidatus accu-mulibacter相对丰度明显上升,生物除磷效果提升.     

低温硝化活性污泥的富集及其生物强化效果

为解决冬季生物处理系统硝化功能差的问题,采用膜生物反应器(MBR)富集低温硝化污泥,分析富集前后微生物种群变化,考察在5、10、15、20℃下的氨氧化速率变化,探究低温硝化污泥(10℃)及中温硝化污泥(25℃)对受低温冲击的生物处理系统硝化功能的强化效果。结果表明:一般好氧池中的活性污泥在10℃和高氨氮负荷驯化后,可富集获得硝化活性为66 mg/(L·h)的低温硝化污泥;富集198 d后,其硝化杆菌属(Nitrobacter)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)的相对丰度提高了43倍和42倍;该硝化污泥在10～20℃的环境下,其硝化活性随温度的升高而升高,在5℃环境下,其氨氧化速率为10℃时的48%。对比低温和中温硝化污泥强化受7～8℃冲击的生物处理系统时,发现投加低温硝化污泥的生物处理系统5 d后,其氨氮去除率上升至99%以上;而投加中温硝化污泥的生物处理系统,则需20 d,且亚硝氮有明显积累,这说明采用与被强化体系温度差小的硝化污泥,能更快地恢复污水生物处理系统的硝化功能。     

北方地区表流人工湿地冬季污水脱氮效果及微生物分布分析

对北方地区表流人工湿地冬季脱氮效果及微生物分布情况进行了分析,以西安皂河试验人工湿地为例。结果表明,表流人工湿地在北方地区冬季取得较好的脱氮效果,总氮与氨氮的平均去除率分别为47.76%、58.49%,并且氨化细菌沿程呈现递减的变化趋势,而亚硝化细菌呈现递增的趋势,但反硝化菌呈现先降后升的趋势。氨氮质量浓度与氨化细菌数及亚硝化细菌数之间存在显著相关,而硝氮质量浓度与反硝化细菌之间的相关性不显著。这结果说明除了硝化-反硝化的脱氮机制外还存在其他的脱氮机制。     

镉离子对养殖废水生物脱氮性能及功能基因的影响

选取了养殖废水中的重金属污染物镉离子为研究对象，为揭示其对生物脱氮系统的影响。检测氮转化功能基因丰度，确定功能基因与理化参数相关性并分析镉离子胁迫下生物脱氮的驱动因素。实验结果表明，镉离子显著抑制生物脱氮性能，硝化过程对于镉离子的敏感性相比于氨氧化过程更强。细菌16S rRNA和氮转化功能基因的丰度随镉离子浓度的升高而显著降低，其中出水氨氮、好氧末端硝酸盐氮浓度都与功能基因呈较强的相关性。此外，硝化和氨氧化水平、NO₂^--N的氧化能力、完全反硝化水平是生物脱氮性能的关键驱动因素，分别对氨氮去除率、亚硝酸盐氮积累率、反硝化阶段硝酸盐氮去除率有显著影响。本研究从分子生物学角度揭示镉离子对于生物脱氮的影响，为金属离子对于生物脱氮系统的影响研究提供了理论依据。     

低温下磁性载体强化MBBR硝化性能及微生物群落分析

为了增强生物膜耐寒性，提高低温环境下移动床生物膜反应器（MBBR）硝化性能，本文以投加磁性载体构建新型MBBR反应器（R2），同时以投加商用载体作为对照组（R1），在不同温度（14℃±1℃和9℃±1℃）下长期运行，考察了低温下磁性载体对反应器污染物去除性能和生物膜生长特性的影响，并利用高通量测序技术探究了生物膜微生物的响应关系。结果表明：在整个低温运行阶段（0~60天），R2对COD和氨氮去除效果均优于R1。特别在9℃±1℃时，R1和R2出水氨氮平均浓度分别为11.94mg/L、7.60mg/L，R2对氨氮平均去除率比R1提高了16.2%。低温下，磁性载体明显提高了生物膜硝化活性，并促进了胞外聚合物（EPS）分泌，维持和改善了生物膜的形貌结构。高通量测序结果显示，9℃±1℃下不同载体生物膜的微生物群落结构存在显著差异。两种载体的大多数优势属均能降解有机物；磁性载体富集了更多的硝化菌属，其氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的相对丰度比商用载体分别提高了1.82倍和1.05倍，并且驯化富集了MND1和Candidatus_Nitrotoga 两种特有硝化菌属。从生物膜特性和硝化菌群丰度的角度解释了两个反应器氨氮去除效果的差异性，表明低温下磁性载体MBBR具有更好的硝化性能，可进一步开发应用。     

进水pH值对CASS工艺处理低浓度生活污水中氧化亚氮排放的影响

考察进水pH对CASS工艺处理低浓度生活污水中N_2O排放的影响,利用实时荧光定量PCR和16S rRNA高通量测序分析其机理。结果表明:随着进水pH值由6.6提高到9.0,氨氮去除率由39.5%提高到99.7%,总氮去除率由37.5%提高到45.7%;同时,单周期N_2O排放量从0.32 mg N/L增加到0.52 mg N/L。高进水pH值(8.4和9.0)下,反硝化功能基因nosZ、nirS和nirK丰度较高。微生物群落分析表明,随着进水pH的增加,氨氧化菌含量变化不大,而亚硝酸盐氧化菌含量则从2.58%增加至3.42%。反硝化优势菌种为Dechloromonas(1.36%~4.25%)和Zoogloea(0.75%~1.26%),Dechloromonas丰度随进水pH变化较大。     

两种不同硝化类型反应器中固定化硝酸菌的群落分析

该试验从亚硝化和全程硝化两种不同硝化类型的好氧流化床反应器的固定化包埋颗粒中提取细菌总基因组DNA,采用聚合酶链式反应一变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)对系统中的氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB...     

加热方式对好氧颗粒污泥脱氮性能的影响

基于好氧颗粒污泥(AGS)无机高氨氮废水脱氮系统，考察了冬季不同加热方式对AGS脱氮性能及稳定性的影响。在前40 d的运行过程中，仅靠序批式反应器(SBR)内加热棒加热无法有效维持水温，常会观察到颗粒破碎产生的絮状污泥，且胞外聚合物(EPS)波动较大、氨氧化细菌的活性明显减小，AGS对总无机氮(TIN)的去除率在28.3%～60.4%。41～86 d,反应器-进水箱联合加热可使水温维持在30℃左右，反应器内絮状污泥逐渐减小，颗粒结构趋于致密，EPS、混合液悬浮固体浓度、比好氧速率等指标逐渐趋于稳定。72 d后AGS对TIN的去除率上升至90%以上。温度对AGS的沉降性能、外投碳源利用率、总磷(TP)去除及反硝化细菌丰度影响不大，但对脱氮效率及硝化细菌丰度有明显影响。两种加热方式下亚硝化菌属(Nitrosomonas)丰度经历了先明显减小后显著增大过程(由3.51%降至0.69%,再升至14.64%),以Thauera为代表的反硝化细菌丰度保持在50%左右。利用硝化细菌与反硝化细菌工作温度差异，87、88 d考察了硝化阶段加热、反硝化阶段不加热对AGS脱氮性能的影响，发现AGS对TIN的...     

两级厌氧氨氧化工艺对厨余废水的脱氮性能研究

厨余废水具有氨氮浓度高的特点,常用的两级硝化反硝化脱氮工艺停留时间长、占地面积大,难以广泛应用。厌氧氨氧化（Anammox）作为一种节能高效的脱氮方式,可大幅缩短水力停留时间、减少占地。本研究提出采用Anammox处理厨余废水厌氧出水,探究两级Anammox工艺处理厨余废水厌氧出水并实现高效脱氮的可行性和稳定性。结果表明,两级Anammox工艺处理厨余废水厌氧出水实现了最高的总氮去除率（90.1%）,总氮去除效率达到2 050 mg/（L·d）以上。两级Anammox工艺对总氮的去除是通过Anammox和反硝化耦合作用实现的,其中Anammox贡献了87.7%,反硝化贡献了2.4%。微生物群落分析结果表明,Anammox反应器中主要的厌氧氨氧化菌为Candaditue kuenenia,两级Anammox反应器相对于一级反应器具有较高的适应性,可保持较高的Candaditue kuenenia相对丰度,有助于实现高效稳定脱氮。该研究结果为厨余废水处理提供了高效省地的新工艺。     

温度冲击对MFCs脱氮及微生物群落结构的影响

构建生物阴极双室微生物燃料电池,探究温度冲击对微生物燃料电池脱氮及微生物群落结构的影响。结果表明,温度升高到25℃时,短程硝化反硝化效果最好,氨氮去除率达到95. 71%,亚硝态氮积累率可达89. 14%,总氮去除率为80. 46%。温度由20℃升高至25℃后,再由25℃降至20℃情况下,系统内均为短程硝化反硝化;但当温度降至15℃低温下,硝化类型转变为全程硝化,总氮去除率仅为20. 82%。25℃下,硝化反硝化菌所属的变形菌门(Protebacteria)丰富度高达77. 81%,优势纲Betaproteobacteria也达到66. 16%。主要的AOB菌属Nitrosomonas所占比例为1. 52%,短程硝化反硝化优势菌Thauera所占比例高达51. 12%。     

常温下接种回流污泥实现BAF一体化自养脱氮工艺

为实现高氨氮废水的高效低耗稳定去除,在常温条件下,对曝气生物滤池(BAF)中实现与稳定短程硝化-厌氧氨氧化自养脱氮工艺进行了研究。研究结果表明:常温条件下,BAF接种二沉池回流污泥,采用闷曝-连续运行结合的接种挂膜方式,可成功实现短程硝化-厌氧氨氧化一体化自养脱氮。闷曝阶段使种泥活性恢复,而连续流运行过程中游离氨(FA)浓度高,可抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB),实现BAF中亚硝酸盐累积;通过调整BAF回流方式,降低回流液中NO_2~-N-,防止NOB生长,并通过厌氧氨氧化(Anammox)滤池出水回流方式,接种微量Anammox菌,运行80 d可实现短程硝化-厌氧氨氧化,140 d后系统运行稳定,总氮(TN)去除率达76.62%。生物滤池有利于短程硝化-厌氧氨氧化工艺的实现与稳定,生物膜中不同厚度存在好氧缺氧环境,利于氨氧化菌(AOB)和Anammox菌共存;滤料的过滤作用有效地防止了Anammox菌流失,使其在系统中不断累积生长。不仅如此,AOB和Anammox菌均为自养菌且生长缓慢,避免了生物滤池的频繁反冲洗,简化了生物滤池的运行。气水比是BAF中一体化运行的关键参数,本研究中最佳的气水比为12:1,氨氮去除负荷达到0.91 kg N·m~(-3)·d~(-1),氨氮和TN去除率分别可达96.86%和85.47%。     

温度冲击对MFCs脱氮及微生物群落结构的影响

构建生物阴极双室微生物燃料电池,探究温度冲击对微生物燃料电池脱氮及微生物群落结构的影响。结果表明,温度升高到25℃时,短程硝化反硝化效果最好,氨氮去除率达到95. 71%,亚硝态氮积累率可达89. 14%,总氮去除率为80. 46%。温度由20℃升高至25℃后,再由25℃降至20℃情况下,系统内均为短程硝化反硝化;但当温度降至15℃低温下,硝化类型转变为全程硝化,总氮去除率仅为20. 82%。25℃下,硝化反硝化菌所属的变形菌门(Protebacteria)丰富度高达77. 81%,优势纲Betaproteobacteria也达到66. 16%。主要的AOB菌属Nitrosomonas所占比例为1. 52%,短程硝化反硝化优势菌Thauera所占比例高达51. 12%。     

基于侧流富集/主流强化的CANON工艺处理常温低氨氮废水的稳态控制

采用侧流富集/主流强化方式,研究了全程自养脱氮工艺(CANON)用于常温(25℃)、低氨氮(约60 mg NH+4-N·L-1)主流线生物脱氮的可行性。结果表明,通过7 d更换主流反应器40%污泥混合液方式可实现维持主流反应器总氮去除负荷(TNRR)在80 g N·m-3·d-1左右,总氮去除率(TNRE)在70%左右,主流反应器厌氧氨氧化比活性持续升高。16S r DNA高通量测序结果表明,主流和侧流CANON系统中起亚硝化作用的氨氧化细菌(AOB)主要是Nitrosomonas属,进行Anammox反应的厌氧氨氧化菌(An AOB)主要是Candidatus Jettenia属,60 d的运行过程中主流反应器Nitrospira属的亚硝酸盐氧化菌(NOB)丰度始终小于1%。可见在本实验条件下,采用7 d为频率主流和侧流换泥方式,能够保证主流反应器中Anammox活性,确保主流CANON反应器的脱氮性能。     

纳米银颗粒对膜生物反应器运行性能及硝化细菌丰度的影响

考察了0.10 mg/L纳米银对膜生物反应器(MBR)运行、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)丰度的影响。运行试验结果表明,在投放纳米银前后,处理系统对化学需氧量(COD)平均去除率为95.4%和94.1%,处理水中的总氮(TN)以硝态氮为主,硝态氮平均质量浓度前后分别为12.5 mg/L和13.2 mg/L,因此,在纳米银颗粒影响下,MBR仍能达到普通MBR的处理效果。实时定量聚合酶链反应(QPCR)结果表明:在整个运行周期内,AOB与NOB菌群的基因数量都处于107数量级,且硝化螺旋菌Nitrospira为优势NOB;结合银离子的变化规律可知,纳米银大部分富集到污泥中,但硝化菌群的丰度没有受到长期投放纳米银颗粒的影响。     

淬灭酶对亚硝化-混合自养脱氮系统的影响

群体感应是微生物间的通信机制，群体淬灭则可通过降解群体感应信号分子来调控微生物行为。本研究通过设置空白对照组R1和实验组R2，探究了群体感应淬灭酶（AHLs酰基转移酶，2μmol/L）对亚硝化-混合自养脱氮工艺性能及微生物群落的影响。结果表明，淬灭酶的加入促进了短程内源反硝化过程并抑制了厌氧氨氧化过程。与R1相比，R2各阶段的总氮去除率平均降低11.1%。R2出水中氨氮和硝氮浓度略低于R1，但出水亚硝氮整体较R1升高19.0mg/L。添加群体淬灭酶使胞外聚合物的含量降低了18.2mg/g，使溶解性微生物产物升高了17.1mg/L。2μmol/L淬灭酶使羟胺氧化还原酶活性由0.80EU/g增长为0.99EU/g，细胞色素c(Heme-c)含量由0.002mmol/g增至0.004mmol/g,Nitrosomonas亚硝化菌和Hyphomicrobium、Thermomonas、Truepera等反硝化菌相对丰度均增加，其中Thermomonas的相对丰度增长幅度最大，由0.28%增长至9.04%。实验结果为群体淬灭技术应用于亚硝化-混合自养脱氮过程的调控提供了理论参考。     

MABR耦合活性污泥技术处理市政污水的中试研究

通过建立MABR耦合活性污泥工艺中试反应器,在市政污水厂现场连续运行47 d,在不外加碳源的情况下,该系统可以达到稳定的同步脱氮除碳功能。微生物群落分析结果表明生物膜内含有丰富的硝化和反硝化细菌,并含有一定丰度的亚硝化螺旋菌,为反应器内同步硝化反硝化及短程硝化反硝化过程的实现提供了基础;能耗分析结果表明,系统运行期间的能耗远低于传统污水处理工艺,因此在未来的污水处理工程中具有极大的推广潜力。     

MBBR处理某水厂微污染水硝化性能研究

对移动床生物膜反应器(MBBR)工艺应用于河道微污染水进行了研究,生化段采用"6段式MBBR生物氧化池"的处理工艺。结果表明,NH_4~+-N、COD去除率分别达到57.43%、20.27%,出水水质稳定达到GB 3838-2002地表水III类标准,且同步硝化反硝化(SND)脱氮占比7.97%。对悬浮载体进行高NH_4~+-N含量(质量浓度7 mg/L)水质硝化实验,最大NH_4~+-N容积负荷65 g/(m~3·d)。MBBR悬浮载体生物膜硝化优势菌门为Proteobacteria,相对丰度平均为55.40%,反硝化细菌相对丰度平均为13.36%,为系统SND现象提供微观证明,系统中存在较高丰度可降解难降解有机物的菌属,为微污染水出水COD稳定达标提供了保障。MBBR工艺占地小,可筛选和专性富集微生物,适用于处理微污染水体。     

常温下接种回流污泥实现BAF一体化自养脱氮工艺

为实现高氨氮废水的高效低耗稳定去除,在常温条件下,对曝气生物滤池（BAF）中实现与稳定短程硝化-厌氧氨氧化自养脱氮工艺进行了研究。研究结果表明：常温条件下,BAF接种二沉池回流污泥,采用闷曝-连续运行结合的接种挂膜方式,可成功实现短程硝化-厌氧氨氧化一体化自养脱氮。闷曝阶段使种泥活性恢复,而连续流运行过程中游离氨（FA）浓度高,可抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）,实现BAF中亚硝酸盐累积;通过调整BAF回流方式,降低回流液中NO₂^--N,防止NOB生长,并通过厌氧氨氧化（Anammox）滤池出水回流方式,接种微量Anammox菌,运行80 d可实现短程硝化-厌氧氨氧化,140 d后系统运行稳定,总氮（TN）去除率达76.62%。生物滤池有利于短程硝化-厌氧氨氧化工艺的实现与稳定,生物膜中不同厚度存在好氧缺氧环境,利于氨氧化菌（AOB）和Anammox菌共存;滤料的过滤作用有效地防止了Anammox菌流失,使其在系统中不断累积生长。不仅如此,AOB和Anammox菌均为自养菌且生长缓慢,避免了生物滤池的频繁反冲洗,简化了生物滤池的运行。气水比是BAF中一体化运行的关键参数,本研究中最佳的气水比为12：1,氨氮去除负荷达到0.91 kg N·m^-3·d^-1,氨氮和TN去除率分别可达96.86%和85.47%。