17α-乙炔雌二醇胁迫下零价铁对硝化污泥中抗性基因的影响

采用硝化污泥序批式反应器去除17α-乙炔雌二醇(EE2),基于宏基因组测序技术考察了零价铁(ZVI)对硝化污泥去除17α-乙炔雌二醇(EE2)过程中抗生素抗性基因(ARGs)的影响,结合菌群结构分析了其潜在影响机制.结果表明,硝化污泥处理EE2过程中ARGs丰度提高了724.42TPM(每百万转录本中来自于某基因的转录本数目),但ZVI削减了此过程中的ARGs丰度增长趋势,EE2及ZVI改变了ARGs亚型的分布,但对ARGs类型及亚型种类无明显影响.EE2使得硝化污泥中属于高风险等级(Q1及Q2)的ARGs丰度增加了555.75TPM及151.08TPM,ZVI降低了硝化污泥中的抗性风险.多重耐药是硝化污泥中丰度占比最大的高风险(Q1和Q2等级)ARGs类型,占比高达49.23%.微生物群落是硝化污泥中ARGs的重要驱动因子,鞘脂单胞菌属(Sphingopyxis)等菌属与多种ARGs显著正相关,可能是多种ARGs的共同潜在宿主.

抗生素对硝化污泥系统的影响及其去除特性

硝化污泥系统能够有效去除多种抗生素,然而抗生素对硝化污泥系统运行性能和微生物群落结构的影响仍不明确。采用硝化污泥系统降解抗生素磺胺甲恶唑(SMX),考察系统中不同质量浓度SMX(0.1、1.0、10.0 mg/L)的去除效果,研究SMX对硝化污泥系统运行性能及微生物群落结构的影响。结果显示,不同质量浓度的SMX(0.1、1.0、10.0 mg/L)去除率分别为93.60%、91.54%、89.22%,硝化污泥系统能够较好地适应SMX的压力冲击,不同SMX浓度条件下化学需氧量(CODCr)和氨氮的去除率均高于90%。16S rRNA高通量测序结果表明,SMX浓度越高,对微生物群落结构影响越大,0.1 mg/L和1.0 mg/L SMX的去除是氨氧化细菌[亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、unidentified_Nitrospiraceae]和优势菌[球衣菌属(Sphaerotilus)、动胶菌属(Zoogloea)、噬氢菌属(Hydrogenophaga)]共同作用的结果,而10.0 mg/L SMX的高效去除可归因于陶厄氏菌属(Thauera)、固氮弧菌属(Azoarcus)、黄杆菌属(Flavobacterium)的富集。

硝化污泥中AOB/NOB对硝化特性的影响

为了深入研究硝化污泥中AOB/NOB(A/N)对其硝化特性的影响,在两个SBR反应器中,通过控制单一基质,并结合影响因素控制和定期排泥,各自经过80个周期的运行,成功实现了AOB、NOB活性污泥的优化培养.依据Monod方程理论确定出AOB、NOB活性污泥中的丰度比约为1:1.不同A/N硝化特性的研究表明:亚硝化率、氨氧化速率、亚硝酸盐氧化速率以及好氧速率均受硝化污泥中A/N的影响,想要实现短程硝化的稳定运行必须使得A/N接近于1:0;氨氧化速率与硝化污泥中AOB的数量并不存在显著的正比关系;常规的生活污水硝化工艺中,A/N应不低于1:2;结合好氧速率的在线监测,当好氧速率趋于稳定时,指示短程硝化的启动已经接近完成.

硝化污泥强化培养及性能分析研究

硝化污泥强化培养及投加作为一种传统生物脱氮突发事故的应急手段,具有十分重要的实际意义。该试验通过条件控制对硝化污泥强化培养,并且对其性能进行分析。在氨氮浓度为45 mg/L,当C/N为2.2∶1,p H为8.0,水力停留时间(HRT)27 h时,氨氮去除率稳定在90%以上,实现硝化菌富集。分别在30、40、50、60 mg/L 4个氨氮浓度梯度下进行硝化速率和硝化菌个数分析。结果表明,氨氮浓度为40 mg/L时硝化速率最高,达到0.749 4 mg/(g·h),其对应硝化菌的数量最多,其中亚硝化细菌的个数为2.85×106MPN/g MLSS,硝化细菌的个数为1.35×105MPN/g MLSS。

硝化污泥富集培养及用于强化硝化系统的研究

通过强化富集培养出高硝化细菌数量的硝化污泥,并以此选择性投加,进行因进水波动而导致出水氨氮异常增高生化系统的削峰试验。结果表明,在进水氨氮质量浓度为40 mg/L左右时,培养出的富集硝化污泥性能最好。当由于进水氨氮质量浓度变化而造成硝化系统稳定性受到冲击时,在保持适当碱度的条件下,投加质量分数0.5%和1.0%的富集硝化污泥,即可具有显著的出水氨氮削峰效果,对硝化系统性能的恢复和提升产生积极的影响。

短程硝化污泥工业化培养方法探究

该文研究了短程硝化污泥工业化培养富集方法。实验采用工业级生物反应器,通过24 h的游离氨抑制启动和定性运行筛选,进行培养。研究结果表明:产出污泥的亚硝酸盐氮积累率维持在89%,比氨氧化速率为20.30 mg/(g·h),最佳培养启动浓度为3 000 mg/L~3 500 mg/L,反应器稳定产泥量为0.18 kg/(m^(3)·d);污泥生物群落变化表明较短时间可实现目标菌的筛选。证明了该工业化培养新方法的可行性。

4种酚类化学品对硝化污泥的抑制效应研究

酚类化学品是自然界中一类典型的外源性有毒物质,此类化学品对活性污泥的毒性数据对评价它们在环境中的风险至关重要。该文采用ISO标准方法测定了4种酚类化学品对硝化活性污泥的抑制效应。结果表明,3,5-二氯苯酚、2,4-二氯酚、4-硝基苯酚以及2-苯基苯酚对污泥硝化作用均能产生毒性,它们的EC（50）值依次为1.02、1.31、5.23、33.2 mg/L,95%置信限依次为0.9-1.2、0.69-2.45、4.96-6.17、27.7-39.8 mg/L。4种酚类化学品对硝化污泥的抑制类型属竞争性抑制,毒性作用机制在于酚类化学品抢夺了氨氧化细菌对AMO的活性位点,从而阻碍了NH3向羟胺的转化,进一步导致硝化难以完成。

低强度超声对短程硝化污泥活性的影响

为提高短程硝化反硝化脱氮效率,采用低强度超声对短程硝化反应进行强化,通过对比氨氧化率和亚硝酸盐生产量,考察低强度超声对短程硝化污泥活性影响。首先,通过对超声能量的优化试验,发现低强度超声能够提升短程硝化污泥反应速率,且超声能量为43.20 kJ时氨氧化率和亚硝酸盐生成量最大;然后考察超声能量与污泥浓度的关系。结果表明:1)在相同超声能量(43.20 kJ)条件下,随着污泥质量浓度(0.34~1.03 g VSS/L)增加,能量密度降低,反应速率不断提高;2)保持污泥浓度恒定,增加超声能量,发现在43.20 kJ时短程硝化污泥活性最好,氨氧化速率比对照组提高25.42%,继续增加能量后去除速率开始下降,原因是适宜的能量会增加微生物细胞壁和细胞膜的通透性,加快基质传递和反应速率,提高微生物活性,但当所施加能量超出其所能承受范围,则会对微生物内部产生损害,降低其活性;3)考察超声能量对胞外聚合物浓度和酶活性影响,在43.20 kJ条件下,多糖、蛋白质和胞外聚合物(EPS)浓度分别提高了18.32%、26.54%和22.05%,氨单加氧酶活性增加19.82%。研究表明,由于低强度超声作用加快胞外聚合物分泌,增加生物酶活性,进而促进了短程硝化污泥反应速率。

硝化污泥的富集培养及脱氮条件研究

利用硝化污泥处理氨氮废水是国内外使用最广泛的脱氮方法,硝化细菌的培养是生物脱氮的关键。对富集后硝化污泥的脱氮条件进行研究,探讨了pH值、温度、培养基装瓶量、不同碳源、碳氮比对硝化细菌脱氮性能的影响,得出该硝化污泥最适的脱氮条件为:温度30℃、pH值8.0、装瓶量100ml、碳源为NaHCO3、碳氮比为5。

颗粒活性炭诱导亚硝化污泥快速颗粒化

采用两组平行SBR反应器,R1反应器投加颗粒活性炭,R2反应器不投加,其他运行参数保持一致.在常规生活污水中投加氨氮作为进水,研究颗粒活性炭对亚硝化颗粒污泥形成的影响.结果表明,在颗粒形成初期,投加的颗粒活性炭作为初始晶核,节约了小颗粒的形成时间,R1反应器仅22d便实现污泥颗粒化,而R2反应器运行38d才形成颗粒;同时,在整个运行阶段,R1反应器中的胞外聚合物(EPS)含量,尤其是其中的蛋白质(protein,PN)含量,明显高于R2反应器的,进一步证实颗粒活性炭的投加有利于亚硝化颗粒污泥的快速形成.除此之外,R1反应器中的氨氧化率和亚硝化率相对较高,且波动幅度小,表明颗粒活性炭的投加有助于维持亚硝化颗粒污泥处理效果的稳定性.

好氧硝化污泥启动厌氧氨氧化试验研究

以好氧硝化污泥为培养污泥,采用经稀释的猪场废水启动厌氧氨氧化反应器,经过125 d的培养,根据ASBR反应器出水水样监测结果显示:ASBR反应器稳定运行后NH4+-N、NO2--N的去除率分别达到91.7%、92.0%,说明采用ASBR反应器,接种好氧硝化污泥可成功启动厌氧氨氧化反应器,验证了利用厌氧氨氧化工艺处理类似养殖废水的高氨氮废水的可能性。

Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)对异养反硝化污泥的胁迫效应

反硝化菌是反硝化作用的驱动者,探明Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)对异养反硝化污泥(HDS)的胁迫效应,有助于含盐废水生物脱氮技术的研发和优化.选用硝酸盐还原酶(周质酶)和碱性磷酸酯酶(胞内酶)作为指标,考察了不同Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)浓度对HDS酶活的影响;通过观测HDS中的活菌水平和细胞形态,考察了不同Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)浓度对HDS微生物细胞结构的影响.结果表明,Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)对HDS硝酸盐还原酶的半抑制浓度分别为0.15、0.12和0.05mol/L,对碱性磷酸酯酶的半抑制浓度为1.14、0.75和0.49mol/L;高浓度Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)导致HDS微生物细胞膜结构破损,通透性增加,细胞物质外泄.阴离子对HDS的胁迫可分为渗透胁迫和电荷胁迫,渗透胁迫造成HDS中功能酶失活,电荷胁迫造成HDS中细胞膜破损,细胞物质外泄.

硝化污泥对抗菌药物共代谢去除的研究进展

随着经济技术的发展,抗菌药物滥用问题日益严峻,由此引起的耐药细菌和耐药基因的污染等问题也备受瞩目。综述了硝化污泥对不同类型抗菌药物的共代谢去除及氨氧化微生物(氨氧化细菌和氨氧化古菌)在抗菌药物共代谢过程中的作用,并总结了抗菌药物共代谢过程中耐药基因的归趋。最后,提出今后的研究重点及发展方向,以期为有效去除抗菌药物提供科学的理论依据。

硝化污泥低温冲击强化试验

采用完全好氧式膜生物反应器富集耐低温硝化污泥,通过低温冲击强化试验研究硝化污泥的耐低温特性。结果表明,低温对硝化污泥中微生物的群落多样性影响较大,温度越低,微生物多样性越低。低温强化组投加了耐低温高硝化菌含量硝化污泥,使得硝化菌在反应器内生长趋势良好,对低温冲击的恢复更有效果,且低温硝化污泥比中温硝化污泥具有更好的氨氮及亚硝氮去除效果。

苯二酚对硝化污泥的抑制性

研究了对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚对硝化污泥抑制的机理,比较了氯化三苯基四氮唑(TTC)和碘硝基四氮唑(INT)污泥电子传递体系活性。结果表明:对苯二酚、间苯二酚主要抑制羟胺(NH_2OH)氧化为亚硝酸盐氮;邻苯二酚主要抑制亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮;3种苯二酚对硝化污泥的电子传递体系活性抑制程度为对苯二酚>间苯二酚>邻苯二酚,对应的TTC和INT的半数效应质量浓度(EC_(50))分别为4.85、5.28、38.37mg/L和5.75、6.31、40.33mg/L。

外源全程硝化污泥对城市污水SPNA系统的影响

为强化城市污水短程硝化-厌氧氨氧化(SPNA)系统脱氮性能与稳定性,在间歇曝气条件下研究投加外源全程硝化污泥对城市污水SPNA系统的影响及机理.结果显示,空白组(SBR3)总氮去除率由35.5%升高至66.3%,短周期分批次投加外源全程硝化污泥(SBR2,投加周期为5d,投加比为2.5%)与长周期分批次投加(SBR1,投加周期为20d,投加比为10%)的SPNA系统总氮去除率分别由31.7%和36.5%升高至76.3%和67.2%,这表明,投加全程硝化污泥有利于提高SPNA系统的脱氮性能,且当投加总量相同时,短周期分批次投加的效果优于长周期分批次投加.功能菌活性结果与脱氮效果一致,SBR1~SBR3的厌氧氨氧化菌(AnAOB)最大活性分别由3.43mg-N/(L·h)升高至7.66,8.19和7.31mg-N/(L·h),氨氧化细菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性比分别为8.79,9.83和8.78.在间歇曝气条件下投加全程硝化污泥,可选择性抑制NOB、富集AOB,提高AOB与NOB的活性比,利于稳定短程硝化效果,为AnAOB提供稳定的基质,且短周期分批次投加可降低外源硝化污泥中的NOB对系统的冲击,更有利于实现高AOB与NOB活性比,提高系统稳定性.此外,内源短程反硝化菌Candidatus_Competibacter相对丰度明显升高,可为AnAOB提供更多的亚硝酸盐氮,进一步利于AnAOB富集.

接种好氧硝化污泥的CRI滤池厌氧氨氧化启动性能研究

为解决CRI滤池因碳源缺乏导致的TN去除效率低的问题,考察了接种好氧硝化污泥后CRI滤池启动厌氧氨氧化的可行性及启动性能。结果表明,经过适应期(1~20d)、活性迟滞期(21~49d)、活性提高期(50~132d)和活性稳定期(133~137d)后可成功启动厌氧氨氧化,活性稳定期NH3-N、NO2--N、TN平均去除率分别可达到94.7%、94.2%、87.0%。运行至137d时,生物膜量(VS)、胞外多聚物(EPS)、比厌氧氨氧化活性(SAA)、血红素(Heme)分别达到92.82mg/g[滤料]、115.82mg/g[VS]、79.68mg[N]/(g[VS]·d)、0.93μmol/g[VS],CRI滤池已具有良好的厌氧氨氧化活性。16SrRNA高通量测序结果表明,在厌氧氨氧化活性稳定期,菌群丰度和多样性均随滤料深度的增加而增大,厌氧氨氧化菌属CandidatusBrocadia的相对丰度为1.09%~5.27%,在检出的菌属中占绝对优势,为CRI滤池内发生厌氧氨氧化脱氮提供了基础。

反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统深度脱氮对比研究

对比分析了反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统在不同进水条件和不同水力停留时间(HRT)下的脱氮效果。结果表明,当进水COD较高即外部碳源较为充足时,反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统脱氮效果接近;而当进水总氮浓度较高即外部碳源受限时,生物膜系统的脱氮效果优于颗粒污泥系统。在不同的HRT条件下(3~6 h),反硝化生物膜系统的深度脱氮效果均优于反硝化颗粒污泥系统,且当HRT=5 h时,两系统的脱氮性能均达到最高。实验结果表明反硝化生物膜系统在脱氮性能方面略胜一筹。但是,结合经济性和去除性能进一步分析可知,与生物膜系统相比,颗粒污泥系统具有占地面积小、无载体成本等低成本的显著优势,在既有工艺出水深度脱氮的工程实践中,可优先选择反硝化颗粒污泥工艺,并可通过控制颗粒粒径和系统运行参数等措施强化脱氮性能。

不同运行策略对反硝化颗粒污泥培养的影响

反应器运行环境对反硝化颗粒污泥培养具有重要影响,在上流厌氧污泥床反应器内研究了不同运行策略培养颗粒污泥的脱氮效率、污泥性能和菌群结构,同时对比分析了快速和慢速提升氮负荷策略培养反硝化颗粒污泥的性能。结果表明:耦合提升策略培养反硝化颗粒污泥的脱氮效率达到93.29%以上,悬浮挥发性固体质量浓度为46.29 g/L,粒径主要分布在2.36~3.35 mm,胞外聚合物为119.03 mg/g VSS,反硝化优势菌Proteobacteria在颗粒污泥菌群中所占比例为61.92%;相较于慢速提升氮负荷策略,快速提升氮负荷策略促使污泥脱氮效率增加了5.48%,挥发性悬浮固体质量浓度增加了20.11 g/L,粒径为2.36~3.35 mm的污泥占比增加了10%左右,胞外聚合物增加了7.27 mg/g VSS,Proteobacteria所占比例增加了5.11%。研究表明,耦合提升策略能够培养出脱氮效率高且性能良好的反硝化颗粒污泥,快速提升氮负荷能够促进颗粒污泥脱氮效率增加、性能更好。

硝化微颗粒污泥的快速培养及其对硫化物的响应特性

在连续流气提内循环反应器中接种城市污水厂脱水污泥,考察硝化颗粒污泥快速培养及其对硫化物的响应特性.结果表明,在高接种污泥浓度(19.3g/L)条件下,通过逐步缩短HRT(7h降至2h)和提升进水氨氮负荷(0.5kg/(m^(3)·d)升至3.1kg/(m^(3)·d)),30d内基本实现污泥颗粒化,SVI3=SVI30为(16.8±0.3)mL/g,颗粒污泥平均粒径266μm;高浓度硝化颗粒污泥[(11.9±0.2)g/L]保证了系统的高负荷运行(氨氮去除负荷(2.4±0.3)kg/(m^(3)·d)).硫化物对颗粒污泥中氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)均有明显抑制,但AOB活性恢复明显快于NOB,硝化微颗粒污泥实现亚硝化功能,当硫化物浓度升至10mg/L时,亚硝化率达80%左右;然而,进一步提高硫化物浓度至20mg/L,亚硝化率无显著提升;第82d时的批次实验表明,AOB活性随初始硫化物浓度的升高而降低,NOB活性却呈上升趋势,推测与颗粒污泥中AOB(外层)和NOB(内层)的分层分布密切相关.此外,硫化物对小粒径(<0.3mm)硝化颗粒污泥的影响更为显著.