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。

定向调控电子受体强化好氧颗粒污泥内源反硝化脱氮除磷

为强化内源反硝化作用,加强对有限碳源的高效利用,设置了1组厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)和3组不同好氧时间分配的厌氧-两级短时好氧/缺氧(A/(O/A)_(2))序批式反应器,探究定向调控电子受体下污泥的颗粒化及反硝化聚糖菌(DGAOs)的富集情况.结果表明,采用两级短时好氧/缺氧的反应器好氧颗粒污泥结构更加致密、沉淀性能更好,缺氧段及好氧段电子受体更充足,DGAOs储存内碳源的能力得以强化,系统中反硝化聚糖菌和DGAOs对碳源的竞争达到平衡状态,系统有更高的内源反硝化脱氮率,实现了深度脱氮除磷.其中,两级短时好氧时间分配时间为前段60min/后段30min的R2的脱氮除磷效果最好,DGAOs含量最高,且颗粒沉降性能最佳.第45d,R2的COD、TN、TP去除率分别达到90.52%、85.71%、92.73%,内源反硝化效率达到58.59%,具有良好的污染物去除效果.

低温反硝化聚磷菌脱氮除磷性能研究

经过对兰州市安宁污水处理厂冬季曝气池的活性污泥筛选、驯化分离获得反硝化聚磷菌;对其进行生理生化鉴定及核糖体的RNA的亚基(16S rDNA)基因序列测序,鉴定为荧光假单胞菌属Pseudomonas sp.以模拟废水的出水总氮(TN)、总磷(TP)、pH等为指标,考察反应温度、原水pH、摇床转速、不同碳氮比(C/N)等单因素对反硝化除磷菌脱氮除磷性能的影响。使用软件design-expert8.0.6.1将数据进行分析,获得二次响应面回归模型,并探究pH、温度、转速与TN去除率、TP去除率的交互作用。在最佳反应条件,即反应温度为16℃,反应时间为10 h,原水pH为7,摇床转速为140 r·min^(-1),C/N质量浓度比为12时,TN与TP的去除率分别为82.7%与88.1%,为今后城市废水处理提供支持。

高效反硝化聚磷菌的筛选及其脱氮除磷条件和性能研究

筛选高效反硝化聚磷菌,探究其脱氮除磷条件及对模拟废水的处理性能。纯培养技术分离反硝化聚磷菌;基于16S rRNA基因序列分析和生理生化特征,完成菌株D4的初步鉴定;通过单因素和响应面法优化脱氮除磷条件,并应用于食品模拟废水的生物脱氮除磷。反硝化聚磷细菌D4为戈登氏菌(Gordonia sp.),脱氮除磷的最佳条件为乙酸钠(3.32 g/L)作碳源、接种量5%、初始磷含量18.61 mg/L、31.3℃、pH 7.9,该条件下菌株D4对总磷、硝氮和氨氮的去除量分别为14.18、39.67和69.71 mg/L,相应去除率为84.50%、97.67%和96.22%;应用于不同模拟废水的结果显示,菌株D4对多种废水均具有良好的脱氮除磷效果,其中对豆制品废水中的氮磷去除效果最好,脱氮量和除磷量分别达101.58 mg/L和10.40 mg/L。戈登氏菌D4具有较好的反硝化聚磷能力,是豆制品废水等高氮高磷类食品加工废水生物脱氮除磷的良好菌种资源。

人工湿地中异养硝化-好氧反硝化菌分离及脱氮除磷特性的研究

为提高对人工湿地养殖尾水处理系统中异养硝化-好氧反硝化菌种类和性能的认知,在其中分离出一株异养硝化-好氧反硝化功能菌株KL1,并研究了其生长影响因子及其脱氮除磷特性。结果表明,菌株KL1经16S rRNA基因同源性分析为假单胞菌属。菌株KL1最佳生长条件如下:最适温度为30~37℃,pH为5~7,碳源为丁二酸钠,C/N为(7∶1)~(7∶18),C/N/P为(14∶2∶1)~(7∶1∶4)。KL1菌株在异养硝化-好氧反硝化过程中,对NH4-N、TN去除率为92%和81%,无NO_(3)-N积累,NO_(2)-N积累量为2%。反硝化过程中对NO_(3)-N和TN去除率为95%和44%,无NH4-N积累。NaNO_(2)为唯一氮源时,NO_(2)-N和TN去除率为56%和41%,无NO_(3)-N积累。NH4Cl为唯一氮源时,除磷率为31%。综上所述,菌株KL1具有较强的异养硝化-好氧反硝化能力及兼具较好的反硝化除磷效果。

AOA-O模式下好氧颗粒污泥同步硝化内源反硝化除磷

为构建同步硝化内源反硝化除磷颗粒污泥系统,设置四组厌氧/好氧/缺氧(AOA)以及不同后置曝气时间(5min、10min、20min)的AOA-O序批式反应器,探究不同运行模式下污泥颗粒化和反硝化聚磷菌(DPAOs)富集情况.结果表明,后置短时曝气的反应器颗粒污泥结构致密、沉淀性能良好,可强化内碳源储存并分泌更多的胞外聚合物(EPS),具有更高的脱氮除磷率及DPAOs占比.其中,短时曝气时间10min的R3生物量最高,平均粒径最大,达到986μm,颗粒成熟且稳定.批次试验和三维荧光分析表明其聚磷菌中45.85%为DPAOs且EPS含量最高.稳定运行期间,R3的COD、TN、TP去除率分别为94.13%、89.41%、96.11%,内碳源储存效率为98.09%,具有良好的处理性能.

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 % .

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.

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。

一株短程反硝化除磷菌的鉴定与生物学利用

依据短程反硝化除磷原理,在SBR装置中加入厌氧池污泥,采用厌氧/缺氧工艺,投入亚硝酸盐以富集短程反硝化除磷菌(SDPB),并进行SDPB的筛选、分离,采用传统与现代分子生物学鉴定相结合手段确定其分类地位,同时进行不同营养条件和环境条件下菌的生物学利用研究。结果表明:该菌株为一株新的兼性厌氧菌株,具有同步短程反硝化和除磷功能。通过细菌形态、生理生化指标、培养特征和16S rDNA序列进行同源性比较,鉴定该菌株为不动杆菌属,相似性高达99.3%,该种尚未见文献报道。Gi菌的最佳碳源为乙酸钠。此菌不仅可以利用NO-2也可以利用NO-3为电子受体。Gi菌的最佳pH值为7。温度为25℃时的反硝化除磷效果最好,适宜的温度为20～35℃。当温度为10℃时微生物生长受到抑制,温度高于35℃时活性下降。磷、氮的最高去除率分别可达82.94%和82.99%。

利用亚硝酸盐的反硝化除磷菌及影响因素

反硝化聚磷菌(DPB)是一类能够在厌氧状态下释磷,缺氧存在硝酸盐(NO3-)或亚硝酸盐(NO2-)的情况下聚磷,并同时反硝化的聚磷菌。实验证明:传统A2/O工艺缺氧段污泥确实存在利用亚硝酸盐的反硝化聚磷菌,PO、PON和PONO各占聚磷菌的40.7%、38.5%,20.8%。最佳的进水C/N/P为16∶4∶1且COD<200mg/L;pH值为7～7.5。聚磷菌在ORP<-80mV开始吐磷,在ORP值在-150mV左右能较好地吐磷,投加亚硝盐使ORP>-80mV,开始反硝化聚磷。

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。

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%。

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。

一株反硝化聚磷菌生长及脱氮除磷特性

In order to further explore the mechanism of denitrifying phosphorus removal,the growth characteristics and denitrifying phosphorus removal characteristics of a typical denitrifying phosphate accumulating bacteria(DPB) which was isolated by previous experiment were studied.The effect of different electron acceptors on the efficiency of nitrogen and phosphorus removal was investigated by pure bacteria and reactor statics simulation tests.The growth curve of the DPB was typical,and its incubation period was less than 1 h and the logarithmic phase about 14 h.The result showed that the stain could utilize both nitrite and nitrate as different electron acceptors to take up phosphorus.And there was a good linear correlation between P removal and NO-3-N removal during phosphorus removal process.The sensitivity to nitrite of the strain was low.The effect of electron acceptors on phosphorus removal was not significant.The efficiency of removal for phosphorus and the nitrate was both above 60%,and that for nitrite was 100%.

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。