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.

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。

聚磷菌和聚糖菌反硝化除磷的研究分析

在磷技强化生物除术的基础上,对反硝化聚磷菌和反硝化聚糖菌的反硝化能力对生物除磷的影响进行了总结分析。在强化生物除磷系统中,缺氧条件下存在反硝化聚磷菌和反硝化聚糖菌,会对聚磷菌富集和系统除磷产生影响,同时研究发现碳源种类、电子受体类型、进水C/N、污泥龄和pH值是反硝化除磷的影响因素。乙酸钠为理想碳源、以NO^-_3—N为理想电子受体、C/N值的理想比值为4~5、控制污泥龄最佳范围是10~12d、pH值的最佳控制范围是7~8,反硝化除磷效果好。

基于污水同步脱氮除磷的反硝化聚磷菌的研究与展望

与传统的好氧除磷技术相比,反硝化除磷具有节约碳源、一碳两用、减少污泥产量等优点。综述了反硝化脱氮除磷过程中的主要功能微生物反硝化聚磷菌的培养、分离筛选、电子受体利用等研究的相关进展,总结了近年来研究中常见的反硝化聚磷菌,并对其未来的发展前景做出展望。

反硝化除磷的影响因素及聚磷菌与聚糖菌耦合新工艺的研究进展

反硝化除磷(denitrifying phosphorus removal,DPR)工艺较传统脱氮除磷工艺具有节省曝气能耗、高效利用碳源、低污泥产量等优点而得到广泛的研究。本文综述了近年来在这一领域的研究进展,包括反硝化除磷菌(DPAOs)微生物学、碳源种类、pH、亚硝酸盐浓度及游离亚硝酸(free nitrous acid,FNA)、污泥龄(sludge retention time,SRT)、C/P比及mgNOx--N/mgPO43--P、聚糖菌(GAOs)等。大多数研究只关注了聚磷菌(PAOs)和GAOs之间的竞争关系,而通过GAOs作用的内碳源部分反硝化(endogenous partial-denitrification,EPD),能够将NO3--N转化为NO2--N,将进一步降低同步脱氮除磷对碳源的需求。反硝化除磷的新工艺符合我国低C/N值的污水现状,SNADPR工艺是将部分硝化、厌氧氨氧化、反硝化与反硝化除磷相结合的先进脱氮除磷工艺,Anammox-EPDPR工艺协同厌氧氨氧化、EPD和反硝化除磷,充分利用GAOs内碳源的代谢作用,以产生NO2--N,减轻DPAOs和anammox菌对电子受体的竞争。以NO2--N为电子受体的短程反硝化除磷与新型脱氮工艺的耦合将成为实现污水高效节能的同步脱氮除磷的新方向。

聚糖菌反硝化影响因素及内碳源转化特性

在SBR反应器中以乙酸钠为碳源、NO_3^--N为电子受体成功富集了反硝化聚糖菌,并采用批次实验进一步考察了进水C/N比(3.3,6.7,10)、电子受体(NO_3^--N、NO_2^--N)、碳源类型(乙酸钠、葡萄糖)对反硝化聚糖菌活性的影响及内碳源转化特性。实验结果表明,进水C/N比越高,系统NO_x^--N去除率越高,厌氧段合成PHB越多,但进水C/N比过高会导致普通反硝化菌占优势,影响内碳源反硝化效率,进水C/N比为6.7较为合适;以NO_3^--N为电子受体长期培养的DGAOs系统未经NO_2^--N驯化,对NO_2^--N同样具有良好的反硝化性能,在投加与NO_3^--N相同浓度的NO_2^--N后,系统NO_x^--N去除率达89.6%;当以葡萄糖为碳源时,DPAOs在厌氧段合成的PHB的量仅为以乙酸钠为碳源时合成PHB量的79.5%,且厌氧段葡萄糖利用率仅为72.8%,远远小于乙酸钠的利用率。

EBPR系统中聚糖菌及其反硝化代谢机理的研究进展

聚糖菌(GAOs)作为强化生物除磷(EBPR)系统中重要的微生物组成部分,具有反硝化脱氮的作用,但目前国内外关于GAOs的富集培养及反硝化代谢机理的研究尚不完善。综述了GAOs的种群类型以及反硝化聚糖菌(DGAOs)的代谢机理,着重归纳了碳源、pH、温度等因素对GAOs富集生长的影响,并在此基础上,对GAOs的研究现状及其研究方向进行了总结和展望,以期对GAOs的生理性能及强化生物除磷系统的稳定运行提供理论参考。

以亚硝酸盐为电子受体的反硝化聚糖菌培养及特性分析

采用SBR反应器经过5个阶段约90天的培养,驯化出以亚硝酸盐为电子受体的亚硝酸盐型反硝化聚糖菌(denitrifying glycogen accumulating organisms,DGAOs),其最大耐受NO_(2)^(-)-N浓度约为25mg/L.驯化的亚硝酸盐型DGAOs是具有反硝化能力的一种聚糖菌(glycogen accumulating organisms,GAOs),但长期保持厌氧/缺氧环境会使其失去聚糖和反硝化能力.在进水C/N比为6的条件下,厌氧阶段COD的去除率达94.9%,缺氧阶段NO_(2)^(-)-N的去除率达到93.3%.亚硝酸盐型DGAOs在厌氧阶段快速吸收COD并储存聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxy butyrate,PHB),每消耗1 mg/L的COD合成PHB量为0.2 mg/(g·MLSS);在缺氧阶段降解PHB并合成糖原,每消耗1 mg/(g·MLSS)的PHB合成糖原量为0.7 mg/(g·MLSS).

强化生物除磷体系中反硝化聚磷菌的选择与富集

采用SBR反应器 ,对以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌的选择和富集作了研究 .结果表明 ,反硝化聚磷菌存在于传统的强化生物除磷体系之中 .经过 3个阶段的选择和富集 ,反硝化聚磷菌在聚磷菌中的比例从 15 %上升到 73% .稳定运行的强化反硝化生物除磷体系具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能 ,缺氧结束时体系中磷浓度小于 1mg L ,除磷和脱氮效率分别大于 94 %和 95 % .

反硝化聚磷菌的富集及富集污泥活性研究

依据DPB原理,利用SBR动态反应器和静态释/聚磷装置。以A2/O厌氧段污泥为种泥,进行以硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌的富集,并对富集有反硝化聚磷菌的污泥进行了反硝化聚磷活性性能考察。结果表明,利用硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌存在于A2/O厌氧段污泥中,反硝化聚磷菌占总聚磷菌的比例为23%,该种污泥可作为反硝化聚磷工艺的种泥;由于常规的聚磷菌被淘汰聚磷菌的数量由6.8×107个/mL减少到1.1×103个/mL,但通过选择和富集聚磷菌总数由1.1×103个/mL增加到8.2×104个/mL,且反硝化聚磷菌占聚磷菌总数的比例也由23%提高到94%,磷酸盐去除率由最初的9.86%上升到95.2%,出水磷酸盐的浓度为0.79mg/L;通过改变进水中不同磷酸盐浓度验证体系处于稳定状态。

3株反硝化聚磷菌的分离与鉴定

通过烛缸法培养富集、分离,结合除磷试验、硝酸盐还原产气试验及异染颗粒和PHB颗粒染色辅助检验相结合的方法筛选,得到3株具有较高脱氮除磷效率的反硝化聚磷菌DNPA8,DNPA9和DNPA10。在富氮富磷培养基中培养48 h,各菌株的脱氮率均大于75%,除磷率均大于78%。采用多相分类的方法确定了3株反硝化聚磷菌的分类地位,DN-PA8为嗜麦芽寡养单胞菌,DNPA9为水生丛毛单胞菌属首次发现的反硝化聚磷菌;DNPA10为约翰逊氏不动杆菌。该研究结果为富营养化水体的治理提供了有效的菌种资源。

序批式膜生物反应器中反硝化聚磷菌的富集

采用序批式膜生物反应器(SBMBR)对以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌的富集进行了研究.结果表明,经过厌氧-好氧和厌氧-缺氧-好氧2个阶段的富集,反硝化聚磷菌占全部聚磷菌的比例从19.4%上升到69.6%,每周期缺氧段投加硝酸盐氮120mg时,SBMBR系统运行最为稳定.稳定运行的SBMBR反硝化强化除磷体系具有良好的强化除磷和反硝化脱氮性能,缺氧段脱氮和除磷效率分别达到100%和84%,膜出水总磷浓度平均低于0.5mg/L,系统除磷率达到96.1%.此外,氨氮去除率保持在92.2%,氨氮被去除的同时并没有发现亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的明显积累.

PCR-DGGE法研究Sludge bio-membrane(SB)系统中反硝化聚磷菌的变化

采用SB同步脱氮除磷系统富集反硝化聚磷菌,利用平板分离法和PCR-DGGE技术,进行微生物种群的跟踪。研究结果表明:通过平板法分离到的微生物主要为棒状杆菌属、不动杆菌属、假单胞菌属、肠杆菌科、莫拉氏菌属、葡萄球菌属、副球菌属共7种,富集后细菌主要为不动杆菌属、假单胞菌属、肠杆菌科、副球菌属4种,富集后系统内细菌种类减少,与采用Sequencing Batch Reactor(SBR)池富集的反硝化聚磷菌不同。采用PCR-DGGE法发现富集前以黄杆菌属、产碱杆菌属、副球菌属、紫色杆菌属、赤细菌属为主,富集后以产碱杆菌属、副球菌属、紫色杆菌属为主,副球菌属是唯一通过2种办法获得确认的反硝化聚磷菌株。采用PCR-DGGE和16S rDNA克隆文库方法研究的同步反硝化聚磷菌都以变形门占优势。

影响添加反硝化聚磷菌的SBR脱氮除磷主要因素

以添加反硝化聚磷菌株后获得稳定生物脱氮除磷效果的SBR装置为研究对象,探讨各种因素对其脱氮除磷效果的影响。结果表明,最适温度为25℃,系统出水COD、氨氮和磷的去除率分别达到90.3%、88.1%和96.2%;进水pH为7.0时,释磷率达到8.1mg·L-.1h-1,系统脱氮除磷效果最好;系统最佳HRT为厌氧2h、缺氧4h;系统污泥龄为10d时,系统污泥含量和性能正常,厌氧释磷能力较强,运行效果最好。

高效反硝化聚磷菌株的筛选及其生物学特性

为研究反硝化聚磷菌的生物学特性，通过吸磷试验、硝酸盐还原产气试验及异染颗粒和PHB颗粒染色辅助检验，从稳定运行的厌氧／缺氧SBR反应器中分离筛选出4株高效反硝化聚磷菌H16、H19、H24和Xg．经鉴定，前3者属于假单胞菌属（Pseudomonas），后者属于肠杆菌属（Enterobacter）．测定了这4株菌的生长曲线，研究了温度和pH值对这4株菌的生长及除磷效能的影响，结果表明，菌株的生长最适温度均在35℃左右，除磷反应的最适温度均在25℃左右；在中温条件下，H16、H19和H24生长的最适pH为6～8，菌株xg生长的最适pH值为7～9；4株菌除磷反应的最佳pH值均为中性偏碱．

反硝化聚磷菌富集、筛选及其特性

为进一步探讨反硝化除磷机理和提供脱氮除磷功能菌株,对A2SBR快速富集驯化并筛选其中反硝化聚磷菌功能菌.采用控制A2SBR进水及运行方式对反硝化聚磷菌进行快速富集筛选,并将所筛菌株进行复配研究,为构建脱氮除磷菌剂奠定基础.两段进水和提高注水比的运行方式能使反硝化聚磷菌在反应器中迅速成为优势菌.实验分离得到效果较好的反硝化聚磷菌,通过脂肪酸鉴定其到属.所筛菌株复配效果最好的是b204和16,吸磷率达85.78%,脱氮率为75.02%,相对于单菌株均表现出较好的脱氮除磷效果.采用两段进水和高注水比运行方式对快速富集反硝化聚磷菌较为有效,适当复配方案对提高处理效果有一定效果,b204和菌16组合可以作为潜在脱氮除磷菌剂生物强化菌剂.

硝酸盐浓度对反硝化聚磷菌诱导的影响

通过控制缺氧段硝酸盐浓度,研究了反硝化聚磷菌的诱导方法及效果。批式试验表明,碳源浓度一定时,缺氧段硝酸盐消耗量与聚磷量呈线性关系,且与厌氧释磷量之比等于该线性关系式的斜率。在反硝化聚磷菌诱导过程中,按此比例调整缺氧段的硝酸盐浓度可很快达到良好的脱氮除磷效果,反硝化聚磷率>95%,反硝化脱氮率>96%。由同等条件下的缺氧与好氧最大聚磷速率可推知,诱导前反硝化聚磷菌占总聚磷菌的27.61%,诱导后则高达78.61%。

反硝化聚磷菌的SBR反应器中微生物种群与浓度变化

依据DPB原理,以SBR反应器富集反硝化聚磷菌,进行各阶段的泥水混合液中微生物浓度与种群变化的研究。研究结果表明:聚磷菌\反硝化聚磷菌的浓度分别增加为原来的94和75倍。第2段运行后,常规聚磷菌和部分放线菌被淘汰,污泥沉降比(SV)的变化为反应器细菌变化提供了指示作用。好氧段中硝化菌、亚硝化菌浓度明显比厌氧段的高。好氧段中亚硝化菌下降为原来的0.63倍,但硝化菌的浓度增加为最初的19.3倍。反硝化菌、聚磷菌的浓度比反硝化聚磷菌多。反硝化菌的浓度先上升后下降,第2段淘汰了常规的反硝化菌。反应器中有一定量的发酵菌和产乙酸菌,但无产甲烷菌。富集后聚磷菌的种类减少且集中,反硝化聚磷菌以假单胞菌属、棒状杆菌属为主,肠杆菌科和葡萄球菌属次之。

利用亚硝酸盐为电子受体反硝化聚磷菌的筛选与富集

依据DPB原理,利用SBR动态反应器和静态释/聚磷装置。以A2/O工艺厌氧段污泥为种泥,研究以亚硝酸盐为电子受体反硝化聚磷菌的筛选与富集,同时对选择、富集污泥的反硝化聚磷性能进行了考察。结果表明:利用亚硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌存在于A2/O厌氧段污泥中,通过厌氧/好氧和厌氧/缺氧方式运行后,聚磷菌总数由1400个/mL增加到32 000个/mL,其中反硝化聚磷菌占聚磷菌总数的比例也由14.5%提高到81%,磷酸盐和亚硝酸盐去除率分别由最初的8.65%和7.55%上升到91%和95.62%;筛选与富集利用亚硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌时,缺氧段进水COD的浓度须控制在10 mg/L以下;当体系处于稳定状态,且亚硝酸盐氮浓度高达30 mg/L时,并未对反硝化聚磷菌的生存产生抑制和体系运行产生干扰,此时磷酸盐出水低至1.06 mg/L。

反硝化聚磷菌应用现状及其影响因素分析

反硝化聚磷菌(DPB)兼具反硝化和除磷的性能,在节省能耗、减少污泥产生量的同时也解决了传统脱氮除磷过程中存在的碳源竞争和泥龄差异的矛盾。介绍了DPB的除磷机理,并总结了目前DPB在脱氮除磷工艺中的贡献率,阐述了影响DPB除磷效果的主要因素,并对今后的研究重点作了展望。