固定化异养硝化-好氧反硝化菌在污水生物强化中的研究进展

异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HN-AD)菌可以在有机碳存在的好氧条件下实现同时硝化和反硝化,广泛应用于各类污水处理过程中。综述了HN-AD菌株的脱氮特性和代谢途径,总结了其在污水处理中的应用和研究现状,比较了不同载体材料的优缺点,重点讨论了固定HN-AD菌株提高反应器处理效果和稳定性的作用机理。最后,展望了固定化HN-AD菌株在污水处理中面临的挑战和未来的研究方向。

固相自养-异养反硝化脱氮同步去除微污染物

针对固相反硝化体系,以聚己内酯复合花生壳(PCL/PS)的固体碳源为基底,耦合以S和Fe O主导的自养反硝化,构建新型多功能碳源,考察其对典型微污染物(Cr(Ⅵ)、ClO_(4)^(-)、BPA、NPX)与硝酸盐的同步降解效能,探究自养异养共存的反硝化体系内微生物群落特征及微观作用机制.结果表明,PCL/PS异养反硝化体系具有更好的反硝化脱氮和同步去除Cr(Ⅵ)、BPA性能,对NO_(3)^(-)-N、Cr(Ⅵ)的去除率分别为94%、92%,对NO_(3)^(-)-N、BPA的去除率均可达99%以上;PCL/PS同时耦合Fe O和S的体系反硝化脱氮同步去除ClO_(4)^(-)、NPX性能良好且稳定,在反硝化率均维持90%的基础上,对NO_(3)^(-)-N、ClO_(4)^(-)的去除率分别达90%、96%,对NO_(3)^(-)-N、NPX的去除率分别达96%、99%;固体碳源种类不同,其对微污染物降解去除的选择性也不同.测序结果表明,耦合自养反硝化后,反应体系内微生物多样性和丰富度均有所提高,Clostridium_sensu_strito、Lactococcus和Prevotella是4个固体碳源体系中影响污染物去除性能的主要优势菌属.

同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥的储存与恢复

针对好氧颗粒污泥颗粒化时间慢等问题,进行了同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥常温储存及活性恢复实验研究.结果表明,好氧颗粒污泥经过60d的常温储存后,颗粒的结构基本能保持稳定,但是颗粒污泥的活性大幅度降低,污染物去除率仅有储存前的30%~40%.将常温储存的颗粒污泥接种到反应器中,经过一定的调控手段,可以在60d内恢复好氧颗粒污泥的功能及活性.此外,经过储存与恢复,好氧颗粒污泥的群落结构也发生了明显变化.大部分的微生物的相对丰度变化可逆,经过储存和恢复可以恢复至储存前的状态(包括Defluviicoccus(GAOs)和Flavobacterium(PAOs)),重构同步脱氮除磷的微生物群落结构.

沼液二级生化出水铁硫协同同步硝化-自养反硝化深度脱氮

针对沼液二级生化出水仍含高浓度硝态氮(NO-3-N)、氨氮等问题,文中研究了铁硫协同同步硝化-自养反硝化的影响因素。结果表明,在无外加碳源的条件下,铁硫协同同步硝化反硝化可有效提高TN、NO^(-)_(3)-N和氨氮的去除率。同时,在S/N为2的条件下,对TN、NO^(-)_(3)-N、氨氮去除率分别达到51.25%、83.63%、67.33%。氮去除动力学结果表明,TN去除规律在0~15 h内符合一级反应动力学特征,且其反应速率常数(0.0510 h^(-1))大于不投铁硫的空白组(0.0355 h^(-1))。微生物群落演变规律表明,铁刨花及硫代硫酸钠的投加会使微生物群落丰富度提高、多样性降低,且投加铁硫可显著提高自养反硝化菌[硫杆菌属(Thiobacillus)、铁杆菌属(Ferribacterium)]及异养反硝化菌[聚糖菌属(Defluviicoccus)、Candidatus_Competibacter、陶厄氏菌属(Thauera)]的丰度。

共包埋亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化菌固定化处理氨氮废水的研究

提供了一种通过亚硝化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌的共固定化来获得同时短程硝化、厌氧氨氧化(anammox)和反硝化生物脱除氨氮的有效方法。通过批式实验确定了最佳溶解氧质量浓度(DO)为1.2 mg/L,短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化生物量比例为1∶2∶1。在连续运行实验中,总氮(TN)负荷为1.5 g N/(L·d),TN最大去除负荷分别为1.44 g N/(L·d),COD去除率升高。扫描电子显微镜(SEM)显示,培养100 d后,微生物数量大幅增加。结果表明:共固定亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化微生物处理氨氮废水是一条有效的方法,可以大大截留脱氮微生物,载菌凝胶体形成外部好氧和内部厌氧微环境,为短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化过程提供反应空间。

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.

一体式短程反硝化-厌氧氨氧化工艺研究进展

短程反硝化具有稳定的亚硝态氮积累能力,这为厌氧氨氧化的应用带来曙光。相对于分段式短程反硝化-厌氧氨氧化(PD-A),一体式PD-A布局更紧凑、操作更方便。首先介绍了短程反硝化与厌氧氨氧化的脱氮机理;接着从悬浮污泥、生物膜、颗粒污泥、细胞固定系统下阐述一体式PD-A的启动方式和工艺形式,发现一体式PD-A中的空间结构不仅利于功能菌的保留还有利于衍生工艺的开发;随后从碳源、进水基质、pH等方面总结PD-A的影响因素,并介绍强化PD-A的方法;最后概括PD-A及其衍生工艺的应用进展、并探讨发展方向,发现一体式PD-A在城市污水脱氮处理以及资源化利用方面具有广阔的前景,符合我国“双碳”目标发展要求。

耐高温异养硝化-好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性研究

经过16S rDNA以及各项菌株生理生化特性研究试验,寻找一种耐热性较好的异养硝化-好氧反硝化菌(HN-AD)菌株,并将菌株接种至模拟污水环境的硝酸盐氮培养基中,研究其在不充足碳源及充足碳源的情况下菌株的脱氮效率及硝酸盐氮去除率。结果表明,在温泉中筛选出一种可使污水的pH更适合自身反硝化作用的HN-AD菌株,经鉴定所筛选出的HN-AD菌为斯氏假单胞菌。该菌株在模拟污水环境下反硝化最适pH为8.0,在充足碳源的情况下,其硝酸盐氮去除率能到达93%以上。菌株不仅拥有着较为高效的脱氮效率以及较高的硝酸盐氮去除率,而且拥有着自我调节环境pH的能力,能在充足碳源的情况下调节至最佳氮降解的pH。

中和过滤-缺氧反硝化-好氧硝化工艺处理电极箔生产废水

以江苏某电极箔生产企业废水处理工程为研究对象,采用“中和过滤-缺氧反硝化-好氧硝化”为主体工艺进行处理,通过工艺参数的优化调节,工程运行结果表明该工艺可有效处理电极箔生产废水,氨氮、总氮去除率可达90%、87.5%以上,对应出水低于5、25 mg/L,优于国家《电子工业水污染物排放标准》(GB 39731-2020)间接排放标准以及下游污水处理厂接管标准,直接运行成本约为3.58元/m3。

异养硝化-好氧反硝化细菌MF1的生长及脱氮特性研究

从某对虾养殖池塘采集的底泥中筛出一株菌株MF1,经16S rDNA鉴定为Klebsiella michiganensis(密歇根克雷伯氏菌)。各菌株生长特性试验表明:氨氮培养基中菌株MF1的最适碳源为丙酮酸钠。在温度30℃、pH 7、转速100 r/min及C/N比例为10的条件下,菌株MF1的脱氮效率达到最大值。

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。

AOA后置短时低氧曝气实现短程硝化反硝化除磷

为培养亚硝酸盐型反硝化聚磷菌实现好氧颗粒污泥(AGS)短程硝化内源反硝化除磷,设置3组同规格以厌氧/好氧/缺氧后置短时曝气(AO_(1)A-O_(2))模式运行的SBR,各反应器好氧段/后置好氧段(O_(1)/O_(2))的曝气强度和曝气时间均不同,通过对比3组反应器60 d的运行情况,探究各系统污染物处理性能和功能菌活性。结果表明,后置短时低氧曝气10 min且O_(1)、O_(2)的曝气强度分别为5、2.5 L/(h·L)的R2脱氮除磷效果最佳,其COD、TP、NH^(+)_(4)-N、TN去除率达95.49%、95.57%、100%、95.52%。通过短时好氧饥饿和低溶解氧可以创造出短程硝化内源反硝化除磷的最适环境,R2中约60%的除磷菌为DPAOs,且亚硝酸盐型聚磷菌最多,可达38.76%,其反应器好氧段的亚硝酸盐积累率(R_(NA))为74.19%,实现了较高的NO^(-)_(2)-N积累,游离亚硝酸(FNA)为1.03μg/L,可抑制PAOs和NOB,同时富集出更多的AOB和DPAOs。

MABR好氧喹啉和苯酚降解驱动反硝化脱氮研究

以喹啉和苯酚为含氮杂环类和酚类污染物为代表的废水是典型的强毒性难降解有机废水。该课题采用无泡膜曝气生物膜反应器(MABR)实现了好氧反硝化驱动喹啉和苯酚降解生物强化过程。反应器在不同工况条件下,完成了对喹啉、苯酚和硝酸盐分别为(82.6±10.2)%、(84.5±11.9)%、(67.3±10.6)%的去除率以及(11.1±1.4)、(3.1±1.2)、(1.91±0.4)g/(m^(2)·d)的去除负荷。胞外聚合物含量的增加有助于提高生物膜对高喹啉进水负荷的抵抗能力。通过解析生物膜菌群结构,发现生物膜能够有效富集Rhodococcus等典型好氧喹啉降解菌;通过q-PCR功能基因定量分析发现以oxoO为代表的喹啉降解基因和napA好氧反硝化指示基因存在同一菌群,说明了好氧反硝化驱动喹啉和苯酚降解菌群的存在。通过宏基因组学分析,进一步核定Pseudomonas和Raineyella是主要的好氧喹啉和苯酚降解协同反硝化功能的关键菌群。本课题证实了MABR生物膜在好氧条件下完成对喹啉和苯酚的高效降解和好氧反硝化耦合过程,为拓展MABR在含氮杂环和酚类有机废水处理的应用提供必要的理论参考。

延时厌氧调控DPAOs内碳源转化实现反硝化除磷

采用SBR反应器,以模拟市政污水为进水基质,在富集PAOs后采用厌氧/缺氧/好氧运行方式富集DPAOs,探讨延长厌氧时间过程中DPAOs内碳源利用、脱氮除磷效果及富集程度.结果表明:厌氧时间由50min延长至70和90min,DPAOs内碳源的储量及利用率增加,延时厌氧条件的改进使DPAOs富集程度增加.厌氧90min COD和TP的平均去除率分别为91.54%和94.6%,DPAOs/PAOs及DPAOs对内碳源贡献率达69.4%和60.1%,继续延长厌氧时间至110和130min后,DPAOs内碳源的储量降低系统除磷效率下降,厌氧130min TP平均去除率、DPAOs/PAOs及DPAOs对内碳源贡献率分别降至84.6%、50.2%和36.4%.延时厌氧运行过程中,LB-EPS含量变化较小,内碳源储量的改变对TB-EPS影响较大.微生物群落结构分析表明,系统内优势菌门为拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi).厌氧90min时以Dechloromonas、Candidatus_Accumulibacter为代表的DPAOs是系统内优势微生物(相对丰度由接种污泥1.44%、2.12%增至15.58%、5.86%);厌氧130min时DPAOs丰度减少,以Candidatus_Competibacter为代表的DGAOs明显增多(相对丰度由厌氧90min的3.29%增至16.16%),导致系统除磷性能下降.

一株耐碱好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮性能

为改善强碱环境下微生物脱氮效率低下的问题,从上海市稻田土壤中分离出一株具有强碱适应能力的好氧反硝化菌。经细胞形态学观察及16S rDNA分析,鉴定其为琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii),并命名为琼氏不动杆菌5-2。结合单因素影响试验考察该菌株在不同环境条件下的脱氮效果,发现其在一定pH值(7.0~12.0)及盐质量浓度范围(10~30 g/L)内,均能保持较高的硝氮去除率(>90%)。在以乙酸钠为碳源、硝酸钾为氮源、碳氮质量比(m(C)/m(N))值为12、温度为35℃、转速为90 r/min、初始pH值为10.0、初始硝氮质量浓度为41.07 mg/L的条件下培养120 h后,该菌株对硝氮及总氮的去除率分别为97.83%及65.85%,同时,对该菌株好氧反硝化相关酶活性及基因进行检测。研究结果表明,琼氏不动杆菌5-2具有高效好氧反硝化能力,有望应用于处理实际含氮废水。

一株好氧反硝化细菌的分离鉴定及其脱氮性能研究

【目的】旨在为净化富氮养殖水体筛选一株高效的好氧反硝化细菌。【方法】从虾池底泥和水样中通过微生物富集分离的方法筛选得到一株好氧反硝化细菌,并根据形态学特征和16S rDNA序列分析的结果,对菌种进行初步鉴定和利用PCR技术对反硝化功能基因进行扩增,通过单因素试验对菌株ZY-F8的脱氮条件(碳源、温度、pH)进行优化,最后研究菌株在富氮养殖水中的反硝化能力。【结果】从虾池中分离出的好氧反硝化细菌(ZY-F8)初步鉴定为斯图泽里单胞菌(Stutzerimonas stutzeri),功能基因nirS和napA在菌株ZY-F8体中被成功扩增出,说明菌株ZY-F8能在有氧条件下进行脱氮作用。菌株ZY-F8在温度为30℃、碳源为柠檬酸钠、初始pH为7.0的培养条件下生长和脱氮效果最佳,对硝氮的去除率高达99%以上,亚硝态氮的累积量均在0.0025 mg/L左右。【结论】菌株ZY-F8在处理养殖污水中表现出良好的反硝化性能,在脱氮工艺中具有良好的应用前景。

海河干流沉积物反硝化与厌氧氨氧化对自然和人为因素的响应

为了揭示自然环境和人为活动对城市河流沉积物氮去除过程的影响,采用泥浆实验结合15N同位素示踪技术,分别测定4℃和25℃温度下海河干流沉积物反硝化和厌氧氨氧化的反应速率.结果表明:①在4℃和25℃下,沉积物反硝化速率变化范围分别为0.11~1.94 mmol N·L^(-1)·h^(-1)和0.47~2.73 mmol N·L^(-1)·h^(-1);厌氧氨氧化速率波动相对较大,变化范围分别为0.06~1.80 mmol N·L^(-1)·h^(-1)和0.28~4.14 mmol N·L^(-1)·h^(-1).25℃时2种反应的速率均明显高于低温(4℃)时的速率,表明高温(25℃)更有利于刺激反硝化和厌氧氨氧化细菌的酶活性.②沉积物中TOC、TN、NH_(4)^(+)、NO_(3)^(-)含量是影响反硝化和厌氧氨氧化反应速率的重要理化性质,海河干流下游上述参数的值高于上游的值,且都保留在河流型水库中,因此下游反硝化和厌氧氨氧化速率明显高于上游.③在4℃和25℃下,反硝化过程脱氮贡献率分别为32%和52%,厌氧氨氧化过程的脱氮贡献率分别为68%和48%.反硝化和厌氧氨氧化反应去除的氮总量分别约占输入河流总氮的21.02%和20.50%,减少了陆源氮素向河口和近岸海域的输出风险.

施氏假单胞菌菌剂的好氧生长条件优化及其短程反硝化性能

短程反硝化是目前生物脱氮技术的研究热点之一,但有关短程反硝化菌剂的研究仍较为匮乏.该文从污水厂活性污泥中分离了1株兼具异养氨氧化能力和短程反硝化能力的施氏假单胞菌(Stutzerimonas stutzeri WH-01).通过单因素优化试验,逐步确定了WH-01菌剂在好氧条件下的最适生长参数:以300 mg·L^(-1)氨氮为氮源、以1500 mg·L^(-1)葡萄糖为碳源、培养温度为35℃,初始pH为8.0.以乙酸钠为碳源时,WH-01菌剂虽具有全程反硝化能力,但会优先进行短程反硝化:在培养基中的亚硝氮积累效率为81%,在实际污水中的亚硝氮积累效率为97%.上述结果表明WH-01菌剂具有工程应用的潜力.

耐盐好氧反硝化菌黏质沙雷氏菌HL4的分离鉴定及脱氮性能

【目的】分离鉴定一株耐盐好氧反硝化细菌,以开发高效脱氮菌种,加强海水及咸淡水养殖尾水脱氮技术研究。【方法】采集花鲈(Lateolabrax maculatus)池塘原位底泥,采用稀释涂布法初步分离一株脱氮功能最佳的菌株HL4,通过16s rDNA测序以及生理生化实验鉴定菌株,通过设置不同碳源、碳氮质量比(m_(C)/m_(N))、pH、温度、盐度等条件探明其最适培养条件及脱氮性能。通过攻毒试验[以健康斑马鱼(Danio rerio)为受试生物],检验菌株的环境安全性。【结果】经鉴定,菌株HL4为黏质沙雷氏菌(Serratia marcescens),命名为S.marcescens HL4。以葡萄糖或琥珀酸钠为碳源,菌株HL4在m_(C)/m_(N)=20、pH=6.0~7.0、温度30℃的条件下具有较强脱氮能力,48 h TN去除率为81.83%~87.17%;该菌株在0~30的盐度环境下均可生长,在0~10盐度范围内72 h的总氮(TN)去除率为68.76%~76.59%,在20~30盐度范围内72 h的TN去除率为23.84%~53.94%;在NH_(4)^(+)-N质量浓度为0~100 mg·L^(-1)时,72 h NH_(4)^(+)-N去除率皆在90%以上,在NH_(4)^(+)-N质量浓度为500 mg·L^(-1)时,72 h NH_(4)^(+)-N去除率高达73.52%。健康斑马鱼在含1×10^(6)CFU·mL^(-1)菌株HL4的水体中15 d后,成活率100%。【结论】菌株HL4生物及环境安全性较高,在处理中高浓度铵废水以及治理咸淡水、低盐度海水养殖尾水等领域具有潜在的应用价值。

废水处理硝酸盐异化还原与厌氧氨氧化/反硝化耦合工艺构建

采用厌氧膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)处理含COD、氨氮和硝氮的模拟废水,旨在高浓度有机废水处理系统中快速构建厌氧氨氧化(Anammox)运行工艺。通过接种少量Anammox污泥和逐步提高氨氮浓度的操作方式,在连续运行58d后,系统成功启动Anammox反应,此时的总氮和COD去除率稳定在97%和98%以上。物料衡算显示,Anammox反应途径对氮的去除贡献逐渐增加,硝酸盐异化还原(DNRA)耦合Anammox和反硝化共同促进了系统的同步脱氮除碳。对微生物群落分析发现,Candidatus Kuenenia相对丰度由0.27%快速升高至35.87%,DNRA菌(Ignavibacterium、Thermogutta)及反硝化菌(Azospira、Gp3)在体系内共存。通过基因注释法,检测出了Anammox、DNRA、硝酸盐还原及亚硝酸盐还原关键基因。运行过程中,颗粒污泥颜色变红且粒径增大;胞外聚合物(EPS)分析表明多糖(PS)和蛋白质(PN)含量增加而PN/PS下降;三维荧光光谱发现腐殖酸类物质增多。研究结果为高浓度有机含氮废水高效处理提供了一种新的工艺途径。