城市污水处理厂活性污泥生物泡沫研究进展

城市污水处理厂运行过程中一旦发生活性污泥生物泡沫,就会影响污泥沉降和处理厂运行效能,对出水水质、作业安全和公共健康带来一系列挑战。生物泡沫是自活性污泥法诞生以来长期困扰污水处理厂运行的难题。生物泡沫的形成需要气泡、表面活性物质和疏水物质等3点基本的要素,在其中主要富集了诺卡氏型丝状细菌(Nocardioformfilamentousbacteria)和微丝菌(Candidatus Microthrix parvicella)这两种类型微生物。多种环境和运行因素包括温度、溶解氧、pH、污泥龄、特别是营养物质种类和浓度等均会对这些丝状微生物的生长产生影响。抑制丝状细菌生长的常用控制策略包括选择器、生长动力学控制、投加化学药剂以及噬菌体等方法,通过降低两类丝状细菌在生化池中的浓度以期消除生物泡沫现象。本文总结了生物泡沫的类型、成因、表征生物泡沫程度的指标、影响生物泡沫的环境因素以及常用的调控策略的原理及优缺点等,尽可能全面地介绍活性污泥生物泡沫的研究现状,并探讨未来研究方向和控制策略,期望能够为今后研究活性污泥微生物和污水处理厂运行调控提供有价值的参考。     

膨胀活性污泥丝状菌类的研究

活性污泥膨胀是微生物处理污水过程中常遇到的一个严重问题,长期以来是污水处理工作的重点,对此做过大量的研究工作。造成污泥膨胀的因素很多,其中最常见的一种是活性污泥中丝状微生物的过度生长,已报道的有浮游球衣细菌(Sphaerotilus natans),白地霉(Geotrichum candidum),大肠埃希氏菌(Esche-     

rRNA-targeted寡核苷酸探针识别活性污泥微生物群落结构与功能研究进展

活性污泥中微生物群落内部关系非常复杂 ,及时对活性污泥中优势菌群和群落内部关系进行监测是污水处理中采取正确措施的关键。历史研究表明传统培养方法经常导致活性污泥优势菌群检测的失败 ,而r RNA- targeted寡核苷酸探针作为一种快速原位监测活性污泥微生物群落结构和功能的新工具被引入 ,使我们对参与污水净化的微生物群落结构和优势菌群能有较全面的了解。就该方法在识别除磷污泥、脱氮污泥、污泥泡沫和膨胀污泥中微生物群落结构和功能的典型应用进行综述 ,分析了该方法存在的优点和缺点 ,并对目前已建立且应用于活性污泥微生物检测的 r RNA- targeted寡核苷酸探针进行了详细总结     

高活性厌氧颗粒污泥微生物特性和形成机理的研究

选择了几种生产废水和人工配水形成的厌氧颗粒污泥,进行了其微生物形态,特性和组成研究.成熟的颗粒表面电镜扫描观察表明,产甲烷索氏丝状菌是形成颗粒的主要细菌,在生长的后期相互缠绕形成拟颗粒状的菌团;八叠球菌在颗粒形成的初期也起到了一定的作用.本研究对人工配水颗粒污泥形成五阶段的污泥微生物组成和运行特点,以及“241”网状中空载体核对细菌的粘附作用等进行了初步观察.讨论了厌氧颗粒污泥形成必要的条件.     

污水处理厂污泥膨胀和污泥发泡的比较分析

活性污泥法由于操作简单、处理效果好被广泛应用于市政污水和工业废水的处理。污泥膨胀和污泥发泡现象影响二次沉淀池的泥水分离过程和生物反应池的微生物量稳定,严重困扰着污水处理厂的正常运行,被称为污水处理厂的"癌症"。本文从污泥膨胀和污泥发泡的定义及分类出发,全面地比较了表征污泥膨胀和污泥发泡的方法、引起污泥膨胀和污泥发泡的丝状细菌种类及控制污泥膨胀和污泥发泡方法的异同,并探讨了污泥膨胀和污泥发泡问题的未来研究方向和控制策略,期望能够为今后污泥膨胀和污泥发泡问题的研究和调控提供有价值的参考。     

活性污泥微生物胞外多聚物生物合成途径与菌胶团形成的调控机制

活性污泥法是借助活性污泥微生物菌胶团形成来实现泥水重力分离和部分污泥回用,辅以曝气供氧,在曝气池中高密度的微生物细胞可将溶解性有机污染物迅速降解、转化后为己所用,外排的剩余污泥带走大量有机质和氮磷,水质得以净化。活性污泥微生物所合成的胶质状胞外多聚物(Extracellular polymeric substances,EPS)是污泥菌胶团形成必不可少的"黏合剂",吸水性极高,这也造成剩余污泥难以处置和利用。我们初步总结了活性污泥微生物宏基因组研究概况,利用分子遗传学和基因组学手段,对活性污泥优势种动胶菌(Zoogloea)和其他菌胶团形成菌的EPS生物合成途径和菌胶团形成与调控机制加以研究,鉴定出一个约40 kb的胞外多糖生物合成大型基因簇和一个由7个基因组成的小型基因簇,该基因簇中除胞外多糖合成相关基因外,还编码组氨酸激酶Prs K和反应调节蛋白Prs R双组分系统,可激活RpoNσ因子共同调控一类称之为PEP-CTERM的新型胞外蛋白质的表达,参与菌胶团的形成。PEP-CTERM富含天冬酰胺(缩写为Asn或者N)残基,可能与胞外多糖通过N-连锁的糖基化形成复合物,包裹微生物细胞群体来介导菌胶团的形成。类似的PEP-CTERM基因和胞外多糖合成基因簇在许多重要的活性污泥细菌如聚磷菌和全程氨氧化菌中存在,说明这些细菌也是菌胶团形成菌,可通过污泥沉淀和回用在活性污泥中得以富集。这些研究结果可供活性污泥膨胀控制、污泥减量和剩余污泥资源和能源回收利用参考。     

厌氧消化污泥微生物组研究方法及应用

污泥厌氧消化是在消化污泥微生物组的协调下将剩余污泥中有机物转化为甲烷的微生物过程。与传统厌氧消化过程不同,污泥厌氧消化系统的进料底物为含有大量微生物细胞及胞外多聚物等复杂大分子有机物的剩余污泥。因此,厌氧消化污泥微生物组的种群组成、功能及种群间互作关系等异常复杂,使厌氧消化污泥微生物组分析成为难点问题。但近年来高通量测序技术及生物信息学分析方法的快速发展为消化污泥微生物组研究提供了契机,并迅速推动了该研究领域的发展。本文从4个方面梳理、总结厌氧消化污泥微生物组的研究及应用现状:剩余活性污泥结构、组成及其厌氧消化;基于16SrRNA基因序列测序的微生物组研究;基于宏基因组及宏转录组分析的微生物组研究;厌氧消化污泥微生物组研究案例分析。最后我们提出了厌氧消化污泥微生物组研究亟待解决的关键科学问题。     

活性污泥污水处理系统中胞外多聚物的作用及提取方法

活性污泥污水处理系统依靠微生物代谢作用净化污水。活性污泥胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)对水中污染物的去除及污泥的絮凝、沉降、脱水性能都有着重要作用,从而影响活性污泥污水处理系统的稳定运行和性能改进。本文综述了活性污泥污水处理系统中EPS维持系统的功能作用,并对目前常见的多种活性污泥EPS提取方法进行了比较。不同的提取方法显著影响EPS的组成成分和数量,从而影响活性污泥的物理化学性质。最佳的EPS提取方法是指既能获得高的EPS数量又对污泥微生物细胞破坏最小的方法。EPS提取方法的标准化是研究活性污泥胞外多聚物的基础。根据研究目的选用适宜的EPS提取方法是阐明EPS在污水生物处理系统中的作用、改善活性污泥性能的基础。     

嗜热微生物及其降解剩余污泥的机理

活性污泥法已经被广泛应用于污水处理中.剩余污泥是此过程的副产物,其处理费用约占污水处理系统总成本的25%～60%,处理不当则会带来严重的二次污染,成为目前污泥处理研究的难点之一.利用嗜热微生物降解污泥操作方便、经济性较好且易于管理,具有良好的应用前景.本文对污泥降解中的嗜热微生物、嗜热微生物污泥降解机理以及污泥降解过程中起重要作用的嗜热蛋白酶和脂肪酶的最新研究进展进行综述,归纳总结了影响嗜热微生物降解污泥的主要影响因素,并对嗜热微生物在污泥消化方面的应用研究进行展望.     

废水处理中群体感应调控行为研究进展

群体感应是微生物在繁殖过程中分泌一些特定的信号分子,当信号分子浓度达到一定阈值后,可以调控某些基因表达,从而实现信息交流的现象.群体感应调控着生物膜形成、公共物质合成、基因水平转移等一系列社会性行为,广泛存在于各类微生物信息交流中.活性污泥、生物膜和颗粒污泥等生物聚集体广泛存在群体感应现象,了解和认识群体感应与微生物之间的调控行为,对于废水处理具有重要意义.本文综述了感应信号分子的分类、群体感应调控机制,群体感应在活性污泥、生物膜、好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥等废水处理中的调控行为的研究进展,并对废水处理中群体感应的研究进行了展望,以期为深入理解废水处理中群体感应调控行为提供参考.     

活性污泥抗生素抗性基因研究进展

抗生素抗性在全球范围内的传播扩散严重威胁人类健康。活性污泥是污水处理系统重要的处理工艺,同时也是抗生素抗性及其发生水平基因转移的一个重要储库和热区。目前,随着研究手段和技术的不断更新,活性污泥中抗生素抗性的研究不断增加,但是仍有许多科学问题亟待解决。本文主要针对活性污泥抗生素抗性的5个主要方面进行深入讨论:(1)活性污泥中抗性基因的丰度和分布的影响因素;(2)污泥抗性基因的研究方法;(3)活性污泥抗性基因的传播与扩散;(4)污泥中抗性基因环境风险评估;(5)研究展望。本综述在活性污泥抗生素抗性研究基础上,阐述了驱动抗生素抗性扩散的基本微生物生态过程研究进展,旨在为污水处理工艺的发展和优化及抗性基因控制政策的制定提供科学基础。     

京津冀区域市政污水厂活性污泥种群结构的多样性及差异

【背景】活性污泥中微生物的种群结构影响着污水生物处理的高效性及稳定性,是有效保证污水处理效果的关键。【目的】研究活性污泥中细菌的群落结构组成及多样性,并分析相应菌群的主要功能,旨在更好地发挥细菌的净化作用、保持污水处理过程的稳定及提高污水的处理效率。【方法】以京津冀区域内典型市政污水厂活性污泥为研究对象,通过IlluminaMiSeq高通量测序及实时定量PCR技术,对5个污水厂活性污泥的微生物种群结构特征进行了详细解析,研究不同工艺参数下活性污泥中优势种群及脱氮菌群丰度的差异。【结果】5个污水厂活性污泥种群结构具有一定差异,其中Hengshui (HS)厂污泥的群落结构受温度的影响最大,而Shahe (SH)、Daoxianghu (DXH)、Nangong(NG)厂活性污泥群落结构则受总氮、总磷与氨氮的共同影响,氨氮对SH厂活性污泥种群结构影响最大。DXH、NG和HS厂污泥中优势菌均为Anaerolineaceae,而SH和Hejian (HJ)厂的优势菌则为Saprospiraceae与Lactobacillus。活性污泥中反硝化菌丰度最高的为HJ厂,丰度最低的为HS厂,反硝化功能基因nirS比nirK分布更为广泛。【结论】对于不同污水厂,影响其活性污泥群落结构组成的环境因素也是不同的,并且特殊的进水水质也会对污泥菌群组成和生物多样性产生影响。     

活性污泥驯化的微生物生态学原理

活性污泥是一种复杂的、具有生物多样性的微生态系统。生物多样性是活性污泥驯化的基础, 驯化条件对微生物进行选择—— 适者生存增长, 不适者被抑制或淘汰。此外, 活性污泥微生物还能够通过表型适应和进化性适应主动地去适应驯化条件。活性污泥驯化的过程是微生物生态位在生态系统中重新分配和调整的过程, 符合生态学“选择与适应”的原理。依据这种原理, 原污泥、废水水质和处理工艺是影响活性污泥驯化的主要因素。     

厌氧颗粒污泥的超微结构分析

目的：通过透射电镜对厌氧污泥颗粒内部结构进行系统的分析,研究其中微生物的生态情况及分布特征。方法：对颗粒的表面、1／3、1／2等特征部位处进行超薄切片,在透射电镜下观察并分析。结果：厌氧颗粒污泥由多种微生物但主要是丝状菌、杆状菌和球状菌组成。这些菌群整体上以混栖分布的形式存在,菌体密度从外向内看由密变疏,呈递减式的梯度分布。结论：厌氧颗粒污泥是一个微生态系统,不同类型的细菌种群在系统中相互依存,形成互营共生体系,有利于细菌对有机物的降解。透射电镜下对于污泥颗粒内不同层面中的菌群生态及分布情况的观察非常直观,十分有利于了解各菌群之间的生态关系。因此,采用透射电镜技术是研究厌氧污泥颗粒一种好方法。     

活性污泥驯化的微生物生态学原理

活性污泥是一种复杂的、具有生物多样性的微生态系统.生物多样性是活性污泥驯化的基础,驯化条件对微生物进行选择--适者生存增长,不适者被抑制或淘汰.此外,活性污泥微生物还能够通过表型适应和进化性适应主动地去适应驯化条件.活性污泥驯化的过程是微生物生态位在生态系统中重新分配和调整的过程,符合生态学"选择与适应"的原理.依据这种原理,原污泥、废水水质和处理工艺是影响活性污泥驯化的主要因素.     

UASB反庆器中影响污泥颗粒化的工程因素

研究了具有不同微生物群系的接种污泥,流动方式和流速对上流式厌氧污泥床（ＵＡＳＢ）反应器中活性污泥粒化的影响,颗粒化过程包括：微生物絮凝体的形成,亚核的形成,亚核增长和颗粒成熟四个阶段,微絮凝体的形成取决于酸化菌伯作用,流体的动量传递和流体对悬浮物的剪切作用是影响亚核形成的关键性工程因素,为此提高最低流速概念,即形成污泥膨胀床的最低流速。合适的进料速率,污泥负荷,布水均匀性以及碱度控制是ＵＡＳＢ反应     

采油废水模拟处理系统中酵母菌群落结构动态初步解析

本研究建立好氧活性污泥的模拟体系处理经过物化预处理的采油废水, 控制温度等条件接近实际运行体系的情况下, 考察系统COD去除率和污泥体系中酵母菌多样性变化。结果显示系统稳定后COD去除率在70%以上; 利用非培养的方法考察了污泥中酵母菌在系统启动和稳定后的多样性变化, 结果表明酵母菌在采油废水处理系统中有较高的多样性和稳定性; 原水中具有较高的酵母菌多样性, 并在系统稳定过程中呈现逐渐增加的趋势。表明酵母菌可以在活性污泥系统中稳定存在, 同时酵母菌等真核微生物在烃类污染物去除和环境治理上具有一定的研究和应用 价值。     

生物造粒流化床微生物落结构及其动态变化

为了研究生物造粒流化床污水处理反应器颗粒污泥中微生物群落结构及其动态变化,分别从生物造粒流化床10、60、110cm处取颗粒污泥,通过细胞裂解直接提取颗粒污泥细菌基因组DNA。以细菌和古细菌16S rRNA基因通用引物530F/1490R,对活性污泥中提取的细菌基因组DNA进行PCR扩增,长约1kb的PCR扩增产物纯化后经变性梯度凝胶电泳(DGGE)分离,获得微生物群落的DNA特征指纹图谱。结果显示,生物造粒流化床反应器颗粒污泥中的微生物群落非常丰富,在10cm处微生物的种属达到23种,60cm处为21种,110cm处为20种;生物造粒流化床不同高度都有一些各自的特有种属和共有种属,反应器不同高度的微生物群落演替不明显,微生物群落相似性为83.1%,群落结构较为稳定。     

UASB反应器中影响污泥颗粒化的工程因素

研究了具有不同微生物群系的接种污泥、流动方式和流速对上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中活性污泥粒化的影响。颗粒化过程包括：微生物絮凝体的形成、亚核的形成,亚核增长和颗粒成熟四个阶段。微絮凝体的形成取决于酸化菌的作用。流体的动量传递和流体对悬浮物的剪切作用是影响亚核形成的关键性工程因素。为此提出最低流速概念,即形成污泥膨胀床的最低流速。合适的进料速率、污泥负荷、布水均匀性以及碱度控制是UASB反应器工程放大和过程控制的四大要素。     

生物造粒流化床微生物群落结构及其动态变化

为了研究生物适粒流化床污水处理反应器颗粒污泥中微生物群落结构及其动态变化,分别从生物造粒流化床10、60、110 cm处取颗粒污泥,通过细胞裂解直接提取颗粒污泥细菌基因组DNA.以细菌和古细菌16S rRNA基因通用引物530F/1490R,对活性污泥中提取的细菌基因组DNA进行PCR扩增,长约1 kb的PCR扩增产物纯化后经变性梯度凝胶电泳(DGGE)分离,获得微生物群落的DNA特征指纹图谱.结果显示,生物造粒流化床反应器颗粒污泥中的微生物群落非常丰富,在10 cm处微生物的种属达到23种,60 cm处为21种,110 cm处为20种;生物造粒流化床不同高度都有一些各自的特有种属和共有种属,反应器不同高度的微生物群落演替不明显,微生物群落相似性为83.1%,群落结构较为稳定.