页岩气返排水中的反硝化厌氧甲烷氧化微生物——群落结构与关键影响因子

首次探究了高温高压高盐的页岩气返排水中DAMO(denitrifying anaerobic methane oxidation)微生物存在的证据及其与关键环境因子之间的关联性.结果表明,在所研究的7个页岩气井场返排水中均检测到了DAMO古菌与细菌的存在,且古菌的丰度远高于细菌,其16S rRNA基因拷贝数分别为4.32×10^(4)~5.83×10^(5)copies/L和1.16×10^(3)~6.00×10^(3)copies/L.DAMO古菌与细菌的功能基因mcrA与pomA同样在所有的样品中检出.页岩气返排水中共发现了4个DAMO细菌代表性OTU与1个DAMO古菌代表性OTU,虽然返排水中盐度很高,但检出的DAMO细菌与古菌与已报道的淡水环境中的DAMO微生物亲缘性更近.RDA相关性分析表明,返排水常规理化因子对DAMO微生物的影响并非体现在微生物的丰度上,而是体现在微生物的功能上,其中pmoA基因丰度与TOC含量呈正显著相关,而mcrA基因丰度则与NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)、PO_(4)^(3-)和Cl^(-)浓度呈正相关,Cl^(-)影响最大.研究结果拓展了关于DAMO微生物环境分布的认识,可为缓解返排水中逸散甲烷所导致的温室效应的控制提供理论基础,也有助于加深对深部页岩微生物过程的认知.

一段式短程反硝化-厌氧氨氧化工艺处理电厂循环冷却水与城市污水的可行性研究

厌氧氨氧化反应由于其自养脱氮的特性,自被发现之日起就备受关注。作为一种能稳定为厌氧氨氧化反应提供亚硝态氮的技术,短程反硝化技术将硝酸盐仅还原为亚硝态氮,已经被认为是目前最节能的硝酸盐废水脱氮技术。针对一段式短程反硝化-厌氧氨氧化工艺实现电厂循环冷却水浓水与城市污水同步脱氮的可行性进行探究。在pH=9的条件下,经过26 d的驯化,成功启动在低pH下能稳定实现高亚硝积累的短程反硝化反应器。加入厌氧氨氧化污泥后,迅速启动一段式短程反硝化-厌氧氨氧化反应器。短程反硝化过程能利用的有机物主要来源于城市污水。因此,预计通过控制化学强化初沉的可以控制预处理过程有机物的去除量,从而控制进水的碳氮比实现稳定脱氮。采用短程反硝化-厌氧氨氧化技术可以在低物质输入,低能源消耗,低碳排放,低剩余污泥产生的前提下实现电厂循环冷却水浓水与城市污水的同步脱氮,是一种经济且环境友好的处理技术。

氨氮负荷波动对城市污水短程硝化-厌氧氨氧化工艺硝态氮的影响

亚硝酸盐氧化菌(NOB)增长是导致城市污水短程硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification/anammox,PN/A)工艺脱氮效率降低的主要原因之一.采用SBR反应器研究了周期性的进水氨氮负荷变化对城市污水PN/A工艺出水硝酸盐的影响.结果表明:恒定曝气量和曝气时间,进水氨氮负荷周期性降低时,PN/A工艺出水硝态氮逐渐增长,导致系统脱氮性能下降.在硝态氮增长之后,保持进水氨氮负荷稳定,系统的脱氮性能未恢复.进一步分析表明:低氨氮浓度下,NOB对于溶解氧的竞争是出水硝态氮增长的主要原因.因此,在城市污水PN/A工艺中,为了维持稳定的脱氮性能需要控制溶解氧和出水氨氮浓度.

浑河底泥反硝化厌氧甲烷氧化菌群落结构时空特征

为了解在反硝化厌氧甲烷氧化反应过程中起主要作用的微生物——Candidatus Methylomirabilis oxyfera（M.oxyfera）在河流底泥环境中的时空变化特征,利用克隆文库及实时荧光定量PCR技术考察了浑河流域部分底泥中M.oxyfera-like的16S rRNA和pmo A功能基因的多样性及丰度.结果表明：从浑河上游至下游丰水期各采样点底泥中M.oxyfera-like的16S rRNA的多样性无明显地域性差异,其OTU（operational taxonomic unit,独立操作单元）数变幅不大;pmo A功能基因的多样性则存在较为明显的地域性差异,上游采样点A（章党大桥）底泥中OTU数为5,下游采样点E（三岔河大桥）底泥中仅为1.采样点A底泥中M.oxyferalike的16S rRNA和pmo A功能基因的多样性均存在一定的季节性差异,平水期16S rRNA和pmo A功能基因的Shannon-Wiener多样性指数分别为1.48和2.19,在各期中最高;而枯水期时二者均最低,分别为0.83和1.26.丰度分析结果显示,所有采样点底泥中M.oxyfera-like的16S rRNA丰度均表现为平水期（2.42×106~1.74×107copies/g）（以干质量计）最高、枯水期（2.87×10^4~4.19×10^6copies/g）居中、丰水期（1.29×103~2.04×10^4copies/g）最低,说明浑河底泥中M.oxyfera-like的丰度亦存在一定的季节性差异.

不同供氧策略对SBBR反应器实现短程硝化厌氧氨氧化的影响分析

以氨氮浓度较高的垃圾渗滤液为处理对象,分析研究了不同供氧策略对SBBR反应器实现短程硝化厌氧氨氧化的影响.在4种不同供氧策略(a、b、c和d的总供氧时间分别为16h、12h、12h和8h;好氧/厌氧交替频率分别为4h/2h、3h/3h、2h/2h和2h/4h)下同步启动反应器,保持各反应器内环境温度为(30.0±0.5)℃,并控制曝气阶段溶解氧(DO)浓度为(1.2±0.1)mg·L-1.实验结果表明,反应器内的微生物经过124d的驯化和增殖,具有一定的脱氮能力,但是效果不同,其中,采用总供氧时间为12h,好厌氧交替频率为2h/2h供氧策略的反应器c效果最好,氨氮去除率达到96.6%左右,而且抗氨氮冲击负荷的能力最强,最大的氨氮容积负荷为0.186g·(L·d)-1;在曝气阶段由于DO浓度的限制,亚硝酸盐出现积累;缺氧阶段,由于厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌的协同作用,亚硝酸盐氮和氨氮同时被去除,且没有硝酸盐的积累.从4个反应器和渗滤液原水中提取细菌总DNA,通过PCR-DGGE技术获得DGGE图谱.分析图谱中各泳道的条带数目和条带亮度、各泳道间的相似性系数Cs值,结果表明,不同供氧策略对反应器内的细菌多样性和种群结构产生了较大影响.

反硝化厌氧甲烷氧化与厌氧氨氧化耦合颗粒污泥脱氮效能

采用改进的升流式厌氧污泥床(UASB)反应器,在温度为30℃条件下,逐渐缩短HRT(水力停留时间)由9.6 d到0.9 d,经过160 d运行,成功培养出反硝化厌氧甲烷氧化与厌氧氨氧化耦合颗粒污泥,采用荧光原位杂交(FISH)分析、16S rRNA分析等方法研究颗粒结构和微生物组成特征。结果表明耦合颗粒污泥的氨氮和亚硝酸盐的脱除速率分别为588.9和523 mg·L^(-1)·d^(-1),反硝化厌氧甲烷氧化活性达95.2 mg·L^(-1)·d^(-1),出水硝酸盐质量浓度小于40 mg·L^(-1),总氮去除率达92.5%;耦合颗粒污泥平均粒径为0.76 mm,与接种厌氧氨氧化颗粒污泥相比增加了1.46倍;反硝化厌氧甲烷氧化微生物主要位于耦合颗粒污泥外层,厌氧氨氧化菌位于耦合颗粒污泥内部;主要的厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia,主要的反硝化厌氧甲烷氧化细菌为Candidatus Methylomirabilis,反硝化厌氧甲烷氧化古菌为Candidatus Methanoperedens。

厌氧同时反硝化产甲烷工艺研究进展

近年来,厌氧废水处理工艺的功能在原有单纯去除有机物的基础上,得到了进一步的扩展。本文介绍了厌氧同时反硝化/产甲烷工艺的原理、技术开发与应用实践,并对其应用前景进行了展望。根据我国现阶段国情,高效低耗、操作简单、易于管理的厌氧同时反硝化/产甲烷工艺是今后高含氮有机废水处理的发展方向。

海洋厌氧反硝化细菌Pseudomonas stutzeri抗菌活性物质的研究

采用抗菌活性追踪的方法,结合各种色谱手段对海洋厌氧反硝化细菌Pseudomonas stutzeri(No.DN7)的次生代谢产物进行分离和纯化的研究,最终从其乙酸乙酯部分得到4个活性单体化合物.通过波谱分析方法,结合文献对照,鉴定化合物的结构分别为3-吲哚甲醛(1)、对羟基苯甲酸甲酯(2)、邻苯二甲酸二异丁酯(3)、邻苯二甲酸二正丁酯(4),化合物1-4均为首次从该菌株中分离得到.应用MTT法对化合物1-4进行活性评价,研究结果表明化合物3、4具有较好的枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌的抑菌活性,化合物1、2的抑菌活性一般.

亚硝化-厌氧氨氧化作用机理的研究

与传统的生物硝化-反硝化工艺相比,亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺在处理低(超低)碳氮比高浓度含氮废水方面有着不可替代的优越性,是上个世纪末生物脱氮领域里的一个突出的创新.在温度为30～40℃和水力停留时间约为1 d条件下,p(DO)在0.5～2.5 mg/L,pH值为7.4～8.3时,能够较好的实现匹配厌氧氨氧化的亚硝化;探讨了亚硝化和厌氧氨氧化在污泥颗粒化技术中的实现可能机理.

pH值和有机碳源对匹配厌氧氨氧化的SBR亚硝化的影响

目的研究p H值和有机碳源对匹配厌氧氨氧化的前置亚硝化反应的影响,确定实现NO2^--N稳定高效积累的最佳运行参数.方法试验采用人工配水,控制反应温度为28℃,DO质量浓度在1.0 mg/L左右,进水NH4^＋-N质量浓度为150 mg/L,分别通过静态试验和动态试验考察在不同p H值（6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5）和不同COD质量浓度（50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L）条件下,NH4^＋-N去除情况和NO^2--N累积情况.结果在本实验条件下,当p H值为7.5~8.0、ρ（COD）〈150 mg/L时,SBR反应器可以获得理想的亚硝化效果,NH4^＋-N去除率和NO2^--N累积率分别可以维持在90%和75%以上.结论 p H值偏碱性有利于实现较高质量浓度的NO2^--N积累.当进水中存在适量有机碳源时,匹配厌氧氨氧化的亚硝化反应可以正常进行,但有机碳源质量浓度过高会对亚硝化细菌的生长繁殖产生明显的抑制作用.

投加羟胺原位恢复城市污水短程硝化-厌氧氨氧化工艺

有效抑制或淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB)是短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺应用于城市污水处理的关键.以因NOB大量增长受到破坏的城市污水PN/A系统为对象(硝酸盐(NO3^--N)生成比例为0.90),考察了羟胺(NH 2OH)投加浓度和投加方式对其恢复的效果.结果显示,当序批式反应器中初始NH2OH投加浓度为10mg/L时,每天投加1次,连续投加20d后,NO3^--N生成量占NH 4^+-N消耗量的比例由0.90逐步降低至0.11.表明NH 2OH(10mg/L)可原位恢复PN/A工艺.NH2OH停止投加59d后,出水NO3^--N生成比例再次小幅度上升至0.15,此时继续投加5d NH2OH(10mg/L),PN/A工艺运行良好,因此间歇投加NH 2OH可以维持PN/A工艺稳定运行.实时定量PCR结果表明,在投加NH 2OH(10mg/L)后,NOB的丰度不断下降,从(4.52±0.44)×10^10copies/g VSS(第6d)下降到(2.30±0.80)×10^9copies/g VSS(第157d),说明NH 2OH的投加有利于抑制和淘洗NOB.

短程硝化-厌氧氨氧化处理焦化废水的研究

采用短程硝化-厌氧氨氧化生物脱氮新工艺进行焦化生产废水处理的研究，详细讨论了各个处理环节的运行情况和效果。通过新处理工艺的焦化废水各出水指标均达到国家排放标准一级，总氮去除率达到70％～80％，克服了传统硝化反硝化生物脱氮技术的缺陷，有效地避免了氮素对水体的污染。

短程硝化-厌氧氨氧化联合工艺的经济特性分析

重点从曝气量、外加碳源量、剩余污泥量、处理效果等方面对短程硝化-厌氧氨氧化联合工艺的优点进行了分析讨论。结果证明短程硝化-厌氧氨氧化工艺是一种高效、节能的工艺,对现有的生物脱氮工艺的改造有重要的实用价值。

部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺联合形式、应用及脱氮效能评析

部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺与传统生物脱氮工艺相比具有一定优势,但该联合工艺是否一定优于传统生物脱氮工艺尚需论证。本文介绍了部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺的组合形式、特点和处理实际废水的研究进展,从脱氮速率、能耗及碳源的角度将部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺与传统生物脱氮工艺进行对比分析。指出部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺具有不需要额外投加有机碳源的优点;部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺虽然在曝气方面可以节省能耗,但是其中温反应需要一定的热能消耗,综合分析其处理能耗高于传统生物脱氮工艺;同时该联合工艺的整体脱氮速率与传统生物脱氮工艺相比差别不大。据此提出在选择生物脱氮工艺时需要考虑废水的碳氮比,碳氮比高时可以采用传统生物脱氮工艺,碳氮比低时可以考虑使用部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺。

DO的质量浓度和温度对配合厌氧氨氧化的亚硝化反应的影响

目的研究DO的质量浓度和温度对配合厌氧氨氧化的亚硝化反应的氨氮去除率和亚硝态氮累积率影响的规律,寻找稳定高效的工艺条件.方法试验采用人工配水,稳定运行的序批式活性污泥法(SBR)反应器,在pH值为7.8～8.2,控制DO的质量浓度为0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L、2.0 mg/L,温度为15℃、20℃、25℃、28℃、30℃、32℃、35℃,分别采用纳氏试剂分光光度法、N-(1-萘基)-乙二胺光度法考察NH4+-N、NO2-N的变化情况.结果 DO的质量浓度为1.0 mg/L,温度在28℃左右条件下SBR反应器出水NH4+-N/NO2--N比稳定在1∶1.32左右,适于为厌氧氨氧化反应提供稳定的NO2--N.结论 DO的质量浓度过高,会导致亚硝化细菌对亚硝酸盐氧化细菌的竞争优势小,NO2--N累积率低,DO的质量浓度过低会导致好氧的亚硝化细菌受低氧环境的抑制;低温对亚硝化细菌的抑制作用明显,温度过高又会破坏微生物的酶活性.

亚硝化与厌氧氨氧化串联工艺处理高氮低碳废水的研究进展

我国氮素污染问题日益严重,而传统脱氮工艺流程长,氧耗大,反硝化碳源不足,脱氮效果低。亚硝化—厌氧氨氧化串联工艺是目前最经济、最简洁的生物脱氮工艺,非常适用于低C/N废水的处理,与传统方法相比,该工艺有明显的优点,如低能耗、无需外加有机碳源、低污泥产量等。随着基础研究的逐渐深入,各国学者开始将研究视角转向该工艺的实际应用。本文在首先介绍了亚硝化和厌氧氨氧化工艺原理及亚硝化细菌、厌氧氨氧化菌生化特性的基础上,重点介绍了近期亚硝化—厌氧氨氧化串联工艺在污泥消化上清液、垃圾渗滤液等实际高氮低碳废水处理中应用的现状,并指出了目前存在的问题和今后的研究方向。

淡水生态系统中反硝化型厌氧甲烷氧化微生物的研究进展

反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)是在淡水生态系统中发现的一种全新的厌氧甲烷氧化途径,偶联了全球碳循环和氮循环,与NC10门细菌、DAMO古菌及厌氧氨氧化菌密切相关。首先介绍DAMO途径在淡水生态系统中的发现及其功能微生物。其次,重点阐述DAMO功能微生物在湖泊、湿地和河流等淡水环境中的研究进展,并对聚合酶链式反应(PCR)、荧光原位杂交(FISH)及高通量测序技术在DAMO功能微生物检测中的应用及发展进行总结与分析。最后,展望DAMO在淡水生态系统中的研究前景。

常温限氧条件下有机碳源对与厌氧氨氧化匹配的亚硝化的影响研究

研究DO质量浓度及有机碳源对亚硝化的影响,确定在限氧条件下实现与厌氧氨氧化匹配的亚硝化的运行参数。采用实际生活污水,p H控制在7.0-8.0,温度维持在26℃。通过静态实验在不同DO质量浓度（0.5、1.0、1.5、2.0 mg/L）和不同COD（50、100、150、200 mg/L）条件下,研究NH4^＋-N的去除效果和NO2^--N累积效果。DO质量浓度0.5 mg/L NH4^＋-N去除率和NO2^--N累积率稳定在90%以上。当DO质量浓度为0.5 mg/L,COD〈150 mg/L时,出水NH4^＋-N/NO2^--N为1：1.36符合后续厌氧氨氧化进水要求,能较好地实现亚硝化。较高DO质量浓度有利于促进亚硝化细菌的活性,在低DO条件下低质量浓度的有机碳源不会影响与厌氧氨氧化匹配的亚硝化,但是高质量浓度的有机碳源会促进反硝化细菌的生长,抑制亚硝化细菌的活性。

水力负荷与低温对厌氧氨氧化与反硝化协同反应器的影响

采用一套3.2L具有填料的上流式厌氧污泥床反应器,在固定进水氨氮、亚硝氮和COD浓度的基础上,通过对进水负荷4个阶段的调节,考察其对厌氧氨氧化与反硝化协同反应器运行的影响。经试验发现,在低水力负荷条件下,氨氮、亚硝氮、COD的平均去除率分别达到了94.1%、97.2%和89.4%,出水硝氮的生成量为4.35mg/L;而在高水力负荷条件下,氨氮、亚硝氮和COD的去除率下降较为明显,为54.2%、73.9%和81%,硝氮的生成量为9.97mg/L。通过再次调低水力负荷,协同脱氮效果基本上能够恢复到之前的水平,表明反应器具备了一定的抗负荷冲击能力。同时低温会对反应器产生较大影响,但反应器内的菌群具备抵御低温并较快恢复的能力,保证了反应器二次启动的成功。

匹配厌氧氨氧化SBR亚硝化反应器快速启动影响因子研究

目的研究匹配厌氧氨氧化的SBR亚硝化反应器快速启动的影响因子,寻求快速稳定的工艺启动条件.方法在序批式活性污泥法(SBR)反应器中,对不同因素条件下氨氮去除率和亚硝态氮累积率的影响进行研究,分别采用纳氏试剂分光光度法和N-(1-萘基)-乙二胺光度法检测NH^+_4-N和NO^-_2-N的变化情况.结果曝气30 min/停曝30 min的间歇曝气方式进行曝气,控制温度在32℃左右,调节pH值在7.5~8.0,减少碳源的投加量有利于SBR亚硝化反应器的启动.结论间歇曝气、pH值和碳源投加量的适宜条件有助于匹配厌氧氨氧化SBR亚硝化反应器快速启动,还具有节能功效.