低温下丝状菌膨胀污泥的微生物多样性

为探究低温下丝状菌污泥膨胀过程中微生物多样性的变化特征,实验采用低温-SBR反应器成功诱发污泥膨胀,并借助Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了不同沉降性能下活性污泥微生物群落的整体变化特征、各特定菌群及特定菌属的变化特征.结果表明,在系统运行温度降至(14±1)℃后可成功诱发丝状菌污泥膨胀,SVI可恶化至663.99 mL·g~(-1),且膨胀后COD去除率和TN去除率仍能维持在90%和86%左右.低温下污泥膨胀的发生不仅会导致系统内微生物整体多样性和均一性的降低,使特定菌群中丝状菌群的丰度由0.49%增至26.04%,还会使脱氮菌群的丰度由21.04%减少至13.99%、除磷菌群的丰度由4.25%减少至1.93%.发现的5种丝状菌属中,以Thiothrix为代表的3种菌属的丰度递增,仅Haliscomenobacter的丰度递减;发现的19种脱氮菌属中,以Nitrosomonas为代表的5种菌属的丰度递增,以Nitrospira为代表的7种菌属的丰度递减;发现的8种除磷菌属中,Pseudomonas和Tetrasphaera的丰度递增,以Candidatus_Competibacter为代表的5种菌属的丰度递减.虽然污泥膨胀对微生物菌群结构产生较大影响,但不同泥样中始终存在的477个OTUs和227个菌属说明膨胀过程中反应器内主体微生物仍呈相对稳定状态.     

基于高通量测序的SBR反应器丝状膨胀污泥菌群分析

为探究丝状污泥膨胀及控制过程中细菌菌群和真菌菌群的变化规律,采用一套11 L的SBR反应器,接种某城市污水处理厂膨胀污泥,以乙酸钠为碳源进行人工配水,对膨胀污泥进行399 d的培养实验,采用高通量测序技术对污泥样本进行菌群多样性分析.结果表明,接种污泥菌群多样性比较丰富,经培养至污泥高度膨胀后,菌群多样性降低,污泥沉降性能恢复正常后,菌群多样性又逐渐增加.细菌中的腐螺旋菌属(Saprospiraceae_norank)、丛毛单胞菌属(Comamonadaceae_unclassified)和四球菌属(Tetrasphaera)相对丰度分别为13.37%、10.54%和8.59%,是接种污泥的主要细菌属.经过培养,膨胀污泥菌群发生变化,接种污泥中细菌相对丰度仅为0.01%的丝硫菌属(Thiothrix)增加至56.95%~60.14%,真菌中相对丰度为19.60%的丝孢菌属(Trichosporon)增加至94.82%.污泥膨胀得到控制后,污泥中丝硫菌属(Thiothrix)相对丰度减少至0.01%,丝孢菌属(Trichosporon)相对丰度减少至2.32%.丝硫菌属(Thiothrix)和丝孢菌属(Trichosporon)过多不利于污泥沉降.     

膨胀污泥中丝状菌的分离鉴定与特性分析

为了阐明膨胀污泥中的丝状菌种类和特性,利用培养法、显微镜检和分子生物学分析技术从城市污水处理厂的膨胀污泥中分离鉴定丝状菌,并对典型丝状菌进行特性分析.利用高氏一号培养基和淀粉培养基分离出的丝状菌可归入18个属,其中链霉菌属(Streptomyce)、细杆菌属(Microbacterium)属于放线菌门,其余均属于真菌.青霉菌属(Penicillium)、枝孢菌属(Cladosporium)、链格孢属(Alternaria)、曲霉菌属(Aspergillus)、毛孢子菌属(Trichosporon)在培养基上的出现频次较高.毛孢子菌、链霉菌、青霉菌和链格孢菌都能在pH中性或偏酸性条件下良好生长.高浓度的Na Cl能够抑制毛孢子菌和链霉菌,但对青霉菌和链格孢菌的抑制作用不明显.除毛孢子菌外,链霉菌、青霉菌和链格孢菌都可有效地利用蔗糖、淀粉和纤维素,碳源浓度增加会促进它们的生长.r DNA-ITS区高通量测序结果表明膨胀污泥中存在大量未知真菌.     

解偶联剂邻氯苯酚作用下活性污泥微生物群落结构的演替规律研究

投加解偶联剂邻氯苯酚可以实现活性污泥系统的污泥减量,但邻氯苯酚长时间作用下系统中微生物群落结构及多样性的变化尚不清楚.因此,本研究利用2个序批式反应器(SBR)进行了63 d的实验,考察了未投加邻氯苯酚(RA)和投加10 mg·L-1邻氯苯酚(RB)条件下,活性污泥系统中基质去除特性及微生物群落结构的变化规律.研究结果...     

丝状菌膨胀污泥好氧颗粒化稳定性及微生物多样性

丝状菌作为污水生物处理中的常见菌种,被认为是诱发污泥膨胀的主要因素.然而由于其特殊的丝状形态,对污泥颗粒的形成起到了至关重要的作用.以丝状菌膨胀污泥为研究对象,探究丝状菌对污泥颗粒化过程及维持污泥颗粒稳定性的影响,并对污泥系统微生物多样性进行分析.试验分别接种丝状菌膨胀污泥(SVI=241.56 mL·g^-1)和絮状污泥(SVI=64.22 mL·g^-1)进行颗粒化培养,结果表明,膨胀污泥和絮状污泥颗粒出现时间分别为20 d和40 d,成熟颗粒粒径分别为650μm和700μm,膨胀污泥颗粒化时间仅为絮状污泥的一半.缺氧区添加后,颗粒都有不同程度破碎,但膨胀污泥培养的成熟颗粒SV₃₀/SV₅值短期波动后恢复至1,维持稳定性能力更强.微生物群落结构分析表明,膨胀污泥中norank＿o＿＿Saccharimonadales、unclassified＿o＿＿Saccharimonadales和unclassified＿f＿＿Saccharimonadaceae相对丰度从0.05%、0.01%和0.01%增长...     

污水生物处理工艺低温下微生物种群结构

构建有针对性的运行控制策略是我国城市污水生物处理工艺冬季低水温条件下高效稳定运行的重要保证.以我国北方低温期(8～15℃)稳定运行的4个典型污水生物处理工艺为对象,利用高通量测序方法系统解析了活性污泥中的微生物群落及碳、氮、磷去除等关键功能种群结构,阐明了重要功能种群在低温影响下的动态变化及与污染物去除性能间关系,为控制策略的有效建立提供了坚实的科学数据基础.尽管存在着不同工艺形式,但结果表明低温期活性污泥均具有较为良好的种群丰富度,其中放线菌门(Actinobacteria)在低温期优势地位提升;关键功能种群中硝化种属Nitrosomonas受温度影响较大,而作为核心种群的反硝化种属则因分布广泛及多样性高,整体丰度受温度变化影响较小,工艺的反硝化性能仅与回流比具有相关性;Tetrasphaera在4个工艺中广泛存在但仅在厌氧/好氧交替条件下承担主要除磷功能;低温下4个工艺中多种丝状菌优势生长并诱发污泥膨胀,但对出水水质影响较小.     

污泥膨胀问题与序列间歇式活性污泥法

为了进一步探索污泥膨胀的影响因素,研究序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor,简称SBR法）发生污泥膨胀的可能性。本文在参阅大量有关文献的基础上,系统地阐述了在普通活性污泥法中引起污泥膨胀的本质原因、影响因素和控制方法与措施。试验结果表明,虽然SBR法的底物降解过程是一个理想的推流式,它确实是活性污泥法中最不易发生污泥膨胀的工艺。但是,这并不意味着SBR法不可能发生污泥膨胀,通过大量试验发现,在低负荷和沉淀及闲置时间过长时．SBR法也会产生污泥膨胀。     

乳品废水活性污泥膨胀的原因与控制

通过对活性污泥中生物相观察,判断乳品废水污泥膨胀的类型,指出pH值偏低、有机负荷增高是分别引发丝状菌膨胀、非丝状菌膨胀的主因,并通过提高pH值、降低有机负荷等方法,解决污泥膨胀,恢复污泥活性。     

温度对活性污泥沉降性能与微生物种群结构的影响

为探究运行温度与活性污泥沉降性能之间的关系,采用5个带有自控设备的序批式反应器考察了不同的运行温度(15,20,25,30和35℃)对活性污泥沉降性能及微生物种群结构的影响.结果表明,采用短时进水,由于运行温度对污泥沉降性能的影响远远弱于底物浓度的影响,且系统中的优势丝状菌以Type 0041和Type 0092为主,所以5个系统均未发生污泥膨胀现象;采用长时进水,5个系统均发生了丝状膨胀现象,温度与低底物浓度的相互作用导致污泥的SVI值随运行温度(15~30℃)的增加而升高,而运行温度为35℃时污泥的SVI值要低于30℃的情况.同时不同的运行温度下污泥胞内胞外贮存特性及优势丝状菌的种类差异较大.     

不同气候类型下污水厂活性污泥中微生物群落比较

污水处理厂的微生物群落对于水质净化十分关键,这关系到公众饮水安全和环境健康.探究中国不同气候下,污水厂微生物群落结构和多样性的变化趋势及其主要环境影响因子.应用荟萃分析方法,筛选公开数据库中采用16S rRNA基因Illumina MiSeq高通量测序技术的样品,分析中国3种气候类型（Dwa、Cfa和Cwa）下污水厂微生物群落结构和多样性变化趋势,采用凝聚力模型分析不同气候类型污水厂微生物群落的核心菌群及其相互作用,并采用分段结构方程模型（PSEM）分析不同气候类型对微生物群落结构及其多样性的影响.3种气候类型下,污水厂微生物群落结构和多样性显著不同,其群落主要受进水的水温、pH、电导率和氮浓度影响.PSEM分析发现在较大空间尺度上,纬度改变可直接影响微生物群落β多样性,而纬度改变则通过改变混合液电导率和水温来间接影响微生物群落α多样性.凝聚力模型分析发现,微生物群落稳定性在Dwa气候下最高,在Cfa气候其次,此时微生物群落通过增强一小部分关键物种间的负凝聚力来增强群落稳定性.而Cwa气候下微生物群落稳定性较低,不存在具有较强负凝聚力的关键物种.污水处理厂微生物群落结构、多样性和稳定性对气候类型敏感,其群落α多样性和β多样性对纬度变化的响应机制存在较大不同.     

统一的活性污泥丝状菌型膨胀理论

在总结分析各种污泥膨胀问题理论和假说的基础上,提出了统一的丝状菌膨胀理论。所提出的理论可以很好地解释目前常见的大部分膨胀现象。根据此理论可以很好地指导高、低负荷污泥膨胀的控制和防治。笔者在实验中采用曝气池首端强制曝气的阶段曝气措施,有效控制污泥膨胀,使污泥指数(SVI)从300ml/g降到100ml/g以下.     

污泥含磷量与脱氮除磷系统污泥膨胀的关系研究

采用人工废水,将2套接种了优势丝状菌不同的污泥、以A2/O方式运行的SBR反应器进水磷酸盐浓度由10 mg/L逐步提高到30 mg/L,研究了系统脱氮除磷过程中污泥含磷量与污泥沉降性能的变化,探讨了污泥含磷量、丝状菌与污泥膨胀的关系.结果表明,随着进水磷浓度从10 mg/L提高到20 mg/L和30 mg/L,1号反应器污泥含磷量从接种污泥的2.5%提高到8.17%和9.23%,污泥SVI值由接种初期的110 mL/g迅速增加到300 mL/g左右,之后回落并维持在135~150 mL/g.污泥中含磷量增加至8%以上,这在一定程度改善了污泥的沉淀性,对污泥膨胀起到抑制作用.2号反应器污泥含磷量从接种污泥的1.89%提高到6.77%和6.95%,污泥的SVI值由接种初期的138 mL/g上升到190~320 mL/g之间,并维持在280~300 mL/g.污泥中含磷量增加对于2号反应器膨胀污泥的沉淀性能没有改善.这2个反应器污泥沉淀性变化的差异是由于1号反应器污泥中的浮游球衣细菌在环境诱导下进行了生物除磷作用,使得污泥的比重增大,从而改善了污泥的沉降性能,而2号反应器中无浮游球衣菌,因而污泥沉降性没有改善.污泥...     

营养物质对污泥沉降性能的影响及污泥膨胀的控制

采用序批式活性污泥工艺(SBR)处理啤酒废水,研究了N、P营养物质的不同缺乏程度对污泥沉降性能的影响,同时考察了污泥絮体性状和微生物的变化.结果表明,原水BOD₅/N/P为100/5/1、100/5/0.8和100/4/0.8时,污泥沉降性能良好,没有发生膨胀;BOD₅/N/P为100/0.94/0.31、100/2/0.4、100/3/0.6时发生丝状菌污泥膨胀;BOD₅/N/P为100/0.94/1、100/5/0.31、100/5/0.4、100/5/0.6时发生非丝状菌污泥膨胀.缺乏营养物质引起的污泥膨胀,多数情况下补充足够的营养物质后,膨胀可得到控制.提高有机负荷有助于改善污泥的沉降性能.进水N、P营养物质同时缺乏时,可形成直径为2mm～6mm的颗粒污泥.     

低温时污泥膨胀对MBR中膜污染的影响

通过一体式膜生物反应装置考察了在低温条件下发生污泥膨胀过程中反应器的运行效果和膜污染的情况,并从微生物角度分析了引起膜污染的因素.结果表明,低温时COD上清液和出水平均去除率分别为85%和92%,发生丝状菌污泥膨胀后去除率变化不大.MBR中丝状菌污泥膨胀形成的过程中,污泥沉降性变差,丝状菌丰度（FI）由2增加到5,丝状菌伸出絮体形成网状结构.低温时膜操作压力随时间呈直线变化,膜组件的水力清洗周期为15 d.在丝状菌大量繁殖时缩短到7 d,膜污染严重.通过测定活性污泥的特性,发现膨胀污泥的胞外聚合物（EPS）总量是正常污泥的3倍,污泥絮体相对疏水性（RH）随FI的提高而增大.EPS和RH增大后会引起更多物质沉积到膜表面,使膜污染速率提高,膜的运行周期变短.进一步的分析表明,混合液粘度、Zeta电位、污泥絮体形态也是影响膜污染的因素.     

不同溶解氧浓度下硝化工艺中微生物种群结构对比

运用高通量测序技术分析了不同溶解氧(DO)浓度下硝化工艺微生物种群结构.结果表明,低氧硝化反应器(R_L,DO浓度为0. 2～0. 3 mg·L~(-1))比高氧硝化反应器[R_H,DO=(2. 0±0. 1) mg·L~(-1)]具有更高的种群多样性,而R_H中微生物种群功能组织性更高.尽管R_H和R_L共有物种信息达85%以上,但DO浓度的不同造成了单个物种在相对丰度上的显著差异.Proteobacteria门(80. 7%)在R_H中被高度富集,其中Nitrosomonas菌属相对丰度达到65. 1%;而在R_L中则以Proteobacteria(43. 8%)、Firmicutes (20. 0%)以及Bacteroidetes (15. 1%)为共同主导者,同时R_L中含有大量Lactococcus、Anaerolineaceae以及Rhodocyclaceae等可在厌氧或缺氧条件下进行水解发酵作用的菌属. Nitrosomonas oligotropha和Nitrosomonas europaea分别为RH和RL中优势氨氧化细菌,而亚硝酸盐氧化细菌均以Nitrospira defluvii为主导.反应器中NH_4~+-N和NO_2~--N浓度(而非DO浓度)是上述硝化菌群被选择性富集的关键因素.     

丝状菌污泥膨胀对脱氮除磷功能菌群的影响

丝状菌引起的污泥膨胀或生物泡沫是活性污泥法污水处理厂运行管理中经常碰到的异常问题,为确定丝状菌引起的污泥膨胀对脱氮除磷系统功能菌群的影响,采用形态学鉴定和Illumina MiSeq高通量测序对5座城市污水处理厂非膨胀期和膨胀期活性污泥、生物泡沫中关键微生物菌群分布特征进行分析研究.结果表明,污泥膨胀和生物泡沫主要由微丝菌(Microthrix parvicella)引起,膨胀期污泥和生物泡沫中微丝菌最高比例达6%和38%.主要脱氮除磷菌属为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)、硝化螺菌(Nitrospira)、陶厄氏菌(Thauera)和Candidatus Accumulibacter phosphatis.膨胀期与非膨胀期相比AOB和聚磷菌相对丰度明显降低,最大变化比例为54%和47%,反硝化菌相对丰度显著升高,最大变化比例为73%;脱氮除磷菌群的波动变化受污泥膨胀的影响外,还与处理工艺及菌群的生理特性相关.