球形红杆菌磷耐受能力和除磷特性的研究

通过纯种培养试验，考察了废水生物除磷优势菌球形红杆菌的磷耐受能力和除磷特性。结果表明，球形红杆菌具有较强的磷耐受能力，且磷酸盐含量会对其除磷特性产生一定的影响。缺磷环境会使菌体产生过量摄磷现象；而在高磷环境下，菌体摄磷量的变化趋势与直接转入富磷培养类似：磷酸盐含量为1％时，菌体摄磷量基本未发生变化，当磷酸盐含量达到2％时，由于菌体的生长受到影响，摄磷量略有下降。结果还表明，球形红杆菌在微好氧培养过程中能达到与厌氧－－微好氧培养过程相似的除磷效果，从而提示只要废水中存在足够的碳源，即使全部是微好氧过程，该菌也能有效地摄取磷酸盐而达到较好的除磷效果，由此可见，将球形红杆菌应用于高浓度含磷废水的实际处理工艺中前景看好。     

恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)GM6的聚磷特性研究

从城市污水处理厂好氧池活性污泥中分离获得一株高效聚磷菌株GM6，经生理生化和16SrDNA初步鉴定为恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）。GM6生长pH在5．5至8．5之间，最适生长pH为6．5；当pH值为7．0时，聚磷能力最强，pH值小于5．5或大于7．5时，除磷能力明显下降。通气量试验表明，装液量对GM6的生长影响较小；装液量为100ml时，磷的去除效果最好，当装液量大于150ml时磷的去除效果变差。GM6的最适生长温度为27℃，当温度小于5℃或大于37℃时生长较慢；当温度为20℃其除磷效果最好，温度大于33℃或小于5℃时，除磷效果明显变差。好氧条件下GM6在合成废水、MOPS培养基、LB及YG培养基中培养时磷的绝对去除量分别为9．87、12．1、87．3和67．1mgL^-1，磷的去除率分别为96．6％、85％、71．6％和63％，磷的绝对去除量和去除率远高于E．coli。好氧培养时菌体吸磷能力测定结果表明，GM6在合成废水、MOPS、LB及YG培养基中培养24h的菌体干重含磷量在6．80％～9．32％之间，而对照菌体含磷量在0．98％～2．31％之间，聚磷菌的聚磷效果远高于对照菌。用序批式反应器对GM6进行厌氧好氧纯培养时，厌氧末的上清液磷浓度为16．8mgL^-1，CODCr为230mgL^-1，放磷速率为4．5mgL^-1h^-1；好氧末的上清液磷浓度为2．56mgL^-1，CODCr为40mgL^-1，好氧吸磷速率为2．73mgL^-1h^-1，菌株GM6表现出了明显的好氧吸磷、厌氧放磷现象，具有聚磷菌的典型特征。     

Na+和K+共存对A2/O工艺脱氮除磷效果及污泥性质的影响

为了揭示多种金属离子共存的含盐废水生物处理系统污染物的去除机制和污泥特性,考察Na~+、K~+共存对A~2/O工艺污染物去除率、污泥性质和微生物群落的影响,采用高通量测序技术分析了厌氧区、缺氧区和好氧区的微生物群落结构,结合脱氮除磷效果和污泥性质的变化,探讨不同Na~+/K~+摩尔比下A~2/O工艺优势种群的演替规律,以期从微生物角度明确Na~+、K~+共存对含盐废水污染物去除率的影响。结果表明:当进水Na~+/K~+摩尔比分别为2、1和0.5时,A~2/O工艺的COD去除率分别为80%、84%和86%,TN去除率分别为73%、77%和80%,K~+浓度的提高缓解了Na~+对COD和TN去除率的抑制作用;厌氧区释磷率分别为70%、73%和74%,缺氧区吸磷率分别为53%、55%和58%,好氧区吸磷率分别为70%、72%和75%。随着进水Na~+/K~+摩尔比的降低,厌氧区、缺氧区和好氧区微生物群落的丰富度和多样性降低,微生物群落差异显著,变形菌门的相对丰度均升高约30%,拟杆菌门和绿弯菌门相对丰度逐渐降低。陶氏菌属和固氮弧菌属作为优势菌属,其相对丰度逐渐增大,有利于氮磷污染物的去除。通过增加K~+的浓度有利于提高氮、磷去除率,增强污泥的生物絮凝性和反硝化聚磷菌的活性。     

厌氧/缺氧/好氧生物接触氧化处理低碳氮比污水的物料平衡

为了提高低碳氮比污水的治理效果,提出了厌氧/缺氧/好氧-生物接触氧化脱氮除磷工艺(anaerobic anoxic oxic-biological contact oxidation,A2/O-BCO),研究了该工艺处理生活污水的脱氮除磷性能,建立了该系统处理过程的碳(以化学需氧量计,chemical oxygen demand,COD)、氮、磷的物料衡算公式,同时分析评价了不同硝化液回流比(100%,200%,300%,400%)下各指标的物料平衡情况。结果表明,该工艺在充分利用原水碳源、深度脱氮除磷方面具有较强的优势,系统COD主要在A2/O中厌氧段被利用,通过反硝化聚磷菌反硝化除磷脱氮;系统COD的物料衡算公式平衡百分比分别为96.4%、99.6%、98.7%和98.3%,氮的物料衡算公式平衡百分比分别为99.7%、98.2%、99.2%和96.5%,磷的物料衡算公式平衡百分比分别为92.0%、98.1%、93.3%和90.4%;荧光原位杂交表明生物膜中有厌氧氨氧化菌存在,且其数量占全菌比例的0.6%~2.7%,生物接触氧化的氮损失可能是由于发生了厌氧氨氧化反应;在硝化液回流比为300%时,系统氮、磷去除效果最好,出水达到国家城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准。该研究有助于更好地理解和分析工艺系统有机物、氮和磷的分布及变化情况,并且为评价试验数据的可靠性以及数学模型的建立提供了理论依据和指导,能更好地推广到分散型、量小且日变化系数较大的农村生活污水的治理事业中。     

污水处理反硝化除磷-诱导结晶磷回收工艺中除磷微生物特性

为探究反硝化除磷-诱导结晶磷回收工艺中缺氧池污泥释磷、吸磷以及微生物特征,利用荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)技术、电子扫描显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察了微生物的数量、分布和形态;通过批次试验考察了污泥在厌氧/好氧和厌氧/缺氧2种模式下的释磷和吸磷特征。结果表明:该双污泥系统缺氧池中聚磷菌占总细菌比例的69.7%,明显高于单污泥系统中富集的聚磷菌比例,污泥中的微生物多呈杆状;厌氧/好氧、厌氧/缺氧模式下单位污泥浓度(mixed liquor suspended solids,MLSS)总吸磷量(以PO43--P计)分别为22.84、18.60 mg/g,反硝化聚磷菌(denitrifying polyphosphate-accumulating organisms,DPAO)占聚磷菌(polyphosphate-accumulating organisms,PAO)的比例为81.44%,表明在长期的厌氧/缺氧运行条件下可以富集到以硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌,同时还存在着仅以氧气为电子受体的聚磷菌;通过pH值和氧化还原电位(oxidation reduction potential,ORP)的实时监测可以快速地了解污水生物处理系统中各类反应的进程,对调控工艺参数有着重要的意义。综上所述,为保证污水生物处理工艺的正常稳定运行,将微生物分析与常规的化学参数分析结合起来考察将是未来发展的必然趋势。     

Pseudomonas putida GM6的gfp基因标记及在活性污泥中的定殖

强化生物除磷（EBPR）工艺在废水生物除磷中广为应用,但由于对EBPR工艺的微生物学和分子机理尚不了解,对大规模生活污水处理厂EBPR工艺处理效果突然恶化和运行不稳定等状况难以预测和控制。本研究利用本实验室分离鉴定的高效聚磷菌Pseudomonas putida GM6,来进行投菌试验以快速恢复和强化活性污泥的除磷能力。为了解GM6菌株在装置中的定殖情况,首先,通过三亲结合对Pseudomonas putida GM6成功进行了gfp基因标记;其次,将标记菌株GMTR投至实验室规模除磷效果不好的序批式反应器（SBR）装置中,研究GMTR在活性污泥中的定殖情况,投菌初期,GMTR占污泥细菌总数的1.5%～3%;至21d时,GMTR所占比例升至9.2%,GMTR在活性污泥中得以定殖。与此同时,研究了投菌后R2的聚磷能力变化,投菌5d后,磷的去除率逐渐提高,运行21d时磷的去除率升至96%,28d后出水浓度稳定在0.2mgL^-1左右。结果表明,Pseu-domonas putida GM6能快速启动强化废水生物除磷功能。这为下一步的大规模的工程化应用提供了科学依据。     

温度对改良A2/O工艺反硝化除磷性能的影响

温度是影响微生物代谢活动的重要物理因素。为了提高生物同步脱氮除磷的效率,该研究采用改良A2/O反应器处理模拟城市污水,考察温度对活性污泥反硝化除磷性能和缺氧区微生物代谢动力学行为的影响,以期为反硝化除磷工艺的实际应用提供理论指导和技术支持。结果表明,当温度低于12℃时,改良系统化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)和总氮(total nitrogen,TN)去除率明显下降,PO3-4-P去除率变化较小。通过污泥反硝化除磷性能测试发现,温度过高或过低均会导致释磷速率和吸磷速率的变化;温度对活性污泥中反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus accumulation organisms,DPAOs)比例影响较大,当温度为27℃时,DPAOs/PAOs达到最高值(56.16%),吸磷速率、硝酸盐还原速率以及聚-β-羟基丁酸盐(poly-β-hydroxybutyric acid,PHB)氧化速率达到最大,分别为5.15 mg/(g·h)、7.13 mg/(g·h)和0.81 mmol/(g·h)。通过拓展的阿伦尼乌斯方程对试验结果进行拟合,缺氧区动力学过程的温度系数分别为1.120~1.164和1.137~1.153,所有的缺氧化学计量学均对温度变化敏感。     

高效除磷工程菌Pseudomonas putida GM6-PPK1的构建及其除磷能力研究

ppk1 基因编码的多聚磷酸盐激酶主要负责多聚磷酸盐的合成,其表达量的高低直接决定聚磷菌的聚 P 能力的强弱.Pseudomonas putida GM6 是从 EBPR 好氧池活性污泥中分离获得的一株具有聚 P 能力的菌株,该菌株含有两个编码多聚磷酸盐激酶的基因(ppk1 和 ppk2).通过 PCR 从高效聚磷菌株总 DNA 中扩增得到了 ppk1 及其启动子,并定向克隆到 pBBRMCS-5 载体上,构建了重组质粒 pMEPE-PPK,在辅助质粒 pRK2013 的帮助下,通过三亲接合将 pMEPE-PPK 转移到原始菌株 GM6 中,获得的工程菌 P. putida GM6-PPK1.GM6-PPK1 除 P 能力较原始菌株 GM6 和对照菌株 GM6-P5 提高了 54%,生长能力较原始菌株也有一定增强.通过模拟 EBPR 工艺,发现 GM6-PPK1 在厌氧/好氧交替的环境条件下强化表达不但提高了菌体好氧段的吸 P 能力,而且厌氧段 P 的释放和 PHA 的合成较之原始菌株也有显著增加.     

溶解氧等环境因素对Alafia河表层沉积物磷释放影响的模拟研究

在实验室条件下,采用混合均匀的Alafia河表层沉积物并以蒸馏水为上覆水进行沉积物磷释放模拟试验,研究了溶解氧、有机碳和金属铝对沉积物磷（PO4-P）释放的影响。结果表明,试验期间厌氧条件下沉积物磷释放量明显高于好氧条件下。厌氧条件下,未添加金属铝、添加有机碳源的试验组中沉积物释放平衡时水中磷浓度为5.93mg.L-1;好氧条件下,平衡时水中磷浓度为2.39mg.L-1。研究还发现,未添加金属铝的试验组,无论好氧还是厌氧条件下,未添加有机碳源时,沉积物磷释放量高于添加碳源条件;而在添加金属铝后,添加有机碳源的试验组中磷释放量略高于未添加碳源的试验组。添加金属铝能够明显抑制沉积物中磷的释放。未添加金属铝,厌氧条件下,平衡时水中磷浓度为6.91mg.L-1,好氧条件下,释放平衡时水中磷浓度为3.70mg.L-1;而添加金属铝的试验组,无论厌氧还是好氧条件下,上覆水中磷浓度均很小,接近于0mg.L-1。     

高效功能陶粒生物滤池处理农村生活污水研究

利用粉煤灰、锯末和铁矿石等废弃物,经造粒和高温烧结,自行开发了两种高效功能陶粒,并将其与沸石以“砖墙”式嵌套填充,构筑了高效功能陶粒生物滤池。采用该生物滤池,研究对农村生活污水（COD：200mg·L^-1,NH3-N：20mg·L^-1,TP：4．0mg·L^-1）的深度脱氮除磷作用。结果表明,高效功能陶粒具有表面粗糙,比表面积大,机械强度高,耐酸碱性能好和无重金属溶出等优点。该生物滤池上下部分分别形成好氧区和厌氧区,从而达到深度脱氮除磷效果。在水力停留时间（HRT）为2．15～5．73h,水力负荷为2．8—7．5m^3·m^-2·d^-1时,两个生物滤池对氨氮（NH3-N）、总磷（TP）和化学需氧量（COD）均具有很好的去除效果,两个功能陶粒生物滤池的去除率分别达到83．6％-98．3％、89．1％～99．7％和84．4％-95．2％,优于普通生物滤池。     

反硝化脱氮除磷-侧流磷回收工艺效能

为了调查反硝化同步脱氮除磷-侧流磷回收新工艺的工艺效能,该试验在该工艺稳定运行条件下评价其污染物(化学需氧量、总氮、NH+4-N和PO3-4-P)去除能力和磷回收能力。结果表明:当进水中化学需氧量、总氮、NH+4-N和PO3-4-P的质量浓度为239.2~259.5、39.6~43.8、38.2~41.8和8.72~11.40 mg/L,出水中相应的质量浓度分别为15.2~21.6、8.5~9.6、3.6~4.7和0.31~0.49 mg/L,满足国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准;COD主要在厌氧池被去除,NH+4-N主要在好氧硝化池中去除;污水中磷的去除主要由诱导结晶磷回收和生物除磷两部分组成;整个工艺中,磷去除效率为95.9%,其中诱导结晶磷去除率占总去除效率的71.5%,表明该工艺具有较大磷回收潜力。此外,后置曝气池可对出水中COD、NH+4-N和PO3-4-P浓度起着把关作用,有助于提高出水水质。     

污泥反硝化除磷-诱导磷结晶工艺中硝化池内的微生物特性

为了探究双污泥系统下反硝化除磷-诱导磷结晶工艺中硝化池内微生物特性,该文利用原位荧光杂交（fluorescence in situ hybridization,FISH）技术、电子显微镜扫描（scanning electron micrograph,SEM）方法和Image-Pro Plus（IPP）软件考察了该工艺中硝化细菌的种群结构、形态和硝化污泥微观三维结构图。结果表明：该工艺中硝化池内氨氧化细菌（ammonia-oxidizing bacteria,AOB）数量要多于亚硝酸盐氧化细菌（nitrite-oxidizing bacteria,NOB）,占总细菌的比例分别为46.2%,28.5%,且AOB处于污泥颗粒外层而NOB处于污泥颗粒内层,可能由于NOB利用AOB的代谢产物所致;工艺中硝化细菌多以球形或短杆菌为主,NOB生长时多以几个细胞形成小团聚体,而AOB生长时则形成大的团聚体;通过硝化污泥微观三维结构发现,污泥外层呈密实状而内层较疏松且有空洞存在,可能由于污泥外层和内层微生物的丰度差异、营养物质和溶解氧的浓度差异所致。此外,与传统的单污泥污水处理工艺相比,双污泥工艺明显地增强了硝化细菌的生长和富集能力。     

Pseudomonas putida GM6在活性污泥中的生物强化除磷

The enhanced biological phosphorus removal （EBPR） method is widely adopted for phosphorus removal from wastewater, yet little is known about its microbiological and molecular mechanisms. Therefore, it is difficult to predict and control the deterioration of the EBPR process in a large-scale municipal sewage treatment plant. This study used a novel strain isolated in the laboratory, Pseudomonas putida GM6, which had a high phosphate accumulating ability and could recover rapidly from the deteriorated system and enhance the capability of phosphorus removal in activated sludge. Strain GM6 marked with gfp gene, which was called GMTR, was delivered into a bench-scale sequencing batch reactor （SBR） of low efficiency, to investigate the colonization of GMTR and removal of phosphorus. After 21 days, the proportion of GMTR in the total bacteria of the sludge reached 9.2%, whereas the phosphorus removal rate was 96%, with an effluent concentration of about 0.2 mg L^-1. In the reactor with the addition of GMTR, phosphorus was removed quickly, in 1 h under anaerobic conditions, and in 2 h under aerobic conditions. These evidences were characteristic of EBPR processes. Field testing was conducted at a hospital sewage treatment facility with low phosphorus removal capability. Twentyone days after Pseudomonas putida GM6 was added, effluent phosphorus concentration remained around 0.3 mg L^-1, corresponding to a removal rate of 96.8%. It was therefore demonstrated that Pseudomonas putida GM6 could be used for a quick startup and enhancement of wastewater biological phosphorus removal, which provided a scientific basis for potential large-scale engineering application.     

Removal and Transformation of Pollutants in a Two-Line Denitrifying Phosphorus Removal Process Treating Low C/N Municipal Wastewater: Influence of Hydraulic Retention Time

A two-line denitrifying phosphorus removal process (2L-DPR) was established treating low C/N municipal wastewater efficiently in our previous studies, while hydraulic retention time (HRT) is one of the most important factors determining the substrate loading, contact time for biomass, and pollutants and further affect performance of the whole system. Removal and transformation mechanism of organic carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) were investigated together with mass balance under various HRTs (6, 9, and 18 h) in the established 2L-DPR process. The results showed that in anaerobic units, the concentration of the main storage products in activated sludge such as poly-hydroxyvalerate (PHV) and poly-hydroxybutyrate (PHB) at HRT of 9 h was higher than that under other HRTs. The highest TN and TP removal efficiency was also achieved under the HRT of 9 h with removal rates of 55.9% and 84.6% respectively. Increasing HRT from 6 to 9 h greatly enhanced TN removal in anoxic and aerobic units; however, HRTs had little influence on COD removal with effluent concentration of 48.6, 49.1, and 48.9 mg/L, respectively. HRT affected phosphorus up-taken in anoxic and aerobic units rather than on the release of phosphorus processes in anaerobic units.     

剩余污泥厌氧发酵混合物提高低C/N污水处理效果

为了避免剩余污泥厌氧发酵液利用时泥液难分离的问题,探讨了直接将发酵混合物用作外加碳源处理低碳氮比(C/N)污水的可行性。为此,首先对比了酸性(pH值=4.0±0.2)、中性(不控pH值)、碱性(pH值=10.0±0.2)条件下长期运行的剩余污泥厌氧发酵混合物的特性;其次,分别考察了碱性厌氧发酵混合物的不同投加量(0、10、20、30、50、100、200 mL),在反硝化及释磷过程中的利用。结果表明:碱性条件下溶解性化学需氧量(soluble chemical oxygen demand,SCOD)和短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)产量要远高于酸性和中性条件的,其中C/N比和C/P比分别高达18.9和57.0,更适合作为外加碳源利用。反硝化过程中,当初始NO_3~--N=(15.0±0.5)mg/L时,最佳投加量为30 mL,此时NO_3~--N去除率为100%;释磷过程中,最佳投加量为20 mL,此时最大净释磷量为22.8 mg/L。剩余污泥碱性厌氧发酵混合物用作外加碳源是可行的,既解决了碳源不足及剩余污泥处理的双重问题,又简化了传统发酵液利用时泥液分离的操作步骤,适用于处理低C/N比乡镇生活污水。     

寒旱地区生态沟渠基质去除氨氮和磷最优配比筛选及影响因素

基质是生态沟渠的重要组成部分,但在我国北方寒旱地区,由于高寒、降雨少、蒸发强等原因,导致土壤和水体中盐度较高,可供选择的基质种类较少,从而限制了生态沟渠技术在该地区的应用。选取天然沸石、麦饭石、无烟煤、炉渣、废砖块5种北方地区常见基质作为试验材料,通过静态吸附试验对选用材料进行氨氮和磷的吸附,并将吸附效果较好的3种基质组合成不同比例的生态沟渠基质试样,再次通过筛选试验确定出去除效果最好的基质比例组合,同时研究了温度、pH和盐度对最优基质组合去除氨氮和磷效果的影响。结果表明:废砖块、天然沸石、炉渣在质量比例为1∶1∶3时对氨氮和磷的去除率最优,均达到90%以上。随着温度的升高,氨氮的吸附量降低,磷的吸附量升高。pH对氨氮和磷的吸附效果有显著的影响,对磷的去除率随着pH升高而降低,对氨氮的去除率随着pH升高呈现先增后减的趋势,在pH=7时,氨氮去除效果最好,去除率为91.78%。氨氮和磷的去除效果均随着溶液盐度的增加而降低,对磷的吸附效果影响不明显,但对氨氮影响较大,表现为盐度低于1%时,溶液中氨氮的去除效果下降幅度并不明显,均在3%左右,而当盐度达到2%时,氨氮的去除率仅有68%,比盐度为0时的去除率(92%)降低了24%。     

不同宽度草皮缓冲带对农田径流氮磷去除效果研究

在前期调查及试验研究的基础上,通过设置不同宽度的混播草皮缓冲带,研究其对农田径流总氮、总磷的去除效果。结果表明:在总氮、总磷进水平均浓度分别为17.89,1.04 mg/L的试验条件下,3～12 m宽度的混播草皮缓冲带对总氮、总磷具有一定的去除效果,且随着缓冲带宽度的增加而不断提高,其中对渗流水总氮、总磷的去除效果优于地表径流水,当草皮缓冲带宽度为12 m时,对农田径流中总氮、总磷的去除率可达80%。最后通过数值拟合的方法计算当总氮、总磷去除率均达70%时,混播草皮缓冲带所需的适宜宽度。     

牡蛎壳作生物滞留填料对城市地表径流污染物去除效果研究

选择磷吸附性能最强的牡蛎壳作为填料,在实验室构建3个生物滞留模拟装置(A柱:养殖牡蛎壳;B柱:海滩牡蛎壳;C柱:养殖牡蛎壳存在淹没区),采用道路径流模拟配水作为进水,研究牡蛎壳作为填料对青岛市城市径流常见污染物氮磷及COD的处理效果,并对各污染物去除机理进行探讨。结果表明:3种牡蛎壳填料的生物滞留设施对总磷的去除效果最好,在进水磷浓度为0.57～1.83 mg/L条件下,无淹没区装置平均去除率为96.12%,存在淹没区的装置平均去除率为91.02%。养殖牡蛎壳与海滩牡蛎壳对磷的去除效果并无明显差异,淹没区不利于磷的去除。在前期进水过程中(前5次进水)3个模拟装置氨氮(NH_4~+)的出水浓度高于进水浓度,延长落干期后,装置的NH_4~+去除率均上升,B柱NH_4~+平均去除率(58.83%)相对于A柱(48.77%)及C柱(53.06%)更高,有无淹没区对NH_4~+去除并无明显影响。由于填料中有机物的渗沥,首次进水出现严重COD淋出,在随后的进水过程中,COD去除效果迅速上升并稳定,3个模拟柱去除率分别为50.34%,23.47%和47.75%。由于反硝化作用受阻,对硝氮(NO_3~-)的去除效果不佳。整体看来,养殖牡蛎壳可以应用于青岛市生物滞留设施的填料,为加强滞留设施NO_3~-的去除效果,还需要采用强化脱氮措施。