乙酸丙酸比例对富集聚磷菌生物除磷系统影响研究

通过丙酸/乙酸（以C计）比例为0.1、0.5、1、2、10的合成废水,在SBR反应器（1#～5#）中长期驯化聚磷菌（PAO）富集的污泥,研究了丙酸/乙酸比例对增强生物除磷系统（EBPR）中短链脂肪酸（SCFA）降解、溶解性正磷（SOP）的释放/吸收及其去除率的影响.结果表明,PAO对SCFA的利用符合一级动力学过程,PAO对丙酸的利用速率较乙酸快,因此,增加丙酸/乙酸比例有助于EBPR系统的稳定性.随丙酸/乙酸比例增加,SOP的释放与吸收量减少,SOP的代谢速率降低,但SOP的去除率明显增加.因此,增加丙酸/乙酸比例有助于提高EBPR系统除磷效率.

SPNED-PR系统内PAOs-GAOs的竞争关系及其氮磷去除特性

为研究同步短程硝化内源反硝化除磷(SPNED-PR)系统的脱氮除磷特性及系统内聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)在氮磷去除的贡献和竞争关系,本研究以实际低C/N比(4左右)生活污水为处理对象,考察了不同浓度的溶解氧(DO)(0.5~2.0mg/L)、NO2--N(4.7~39.9mg/L)和NO3--N(5.0~40.0mg/L)对延时厌氧(150min)/低氧(180min,溶解氧0.5~0.7mg/L)运行的SPNED-PR系统氮磷去除特性和底物转化特性的影响.结果表明,DO浓度均不影响PAOs和GAOs的好氧代谢活性,且两者之间几乎不存在DO竞争.不同NO2--N浓度条件下,GAOs较PAOs更具竞争优势,NO2--N主要是通过GAOs去除的(约占58%);且GAOs所具有的高内源反硝化活性和亚硝耐受力,减弱了高NO2--N浓度(26.2~39.9mg/L)对PAOs反硝化吸磷的抑制,保证了系统的脱氮除磷性能.不同NO3--N浓度条件下,PAOs较GAOs处于竞争优势,其在NO3--N去除中的贡献比例达61.2%.此外,SPNED-PR系统的PURDO>PURnitrate>PURnitrite,PAOs对DO的优先利用保证了低氧条件下系统的高效除磷,且GAOs的内源短程反硝化特性保证了系统的高效脱氮.

耐低温聚磷菌的研究

采用模拟自然降温方式,筛选出在低温（8℃）下仍具有高效能的两株聚磷J4与J6,除磷率分别达56%和54%.经鉴定,两者均属于假单胞菌属（Pseudomonas）.探讨pH、曝气时间和微量元素对这两株菌的生长及除磷效能的影响,结果表明,菌株J4、J6的生长最适pH范围为7～9,除磷反应的最佳pH分别为中性和中性偏碱;而曝气时间过长会造成聚磷菌的释磷;微量元素的有无对J4的生长和除磷率都有一定的影响,而对J6没有明显的影响.

碳源对太湖沉积物中聚磷菌的影响

本文采用4种碳源(乙酸钠、丙酸、葡萄糖、纤维素)在间歇式(SBR)小型反应装置中对采自太湖沉积物中的微生物进行培养富集试验,研究碳源对太湖沉积物中聚磷菌的影响以及聚磷菌在太湖沉积物磷循环中的作用,结果表明:当SBR反应装置的进水COD/P为20、进水采用人工配水、运行周期(包括进水、厌氧阶段、好氧阶段、沉降静置和出水)为24h、水力停留时间为48h、固体停留时间约为20d、好氧阶段溶解氧约为2～3mg/L、气速为1L/min、进水pH值控制在7.5±0.05、温度控制在25±1℃时,SBR反应装置厌氧阶段磷酸盐含量有不同程度的升高,好氧阶段出水磷酸盐含量降低,呈现出聚磷菌厌氧释磷、好氧聚磷的典型特征,证明太湖沉积物中存在聚磷菌;当用丙酸作碳源,厌氧释磷、好氧聚磷最为显著,表明乙酸钠和丙酸有利于聚磷菌的富集。

EBPR工艺污泥中聚磷菌多样性与除磷潜力评价方法

自1970年代研究者发现聚磷菌(polyphosphate accumulating organism,PAO)并提出经典的强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal,EBPR)工艺“厌氧释磷-好氧摄磷”机理以来,随着EBPR工艺中PAO新菌株的不断发现和生理生化特征研究的不断深入,研究者们对EBPR机理的认识一直在不断更新.及时总结近40年来EBPR机理的研究进展,基于活性污泥中PAO菌株信息全面归纳PAO多样性特征,以此为依据客观评价目前活性污泥中PAO除磷潜力评价方法的不足并展望未来重点研究方向,对于推动EBPR工艺优化升级将具有非常重要的理论与实际意义.本文全面调研了1980—2021年国际期刊相关文献,发现传统EBPR机理中厌氧内碳源合成、厌氧释磷意义等受到了较多质疑,反硝化聚磷新机理已获得广泛认同;活性污泥中PAO具有异常丰富的多样性,包含Acinetobacter(29%)、Pseudomonas(15%)、Tetrasphaera(4%)、Alcaligenes(4%)等42个菌属,部分PAO具有反硝化聚磷和异养硝化能力.在目前主流的活性污泥PAO除磷潜力评价方法中,荧光原位杂交和定量PCR技术只以Accumulibacter或Acinetobacter属PAO为检测对象,高通量测序和变性梯度凝胶电泳技术基于片面的PAO多样性信息作为分析依据,在此基础上PAO丰度所反映的PAO除磷潜力的准确性尚存在疑问,未来需要加强面向活性污泥PAO多样性的探针或特异性引物的研发.与传统方法相比,EDTA法胞内多聚磷酸盐颗粒含量检测技术较为先进,但需要以PAO和非PAO菌株为参照深入阐明检测结果的边界.

不同基质的聚磷菌和聚糖菌竞争的代谢模型

主要阐述了3种不同基质(乙酸盐、丙酸盐、葡萄糖)下聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)厌氧阶段的代谢模型,对比分析了不同代谢模型下的化学计量系数的差别及其对PAOs和GAOs竞争的影响。针对目前代谢模型主要集中于化学计量学方面,提出今后应在动力学及相关代谢中酶的活动方面进行深入研究。

高效聚磷菌株的筛选与鉴定

为了给富营养化水体的净化处理提供参考,对水体中的聚磷菌株进行了筛选和鉴定。结果表明:共筛选到聚磷菌株6株,其中,高效聚磷菌株3株,分别为E5、E7和E9,在磷浓度为30mg/L培养基中的除磷率分别为96.67%、87.78%和98.90%;通过菌株形态、生理生化特征以及16SrDNA序列分析,初步鉴定菌株E5和E7属于变形菌纲假单孢菌目假单孢菌属的荧光假单孢菌(Pseudomonas fluorescens)和假单孢菌属某种(Pseudomonas sp),菌株E9属于变形菌纲肠杆菌目克雷白氏杆菌属肺炎克雷白氏杆菌肺炎亚种(Klebsiella pneumonia subsp.pneumoniae)。

低温聚磷菌的筛选

采用模拟自然降温的方法,筛选出在低温下(15℃)下,pH为9时仍具有高效能的聚磷菌,除磷效率为44.4%。初步鉴定,该菌属于假单胞菌属(Pseudomonas)。

A_2N系统短程反硝化除磷菌的驯化及影响因素研究

该实验通过分析不同驯化过程中的缺氧段电子受体的产能代谢方式和呼吸效率的变化,确定了最佳的驯化方式为厌氧/好氧交替培养的方式,再启动反硝化除磷工艺,就会得到驯化后以NO_2-N为电子受体的反硝化聚磷菌(DPB)。在反硝化除磷系统运行了30天后,系统的除磷率达到83.65%,这说明系统内已经得到驯化良好的反硝化聚磷菌,可以进行反硝化除磷。为了检验系统运行稳定情况以及处理效果,在短程反硝化除磷菌驯化完成之后,对系统进行各种因素的影响情况的研究,得到最佳pH值为7.0;在30℃条件下反硝化效果最好;MLSS浓度越大反硝化效果越好,但也不宜过大。

应用聚糖菌的一些水处理新工艺的研究进展

本文简单介绍了聚糖菌(GAOs)的反硝化脱氮功能及其反硝化代谢机理,总结了基于GAOs的新型生物膜工艺和一些包含GAOs的生物强化除磷(EBPR)系统耦合工艺的研究进展。认为需要进一步研究的内容有:一些聚糖菌分支的反硝化功能;以生活污水为处理对象,研究基于GAOs的新型生物膜的启动、代谢机理和运行条件;基于GAOs的EBPR相关耦合工艺的中试试验和工程应用研究。

常温厌氧好氧环境下聚磷菌PAO Ⅱ的除磷特性及污泥特征

在常温厌氧好氧环境下,使用实验室规模的SBR强化生物除磷反应器,高度富集了聚磷菌子类PAO Ⅱ,深入研究了高度富集PAO Ⅱ反应器的除磷特性、代谢特征以及污泥特征。结果表明:富集96%PAO Ⅱ的污泥厌氧磷释放与乙酸摄取比为0.25,仅为经典PAO代谢模型中报道值的1/2;污泥为不规则、相对松散、粒径细小的颗粒状;污泥颗粒的刚度为30 m N,Maxwell模型对机械力变化情况拟合较好。试验结果有助于深入研究不同聚磷菌子类的特征及代谢性能,传统PAO代谢模型应针对不同PAO子类进一步修正和完善。

C/P比与磷回收对生物营养物去除系统影响的试验研究

以生物营养物去除系统——BCFS工艺为基础,考察了不同C/P(COD/P)和厌氧上清液侧流比对系统处理效果的影响.结果表明,当碳源充足时,TP去除率稳定在87%左右,能够保证较低的出水TP(≤0.8 mg.L-1).当进水COD/P降低到24以下时,TP去除率迅速降至62%,出水TP升至5 mg.L-1以上.在此进水水质下,以厌氧池上清液侧流方式辅以化学磷回收;当侧流比增加至30%时,出水TP浓度降低至1 mg.L-1以下;相应的磷回收量为进水TP负荷的54%.因此,化学磷回收具有辅助生物除磷的双重作用.

控制BNR工艺厌氧释磷效果因素的实验研究

以实验室动态生物营养物去除(BNR)工艺——BCFS(Biologisch Chemische Fosfaat Stikst of Verw ijdering)运行实验为基础,采用静态实验方法,研究了初始COD、碳源种类和厌氧释磷反应时间对厌氧释磷效果的影响.实验结果表明,初始COD越高,释磷速率和总释磷量越高.当碳源充足且反应时间足够长时,释磷速率不受初始COD和碳源种类影响,单位质量污泥(VSS)的VFAs利用率只要维持在0.04g.h-1(3h内)即可获得满意的释磷效果.以葡萄糖为碳源时,经过3h厌氧反应的释磷量低于乙酸与丙酸2种碳源;与丙酸相比,在相同初始COD下乙酸最终诱发的释磷量虽然不及丙酸,但在3h内诱发相同的释磷量乙酸所需要的反应时间仅为丙酸的1/2.

新型高效反硝化除磷工艺

针对传统生物脱氮除磷工艺中存在的问题 ,简述了反硝化除磷工艺所具有的优点及其代谢途径 ,提出了两种典型的反硝化除磷工艺 ,并介绍了反硝化除磷技术的影响因素和测定方法。

不同碳源条件下聚磷菌代谢特性

利用2套SBR系统在厌氧好氧交替条件下对聚磷菌(phosphorus accumulating organisms,PAO)进行富集,分别采用乙酸和丙酸作为碳源。通过对典型周期内磷酸盐,聚羟基烷酸(polyhydroxyalkanoates,PHAs),糖原和多聚磷酸盐变化情况的分析,探讨了不同碳源下,聚磷菌胞内碳源物质的代谢机理以及其对于生物除磷的影响。结果表明,以乙酸为碳源时,PHAs的合成量和分解量都要高于丙酸为碳源,且PHAs主要成分以聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)为主,污泥的比释磷速率和比吸磷速率都要高于丙酸为碳源的情况。

厌氧/好氧SNEDPR系统处理低C/N污水的优化运行

为实现同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的优化运行,以实际生活污水为处理对象,采用厌氧(180min)/好氧运行的SBR反应器,并通过联合调控好氧段溶解氧(DO)浓度(0.3~1.0mg/L)和好氧时间(150~240min),考察了该系统脱氮除磷特性.并结合荧光原位杂交(FISH)技术对系统优化过程中各功能菌群的结构变化情况进行了分析.试验结果表明,当系统好氧段DO浓度由约1.0mg/L逐渐降至0.3mg/L,且好氧时间由-150min逐渐延长至240min后,出水PO_4^(3-)-P浓度稳定在0.4mg/L左右,但出水TN浓度由14.3mg/L降至8.7mg/L,TN去除率由75%提高至84%.此外,随着好氧段DO浓度的降低,SNED现象愈加明显-,SNED率由34.7%逐渐升高至63.8%.SNED的加强,降低了出水NO_3^--N浓度,并提高了系统的脱氮性能和厌氧段的内碳源储存量.FISH结果表明:经127d的优化运行,系统内PAOs,GAOs和AOB(氨氧化菌)仍保持在较高水平(分别全菌的29%±3%,20%±3%和13%±3%),其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能;但NOB(亚硝酸盐氧化菌)含量减少了50%,为系统内实现短程硝化内源反硝化提供了可能.

DO浓度对EBPR耦合SND处理低C/N污水的影响

为了解厌氧/好氧运行的序批式反应器(SBR)中,强化生物除磷(EBPR)与同步硝化反硝化(SND)的耦合脱氮除磷特性,以实际低C/N(约为3.5)生活污水为处理对象,先通过调控进水C/N考察其对EBPR启动和聚磷菌(PAOs)富集情况的影响,再通过调控好氧段DO浓度考察其对系统脱氮除磷性能、SND率及碳源转化特性的影响.结果表明,DO浓度为2.0mg/L,当进水C/N由3.2提高至7.5并降至3.8时,反应器出水PO_4^(3-)-P浓度由3.9mg/L逐渐降至0.5mg/L以下,且厌氧释磷量(PRA)由3.3mg/L逐渐升高至约30mg/L.此后,当DO浓度逐渐降至约1.0mg/L时,SND现象愈加明显,且其与EBPR耦合使得系统总氮(TN)和PO_4^(3-)-P去除率分别提高至85%和94%.但当DO浓度约为0.5mg/L时,硝化过程进行不完全,亚硝酸盐积累较为明显,耦合系统中存在同步短程硝化反硝化现象.DO浓度为约1.0mg/L时,系统具有最高的脱氮除磷性能.此外,当DO浓度由2.0mg/L降至0.5mg/L时,PAOs较聚糖菌(GAOs)在厌氧内碳源储存中的贡献逐渐减小(PPAO,An由30.3%逐渐降至20.2%),PRA降低约7mg/L.DO浓度为1.0~1.5mg/L最有利于系统厌氧段内碳源PHA的合成.

基于聚糖菌和聚磷菌竞争的代谢模型及影响因素

聚糖菌的富集已成为造成EBPR强化生物除磷系统非稳定运行的重要因素之一.本文基于活性污泥数学模型ASM.2D的生物除磷代谢模型,围绕化学计量学和动力学阐述了聚磷菌PAOs胞内糖原的代谢途径以及聚糖菌GAOs在厌氧和好氧条件下的代谢模型,揭示了2类微生物的竞争本质.同时,对比分析了影响代谢模型化学计量学参数的若干因子,如碳源类型、温度、pH条件和污泥龄SRT等;结果发现,这些因素对PAOs和GAOs的代谢模型系数具有重要的影响作用,并进而决定着2类微生物的竞争优势.此外,针对目前对两类微生物的竞争主要集中于厌氧代谢的现状,提出今后的研究重点应放在好氧/缺氧机理方面.

潮汐流人工湿地中生物蓄磷的强化及其稳定性

通过改进潮汐流人工湿地(TFCW)的运行方式,开展了TFCW中生物蓄磷作用的强化及其稳定性研究.结果表明,两段进水潮汐流运行方式有利于TFCW中聚磷菌群(PAOs)的富集,进而可强化湿地中的生物蓄磷作用;采用周期性补充碳源的磷移除操作可诱导生物膜中的PAOs充分释磷,避免系统中磷素的过量积累,同时可增加PAOs胞内内源性碳源的含量,强化系统中的生物蓄磷作用并有利于系统除磷效果的稳定;当生物蓄磷/碼移除(PB-PH)周期时长为30d时,TFCW在生物蓄磷过程中的磷素去除率可达96.04%,而其在磷移除过程中的磷素移除率和补充碳源利用率亦分别可达70.45%和98.22%.此时,PAOs的过量吸磷作用成为湿地系统除磷的主要途径.

C/P对EBPR系统PAOs与GAOs竞争及PHAs代谢过程影响研究

以富含聚磷菌(PAOs)活性污泥为基础,基于FISH技术研究了SBR工艺不同C/P(25∶1、20∶1、15∶1和10∶1)对EBPR系统中功能菌变化特征与微生物胞内聚合物(PHAs)代谢过程的影响.结果表明,经过10 d运行处理,C/P分别为25∶1、20∶1和15∶1系统磷酸盐去除率>88%,而C/P为10∶1系统磷酸盐的去除率为0%.FISH检测结果显示,随着C/P从25∶1下降到10∶1,EBPR系统中PAOs的含量相应从(76.42±1.24)%减少到(10.40±0.97)%,而聚糖菌(GAOs)则从(16.36±3.41)%增加到(34.25±2.59)%.在厌氧段,不同C/P条件下EBPR系统中PHB和PHV的合成动力学系数大小分别为K25∶1>K20∶1>K15∶1>K10∶1和K15∶1>K20∶1>K25∶1>K10∶1.随着C/P从25∶1下降到10∶1,合成PHB在PHAs中所占的比例从85%下降到24%,而PHV则从15%上升到76%;在好氧段,不同C/P系统消耗PHB和PHV的动力学系数大小均为K20∶1>K25∶1>K15∶1>K10∶1,且C/P为25∶1、20∶1和15∶1时系统消耗主要成分是PHB(占PHAs 71%～75%),而C/P为10∶1时系统消耗主要成分是PHV(占PHAs 71%).由此表明,随着C/P的降低,EBPR系统内GAOs增加而PAOs减少,从而导致系统内PHB合成与消耗比例逐渐减少,而PHV合成与消耗比例逐渐增加.