Comparison of bacterial community structures in two systems of a sewage treatment plant using PCR-DGGE analysis

Bacterial community was investigated during sludge bulking period using combination of PCR amplification of 16sRNA genes with DGGE analysis.     

PCR-DGGE技术在城市污水化学生物絮凝处理中的特点

通过PCR-DGGE等分子生物学技术可以不经过常规培养直接从活性污泥和生物膜样品中提取DNA,对16Sr DNA V3区进行PCR扩增,结合DGGE(变性梯度凝胶电泳),从而分析活性污泥与生物膜中微生物种群结构.研究证实,活性污泥培养前后微生物种群结构发生很大的改变.同时对2种污水处理工艺中微生物种群结构进行了对比研究,对同一反应器不同位置微生物分布以及不同工况下的微生物种群结构进行了初步探讨.测定了活性污泥中部分菌种的16S rDNA V3区片段序列,通过NCBI(美国国立生物技术信息中心)基因库比对,初步确定细菌的属.结果显示,PCR-DGGE结合测序技术是一种完全可行的快速进行环境学样品微生物研究的分析方法.     

Absolute dominance of hydrogenotrophic methanogens in full-scale anaerobic sewage sludge digesters

Anaerobic digestion （AD） is gaining increasing attention due to the ability to covert organic pollutants into energy-rich biogas and, accordingly, growing interest is paid to the microbial ecology of AD systems. Despite extensive efforts, AD microbial ecology is still limitedly understood, especially due to the lack of quantitative information on the structures and dynamics of AD microbial communities. Such knowledge gap is particularly pronounced in sewage sludge AD processes although treating sewage sludge is among the major practical applications of AD. Therefore, we examined the microbial communities in three full-scale sewage sludge digesters using qualitative and quantitative molecular techniques in combination： denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） and real-time polymerase chain reaction （PCR）. Eight out of eleven bacterial sequences retrieved from the DGGE analysis were not affiliated to any known species while all eleven archaeal sequences were assigned to known methanogen species. Quantitative real-time PCR analysis revealed that, based on the 16S rRNA gene abundance, the hydrogenotrophic order Methanomicrobiales is the most dominant methanogen group （〉 94% of the total methanogen population） in all digesters. This corresponds well to the prevailing occurrence of the DGGE bands related to Methanolinea and Methanospirillum, both belonging to the order Methanomicrobiales, in all sludge samples. It is therefore suggested that hydrogenotrophic methanogens, especially Methanomicrobiales strains, are likely the major players responsible for biogas production in the digesters studied. Our observation is contrary to the conventional understanding that aceticlastic methanogens generally dominate methanogen communities in stable AD environments, suggesting the need for further studies on the dominance relationship in various AD systems.     

低DO对活性污泥系统碳和氮去除影响的研究

考察了长期低溶解氧（DO）条件下推流式活性污泥系统碳和氮去除的效果,并从微生物群落结构及动力学特征方面进行了机理分析. 结果表明, 将DO浓度从2.0mg/L降低至0.3mg/L,系统仍可有效地去除污水中的碳和氮,但当DO降低至0.3mg/L时, 系统的脱氮性能波动较大. 随着DO浓度的降低, 系统中细菌的总体群落结构发生改变, 但功能菌群仍为Proteobacteria,约占65%.Nitrosomonas oligotropha、Nitrobacter winogradskyi spp.和Group1Nitrospira等是低溶解氧条件下的主要硝化细菌. qPCR结果显示DO从2.0mg/L降至0.5mg/L时硝化细菌（主要是Nitrospira）得到富集, 保证了低DO条件下的完全硝化. 硝化反应动力学分析也表明, 在一定范围内降低DO可以延迟细菌衰亡以维持活性污泥系统中硝化细菌的生物量. 本研究可为污水处理厂降低DO实现节能运行提供理论支持.     

城市污水处理厂进水氨氧化菌对活性污泥系统的季节性影响

为考察进水氨氧化菌（AOB）对活性污泥系统的季节性影响,对未设置初沉池的西安市第二污水处理厂中进水及活性污泥的氨氧化活性及群落结构进行长期调查分析.结果表明,进水及活性污泥的比氨氧化速率（SAUR）分别为0.48~3.02 mg·（g·h）^-1和0.68~2.25 mg·（g·h）^-1,相关性分析结果显示进水SAUR与次月活性污泥SAUR高度相关（r=0.862,P<0.05）,表明进水硝化菌对活性污泥硝化性能有显著影响.根据硝化活性计算的进水AOB对活性污泥的接种强度为0.21~0.92 g·（g·d）^-1,因此,在优化活性污泥模型及污水厂设计时,有必要考虑到进水硝化菌的迁移作用.qPCR结果显示,进水及活性污泥中AOB丰度分别为1.32×10⁸~2.36×10⁹cells·g^-1和1.12×10¹⁰~1.19×10¹⁰ cells·g^-1,而冬季活性污泥中AOB丰度虽有降低,但仍保持在10¹⁰ cells·g^-1,这说明进水硝化菌的迁移能缓解因温度降低而导致的活性污泥硝化菌丰度下降.Illumina MiSeq测序结果表明,进水和活性污泥中具有共同的优势AOB,分为Nitrosomonas sp.Nm58、Nitrosomonas sp.JL21和bacterium CYCU-0253.     

PCR-DGGE技术解析生物制氢反应器微生物多样性

为了揭示发酵法生物制氢反应器厌氧活性污泥的微生物种群多样性 ,从运行不同时期取厌氧活性污泥 ,通过细胞裂解直接提取活性污泥的基因组DNA .以细菌 16SrRNA基因通用引物F338GC/R5 34进行V3高变异区域PCR扩增 ,长约 200bp的PCR产物经变性梯度凝胶电泳 (DGGE)分离后 ,获得微生物群落的特征DNA指纹图谱 .研究表明 ,不同时期的厌氧活性污泥中存在共同种属和各自的特异种属 ,群落结构和优势种群数量具有时序动态性 ,微生物多样性呈现出协同变化的特征 .微生物多样性由强化到减弱 ,群落结构之间的相似性逐渐升高 ,演替速度由快速到缓慢 .优势种群经历了动态演替过程 ,最终形成特定种群构成的顶级群落 .     

农村污水处理强化ABR污泥流变及微生物种群特性研究

研究了强化厌氧折流板反应器（强化ABR）在稳定运行期对农村污水的处理效果以及反应器不同格室内污泥的表观形态、流变及微生物种群特性.结果表明：强化ABR对进水COD的平均去除率达81.05%,其中第1、2格室对进水COD去除起主要作用.反应器不同格室内污泥表观形态存在一定差异,第1、2格室污泥表面微生物以球菌和杆菌为主,第3、4格室则以丝状菌为主;不同格室内污泥剪切应力随剪切速率呈指数增加趋势,而黏度则随着剪切速率的增加而减小,且逐渐趋近一定值.反应器不同格室内的优势细菌以水解、酸化菌为主,而优势古细菌以乙酸型产甲烷菌和氢营养型产甲烷菌为主,优势细菌和古细菌在不同格室内的分布均存在一定差异.研究结果可为强化ABR在农村污水处理中的应用提供科学依据.     

不同16SrDNA靶序列对DGGE分析活性污泥群落的影响

为探讨不同通用引物扩增16S rDNA靶序列对活性污泥微生物群落分析的影响,更合理的利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术分析活性污泥样品.从连续流搅拌槽式反应器(CSTR)中获取活性污泥,以3对通用引物341f/534r、968f/1 401r和341f/926r扩增16S rDNA序列,用DGGE分离PCR扩增产物.研究表明采用不同引物对进行DGGE分析时,群落多样性和动态存在显著的差异.341f/534r和968f/1 401r的靶序列分离效果较好,341f/926r的靶序列分离效果较差.引物341f/534r和341f/926r DGGE图谱显示S2和S3相似性高,引物968f/1 401r DGGE图谱显示S1和S2相似性高.由此可见采用不同引物对进行DGGE分析时,群落结构之间的相似性和动态是不一致的.341f/534r的DGGE图谱中条带丰富,多样性最好,968f/1 401r的DGGE图谱次之,341f/926r DGGE图谱条带最少,多样性也较差.因此,在利用DGGE分析活性污泥样品时采用引物341f/534r和968f/1 401r是比较适宜的.     

不同16SrDNA靶序列对DGGE分析活性污泥群落的影响

为探讨不同通用引物扩增16S rDNA靶序列对活性污泥微生物群落分析的影响,更合理的利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术分析活性污泥样品.从连续流搅拌槽式反应器(CSTR)中获取活性污泥,以3对通用引物341f/534r、968f/1 401r和341f/926r扩增16S rDNA序列,用DGGE分离PCR扩增产物.研究表明采用不同引物对进行DGGE分析时,群落多样性和动态存在显著的差异.341f/534r和968f/1 401r的靶序列分离效果较好,341f/926r的靶序列分离效果较差.引物341f/534r和341f/926r DGGE图谱显示S2和S3相似性高,引物968f/1 401r DGGE图谱显示S1和S2相似性高.由此可见采用不同引物对进行DGGE分析时,群落结构之间的相似性和动态是不一致的.341f/534r的DGGE图谱中条带丰富,多样性最好,968f/1 401r的DGGE图谱次之,341f/926r DGGE图谱条带最少,多样性也较差.因此,在利用DGGE分析活性污泥样品时采用引物341f/534r和968f/1 401r是比较适宜的.     

超声波促进好氧/缺氧污泥消化过程中细菌群落结构分析

应用基于16S rDNA的PCR-DGGE对超声波-好氧/缺氧污泥消化过程中微生物种群的多样性进行研究.通过SDS细胞裂解法提取不同时期污泥中的基因组DNA,采用通用引物进行V3区域PCR扩增,长约190 bp的PCR产物经DGGE分离后,获得污泥微生物群落的DNA特征指纹图谱,对条带进行切胶测序,使用序列数据进行同源性分析并建立系统发育树.DGGE图谱表明,在反应器运行的不同时期,微生物群落结构发生动态演替.5、10、15、20、25 d微生物相似性与0 d相比分别为61.2%、48.2%、46.4%、42.6%、41.7%,总细菌Shannon指数经历了一个从逐渐减少到趋于稳定的过程,这表明超声波改变污泥内部性质,导致微生物多样性的降低.UPGMA聚类分析将DGGE图谱区分为三大族群并对应于不同运行时期.测序结果表明,超声波-好氧/缺氧污泥消化中微生物群落主要为Firmicute、Genuscitrobacter、Bacilli、α-Proteobacteria、β-Proteobacteria.     

焦化废水活性污泥细菌菌群结构分析

焦化废水是一种高毒难降解的有机废水,以细菌菌群为主的好氧活性污泥决定焦化废水的处理效率,处理焦化废水的活性污泥细菌群落结构鲜见报道.利用454测序技术分析实际焦化废水污泥中的细菌菌群结构和多样性.结果表明,热图聚类分析和主成分分析说明不同焦化废水活性污泥细菌菌群多样性存在差异;焦化废水活性污泥中的细菌门类群主要为Proteobacteria、Planctomycetes、Acidobacteria、Candidatus Saccharibacteria、Bacteroidetes、Cyanobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Firmicutes、Thaumarchaeota、Ignavibacteriae和Verrucomicrobia,其中Proteobacteria门占主导地位,丰度为36.00%~76.98%;主要属为Thiobacillus、Thauera、Comamonas、Caldimonas、Steroidobacter、Nitrosomonas、Phycisphaera和Gp4,大多数主要属与芳香烃的降解和硝化反硝化过程有关.这些结果为焦化废水污染物的去除机制提供了理论基础.     

不同好氧颗粒污泥中微生物群落结构特点

为了探讨活性污泥好氧颗粒化过程对微生物种群的影响、不同底物及不同颗粒化方法培养的好氧颗粒污泥中微生物群落结构的差异,以接种污泥、模拟废水好氧颗粒污泥和分别投加粉末活性炭和硅藻土的实际生活污水好氧颗粒污泥为研究对象,利用PCR-DGGE对比分析了接种污泥和好氧颗粒污泥中的微生物群落结构.结果表明:活性污泥好氧颗粒化过程会减少微生物种群多样性,影响颗粒污泥稳定性的细菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、难降解有机物降解菌等污水处理功能微生物都在颗粒化过程中得到保留.活性污泥好氧颗粒化过程中能够实现亚硝化细菌(AOB)一定程度的富集.与接种活性污泥相比,好氧颗粒污泥中AOB的多样性指数与均匀性指数均有提高.好氧颗粒污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).     

污水处理工艺对微藻及藻际细菌群落的影响

以某啤酒厂活性污泥作为接种物富集对污水有降解作用的微藻与细菌,探讨藻菌共生体在经过不同处理的污水培养基中生长情况及藻菌群落结构的变化.微藻在两个处理组Treat.1（过滤且灭菌污水）和Treat.2（过滤未灭菌污水）中均生长良好;培养20d后,微藻和细菌在不同污水处理组中群落结构与原样相比,发生了显著的变化：随着藻菌在污水培养基中生长,莱茵衣藻和小球藻在Treat.1和Treat.2中成为优势藻类;无色杆菌属unidentified OPB35的相对丰度在两组实验组中均明显增加,溶杆菌在Treat.1和Treat.2中显著减少.藻菌共生体对Treat.1和Treat.2中的化学需氧量（COD）去除率可达到73.7%和67.9%.结果表明,Treat.1和Treat.2中的污水培养基对微藻及细菌的群落结构有显著的影响,但不同处理组中不同藻菌共生体对培养液的COD_Cr去除无明显的区别.     

Influence of microbial community structure of seed sludge on the properties of aerobic nitrifying granules

In order to evaluate the influence of microbial community structure of seed sludge on the properties of aerobic nitrifying granules, these granules were cultivated with different seed sludge, and the variation of microbial community and dominant bacterial groups that impact the nitrogen removal efficiency of the aerobic nitrifying granules were analyzed and identified using 16s rDNA sequence and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) profiles. The results presented here demonstrated that the influence of the community structure of seed sludge on the properties of aerobic nitrifying granules was remarkable, and the granules cultivated by activated sludge from a beer wastewater treatment plant showed better performance, with a stable sludge volume index (SVI) value of 20 mL/g, high extracellular polymeric substance (EPS) content of 183.3 mg/L, high NH₄⁺-N removal rate of 89.42% and abundant microbial population with 10 dominant bacterial groups. This indicated that activated sludge with abundant communities is suitable for use as seed sludge in culturing aerobic nitrifying granules.     

Shinella zoogloeoides BC026对吡啶的降解特性研究

从首钢焦化厂的污水处理系统中分离1株能以吡啶为唯一碳、氮源的细菌BC026,它具有自絮凝特性,对卡那霉素、氨苄青霉素和壮观霉素具有抗性,可在阿须贝无氮培养基中良好生长.通过16S rRNA序列分析和Biolog微生物鉴定系统鉴定,确定该菌为Shinella zoogloeoides.纯菌对单基质的降解实验表明,在30℃、180 r/min和pH为7的条件下,当投菌量为0.1 g/L时,BC026可在17 h内将400 mg/L吡啶完全降解;在吡啶初始浓度为99～1 806 mg/L的无机盐培养基中,BC026均能保持降解活性,较高初始浓度的吡啶对BC026的生长产生一定抑制,但BC026在适应后对吡啶的降解速率较快;降解最适温度为30～35℃,最适pH为8.BC026对吡啶的代谢途径研究表明：降解的第一步是断开吡啶的2条C—N链,生成氨氮和戊二醛,随后戊二醛被氧化为戊二酸,并最终转化为二氧化碳和水;吡啶中的氮有59.5%转化成氨氮.     

PCR-DGGE分析啤酒废水生物处理工艺的微生物区系

应用基于16s rDNA的PER-DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术对啤酒废水"水解酸化 SBR"工艺的微生物多样性进行研究.分别取水解酸化池与SBR池中不同深度以及不同处理时段的活性污泥,提取样品总DNA,通过PER扩增、变性梯度凝胶电泳,将16S rDNA(V3区)的PER扩增片段割胶克隆测序确定样品中的微生物群落,与筛选出的高效菌株进行对比分析.结果表明,水解酸化池中的微生物群落随深度的改变,在结构组成和种群数量上均有较大差异,2 m深处微生物群落相对丰富,优势条带突出;SBR池不同深度微生物种群结构一致,沉淀期、进水期和曝气期不同处理时段的微生物种类一致,但优势菌群不同;所测序列v2、23、25、31、h5和15号分别与菌株uncultured Thermotogales sp.Comamonas sp.WT OTU1、Agrobaaerium tumefaciens、Bacillus subtilis、Bdellovibrio bacteriovorus、Comamonas testosteroni有高度同源性,活性污泥样品中的优势条带与高效菌株的序列不同,表明筛选出的高效菌并非为实际处理过程中的优势菌.     

活性污泥厌氧Fe(Ⅲ)还原氨氧化现象初探

采用常规化学分析和微生物群落变性梯度凝胶电泳(DGGE)监测技术,探究了厌氧条件下活性污泥中Fe(Ⅲ)还原氨氧化(Feammox)反应的存在及微生物群落动态响应.结果表明,当反应器运行至第24 d时NH_4~+发生转化,同时检测到NO_3~-和Fe(Ⅱ)的生成,表明活性污泥中存在着Fe(Ⅲ)还原NH_4~+氧化反应,产物主要为NO_3~-和Fe(Ⅱ),并伴随少量N_2生成.经过84d培养,氨氮最大转化量达29.85 mg·L~(-1),转化率为59.7%,出水NO_3~-最高值达24.56 mg·L~(-1).活性污泥中Feammox为产酸过程,体系中p H值下降.整个培养过程中微生物群落条带分布发生变化,参与活性污泥中Feammox反应的部分群落在培养过程获得保留,部分优势菌群获得富集.     

污水生物处理中抗生素的去除机制及影响因素

环境中的抗生素污染日益严重,其诱导产生的抗生素抗性成为人类健康的重大威胁.通过对世界多地污水处理厂进、出水中抗生素浓度水平的文献调研汇总,发现当前的污水处理工艺不能实现抗生素的有效去除.吸附和生物降解是污水中抗生素的主要去除途径,因此本文深入地分析了吸附的作用机制和不同种类抗生素吸附程度的差异;从生物降解性能、降解菌和降解产物等方面分析抗生素在污水生物处理过程中的生物降解作用;分析讨论了水力停留时间、污泥停留时间、温度和工艺选型(传统活性污泥法、膜生物反应器和生物脱氮工艺)等污水生物处理工艺的运行条件对吸附和生物降解途径的影响,进而解析对抗生素去除效果的影响.菌群组成、生长基质供应情况和微污染物共存情况等因素对污水生物处理中抗生素迁移转化的影响需要更深入地研究.     

活性污泥系统中酶研究进展

细菌和原生动物在污水处理中的作用与各自的酶活性密切相关。细菌对有机质进行分解,而原生动物对污水及细菌进行澄清,活性污泥酶活性高则出水水质较好。污水中毒性物质(如重金属)对活性污泥酶活性有抑制作用,原因是重金属离子能和酶中的巯基(—SH)结合。     

好氧颗粒污泥技术处理乡镇污水应用

为研究好氧颗粒污泥技术是否适用于处理乡镇污水,采用该技术对处理规模为400 m3/d的乡镇污水处理厂进行改造,考察了污泥颗粒化过程、污染物去除效果及接种絮状污泥与好氧颗粒污泥微生物群落结构差异.结果表明,以进料负荷的交替变化作为调控措施,反应器启动后第13天污泥出现颗粒化,颗粒污泥平均粒径0.499 mm;启动第40天污泥完全颗粒化,颗粒污泥平均粒径1.336 mm.完全颗粒化后SBR反应器内ρ（MLSS）稳定在8~12 g/L,SVI维持在25~40 mL/g,出水ρ（COD_Cr）、ρ（NH₃-N）、ρ（TN）始终满足GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准要求.群落结构的研究结果表明,相比于接种絮状污泥,好氧颗粒污泥群落丰富度和多样性均明显减少,反硝化功能菌和聚磷菌丰度显著增加;在好氧颗粒污泥中,Nitrosomonas（亚硝化单胞菌属）、Nitrospira（硝化螺旋菌属）是主要的硝化功能菌;Dechloromonas、Clostridium sensu stricto 13（梭菌属）是主要的反硝化细菌;Aeromonas（气单胞菌属）、Clostridium sensu stricto 13（梭菌属）是主要的聚磷菌;Uncultured Xanthomonadaceae、Comamonas（丛毛单胞菌属）、Zoogloea（动胶菌属）是降解有机物的主要菌种,其中Comamonas（丛毛单胞菌属）、Zoogloea（动胶菌属）也是好氧污泥颗粒化过程中的关键菌株.