通过选择性微生物管理改善好氧颗粒污泥脱磷工艺外文翻译资料

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通过选择性微生物管理改善好氧颗粒污泥脱磷工艺

Olivier Henriet a, Christophe Meunier b, Paul Henry b, Jacques Mahillona

(a.比利时Louvain-la-Neuve，Louvain天主教大学食品与环境微生物学实验室

b.CEBEDEAU，水研究和专业技术中心，Alleacute;edelaceacute;couverte，11（B53），Quartier Polytech 1，B-4000Liegrave;ge，比利时)

摘要 本研究旨在通过差异选择含有最高比例的磷酸盐积累生物（PAO）的颗粒来改善好氧颗粒污泥序批式反应器（AGS-SBR）中的磷去除。 通过PCR-DGGE，焦磷酸测序和qPCR分析不同密度颗粒中PAO的丰度。 致密颗粒含有较高比例的Candidatus Accumulibacter（PAO），16S rRNA基因频率高达45％。 从具有低高度/直径比的AGS-SBR开始执行不稳定的P去除，评估了两种生物质去除策略。 首先，施加高选择压力（短的沉降时间），其次，将沉降时间的增加与污泥床的均匀吹扫相结合。 第一种策略导致P去除效率降低，而第二种策略导致P去除效率超过90％。 该研究为AGS-SBR提供了一种新的生物质管理方法。

关键词: 好氧颗粒污泥 ;废水处理 ;高通量测序 ;细菌多样性; 微生物管理; 磷去除

1 引言

好氧颗粒污泥（AGS）代表了一种处理来自城市和工业起源废水的创新策略。 它依赖于由自产的外聚合物基质结合在一起构成的微生物聚生体。这个过程的优点超过了常规活性污泥，具有优异的沉降能力和来源于致密细菌种群的生长的高生物量保留。据报道，好氧颗粒可以比絮凝物快10倍稳定下来，而且该过程适应生物质浓度比活性污泥高五倍 (Ni et al., 2009)。 AGS也被证明是一种有效从实验室(Barr et al., 2010; Gonzalez-Gil and Holliger, 2011; Franca

et al., 2015) 或具备全面条件 (Pronk et al., 2015)的各种废水中去除溶解磷的过程。 影响磷的生物去除因素已经被充分研究，特别是温度，pH值，盐浓度，有机负荷，废水成分和顺序间歇反应器（SBR）循环和曝气策略（ Weissbrodt等，2013b; Bassin等，2011; Gonzalez- Gil和Holliger，2011 ）。在AGS反应器中的生物除磷是由被称为磷酸盐累积生物（PAOs）的细菌来完成，在好氧或缺氧条件下，这些细菌利用聚羟基链烷酸酯（PHA）氧化提供的能量将磷作为细胞内多磷酸盐（poly-P）包裹体积聚。在厌氧条件下，PAO使用其储存的聚-P和糖原的一部分作为能量和减少吸收可溶性有机碳（通常是挥发性脂肪酸）和PHA合成的能量。

beta;-变形杆菌 Candidatus Accumulibacter phos-phatis”（ 钙 。A. phosphatis）已被确定为除磷（ Oehmen等，2007 ）的主要成分。 在AGS反应堆执行增强生物除磷，它往往代表了最丰富的物种，相对频率经常超过四分之一的细菌总数（ Weissbrodt等，2013a，B ）。 虽然它尚未在纯文化中被孤立，已经使用荧光原位杂交，16S rRNA和多磷酸激酶1（ppk1），基因测序等间接方法证实了它的存在（Crocetti等，2000; Gonzalez-Gil和Holliger，2011）。其他推定的PAO是Tetrasphaera属的成员，已在许多增强型生物除磷（EBPR）植物中检测到，据报道它们占细菌总生物量的30％(Nguyen et al., 2011)。与Tetrasphaera相关的PAO显示出与Ca部分不同的代谢特征（例如葡萄糖发酵和氨基酸利用）， A. phosphatis并建议他们可能占据不同的利基（ Kristiansen等，2013 ）。目前支持PAO发展的策略包括：应用“盛宴和饥荒”制度，其中包括提供在厌氧条件下用生理溶液和生物质进行生物质处理，随后在曝气阶段剥夺它的营养。 这个程序不仅有利于PAO，也有利于其他细菌在厌氧条件下积累细胞内聚合物包括糖原积累生物（GAO） Candidatus Competibacter phosphatis（Ca 等 。C. phosphatis）和Defluviicoccus属。（ Crocetti等，2002; Burow等，2007 ）。尽管这些微生物在构建颗粒中的生物质方面很有意义，但它们并没有参与磷去除，而且许多研究都制定了限制其生长的策略。（ Weissbrodt et al。，2013b;Lopez- Vazquez等，2009; Oehmen等，2006 ）。

用于富集具有特定细菌群的反应器的另一种有希望的替代方案包括选择性地清除显示缓慢倾析表型的不适合的颗粒亚组。 这个以前在AGS过程中采用的方法有利于开发缓慢生长的细菌和厌氧铵氧化细菌（ de Kreuk和van Loosdrecht，2004; Winkler等，2011a ）。将颗粒分离后选择性去除污泥床上部的策略应用于柱状SBR中以改善除磷效果（ Winkler等，2011b ）。 反应堆的几何形状是高度/直径（ H / D ）比高于10，这是一个过去十年大多数AGS实验研究中的常见设置。（ Kong et al。，2009 ）。 但是，具有高H / D比的反应器的工业规模化将导致昂贵的罐，通常不适合经济，法律，建筑或其他实际原因。因此，最近的一些研究选择了比率较低的SBR（ Franca等，2015 ）。 在这些反应器中，颗粒更均匀地分布在污泥床中，因为到达底部的沉降距离短，以及浓缩颗粒悬浮液发生的受阻沉降方式（也称为区域沉降或质量沉降）的影响（ Fitch，1979 ）。因此，低H / D反应器中颗粒亚组的选择性富集必须朝着非分离清洗策略发展。本研究的目的是通过使用强大的分子技术鉴定富含PAO的颗粒的亚组，并通过非分离的有效微生物管理增加其在反应器中的丰度，探索具有低H / D比的SBR富集PAO的新方法。目的是提高P的去除。

2 材料和方法

2.1 反应堆管理

处理醋酸盐基合成废水的SBR是用于产生和维持好氧颗粒污泥（ 表格1 ）它接种了来自城市垃圾的活性污泥 。反应器的 H / D比为1.8，工作量为35L。体积交换率为32％，水力停留时间为11h和上流风速设定为0.42厘米s- 1 。 加入NaOH或H 2 SO 4使pH维持在6.9和7.2之间。 操作反应器在室温（23plusmn;3℃）下。将其在厌氧条件下进料，然后进行需氧混合阶段。合成废水用乙酸钠制备，600mg O2 L1 COD，NH4Cl（50mg N L1），KH2PO4（25mg P L1），MgSO47H2O（90mg L1），KCl（35mg L1）和1mL L1微量元素溶液。 根据Vishniac和Santer（1957），除了ZnSO47H2O（2.2克L1）。然而，COD浓度在造粒期间（第0天至第60天）和间期（第203至350天，表1）进行了调整。 intermezzo的特点是几个技术问题导致丝状微生物过度生长。在这两种情况下，COD调节有利于在厌氧阶段结束时使易于生物降解的底物（乙酸盐）的残留浓度最小化。 以这种方式，反应器有效地作为磷酸盐积累生物的选择器。 每周记录反应器性能。 通过分光光度法在流入物（表1）上测量磷酸盐，铵，亚硝酸盐和硝酸盐，并通过使用标准测试试剂盒（Hach-Lange）过滤流出物。 根据标准程序分析化学需氧量（COD）和悬浮固体（总和挥发性）。

初步实验在6L SBR进料中进行合成废水。 来自城市的活性污泥废水处理厂用作初始接种物。 反应器的体积交换率为39％，水力停留时间为8.7小时，上流空气速度为0.21厘米/秒。 将pH维持在7.0至7.5之间。 反应器在室温下操作。 反应器操作包括62分钟的厌氧进料，然后是12分钟的额外厌氧期和126分钟的充气阶段。 污泥在2.5分钟内沉降，然后取出上层2.4升处理后的废水。

2.2 长期反应堆运行和清洗管理

SBR实验持续450天，其操作分为三个时期（表1）。 在第一阶段（造粒：第0天至第60天），将烯丙基硫脲（ATU）加入到进料溶液中以抑制氨氧化并加速PAO群的发育（de Kreuk和van Loosdrecht，2004）。 在第二阶段（成熟期：第60天至第185天），厌氧阶段的持续时间增加了45％，以确保PAO对碳源的完全厌氧摄取（ 德克鲁克和范Loosdrecht，2004; Weissbrodt等，2013a ）。第一和第二阶段的吹扫程序包括施加高选择压力（即消除低于5m h1的颗粒），以使污泥保持颗粒状。 该方法有利于开发不断增长的致密颗粒群。 通过在循环结束时在混合条件下准时排出额外的污泥来控制平均SRT。

表格1 AGS反应器的长期运行。该实验在450天内进行，并分为三个时期：造粒，成熟和生物质管理。在生物质管理期间，测试了两种清除策略。第一个涉及污水排放的额外污泥，第二个结合了选择压力的降低和沉降的污泥去除。

第三阶段（微生物管理：第185

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