中试厌氧氨氧化反应器的启动与调控

研究了中试厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)反应器的启动性能。结果表明,以硝化反硝化污泥、短程硝化污泥、厌氧絮体污泥和厌氧颗粒污泥混合接种,经过255d的运行,可在常温下(5oC～27oC)成功启动中试Anammox反应器,反应器的基质氮去除速率可达1.30kg/(m3·d)。厌氧氨氧化是致碱反应,厌氧氨氧化成为反应器内的主导反应后,进水pH宜控制在厌氧氨氧化适宜范围的偏低水平(6.8左右)。亚硝酸盐既是Anammox菌的基质,也是抑制剂,控制进水亚硝酸盐浓度(13～36mg/L)有助于厌氧氨氧化反应。菌种是生物反应器的功能之源,向中试装置投加少量厌氧氨氧化污泥(投加比2%),可大大加速中试Anammox反应器的启动进程。     

季节性温度变化对CANON型潮汐流人工湿地脱氮的影响

探究了温度的季节性变化对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)脱氮性能及其微生物特性的影响。CANON型TFCW中的脱氮微生物群落在温度的季节性变化下会发生不同程度的改变,其脱氮途径及性能随之会出现周期性的波动。填料层温度在20.0 ℃以上时对TFCW脱氮性能及其中的优势脱氮菌群无显著影响,CANON作用是系统脱氮的主要途径。当填料层温度低于20.0 ℃时,厌氧氨氧化菌丰度与活性显著降低,在9.3~20.0 ℃时,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的增殖及其活性的提高使TFCW中脱氮的主要途径由CANON作用演替为硝化/反硝化作用,系统对总氮(TN)的去除率仅为(34.8±13.0)%;在2.2~9.0 ℃时,TFCW中的厌氧氨氧化菌在受到抑制的同时仍保持着对NOB和反硝化菌群的相对竞争优势,系统脱氮重新依赖于CANON作用,其对TN的去除率为(54.8±4.8)%。该研究可为CANON型TFCW工艺的优化及工程化应用提供参考。     

厌氧氨氧化在污水处理中的研究进展

厌氧氨氧化(ANAMMOX)是指厌氧氨氧化细菌在厌氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氮氧化为氮气的过程。由于在节能降耗和环境友好上的独特优点,基于厌氧氨氧化原理的脱氮技术被公认是目前最具应用前景的生物脱氮技术,因此自发现以来一直是国内外研究的热点。综述近年有关厌氧氨氧化细菌、厌氧氨氧化机理、反应的影响因素及其在污水处理应用方面的研究进展,并展望厌氧氨氧化在污水处理领域的发展方向。     

有机碳源下废水厌氧氨氧化同步脱氮除碳

为明确有机碳源胁迫下,厌氧氨氧化反应器的同步脱氮除碳规律及功能微生物群落结构的动态变化,采用成功启动的厌氧氨氧化UASB反应器,通过逐步提升进水有机负荷,探究有机碳源下废水厌氧氨氧化同步脱氮除碳。研究表明,当进水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)浓度从172 mg/L升至620 mg/L,反应器维持较高的脱氮效率,氨氮和总氮去除率均在85%以上,并对COD具有平均56.6%的去除率,高浓度COD未对Anammox菌活性构成显著抑制作用。聚合酶链式反应和变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)图谱和割胶测序结果表明,变形菌门Proteobacteria、浮霉菌门Planctomycetes、绿曲挠菌门Chloroflexi以及绿菌门Chlorobi等微生物共存于同一反应体系中,推测反应器内存在复杂的脱氮除碳途径。而且,代表厌氧氨氧化的部分浮霉菌门微生物能耐受高浓度有机碳源,在高有机负荷下依旧发挥着高效的脱氮作用,为反应器高效脱氮提供了保障。     

海洋氮循环中细菌的厌氧氨氧化

细菌厌氧氨氧化过程是在一类特殊细菌的厌氧氨氧化体内完成的以氨作为电子供体硝酸盐作为电子受体的一种新型脱氮反应.厌氧氨氧化菌的发现,改变人们对传统氮的生物地球化学循环的认识:反硝化细菌并不是大气中氮气产生的唯一生物类群.而且越来越多的证据表明,细菌厌氧氨氧化与全球的氮物质循环密切相关,估计海洋细菌的厌氧氨氧化过程占到全球海洋氮气产生的一半左右.由于氮与碳的循环密切相关,因此可以推测,细菌的厌氧氨氧化会影响大气中的二氧化碳浓度,从而对全球气候变化产生重要影响.另外,由于细菌厌氧氨氧化菌实现了氨氮的短程转化,缩短了氮素的转化过程,因此为开发更节约能源、更符合可持续发展要求的废水脱氮新技术提供了生物学基础.     

厌氧氨氧化菌的中心代谢研究进展

摘要: 厌氧氨氧化是以NH +4为电子供体,以NO－2为电子受体产生N2的生物反应。厌氧氨氧化菌是厌氧氨氧化过程的执行者,在废水生物脱氮和地球氮素循环中扮演着重要角色。研究厌氧氨氧化菌的代谢特性,将有助于理解厌氧氨氧化过程,开发厌氧氨氧化工艺。厌氧氨氧化菌是化能自养型细菌,以CO2或HCO－3为碳源,并通过偶联NH+4氧化和NO －2还原的生物反应获得能量。在NH+4/NO－2的生物氧化还原反应过程中,检出了中间产物N2H4,但未检出其他中间产物(如NH2OH、NO)。此外,由基因组信息推断,厌氧氨氧化菌     

三种接种物启动Anammox-EGSB反应器的性能

为了优选接种物和加速Anammox反应器启动,分别以厌氧产甲烷污泥 (Anaerobic methanogenic sludge,AMS)、新鲜厌氧氨氧化污泥 (Fresh Anammox sludge,FAS) 和储藏厌氧氨氧化污泥 (Stored Anammox sludge,SAS) 作为接种物,研究了厌氧氨氧化膨胀颗粒污泥床 (Anammox-EGSB) 反应器 (R1、R2和R3) 的启动性能。结果表明：3种接种物均能成功启动Anammox-EGSB反应器,启动性能的优劣次序为：R2 (接种物为     

厌氧氨氧化菌驱动脱氮途径的研究进展

厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia-oxidizing bacteria, AnAOB)的代谢多样性,使得该菌群能够在海洋、湿地和陆地等不同的自然生态系统中广泛分布,甚至在一些极热和极寒环境中也检测到了该菌群的存在。本文回顾并总结了厌氧氨氧化菌在不同生态系统中的发现、分布及脱氮贡献等方面的研究,分析了厌氧氨氧化菌分布的主要环境影响因素。该综述将帮助我们更好地理解全球氮循环中厌氧氨氧化菌的实际角色和功能,并基于厌氧氨氧化(anaerobicammoniaoxidation,anammox)过程,探究能与其进行协作的新型生物脱氮工艺,以期为这些工艺的研发和推广提供生态学基础和新的思考,从而实现脱氮工艺的技术变革。     

生产性短程硝化-厌氧氨氧化装置处理制药废水的启动性能

为拓展新型生物脱氮技术的应用领域,研究了生产性短程硝化-厌氧氨氧化装置处理制药废水的启动性能。制药废水氨氮浓度为(430.40±55.43)mg/L时,氨氮去除率达(81.75±9.10)%,实现了短程硝化-厌氧氨氧化工艺对制药废水的生物脱氮。制药废水短程硝化系统的启动时间约为74 d,亚硝氮积累率达(52.11±9.13)%,证明了结合模拟废水和实际废水的"两步法"模式对短程硝化系统启动的适用性。制药废水厌氧氨氧化系统的启动时间约为145 d,最大容积氮去除速率达6.35 kg N/(m3·d),容积效能为传统硝化-反硝化工艺的数十倍,证明了结合菌种自繁和菌种流加的模式对厌氧氨氧化系统启动的适用性。     

厌氧氨氧化菌的物种多样性与生态分布

厌氧氨氧化是微生物和环境领域的重大发现,厌氧氨氧化可同时去除氨氮和亚硝氮,在环境工程上具有重大开发价值.由于厌氧氨氧化菌生长极慢,倍增时间长达11 d以上,严重制约了该反应的开发进程,因此,对厌氧氨氧化菌的研究具有重要意义.厌氧氨氧化菌种类丰富,除了人们最早认识的浮霉状菌外,还有硝化细菌和反硝化细菌,这些菌群生态分布广泛,为开辟新的厌氧氨氧化菌种资源创造了条件.硝化细菌和反硝化细菌兼有厌氧氨氧化能力,其代谢多样性为加速厌氧氨氧化反应器的启动提供了依据.厌氧消化污泥可呈现硫酸盐型厌氧氨氧化活性,可为新型生物脱氮工艺的研发奠定基础.探明厌氧氨氧化菌种资源及其生态分布,将有利于厌氧氨氧化的开发应用.     

厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用

厌氧氨氧化细菌(anammox)可以将亚硝酸盐和氨氮转化为氮气从而缩短氨氮转化的过程,它已经成为新型生物污水脱氮技术研究的热点之一。当前,有关厌氧氨氧化菌特有的生理结构特点、种群分类及其功能酶等方面的研究取得了一定突破,为实现其工业应用奠定了良好的理论基础;同时分子生物学技术在厌氧氨氧化细菌种群分布、群落多样性及其共生关系等方面的应用也大大促进了污水生物脱氮技术的革新和进步。总结了厌氧氨氧化菌主要的生理生化特点、细胞结构特点、脱氮机理、污水处理体系中的应用以及分子生物学方法对污水处理体系中厌氧氨氧化菌种群分析的研究现状,并指出未来anammox细菌在生物特性及在污水脱氮处理实际应用的研究中的热点问题。生物特性方面的主要研究热点有：（1）anammox细菌除厌氧氨氧化作用外,其它新陈代谢途径有待探索;（2）anammox细菌在不同环境中分布的倾向性问题;（3）新型anammox细菌的确定。污水处理的实际应用方面的主要研究热点有：（1）anammox污泥的快速高效富集问题;（2）设计高特异性引物;（3）anammox细菌和其他微生物的共生关系。     

污水脱氮功能微生物的组学研究进展

生物脱氮是污水处理厂的核心,掌握生物脱氮过程相关微生物代谢特性,对于探索微生物资源和提高污水处理厂脱氮性能具有重要意义。近年来,分子生物学方法不断发展和改进,已被广泛应用于揭示脱氮微生物群落多样性、组成结构和潜在功能等方面,大幅提升了研究者们对污水生物脱氮系统中微生物,尤其是不可培养微生物的代谢机理、抑制调控原理及新型生物脱氮工艺途径的认识。本文对流行的分子生物学方法（16S rRNA基因测序、实时荧光定量PCR技术、宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和代谢组学）进行了介绍,综述了其在硝化细菌、反硝化细菌、完全氨氧化细菌、厌氧氨氧化细菌、厌氧铁氨氧化细菌、硫酸盐型厌氧氨氧化细菌及亚硝酸盐/硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物等方面的研究进展,阐明了这些氮素转化微生物在氮循环过程的代谢途径和酶促反应,并从标准测定方法构建、不同方法的联用及跨学科结合和检测方法的简易化这3个方面展望了分子生物学方法的技术突破及其在污水生物处理系统中的应用前景。本综述从系统角度全面认识脱氮微生物群落及其结构,为未来污水处理生物脱氮微生物的研究提供了新方向。     

厌氧氨氧化工艺的应用现状和问题

厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)工艺因其高效低耗的优势,在废水生物脱氮领域具有广阔的应用前景。在过去的20年中,许多基于ANAMMOX反应的工艺得以不断研究和应用。预计到2014年末,全球范围内的ANAMMOX工程将会超过100座。综述了各种形式的ANAMMOX工艺,包括短程硝化-厌氧氨氧化、全程自养脱氮、限氧自养硝化反硝化、反硝化氨氧化、好氧反氨化、同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化耦合、单级厌氧氨氧化短程硝化脱氮工艺。对一体式和分体式工艺运行条件进行了比较,结合ANAMMOX工艺工程(主要包括移动床生物膜,颗粒污泥和序批式反应器系统)应用现状,总结了工程化应用过程中遇到的问题及其解决对策,在此基础上对今后的研究和应用方向进行了展望。今后的研究重点应集中于运行条件的优化和水质障碍因子的解决,尤其是工艺自动化控制系统的开发和特殊废水对工艺性能影响的研究。     

白洋淀富营养化湖泊湿地厌氧氨氧化菌的分布及对氮循环的影响

随着生物反应器和海洋生态系统中厌氧氨氧化反应的发现,自然生态系统的氮循环过程被重新认识,但是目前厌氧氨氧化过程是否也存在于富营养化湖泊湿地并发挥着重要作用,还未见报道。结合15N同位素示踪与分子生物学技术研究了白洋淀湖泊湿地沉积物中厌氧氨氧化菌的分布、菌群结构特性、生物多样性及其活性。结果表明,在藻类影响导致的高氨氮沉积物中,厌氧氨氧化菌具有广泛存在性。通过构建16S rRNA克隆文库发现,沉积物中厌氧氨氧化菌的生物多样性相对较低,在2%差异度的条件下,30个克隆序列只分为5个操作分类单元(OTUs),代表序列与Genebank数据库中已探明的厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia fulgida和Candidatus Brocadia anammoxidans同源性最高,分别可达97%和96%。同位素示踪结果表明,白洋淀湖泊湿地沉积物中厌氧氨氧化活性为0.19—7.78 nmol N g-1h-1,空间差异较大,产生的氮气占此沉积物总氮气生成量的0.64%—20.65%,体现了湿地的异质性。通过得出的厌氧氨氧化反应速率推算每年由厌氧氨氧化反应损失的氮量为1.8—78gN m-2a-1,对白洋淀氮循环起到非常重要的作用。富营养化湖泊湿地沉积物中厌氧氨氧化反应的发现为研究厌氧氨氧化对氮循环的重要影响提供了新证据。     

生物电化学耦合厌氧氨氧化强化脱氮及其微生物群落特征

为探究生物电化学强化厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,anammox)脱氮作用过程,采用双室微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)富集电活性微生物,构建耦合厌氧氨氧化阴极的生物电化学系统。具体地,在外加0.2 V电压条件下改变不同总氮进水浓度于30°C进行暗培养批次实验研究,结合循环伏安法、电化学阻抗谱、高通量测序方法等多种表征手段研究了强化脱氮机理。结果表明,在初始总氮浓度分别为200、300和400 mg/L时对应获得了96.9%±0.3%、97.3%±0.4%和99.0%±0.3%的总氮去除率,且阴极电极生物膜表现出良好的电化学活性。高通量测序结果表明外加电压富集了除厌氧氨氧化菌以外的其他脱氮功能菌群:反硝化菌(Denitratisoma)、Limnobacter和氨氧化菌SM1A02和Anaerolineaceae、亚硝化菌(Nitrosomonas europaea)和硝化螺菌属(Nitrospira)等,这些具有电化学活性的微生物构成了体系的氨氧化胞外产电菌(ammonium oxidizing exoelectrogens,AOE)和反硝化电养菌(denitrifying electrotrophs,DNE),它们连同厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia构成了系统的脱氮微生物群落结构。AOE和DNE的种间直接电子传递作用协同厌氧氨氧化是强化系统总氮去除的关键原因。     

厌氧氨氧化颗粒污泥聚集机制研究进展

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)工艺被认为是当前污水生物脱氮领域最经济的处理工艺,有利于实现污水处理厂的能源自给。厌氧氨氧化菌是该工艺的核心功能微生物。以厌氧氨氧化菌为主导微生物形成的厌氧氨氧化颗粒污泥具有沉速大、污泥持留能力强及对不利环境抵抗能力强等突出优势,是实现厌氧氨氧化工艺最有前景的污泥形态。本论文围绕厌氧氨氧化颗粒,介绍了厌氧氨氧化菌的特性、种类及代谢途径,综述了厌氧氨氧化颗粒污泥的形成假说及与厌氧氨氧化颗粒污泥聚集密切相关的胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)和群体感应研究现状,并对今后厌氧氨氧化颗粒的研究进行了展望,以期为后续厌氧氨氧化颗粒的研究及厌氧氨氧化颗粒工艺的优化提供参考。     

厌氧氨氧化颗粒污泥研究进展

厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)工艺是一种新的生物脱氮技术。一经问世即得到人们青睐,现已成为废水脱氮的升级技术。厌氧氨氧化菌(Anaerobicammoniumoxidation bacteria,AnAOB)是Anammox工艺的功能之源。以颗粒污泥形态存在的AnAOB是Anammox颗粒污泥床脱氮系统的重要支柱。由于AnAOB生长缓慢且对环境条件变化敏感,Anammox脱氮系统不仅启动缓慢,而且运行极易失稳甚至崩溃。值得庆幸的是,AnAOB可自主选择、组合和固定功能菌群落而形成Anammox颗粒污泥,并通过其优良的重力沉降性能和高效的基质转化性能保障Anammox脱氮系统的持续工作。本文综述了AnAOB的种类和特性及Anammox颗粒污泥的组成、结构和功能,以期为Anammox工艺的优化和拓展提供参考。     

厌氧氨氧化膨胀床反应器的运行性能

试验研究了以竹炭为载体的厌氧氨氧化膨胀床反应器的运行性能.接种反硝化污泥,用模拟废水可成功启动该反应器:运行至144 d时,容积总氮去除率达到3.02 kg N/m3/d.这是国内文献报道的最高水平.动力学分析表明.这种反应器的最大容积总氮去除率可迭12.77 kg N/m3/d.具有很大的脱氮潜能.反应器的启动过程可分为菌体自溶、活性延滞和活性提高三个阶段.与此相应,污泥性状也从黄褐色絮状污泥变为棕灰色颗粒污泥和红色颗粒污泥.红色颗粒污泥以杆茵和球菌为主.厌氧氨氧化活性可达0.56mg TN/(mgprotein)/h,它们是反应器厌氧氨氧化功能的主要承载者.     

厌氧氨氧化生物脱氮技术的研究进展

厌氧氨氧化是指在厌氧条件下,厌氧氨氧化混合菌直接以NH4 为电子供体,以NO3-或NO2-为电子受体,将NH4^ 、NO3-或NO2-转变成N2的过程。厌氧氨氧化作为一种新型的污水处理工艺具有较高的理论意义和良好的应用前景。本文主要阐述了厌氧氨氧化生物脱氮技术原理、厌氧氨氧化的可能途径、方法及其应用现状,并且讨论了厌氧氨氧化反应的微生物学机理和厌氧氨氧化工艺的开发,提出了今后研究的主要方向。     

厌氧氨氧化细菌的研究进展

厌氧氨氧化是指微生物在无氧条件下,以NO_2~–为电子受体,将NH_4~+氧化成N_2的过程,该过程主要由浮霉菌门下的厌氧氨氧化细菌参与。厌氧氨氧化细菌广泛存在于海洋生态系统、淡水生态系统、陆地生态系统及其他一些特殊生境中,其在废水生物脱氮和地球氮循环中扮演着重要角色。本文从厌氧氨氧化细菌的发现历程、种类、特性、代谢途径、分布、检测方法及应用上进行了较为全面的总结;最后对厌氧氨氧化细菌研究前沿问题和未来发展方向进行了探讨与展望。