SPNED-PR系统内PAOs-GAOs的竞争关系及其氮磷去除特性

为研究同步短程硝化内源反硝化除磷(SPNED-PR)系统的脱氮除磷特性及系统内聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)在氮磷去除的贡献和竞争关系,本研究以实际低C/N比(4左右)生活污水为处理对象,考察了不同浓度的溶解氧(DO)(0.5~2.0mg/L)、NO2--N(4.7~39.9mg/L)和NO3--N(5.0~40.0mg/L)对延时厌氧(150min)/低氧(180min,溶解氧0.5~0.7mg/L)运行的SPNED-PR系统氮磷去除特性和底物转化特性的影响.结果表明,DO浓度均不影响PAOs和GAOs的好氧代谢活性,且两者之间几乎不存在DO竞争.不同NO2--N浓度条件下,GAOs较PAOs更具竞争优势,NO2--N主要是通过GAOs去除的(约占58%);且GAOs所具有的高内源反硝化活性和亚硝耐受力,减弱了高NO2--N浓度(26.2~39.9mg/L)对PAOs反硝化吸磷的抑制,保证了系统的脱氮除磷性能.不同NO3--N浓度条件下,PAOs较GAOs处于竞争优势,其在NO3--N去除中的贡献比例达61.2%.此外,SPNED-PR系统的PURDO>PURnitrate>PURnitrite,PAOs对DO的优先利用保证了低氧条件下系统的高效除磷,且GAOs的内源短程反硝化特性保证了系统的高效脱氮.

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。

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.

驯化后的聚糖菌对NO_2^--N和NO_3^--N内源反硝化速率的影响

在序批式(sequencing batch reactor,SBR)反应器中,通过分段厌氧-好氧(厌氧后排水)运行方式,在以葡萄糖为碳源、P/C比小于2/100的条件下,成功实现了聚糖菌(glycogen accumulating organisms,GAOs)的驯化富集,厌氧段磷酸盐的释放量(phosphorus release amounts,PRA)稳定在1.0 mg·L-1以内,胞内糖原(glycogen,gly)含量是初始阶段的1.2倍。驯化后的GAOs分别以NO_2^--N、NO_3^--N为电子受体经厌氧-缺氧运行方式,可进行内源反硝化反应过程。GAOs在内源反硝化过程中依次利用胞内的聚β-羟基戊酸酯(poly-β-hydroxyvalerate,PHV)、聚β-羟基丁酸酯(poly-β-hydroxyvalerate,PHB)和gly作为内碳源。在22℃时,反硝化聚糖菌(denitrifying glycogen accumulating organisms,DGAOs)以NO_2^--N、NO_3^--N为电子受体平均比内源反硝化速率分别为0.067 g N·(g VSS)-1·d-1、0.023 g N·(g VSS)-1·d-1,常温短程内源反硝化速率约是全程内源反硝化速率的3倍。

聚糖菌颗粒污泥基于胞内储存物质的同步硝化反硝化

采用特殊运行方式的厌氧-好氧SBR系统(厌氧后排水),以乙酸钠为有机基质成功富集了聚糖菌颗粒污泥.聚糖菌颗粒污泥厌氧-好氧批式实验表明,聚糖菌颗粒污泥具有较强的SND能力,TOC/N分别为5.0,4.0,2.8时,SND效率分别96.4%、95.3%及96.2%,而周期总氮去除效率随着碳氮比降低而降低,分别为66.0%、61.2%及56.3%.通过对周期氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、TOC以及胞内糖原、PHB变化的测定分析,证明聚糖菌颗粒污泥SND过程中,污泥以厌氧阶段储存于胞内的多聚物PHB作为反硝化碳源,并且反硝化聚糖菌是系统中反硝化能力的来源.与溶解性基质相比,PHB的降解速率相对较低,因此在SND过程中,反硝化可以与硝化保持相近的速率,从而有助于获得良好的SND效果.

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.

活性污泥体系中聚糖菌的富集与鉴定

活性污泥体系中,聚糖菌(GAOs)在厌氧环境下与聚磷菌(PAOs)形成对底物的竞争关系,对聚糖菌的研究对于优化生物除磷工艺有重要意义。以葡萄糖为惟一碳源,在磷限制条件下,利用特殊运行方式对活性污泥进行驯化培养出了稳定的聚糖菌颗粒污泥,厌氧阶段磷释放量与有机物吸收量浓度(mg/L)比从7.4%下降为0.25%。从培养好的活性污泥反应器中分离获得2株聚糖菌,经菌落PCR和16S rRNA序列分析确定了所得聚糖菌菌株G1和菌株G2分别是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和解鸟氨酸克雷伯氏菌(Klebsiella ornithinolytica)。

强化生物除磷的机理模型研究进展

主要论述了以乙酸盐及葡萄糖作为基质的强化生物除磷的相关机理模型。当以乙酸盐为底物时 ,重点需要明确导致工艺中微生物代谢模式差异的原因及厌氧条件下还原力供给方式的问题 ;当以葡萄糖为底物时 ,主要需要解决厌氧条件下供能方式以及各种微生物之间的关系。某些抑制条件 (如供氧不足 )可能会促进强化生物除磷效果的实现。

厌氧/好氧SNEDPR系统处理低C/N污水的优化运行

为实现同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的优化运行,以实际生活污水为处理对象,采用厌氧(180min)/好氧运行的SBR反应器,并通过联合调控好氧段溶解氧(DO)浓度(0.3~1.0mg/L)和好氧时间(150~240min),考察了该系统脱氮除磷特性.并结合荧光原位杂交(FISH)技术对系统优化过程中各功能菌群的结构变化情况进行了分析.试验结果表明,当系统好氧段DO浓度由约1.0mg/L逐渐降至0.3mg/L,且好氧时间由-150min逐渐延长至240min后,出水PO_4^(3-)-P浓度稳定在0.4mg/L左右,但出水TN浓度由14.3mg/L降至8.7mg/L,TN去除率由75%提高至84%.此外,随着好氧段DO浓度的降低,SNED现象愈加明显-,SNED率由34.7%逐渐升高至63.8%.SNED的加强,降低了出水NO_3^--N浓度,并提高了系统的脱氮性能和厌氧段的内碳源储存量.FISH结果表明:经127d的优化运行,系统内PAOs,GAOs和AOB(氨氧化菌)仍保持在较高水平(分别全菌的29%±3%,20%±3%和13%±3%),其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能;但NOB(亚硝酸盐氧化菌)含量减少了50%,为系统内实现短程硝化内源反硝化提供了可能.

聚糖菌颗粒污泥的有机物吸收及胞内储存特性

采用特殊运行方式的厌氧-好氧SBR系统(厌氧后排水),在乙酸钠、葡萄糖及葡萄糖-乙酸钠混合基质条件下均培养出了稳定的聚糖菌颗粒污泥.通过对典型周期有机物、磷酸盐、胞内糖原及聚β-羟基丁酸(PHB)变化的测定分析,证明有机基质的种类对于聚糖菌能量利用模式、有机物吸收速率及胞内储存物质种类具有显著的影响.污泥初始胞内糖原水平是有机物吸收数量及吸收速率的关键影响因素,当糖原水平低于0.05g/gSS时,厌氧有机物去除率与糖原水平直接相关:而糖原水平高于0.05g/gSS时,厌氧有机物去除率趋于稳定.不同糖原水平污泥厌氧吸收有机物的速率具有明显差异,在厌氧初期有机物快速吸收阶段,有机物厌氧吸收速率随胞内糖原水平升高而增加.

污水强化生物除磷的生化模型研究进展

阐述了在污水强化生物除磷过程中生化模型的建立与发展,重点介绍了与聚磷菌有关的Mino模型,强调了在理解生化模型时应该注意的问题:所有聚磷菌生化模型都只是在试图描述发生在EBPR(Enhanced Biological Phosphorus Removal)生物群中的一些生物化学变化现象和规律(多聚磷酸盐的吸收和水解、PHA的合成与再利用)。另外,还都假设所有具有EBPR能力的细菌都有着共同的代谢特征。所以,尽管这些生化模型有助于对整个EBPR过程的理解,但不应该拘泥于这些生化模型,只有通过对聚磷菌纯培养获得最终成功才能够彻底解决整个问题。

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--βhydroxyalkanoates,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.

强化生物除磷系统中聚磷菌与聚糖菌的种群分析及代谢机制研究进展

强化生物除磷(EBPR)工艺是目前国内外广泛应用的废水除磷技术之一。微生物的研究对于提高EBPR系统的除磷稳定性有着非常重要的意义。综述了EBPR系统中聚磷菌和聚糖菌的种群分析及其代谢机制、聚磷菌与聚糖菌之间竞争的影响因素等方面的研究进展。分析了目前相关研究中存在的不足,并展望了今后相关的研究发展方向。

聚磷菌和聚糖菌对碳源竞争及调控的研究进展

介绍了生物强化除磷原理以及聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)的代谢机理,阐述了不同碳源对GAOs与PAOs的影响,不同碳源下的除磷效果和微生物群落结构变化,提出了抑制生物强化除磷系统中GAOs竞争的措施。

ρ(P)ρ/(C)动态变化对SBR强化生物除磷系统微生物种群的影响

通过调节进水ρ(P)ρ/(C)的不同水平(2.9/100、1.4/100、0.57/100、0.29/100、1.4/100和2.9/100),考察了A/O-SBR系统强化生物除磷效果的动态变化;同时利用PCR-DGGE分子生物学技术,研究了聚磷菌和聚糖菌种群的竞争与演变.结果表明,当ρ(P)ρ/(C)逐渐降低时(2.9/100→1.4/100→0.57/100→0.29/100),吸收单位碳源的厌氧释磷量逐渐降低,而胞内糖原量逐渐升高.相应的DGGE图谱显示,微生物类群在ρ(P)/ρ(C)降低过程由11 OTUs升高到14 OTUs,最后降至7 OTUs;结合生化指标判断,系统优势菌种呈现的是从聚磷菌占优势、聚糖菌聚磷菌共存到聚糖菌占优势的动态变化.随后,提高进水ρ(P)ρ/(C)值从0.29/100到1.4/100再到2.9/100,污泥吸收单位碳源的厌氧释磷量逐渐升高,而胞内糖原量逐渐降低.这说明当聚糖菌占优势以后,通过调节ρ(P)ρ/(C)可重新培养获得聚磷菌优势系统,但DGGE图谱也显示,此时的聚磷菌优势种群较聚糖菌系统的优势种群已有较大变化,且与先前聚磷菌系统的优势种群也不尽相同.

强化生物除磷动态模型研究进展

概述了国内外强化生物除磷(EBPR)动态模型的研究进展,主要介绍了其中较成熟的ASM模型和代谢模型,并对这两类模型中的代表模型的运用条件、优缺点进行了评述。在此基础上指出了目前EBPR模型发展中存在的共性问题,并提出:代谢/ASM复合模型和杂交模型是EBPR模型未来发展的方向,但完善的EBPR模型的建立最终还要依赖于对EBPR代谢机理的透彻研究。

污水处理过程中聚糖菌的富集培养

研究了通过磷限制条件来达到聚糖菌的选择与富集,同时在驯化过程中还观察到,在第一阶段培养过程中,对除磷效果乙酸比丙酸更加有效。

AOA-SBR工艺用于城市污水同步脱氮除磷

以城市污水为研究对象,考察了不同COD/N/P对厌氧/好氧/兼氧(AOA)-SBR工艺脱氮除磷效果的影响。经过3个月稳定运行,当COD:N:P=800:24:11时,AOA-SBR工艺对污水中有机物、氨氮和磷的去除率分别为100%、84%和93%。实验通过提高有机物浓度削弱聚磷菌(PAOs)与聚糖菌(GAOs)竞争底物的能力,抑制了PAOs好氧放磷速率。当COD=800mg/L时,GAOs和PAOs厌氧乙酸摄取量之比为1:9。此外,实验采用兼氧/好氧吸磷速率比,对反硝化聚磷菌数量(DNPAOs)进行估算,结果表明AOA-SBR工艺比值明显高于A2O和AO工艺。因此,通过调节进水有机物浓度,可使DNPAOs在AOA-SBR同步脱氮除磷过程中发挥重要作用。

不同基质的聚磷菌和聚糖菌竞争的代谢模型

主要阐述了3种不同基质(乙酸盐、丙酸盐、葡萄糖)下聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)厌氧阶段的代谢模型,对比分析了不同代谢模型下的化学计量系数的差别及其对PAOs和GAOs竞争的影响。针对目前代谢模型主要集中于化学计量学方面,提出今后应在动力学及相关代谢中酶的活动方面进行深入研究。

专家系统和神经网络相结合用于钻进过程安全监控

提出了把专家系统和神经网络混合起来使用的新方法， 这种方法可以克服专家系统和神经网络单独使用时的缺陷。以钻进过程的安全监控为例， 研究了这种方法在确定性和不确定性条件下的使用步骤及效果。