亚硝酸盐氧化菌(NOB)的富集培养与其污泥特性分析

为了解亚硝酸盐氧化菌(NOB)特性,以某中试SBR的剩余污泥为接种污泥,以NO2--N为底物,采用逐步提高进水NO2--N浓度的方式,通过控制高游离亚硝酸(FNA)浓度联合高DO浓度对NOB进行富集培养.65d后,荧光原位杂交(FISH)技术分析结果显示NOB占细菌总数的80%以上[Nitrobacter(NOB的一个种,菌体呈杆状或梨状):80%;Nitrospira(NOB的一个种,菌体呈螺旋状):5%],表明成功富集培养出NOB为优势菌种的活性污泥.并且自然形成颗粒污泥,MLSS约为700mg/L,MLVSS/MLSS为0.278,SVI约为6mL/g.富集后污泥SVI较低的原因可能是污泥无机化程度高,污泥以无机盐沉淀为晶核形成颗粒污泥.试验结果表明,该污泥能够处理NO2--N浓度为1000mg/L的污水,比硝化速率为131.03mg/(g MLVSS·h),比耗氧速率为169.5mg O2/(g MLVSS·h).

羟胺对硝化菌活性及其动力学参数的影响

采用序批式间歇反应器(SBR)处理模拟生活污水,研究羟胺(NH_(2)OH)对硝化菌活性、动力学参数及其对氨氧化菌(AOB)抑制后,AOB活性恢复的影响。批次试验结果表明,当NH_(2)OH浓度为4.5mg/L时,AOB活性最大,亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性减小,并且NO_(2)^(-)-N氧化速率(Q^(NOB)_(max))减小至8.00mg/(L·h),NO_(2)^(-)-N半饱和常数(K^(NOB)_(NO_(2)))增大至7.77mg/L,表明NH_(2)OH对NOB的抑制类型为混合抑制。长期试验R1、R2以缺氧/好氧模式运行,R3以好氧/缺氧交替4次运行,R1不投加NH_(2)OH,R2、R3投加NH_(2)OH。结果表明,R1中全程无亚硝积累。在R2中投加4.5mg/L NH_(2)OH,AOB活性为(6.04±0.4)mg N/(g MLVSS·h)。当NH_(2)OH浓度为10mg/L时,AOB和NOB的活性分别下降至(0.16±0.1)mg N/(g MLVSS·h)和(0.15±0.1)mg N/(g MLVSS·h),之后在高曝气且不投加NH_(2)OH的条件下,AOB活性在第5天恢复。在R3中投加4.5mg/L NH_(2)OH,第7天出水NO_(2)^(-)-N/NH_(4)^(+)-N为1.2。16S r RNA高通量测序表明,添加4.5mg/L NH_(2)OH后,R2和R3中AOB、NOB的相对丰度分别为6.6%、1.3%和3.0%、1.9%,AOB菌属为Ellin6067和Nitrosomonas,NOB菌属为Unidentified Nitrospiraceae。

长期-短期饥饿对CANON工艺启动的影响

采用序批式反应器(SBR)启动全程自养脱氮(CANON)工艺,考察启动过程中长期饥饿胁迫和短期饥饿调控对脱氮效果的影响,对短期饥饿前后功能菌活性进行测试,分析在缩短恢复时间下反复进行短期饥饿对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制作用,对CANON启动过程中的不同阶段进行微生物测序,分析群落结构的变化情况.结果表明,长期饥饿后系统在7d恢复运行时,TN去除率(NRE)可达到62.34%.短期饥饿-恢复模式加快了工艺的启动速度,成功将SBR中ΔNO_(3)^(-)-N/ΔNH_(4)^(+)-N控制在0.11左右.在实现启动时,工艺平均氨氮去除率(ARE)超过95%,平均NRE可达79.45%.采用短期饥饿调控前后,NOB活性由91.32mgN/(gVSS·d)降至45.40mgN/(gVSS·d),比厌氧氨氧化活性(SAA)升高至219.25mgN/(gVSS·d),保证了CANON脱氮性能.高通量测序表明,在经历长期饥饿后,好氧氨氧化菌(AerAOB)功能菌Nitrosomonas能够迅速恢复.Candidatus Kuenenia具有抵抗长期饥饿的能力,在7d恢复运行后,相对丰度高达69.04%,在稳定恢复运行中,丰度有所降低,但在工艺启动后丰度达到61.19%,实现了厌氧氨氧化菌(AnAOB)的富集.CANON工艺能够在长期饥饿胁迫中恢复,短期饥饿调控有利于提高工艺效能.

污水处理系统中硝化菌的菌群结构和动态变化

研究分析了4种不同工艺类型的城市污水处理厂中氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的丰度及菌群结构.实时定量PCR结果表明4种工艺中AOB菌群的丰度范围为8.56×106~4.46×107cells/g MLSS;NOB菌群的丰度为3.37×108~1.53×109cells/g MLSS.每个工艺中Nitrospira都是优势NOB,占NOB菌群的88%以上.A2O工艺冬季AOB和Nitrospira丰度比夏季均有所降低,这是导致冬季生物脱氮效果变差的主要原因.基于amo A基因的系统发育分析结果显示所有的序列属于Nitrosomonas,其中Nitrosomonas oligotropha cluster占克隆文库的60.1%,是AOB种群中的优势菌属,Nitrosomonas-like cluster和Nitrosomonas europaea cluster次之,分别占克隆文库的29.6%和9.1%.N.europaea cluster只在A2O工艺中出现,且在A2O工艺夏季污泥样品克隆文库中达到44.7%.低DO运行使N.europaea cluster成为优势AOB是A2O工艺夏季出现较高亚硝酸盐积累率的主要原因.研究结果证实了城市污水处理厂中优势AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira,硝化菌群占总菌群的1%~7%,其丰度、相对含量和菌群结构是影响硝化效果的主要因素.

硝化菌保藏特性及衰减动力学研究

采用单因素试验设计及一阶指数衰减模型,对影响硝化菌保藏过程中的4个主要影响因素(温度、pH值、离子强度和渗透压调节剂)进行了研究,并建立了硝化菌的衰减动力学方程。研究发现,当温度为4℃,离子强度为0.035×3mol/kg,pH7.60时,硝化菌衰减指数由0.25降至0.013,半衰期由2d延长至53d。在低温环境(4℃)下,添加甘油可以较好地延缓硝化菌的衰减作用。

短程硝化-ANAMMOX反应器处理城市污水过程中脱氮微生物的群落解析

对基于短程硝化-厌氧氨氧化反应体系实现低氨氮城市生活污水的稳定脱氮进行了实验分析.稳定时,反应体系的总氮去除率达80%.对反应器活性污泥中脱氮微生物进行了多样性分析.结果表明,低溶氧的短程硝化反应器中,与Nitrosomonas europaea/Nitrosococcusmobilis相似性较高的氨氧化细菌,以及分别与Nitrobacter vulgaris和Nitrospira defluvii相似性较高的亚硝酸盐氧化菌是优势菌种;厌氧氨氧化反应器中,与Kuenenia stuttgartiensis相似性较高的厌氧氨氧化细菌是优势菌种.并对厌氧氨氧化反应器中总细菌的群落结构进行了解析,发现大量属于Proteobacteria门、Chloroflexi门和Bacteroidetes/Chlorobi门的细菌与anammox细菌共存.

不同C/N值下亚硝酸盐氧化菌和异养菌混合体系的微生物多样性(英文)

采用PCR-RFLP技术研究了不同C/N比下亚硝酸盐氧化菌及异养菌混合体系的微生物多样性,并探讨了微生物菌群结构与其功能(硝化性能)的关系.C/N=0时,混合体系主要由自养菌和寡营养菌(85.1%)组成,包括亚硝酸盐氧化菌(NOB)、拟杆菌门、α-变形菌纲、浮霉菌门和绿色非硫细菌中的一些菌株.C/N=0.44时,混合体系中的自养菌减少,异养菌(主要是γ-变形菌纲的成员)大量出现.C/N=8.82时,γ-变形菌纲的菌株尤其是反硝化菌Pseudomonassp.占主导(93.8%).与此同时,随着C/N升高,该混合体系的硝化性能也由专一的亚硝酸盐氧化过程转变为同时硝化反硝化过程.微生物菌群结构的转变较好地解释了其硝化性能的改变.本研究揭示了微生物菌群结构与其功能的内在联系,同时表明PCR-RFLP技术与化学分析相结合是研究微生物菌群结构与功能的有力工具.

两种不同硝化类型反应器中固定化硝酸菌的群落分析

该试验从亚硝化和全程硝化两种不同硝化类型的好氧流化床反应器的固定化包埋颗粒中提取细菌总基因组DNA,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)对系统中的氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)群落结构进行了解析,根据序列数据进行同源性分析并建立系统发育树。结果表明:经过较短的驯化时间后,固定化颗粒反应器可形成优势菌,改变运行条件或经过长时间搁置后,颗粒中生态群落结构保持稳定;反应器中AOB较单一,以Nitrosomonas sp.为主,但具备一定抗冲击负荷能力,NOB以Nitrobacter sp.为主,全程硝化反应器中具有亚硝化反应器中所不具备的Nitrobacter sp.219、Nitrobacter sp.263。

统计优化硝化菌发酵培养基(英文)

为提高硝化菌的亚硝酸盐氧化能力,利用统计试验设计(Plackett-Burman和Box-Behnken设计)优化得到一最佳培养基:NaHCO32.0g·L-1;NaNO22.36g·L-1;Na2CO30.37g·L-1;NaCl0.34g·L-1;KH2PO40.05g·L-1;MgSO4·7H2O0.05g·L-1;FeSO.47H2O0.03g·L-1。在此条件下,硝化菌的最大亚硝酸盐氧化速率达到905.0mgNO2-N·(gMLSS.d)-1(mixed liquor suspended solids,MLSS,混合液悬浮固体)。将50L降解速率为850mgNO2-N·(gMLSS,d)-1的硝化菌(浓度为1.99gVSS·L-1)(volatile solid,VSS,挥发性固体)投加至0.6hm2的养殖水体中,7d内试验水体中的亚硝酸盐浓度即降至安全浓度以下。

水力筛分间歇饥饿CANON工艺参数调控及稳定运行

为探究水力筛分间歇饥饿策略运行CANON工艺的稳定性及相关参数的设置,采用SBR反应器运行CANON工艺,定期通过水力筛分排出絮状污泥,之后对其进行间歇饥饿,以此抑制NOB的生长繁殖,探讨沉降时间和饥饿周期两项参数的调控,实现CANON工艺处理低氨氮污水的稳定运行。结果显示,不同的沉降时间对于粒径分布和功能菌活性有较大影响,1.5 min以上的沉降时间可将ANAMMOX菌基本留存在反应器中,AOB在颗粒污泥和絮状污泥中均有分布,NOB则主要分布于传质阻力小的絮状污泥中。AOB在缺氧饥饿期间的活性衰减速率基本保持稳定,而NOB在面对缺氧饥饿时表现得更为敏感,活性衰减速率大于AOB。在恢复阶段,由于AOB具有一种独特的机制来应对饥饿,能够将细胞保持在经历短时饥饿后立即以最大速率开始氧化NH^(+)_(4)-N的状态,使其在恢复3 d时的底物降解速率就达到0.097 g/(g·d),恢复至饥饿前的86%,而NOB因无法快速适应环境的变化活性恢复速率滞后于AOB。采用4 d饥饿和3 d恢复的模式运行反应器,NOB得到有效抑制,出水NO^(-)_(3)-N呈现下降趋势,之后调整间歇饥饿周期为4 d饥饿和5 d恢复,更好地提升了AOB的活性,处理效果进一步提升,进入稳定阶段,出水NH^(+)_(4)-N和NO^(-)_(3)-N平均值分别为2.69和7.79 mg/L,氨氮去除率和总氮去除率分别达到96%和79%。采用水力筛分间歇饥饿CANON工艺处理低氨氮污水运行性能稳定,出水满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中所规定的一级A标准。

荧光定量PCR监测抑制剂对低温SBR微生物的影响

为研究氯酸盐抑制剂对SBR活性污泥中微生物的影响,采用序批式活性污泥反应器(SBR),在低温(15℃)条件下通过向反应器定时投加氯酸盐抑制剂,成功抑制系统中亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性,氨氮去除率和亚硝酸盐积累率均达到90%以上,实现了城市污水短程硝化的快速启动.采用实时荧光定量PCR对氨氧化菌(AOB)、亚硝酸盐氧化菌(NOB)和总细菌进行菌群定量分析,分析结果表明,氯酸盐抑制剂对NOB具有选择抑制性,对AOB的活性没有明显影响,而对NOB的活性抑制在短时间内是不可恢复的.

基于神经网络和遗传算法培养基优化的发酵经济学

利用目前较为先进的神经网络(ANN)和遗传算法结合(GA)的优化方法,通过以6种培养基组成为输入,亚硝酸盐氧化菌的活性与培养基成本之比的"性价比"为输出,构建结构为6-8-1BP神经网络的非线性的非结构模型,并以该模型为遗传算法的目标函数,进行遗传算法的全局寻优,优化得到具有最高"性价比"的培养基组成。结果表明,基于神经网络和遗传算法能较好地对培养基进行优化,并实现对发酵经济学的初步研究。通过优化,得到亚硝酸盐氧化菌的最佳培养基组成为:NaNO22.390 g/L,KH2PO41.355 g/L,MgSO40.019 g/L,NaCl 0.031 g/L,NaHCO34.373 g/L,FeSO40.005 g/L,其最优"性价比"为8.705,比初始的6.835提高了27.36%。

同步半硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥工艺在低氨氮污水脱氮的应用

为了检验同步半硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥工艺（simultaneous partial nitritation/Anammox with granularsludge,SPNAGS）对低氨氮污水的生物脱氮效果,开展了长期的小试试验研究.结果显示,在污水氨氮浓度从200mg/L降到20～50 mg/L时,系统中的颗粒污泥发生解体,难以保持颗粒状,且污泥颜色由原来的红棕色变为灰黄色,系统仍然保持很高的氨氮去除率（〉95%）,但总氮的去除率却逐渐降低,最后仅有20%左右,约80%的氨氮转化为硝酸盐.因此,本研究进一步证明了该工艺在应用于低氨氮浓度污水生物脱氮时,系统内亚硝酸盐氧化细菌（nitrite-oxidizing bacteria,NOB）的控制既是关键,也是挑战.

基于不同污泥量间歇饥饿的CANON工艺启动

为了探究不同污泥量间歇饥饿对于全程自养脱氮(CANON)工艺启动的影响,R1、R2和R3反应器分别采用水力筛分间歇饥饿、部分污泥间歇饥饿和全部污泥间歇饥饿3种不同的方式启动CANON工艺.结果显示,R1、R2和R3反应器分别在第44,66和58d顺利启动,第70d时,其总氮去除率分别达到73.63%、71.56%和67.40%左右,粒径分别达到了404,359和306μm.分析表明,水力筛分间歇饥饿方式可以选择性地针对絮状污泥进行饥饿,避免间歇饥饿对于污泥EPS及粒径的负面影响,在有效抑制NOB菌活性的同时易于保持相关功能菌的活性;部分污泥间歇饥饿的方式在一定程度上避免了AOB和ANAMMOX活性的衰减,但同时NOB的抑制效果也较差;整体间歇饥饿策略对于NOB的抑制效果最好,但同时也不利于CANON工艺相关功能菌的活性保持.

好氧/缺氧交替间歇饥饿CANON工艺处理生活污水

为探究CANON工艺处理实际生活污水的稳定性,采用SBR反应器,接种实验室稳定运行的CANON污泥,以实际生活污水为进水。实际生活污水水质复杂、含有有机碳源、氨氮含量低,带来NOB和异养菌(如反硝化菌)大量繁殖的问题,针对这一情况需要改善工艺运行参数,采用水力筛分好氧/缺氧交替间歇饥饿方式运行反应器。在连续动态实验中,反应器以3 d饥饿和3 d恢复为一个周期运行,在间歇饥饿期间,R1和R2排出的絮状污泥分别采用1∶1和2∶1两种曝停比进行好氧/缺氧交替间歇饥饿,第50天时,两个反应器的自养脱氮贡献率均超过80%,而反硝化途径的贡献率小于1%。采用水力筛分好氧/缺氧交替强化间歇饥饿的方式,有效地抑制了系统中的NOB及反硝化菌。最终氨氮去除率分别稳定在87.78%和94.14%,总氮去除率则分别达到75.59%和82.07%,实现了CANON工艺处理低氨氮生活污水的稳定运行。生活污水培养的CANON污泥颜色较深,第50天时,R1和R2反应器的体积平均粒径分别达673和659μm,EPS质量分数受总氮质量浓度和有机碳源等多个因素影响,保持缓慢增长的趋势。

短程硝化生化机理及其控制途径综述

短程硝化是一种新型污水处理技术,具有诸多优点。本文基于短程硝化生化机理,从微生物学和动力学角度论述了实现短程硝化影响因素有:溶解氧(DO)、游离氨(FA)、温度、pH。通过对影响因素控制,使氨氧化菌成为优势菌属,可实现稳定短程硝化。

城市污水中部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺NOB抑制策略的研究进展

城市污水具有低温低氨氮(NH4+-N)的特点,不利于亚硝酸盐氧化菌(NOB)的长期稳定抑制,而NOB的过度增殖会导致出水硝氮(NO3--N)指标升高,对其他功能微生物产生竞争性抑制作用,进而降低部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN/A)系统的脱氮性能和稳定性。以氨氧化菌(AOB)、NOB、厌氧氨氧化菌(AnAOB)等功能微生物动力学参数、生长特性为基础,探讨了主流条件下的城市污水处理系统中优势功能微生物的变迁。综述了当前普遍采用的低溶氧(DO)限制、好氧-缺氧交替、生物强化、投加抑制剂、泥龄(SRT)筛选、低亚氮等NOB抑制策略,并总结了单一抑制策略无法长期、稳定抑制NOB活性,需进一步考察多重策略的联合作用。继而,从性能和工艺复杂程度,对目前普遍采用的实现多重策略联合调控的反应系统进行了探讨。提出采用活性污泥模型(ASM)与实验相结合的方法,为助力主流PN/A工艺运行调控提供了新思路,并指出深化基础理论的研究,开发新型的组合工艺强化NOB的抑制及脱氮性能稳定也是可行的发展方向。

不同酸碱性紫色土的硝化活性及微生物群落组成

为研究紫色土中的硝化作用、总微生物和硝化微生物的群落结构,以重庆永川的酸性紫色土(p H=5.3)和中性紫色土(p H=7.2)以及四川盐亭的石灰性紫色土(p H=8.5)为研究对象,采用稳定性同位素标记技术进行培养实验,并通过Miseq测序对三种紫色土微生物群落结构进行分析。每种土样共设有三种处理,包括^(13)CO_2标记处理、^(12)CO_2对照处理和^(13)CO_2+C_2H_2对照处理。结果表明,中性紫色土(p H=7.2)和石灰性紫色土(p H=8.5)经过56 d的培养后发生了强烈的硝化作用,而酸性紫色土(p H=5.3)中未发生明显的硝化作用,并且硝化作用类型都以自养硝化为主。三种紫色土中都存在着变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),其中变形菌门在三种紫色土中都大约占有20%的比例。中性紫色土和石灰性紫色土各处理中硝化螺旋菌门(Nitrospirae)百分比大于酸性紫色土各处理。三种紫色土各处理中的氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)主要以亚硝化螺菌属(Nitrosospira)为主,亚硝酸氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)主要以硝化螺菌属(Nitrospira)为主。且NOB/AOB的值在三种紫色土各处理中最高可达到13,这意味着全程氨氧化细菌(Comammox)可能在紫色土的硝化作用中占据重要贡献。

游离亚硝酸(FNA)对A2O污泥菌群结构的影响

为了探究采用游离亚硝酸(FNA)实现连续流A^2O工艺短程硝化的可行性,考察了不同浓度的FNA对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性影响,研究了通过投加FNA对活性污泥进行预处理后A^2O反应器的运行效果和微生物菌群结构的变化.结果表明,当FNA浓度为1.12mg HNO_2-N/L时,经过3h的缺氧处理,AOB和NOB的活性分别下降了60%和86%,对NOB有一定的选择性抑菌效应,而投加FNA并对活性污泥进行缺氧处理后的A^2O反应器平均出水NH_4^+-N、NO_2^--N和NO_3^--N分别为12.76、1.56和7.82mg/L,亚硝酸盐积累率(NAR)仅为20%左右,并没有实现预期的短程硝化.高通量和定量PCR的结果也表明,投加FNA并进行缺氧处理后活性污泥中AOB的种群丰度由2.05×108copies/g VSS下降到了3.96×105copies/g VSS,导致系统的氨氧化过程受到了较大影响.最终Nitrobacter和Nitrospira丰度降低,Nitrotoga占总序列数的1.66%,是造成系统无法通过FNA预处理实现连续流A^2O工艺短程硝化的原因.

石灰性紫色土硝化作用及硝化微生物对不同氮源的响应

土壤中发生的硝化作用是对p H高度敏感的典型过程。本文采用室内恒温培养法,结合定量PCR和高通量测序,研究石灰性紫色土硝化作用以及氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)的丰度与群落结构对不同氮源的响应。结果表明:不同氮源均刺激土壤硝化作用的发生,CO(NH2)2处理下的净硝化速率最大,约是CK处理的4.76倍,(NH_4)2SO4和NH_4Cl处理下的净硝化速率分别为N 3.88和3.34 mg kg-1d-1。相比于(NH_4)2SO4和CO(NH2)2处理,NH_4Cl处理降低了硝态氮的累积量,抑制了铵态氮的减少量。AOB amo A基因拷贝数在28 d培养过程中变化显著(p<0.05),在(NH_4)2SO4和CO(NH2)2处理中呈先增长后降低趋势,在NH_4Cl处理中呈持续增长趋势;而AOA amo A基因拷贝数无显著变化(p>0.05)。说明石灰性紫色土硝化作用的主要推动者是AOB,而不是AOA。在28 d培养过程中,亚硝酸盐氧化细菌占总微生物的比例高于氨氧化细菌和古菌,意味着石灰性紫色土中可能存在全程氨氧化微生物(Comammox)。高通量测序的结果表明:石灰性紫色土中AOB的优势种群为亚硝化螺菌Nitrosospira Cluster 3,AOA的优势种群是土壤古菌Group 1.1b,NOB的优势种群是硝化螺菌Nitrospira。