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分离和净化技术
摘要：
一种新型的反向流动反应器（RFBR），可以实现好氧造粒的连续流程，以处理大量的污水。市政废水等。进料到120升反应器中，成功生产出有利于污泥体积指数的好氧颗粒（SVI）为33mL / g。有氧颗粒具有更高的细胞外聚合物质（EPS）含量比种泥。 EPS中的蛋白质/多糖（PN / PS）比率确定为约10：1。细菌社区分析显示，大多数物种（细菌属，硝硝菌属和在种子污泥中发现的变形杆菌被保存在反应器中，除了Pedobacter种从反应器中洗出来。此外，在RFBR中鉴定出不同的细菌种类SBR（顺序间歇反应器）颗粒由于不同的工艺和操作参数。存在
废水中的Fe，Ca，Al，Si和P颗粒聚集成颗粒（作为核心）ulation。然而，RFBR在周期性饥荒状况下运行，建立时间短，时间长高度/直径（H / D）比，无污泥回流泵，导致成功造粒连续流模式。
介绍：
在连续流动的条件下，通过接种反应器有氧颗粒作为种子。这项研究表明，
好氧颗粒（AG）是自固定微生物聚集体，门[1]，结构紧凑，沉降优良分离性，高生物质保留能力，废水中存在有毒化合物[2,3]。由于细菌生长过度[8]。同样的，刘和同事研究了连续膜生物反应器，这产生了由小型好氧颗粒组成的污泥
具有低沉降速度的颗粒，归因于松散的结构 - 颗粒状物质[10]。或者，在列类型中连续流反应器是一种稳定的好氧颗粒污泥，由Juang和他的同事[9]，特别是在高的存在下饲料中的氨和磷酸盐的浓度（合成的）废水）[9]。在这些研究[8-10]中，合成废水被用作污染物（以模拟天然废水）连续反应堆。为了比较，实验室规模产生的好氧造粒SBR [11]，一个试点规模的SBR [12]和一个全面的SBR，主要废水[13]。定期的饥荒 - 沉降时间（选择压力）和高度/直径（H / D）比对有氧颗粒状况有显着影响污泥形成。但是，执行重要因素[饥饿状况，休息时间短和高度/直径（H / D）比并实现有氧到目前为止，大部分需氧颗粒都被种植顺序间歇反应器（SBR）[2,4-7]，但连续流废水处理方式更常用（全球）（WWTP）。常规连续流程需要一个更大的沉淀池，并需要更长的淤泥 - 熨烫时间因此，在连续流程中培养AG可以降低建立时间和空间需求。
常见的废水处理过程存在菌株，允许处理较大量的废水。这种改进 - 连续流程可以解决许多卫生问题问题，特别是在发展中国家[4]。尝试在连续流程中培养好氧颗粒，已经不满意[8-10]。 2007年，李和同事在膜生物反应器中尝试需氧颗粒培养造粒是在连续流反应堆中的瓶颈。此外，污泥返回泵可以破坏好氧颗粒连续反应堆为了克服上述问题，重要的是在连续流反应器中研究好氧造粒市政废水评估过程的真正潜力。因此，要实现稳定的好氧造粒，一个新的反向流动反应器（RFBR）设计和操作在a使用城市污水的连续流模式。 RFBR操作 - 连续流入和流出模式类似于tra-连续流反应堆，但具有新的修改。该在RFBR的流向方向可以循环地反转。在为了达到定期的饥荒，选择压力有效和较高的H / D比，RFBR被baf-并且安定时间受到控制。没有污泥回收 - 保鲜泵在RFBR中维持完好的好氧颗粒。在这个我们的工作特点是我们的RFBR生产的好氧颗粒结果表明，适当的好氧造粒可以在连续流系统中实现。
材料和方法
污泥体积指数（SVI）为60.7-94.9 mL / g。原废水参数如下：氧气需氧量（COD）200-400 mg / L，生化氧铬需求量（BOD）80-100 mg / L和氨氮（NH -N）30-
五440 mg / L。来自污水处理厂厌氧有氧的种子污泥的SVI罐为66mL / g。在种子中发现了一些小颗粒在显微镜下直径小于50lm的污泥。流出来重要的是注意这种切换操作在连续流模式下进行。有氧造粒，三种不同的RFBR操作在135天期间审查了这些日期。第一阶段（0-35天）：有机负载率（OLR）0.54 kgCOD / m3 d，液压保留时间（HRT）16.4 h，沉降时间1.5 h。第二阶段（36-65天）：OLR 1.2 kgCOD / m3 d，HRT 7.3 h，沉降时间0.67小时。第三期（66-135天）：OLR为1.6kgCOD / m3 d，HRT5.5 h，沉降时间0.6 h。平均超临界气体速度
约为0.41厘米/秒。为了比较，SBR由高度为的有机玻璃制成45cm，直径15cm，工作容积5L，充电比例为50％。它每天运行六个6小时循环。SBR的运行条件分为两部分阶段。第一期（0-30天）：进食1分钟，通气240分钟，沉降30分钟，灭火30分钟，充电或空闲在第二阶段（31-90天）所有条件保持不变，除了定居时间减少从30分钟到15分钟。平均超临界气体速度为约0.41厘米/秒。 SBR的OLR为0.54-1.6 kgCOD / m3 d。混合液悬浮固体（MLSS），混合液挥发性悬浮固体（MLVSS），悬浮固体（SS）浓度和SVI，从废水处理中收集废水工厂（污水处理厂），服务于一个人口众多的沿海城镇30万人。这种废水是由两者组成的
市政（30％）和工业（70％）废水。工业废水含有一些金属元素和生物耐火材料
化合物，起源于化学，纺织，食品和食品饮料，印染行业。污水处理厂包含具有处理能力的厌氧 - 需氧（A / O）罐10,000 m3 / d和具有处理能力的氧化沟（OD）
50,000立方米/天。两者都是典型的活性污泥系统dard方法[15]。 BOD分析在封闭进行五系统通过测量压降（WTW公司，德国）。使用Image-Pro Plus 6.0软件计算颗粒大小（Media Cybernetics，USA）。 X射线荧光（XRF）形成于北京同步辐射4W1A射线设施（BSRF）。使用甲醛提取EPS刘和芳所述的NaOH法[16]。多糖用提取的EPS测定浓度酚 - 硫酸法以葡萄糖为标准[16]。蛋白质含量通过Lowry方法[17]测定BCA套件（Sangon Biotech co。Ltd，中国）。Viewer软件（版本6.8）。 DGGE分析BandScan软件（版本5.0）。微生物多样性是计算香农多样性指数（H）[21]。社区类似 - 使用成对相似性比较DGGE图谱从反应器中取出的污泥用离心分离器用磷酸盐缓冲盐水（PBS; pH 7.4）缓冲液洗涤两次。该离心（12,000rpm 10分钟）污泥沉淀重悬于588升萃取缓冲液（0.1M Tris-HCl，
RFBR（图1）由大小为的有机玻璃制成150Acirc;20Acirc;50厘米，工作体积120 L.。为了
增加反应器的H / D，将反应器分成10个细胞使用baf，每个曝气池的3.3 H / D。曝气机安装在每个单元格中。饲料定期切换在反应器的两端之间使用控制阀。
在实验的第一半（2小时）期间废水（饲料）从右至左排入反应器，（图1a，第四流）。随着废水的控制流动方向，最后一个细胞的曝气和激动停止使得细胞的左侧作为沉降区域。在congru-在这一点上，右边的第一个单元格是从a转换出来的沉降室到通风区，其中搅拌器和空气 - ator被切换为“开”。下半年的实验逆转流入反应器的废水进料（流体）从左到右（图1b，后流）。随着流动方向，右侧的最后一个单元从空气 - 到一个定居区。左边的第一个单元格是从定居到通风区切换，通过启动agita-tor和曝气机。 4小时的一个总周期包括这两个操作术语“切换时间”用于表示时间。首先注意到RFBR中微粒的出现
在手术21天后，SBR中的颗粒为观察7天后观察。从第21天起，RFBR中的ule逐渐变得更加密集，尺寸更大。该RFBR中颗粒的平均尺寸从（初始尺寸）在135天时接近135lm（图2），而在SBR颗粒中在第90天观察到220 lm。在RFBR中，SVI降低10天后，从66mL / g的接种污泥中加入到50mL / g操作（图3）。在第一阶段，MLSS从此减少3016 mg / L至1844 mg / L，由于较短的沉降时间
与传统的二次沉淀池。较轻的污泥被选择性地从反应器中洗出，熨烫时间此外，RFBR污泥的SVI降低在90天后，维持在45mL / g以下在135天的操作后为33mL / g。 RFBR工艺生产gran-具有优异的稳定性和沉降性能。这可能是由于连续反应堆运行适应颗粒及其生物质对其环境的影响良好的SVI值。随着稳定有氧发展的发展颗粒物，MLSS浓度增加，120天后碘稳定为4300mg / L。VI为33 mL / g和MLSS的好氧颗粒污泥通过RFBR操作生产4300mg / L5 mg / L分别低于可检测限。去除率的BOD5和NH -N在RFBR中维持在90-94％和97-100％。这些果表明大多数有机物和NH -N化合物被有效地稳定地除去RFBR中的颗粒污泥。
分析生产的微生物群落多样性在连续流式反应器中形成的颗粒和测间歇式反应器，收集污泥样品（第90天）种子，RFBR和SBR用于DGGE的微生物多样性分析（图5）。 DGGE结果表明，细菌群落组合在每个反应器中，颗粒和液体的相似性是相似的。不过，反应堆运行条件不同，产生了细菌种类和物种的显着变化，
跳舞[26]。八大突出的DGGE乐队表现出明显的变化选择样品和测序。加入
所选带的数量存入GenBank（表2）。将8个核苷酸序列进行模拟，对GenBank数据库进行简单搜索和系统发育树被构造（图6）。系统发育树显示八个序列属于三个组：细菌（条带）1和5），硝硝螺（2和8号带）和Proteobacteria
从A / O收集的种子污泥中的大部分细菌种类被保存在RFBR和SBR颗粒中。但是，不同样本中相同谱带的强度分别为不同。以前曾报道反应堆格式和经营条件影响社区多样性，其中由频带模式的变化证明[26]。例如，5号线在A / O中占主导地位，而1号和4号阵容则以SBR为主在种子污泥（接种物）中只有Pedobacter sp。 （乐队5）但在RFBR中这些物种完全不存在和SBR颗粒污泥。这意味着Pedobacter sp属于细菌属细菌，容易被冲走这种物种对污泥granu。此外，DGGE专业研究显示来自种子污泥的大多数细菌物种保持在从RFBR和SBR收集的颗粒。然而，发现Adhaeribacter（带1）在gran-从SBR收集的ules来自种子污泥和RFBR。这个可能是由于SBR操作条件和反应堆设置这增强了Adhaeribacter的生长。同样，（6号），Gamma proteobacteria（7号带）和
硝螺菌（8带）被发现在RFBR中占主导地位到SBR和种子污泥，这表明这些属很好地适应了RFBR的独特操作条件。Nitrospira sp。 （带2）存在于所有三个过程中它可能在氮化中起重要作用[27]。连续流模式。与来自A / O的种子污泥相比坦克，SVI值范围从60.7到90 mL / g，有氧RFBR中的颗粒具有较好的沉降性能，具有较大的流动性尺寸。为了有效的RFBR操作，建立时间可以进一步减少可以允许治疗大量的废水。在RFBR中降低选择压力。这可以解释颗粒形成所需的时间越长，MLSS越高与RFBR相关的浓度。发现EPS浓度在来自RFBR，SBR和种子污泥的颗粒污泥中。相比于SBR污泥颗粒[ 23 ]，该RFBR
颗粒平均直径较小，这可能是由于降低污泥比VSS。另一方面，他们揭示了更好
SVI值。EPS蛋白/多糖（PN / PS）比值约10，这是高于先前报道的PN / PS比
在SBR [24,25]。的成功运作超过RFBR连续135天，颗粒污泥为主—持续低SVI值（即沉降性好）。这表明，该颗粒应具有较高的强度和稳定性。在早期的N去除率低的BOD5和氨氮-由于低MLSS浓度和短的学习阶段硝化细菌开花的污泥龄是有限的。随着肉芽，BOD5的去除率四增加86%至98%以上后30天（图4）。由于一个在室温下季节性下降到10°C左右，第60天去除BOD5和NH N下降到76%和71%，分别。随着MLSS的浓度和颗粒的稳定性—经过90天的动员，去除BOD5和NH4－N分别增加到90%和97%。最后，经过105天的操作，EFfl污水BOD5和NH -N浓度达到未检测到。分析微生物群落多样性在连续fl流反应器内形成颗粒和测序批次反应器，污泥样品收集（第90天）从种子，DGGE的微生物多样性分析RFBR和SBR。DGGE结果表明细菌群落组成—在颗粒和flOCS，每个反应器是相似的。然而，不同的反应器的操作条件，产生显著变化的细菌种类和物种丰富—舞蹈。八突出的DGGE条带表明fi不能变化的意义样品之间的选择和测序。加入选定波段的编号存放在GenBank中。八核苷酸序列进行相似—性搜索GenBank数据库和系统发育树被构造（图6）。系统发育树显示八个序列属于三组：拟杆菌门（带1和5），Nitrospira（带2和8）和变形菌门（带3，4、6和7）。
从A / O收集的种子污泥中的细菌种类被保存在RFBR和SBR颗粒。然而，关系—性强度的不同样品的亲fiLES一样的乐队不同。据报道，反应器格式和在fl影响群落多样性的操作条件，这证明了乐队模式的变化[ 26 ]。例如,波段5占主导地位的A / O，而带1和4占主导地位的SBR在污泥接种（接种）只有Pedobacter sp.（5级）控制—物，但这些物种已经完全消失在RFBRSBR颗粒污泥。这意味着，Pedobacter sp.，这属于拟杆菌，很容易洗掉这不重要fi明显促进污泥颗粒。此外，DGGE亲fi乐的研究表明大多数细菌种类的种子污泥保持从RFBR和SBR收集颗粒。然而,adhaeribacter（带1）被发现在格兰更占优势收集从SBR比从种子污泥和RFBR模块。这可能是由于SBR操作条件和反应器设置增强adhaeribacter生长。同样，一个uncu培养菌（带6）、gamma;-变形菌纲（7级）
Nitrospira sp.（8级）被发现主宰RFBR相比SBR和种子污泥，这表明这些属
很好地适应RFBR独特的操作条件。值得注
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