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.

亚硝酸盐对聚磷菌反硝化除磷代谢及N_2O产生的影响

以乙酸钠/丙酸交替为碳源的强化生物除磷(enhance biological phosphorus removal,EBPR)系统为研究对象,母反应器内种泥在厌氧/好氧的运行条件下已培养340d,聚磷菌富集纯度达到92%±3%,考察了不同浓度亚硝酸盐氮(44.64、70.3、94.33、112.36mg NO2--N.L-1)为电子受体对聚磷菌缺氧吸磷代谢的影响。结果表明,从未经缺氧驯化的高纯度聚磷菌也可以进行反硝化除磷代谢。在缺氧反应过程中NO2--N还原速率、PO34--P吸收速率、PHA降解速率随着亚硝酸浓度升高呈下降趋势,但是在初始亚硝酸盐氮浓度最高为112.36mg NO2--N.L-1条件下,代谢并未停止,此时亚硝酸盐还原速率与磷酸盐吸收速率仍可以分别达到2.61mgNO2--N.(g MLSS)-1.h-1和3.0mg PO34--P.(g MLSS)-1.h-1。聚磷菌在以细胞内PHA作为碳源以NO2--N作为电子受体反硝化除磷代谢过程中,由于初始亚硝酸盐的抑制作用使NO2--N还原速率大于N2O还原速率,从而产生大量的N2O积累。初始投加NO2--N浓度为44.64、70.3、94.33、112.36mg NO2--N.L-1时,产生的N2O占TN的比例分别为63.5%、49.0%、30.2%、24.0%。在底物充足的条件下,代谢中积累的N2O可以通过延长缺氧搅拌时间,使其转化为N2。

葡萄糖为碳源的EBPR长期运行效果及聚磷菌的富集培养

研究了连续运行364 d以葡萄糖为碳源的强化生物除磷(EBPR)系统,比较了3个不同运行阶段典型周期的运行状况,考察了厌氧段聚磷菌(PAOs)对有机底物的贮存转化,运用FISH技术分析了系统菌群结构变化.结果表明:随着运行时间的增加PAOs富集程度增高,第180天后反应器最高厌氧释磷量达到80 mg/L,出水磷浓度小于1 mg/L,以葡萄糖为碳源的EBPR系统可以长期高效稳定运行;与第1和第2阶段相比,第3阶段典型周期效果最佳,其厌氧释磷量达到79 mg/L,PO34--P去除率达到97.2%;葡萄糖先被发酵细菌分解为挥发性脂肪酸(VFA),PAOs吸收VFA合成聚羟基脂肪酸酯(PHA);荧光原位杂交技术分析发现,PAOs比例不断升高,第340天时比例为45.5%,说明以葡萄糖为碳源的EBPR系统可以富集高浓度的PAOs.

不同温度及厌氧/好氧运行条件对聚磷菌衰减特性的影响

以富含90%±2%纯度聚磷菌(PAOs)的强化生物除磷系统(EBPR)为研究对象,考察了10℃厌氧、10℃好氧、20℃厌氧、20℃好氧4种运行条件下PAOs的衰减特征。结果表明:温度越高对应衰减速率越快,4个系统在1～9d里衰减速率的平均值分别为:10℃厌氧:0.053/d;10℃好氧:0.050/d;20℃厌氧:0.072/d;20℃好氧:0.145/d。其中4个系统由于细胞死亡引起的活性衰减速率分别为:10℃厌氧:0.019/d;10℃好氧:0.017/d;20℃厌氧:0.019/d;20℃好氧:0.03/d,占总活性衰减的比例分别为:35.8%、34%、26.4%、20.7%。在9d饥饿衰减期间,污泥中所含PHA与糖原的量总体呈下降趋势。相同温度下,糖原在厌氧衰减过程中降解速率大于好氧;在同样的厌氧、好氧衰减条件下,温度越高糖原降解速率越快。

EBPR的快速启动及其与同步硝化反硝化耦合实现污水的脱氮除磷

为了解处理生活污水的强化生物除磷(EBPR)系统的除磷和脱氮特性,采用SBR接种普通活性污泥,通过逐步提高进水COD浓度的方式,结合短污泥龄控制,实现了EBPR系统的快速启动,并对启动后系统的脱氮除磷特性进行了研究.试验结果表明:当进水COD浓度由200 mg/L左右逐步提高至500 mg/L左右时,29 d可实现EBPR系统的启动,此后30 d内出水磷浓度稳定维持在0.5 mg/L以下,磷去除率平均达99.4%.该系统还可长期高效稳定地用于高磷污水(含磷40mg/L)的处理.成功启动后的EBPR系统内聚磷菌(PAOs)为优势菌,占全菌总数的34%±3%,但也存在硝化反硝化菌和聚糖菌.在EBPR系统稳定运行时的好氧段,PAOs吸磷的同时伴随着脱氮菌群的同步硝化反硝化(SND)作用,使得平均总无机氮(TIN)损失达7.6 mg/L,系统总氮(TN)去除率在70%左右.EBPR系统内除磷耦合同步硝化反硝化,可实现污水的脱氮除磷.

不同碳源对EBPR系统厌氧计量学参数的影响

采用乙酸/丙酸交替、葡萄糖、实际生活污水为碳源长期驯化的三个强化生物除磷系统,研究了不同碳源对磷的释放和聚羟基烷酸(PHA)转化的影响、聚磷菌种群结构以及微生物代谢PHA和糖原的厌氧化学计量学。结果表明,从182d起三个系统均获得稳定的除磷性能,第300d三个系统内聚磷菌所占全菌的比例分别达到:89%±3%、55%±3%、45%±4%。乙酸、葡萄糖、生活污水为碳源时,聚磷菌细胞内贮存聚羟基丁酸(PHB)和聚羟基戊酸(PHV),丙酸为碳源PHA完全由PHV组成,四种类型碳源都未检测到聚二甲基三羟基戊酸(PH2MV)的生成。计量学研究表明:聚磷菌吸收1C-mol的乙酸,细胞内合成1.15C-mol PHB,0.15C-mol PHV,分解0.47C-mol糖原;吸收1C-mol的丙酸生成0.44C-mol的PHV,分解0.271C-mol的糖原;吸收1C-mol的葡萄糖生成极少量的PHB和0.16C-mol PHV,分解0.16C-mol糖原;以实际生活污水为碳源,消耗1mg的COD,合成0.98mg PHB、0.13mg PHV(以COD计)。当以乙酸为碳源时获得最高的厌氧释磷量及最大的释磷速率,分别为:134mg.L-1和23.80mg P.(g VSS)-1.h-1。以丙酸与葡萄糖为碳源时释磷速率相似,以生活污水为碳源的情况下释磷速率最小。