聚糖菌的代谢机制及生物学特性研究进展

强化生物除磷(EBPR)是一种经济、高效、可持续的除磷工艺之一,然而聚糖菌(GAO)的过量生长将导致EBPR系统恶化甚至完全失效.介绍了GAO的厌氧/好氧代谢机制,重点总结了两种GAO(Competibacter和类Defluviicoccus vanus细菌)的生物学特性,分析了碳源、pH、温度等影响GAO生长的关键因素,并对今后的研究进行了展望.     

活性污泥体系中聚糖菌的富集与鉴定

活性污泥体系中，聚糖菌(GAOs)在厌氧环境下与聚磷菌(PAOs)形成对底物的竞争关系，对聚糖菌的研究对于优化生物除磷工艺有重要意义。以葡萄糖为惟一碳源，在磷限制条件下，利用特殊运行方式对活性污泥进行驯化培养出了稳定的聚糖菌颗粒污泥，厌氧阶段磷释放量与有机物吸收量浓度(mg/L)比从7.4%下降为0.25%。从培养好的活性污泥反应器中分离获得2株聚糖菌，经菌落PCR和16S rRNA序列分析确定了所得聚糖菌菌株G1和菌株G2分别是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和解鸟氨酸克雷伯氏菌(Klebsiella ornithinolytica)。     

长期缺氧吸磷驯化下强化生物除磷系统污泥除磷方式的转化

采用交替厌氧/缺氧/好氧运行的序批式活性污泥反应器(SBR),通过梯度投加电子受体NO_3~-,考察长期缺氧吸磷驯化下强化生物除磷(EBPR)系统的性能及除磷方式的转化。结果表明,当进水COD为300～450mg/L、PO_4~(3-)(以P计,下同)和氨氮分别为8、14mg/L时,驯化期间TN去除率均保持在75%以上,长期缺氧吸磷驯化对COD和氨氮的去除没有影响。硝态氮投加量为5mg/L时,EBPR系统因电子受体投加不足除磷性能迅速恶化,增加硝态氮投加量至10mg/L,经过近30d的恢复,缺氧吸磷率最高可达97.67%,进一步提高硝态氮投加量至15mg/L,系统内硝态氮的积累导致缺氧吸磷率下降。污泥吸磷小试结果表明,经缺氧吸磷驯化后,即使除磷性能欠佳的低浓度电子受体系统污泥也具有良好的反硝化吸磷能力,可见经NO_3~-长期驯化的缺氧吸磷系统有利于筛选以NO_3~-为电子受体的反硝化聚磷菌。     

温度对SBR强化生物除磷工艺除磷性能的影响

以厌氧/好氧交替运行的序批式反应器(SBR)为对象,利用荧光原位杂交技术(FISH),研究了温度(20、25和30℃)对强化生物除磷(EBPR)的影响。结果表明,温度为20℃时,系统的磷去除率高于98%,厌氧释磷速率和好氧吸磷速率分别为55.70 mg P·(gVSS·h)~(-1)和45.16 mg P·(gVSS·h)~(-1),聚磷菌(PAOs)占总细菌(EUB)的比例达到90%,而聚糖菌(GAO)的比例只有1%;温度升高到25℃后,除磷效果不断降低,释磷速率和吸磷速率逐渐下降,PAOs的比例下降,而聚糖菌(GAOs)的比例不断增加;温度为30℃时,出水水质恶化,磷去除率仅为67%,释磷速率和吸磷速率分别为33.66 mg P·(gVSS·h)~(-1)和17.55 mg P·(gVSS·h)~(-1),GAOs的比例高达87%,而PAOs的比例仅为5%,在与PAOs的竞争中,GAOs处于优势,导致除磷效果降低。     

基于不同基质的强化生物除磷系统中生化反应机理研究进展

阐述了3种不同基质(乙酸盐、丙酸盐和葡萄糖)在强化生物除磷系统中的生化模型反应机理.重点介绍了聚磷菌(PAOs)、聚糖菌(GAOs)和产乳酸菌在厌氧/好氧条件下对能量及还原力(NADH2)的利用方式;聚-β-羟基链烷酸盐(PHA)的合成方式及存在形式,糖原、乳酸(L型)的代谢途径等.虽然控制基质条件可以实现稳定的强化生物除磷效果,但目前的生化模型并不能完全解释所有的代谢过程,今后要在分离纯种的PAOs及相关生化代谢过程中酶的活动等方面进行深入研究.     

单质硫冲击对含硫废水中硫细菌与聚糖菌竞争关系的影响

聚糖菌的富集会与硫循环耦合反硝化除磷系统(denitrifying sulfur conversion-associated enhanced biological phosphorous removal,DS-EBPR)内功能种群微生物——硫细菌发生竞争,从而导致除磷效果波动.因此,首先对母反应器中微生物进行了长期驯化,然后通过向批次实验小反应器中投加单质硫,研究单质硫短期冲击对含硫废水中硫细菌与聚糖菌竞争关系的影响.结果表明,经过长期驯化,在母反应器中发现了硫细菌与聚糖菌共存的现象;而短期冲击实验结果表明,在单个周期反应过程中,虽然单质硫的投加对微生物内源物质(聚羟基脂肪酸酯、糖原)转化量、氮磷去除效果影响不大,但其可以提高硫细菌的活性,增加硫转化量,使得硫细菌在与聚糖菌的竞争中取得优势地位.     

污水反硝化除磷技术研究进展

应用反硝化除磷技术,可解决传统生物脱氮除磷工艺中硝化菌与聚磷菌之间污泥龄的矛盾,以及反硝化与释磷之间的有机物之争的难题,是目前除磷技术的研究热点之一。针对传统生物脱氮除磷工艺中存在的碳源不足、耗能大等问题,介绍了几种典型的反硝化除磷工艺,并分析了反硝化除磷技术的影响因素。     

反硝化聚磷一体化设备中的聚磷菌

研究了新型生物脱氮除磷新工艺反硝化聚磷一体化设备中反硝化厌氧池活性污泥的兼性厌氧微生物组成，数量及其在该除磷系统中功能，结果表明，稳定运行期反硝化厌氧池内活性污泥混合液的兼性厌氧微生物总数大大多于启动期，稳定期和启动期分离的兼性厌氧微生物有假单胞菌属，副球菌属和肠杆菌科，通过对三种纯菌株进行吸放磷研究，三种菌都有不同程度的聚磷功能，说明反硝化菌也具有聚磷作用。     

生物脱氮除磷工艺中的丝状菌

在生物脱氮除磷工艺中,污泥膨胀是运行管理的难题。介绍了生物脱氮除磷工艺中丝状菌的种类和数量的变化,数据表明,生物脱氮除磷工艺中的丝状菌主要是微丝菌,其次是0675型和0914型菌。经分析认为,污泥龄的增加会促进丝状菌长度的明显增长并导致污泥膨胀,生物残渣的浓度是造成长泥龄污泥膨胀的原因之一。厌氧阶段有分解生物残渣的功能,可改善菌胶团菌的微环境,从而抑制丝状菌的过剩生长,控制污泥膨胀。     

富磷污泥厌氧消化磷释放与回收的研究进展

生物强化除磷(EBPR)工艺会产生大量的富磷污泥。富磷污泥中的聚磷菌(PAOs)在厌氧消化过程中吸收外界碳源并释放大量正磷,高浓度的磷会对厌氧消化系统中厌氧微生物的代谢产生影响,使得消化过程更加复杂。富磷污泥厌氧消化过程会产生磷、氮、有机物和金属离子等物质,其中磷的回收利用可以减少磷矿资源的开采,从而实现磷资源的可持续循环利用。因此,研究富磷污泥厌氧消化过程中磷的变化规律,既为厌氧消化系统的稳定运行提供理论依据,又为磷的资源化回收利用提供参考。对富磷污泥厌氧消化释磷的相关研究成果以及磷回收进行分析和总结,并提出了相应的研究方向。     

活性污泥系统聚糖菌的富集与菌群多样性分析

在实验室规模续批式反应器(SBR)内,采用人工配水作为系统进水,以乙酸钠为唯一碳源,限制进水磷浓度,调整适宜的运行方式对活性污泥进行驯化,培养富集聚糖菌。90 d的培养过程中,系统的进水COD浓度始终维持在260mg/L左右,进水PO3-4-P浓度从20 mg/L逐渐降至2 mg/L,系统除磷能力逐渐丧失。系统内活性污泥的TP/TSS从40.5%降至10.4%,污泥中的糖原/TSS从14.5%增至38.2%,同时COD去除率能保持在90%以上,说明系统中成功富集聚糖菌。采用454高通量测序法分析该系统的活性污泥菌群结构,发现α-proteobacteria,β-proteobacteria,γ-proteobacteria 3类细菌占微生物总量的比例达83.78%。在属的等级上,Tepidicella占活性污泥菌群的比例最高,为20.60%。     

Rapid enrichment of polyphosphate accumulating organisms and its characteristics of phosphorus removal

在序批式活性污泥反应器(SBR)中快速富集聚磷菌(PAOs),考察PAOs中Candidatus Accumulibacter phosphatis(以下简称Accumulibacter)种群的除磷特性.结果表明,在水温(20.0士0.5)℃下控制厌氧初始pH为7.50～7.80,好氧段DO为2.0～4.0 mg/L,进水乙酸与丙酸摩尔比为3.0的条件下,PAOs能够在60 d内实现快速富集,荧光原位杂交检测(FISH)显示,Accumulibacter占全菌比例达到62.4％士4.7％;厌氧溶解性正磷酸盐(SOP)释放量(SOP.)与挥发性脂肪酸(VFA)吸收量(VFAa)的比值与活性污泥中Accumulibacter占全菌比例呈线性关系,说明全菌中Accumulibacter的相对数量对活性污泥的除磷特性具有显著影响；在长期没有硝酸盐的条件下培养的Accumulibacte反硝化除磷能力较弱,Accumulibacte不能有效驯化为反硝化聚磷菌(DPAOs).     

亚硝酸对聚磷菌好氧吸磷抑制作用研究

为确定亚硝酸对聚磷菌好氧吸磷的抑制作用,利用批量实验研究了在不同pH下不同浓度的亚硝态氮对聚磷菌好氧吸磷过程的影响.实验结果表明,亚硝酸对聚磷菌好氧吸磷具有更直接的影响；亚硝酸质量浓度达到0.001 00 mg/L时,聚磷菌好氧吸磷即会受到50％的抑制.聚磷菌受到较低浓度的亚硝酸抑制时,其在无亚硝酸存在的环境中好氧吸磷能力基本能恢复.     

反硝化除磷颗粒污泥的活性恢复及对生活污水处理能力

实验利用序批式反应器(SBR)考察反硝化除磷颗粒污泥搁置1个月后重新投入运行,其活性恢复能力及对实际生活污水的处理效果。结果表明,颗粒污泥搁置后外观由淡黄色转变为灰黑色,颗粒重新投入反应器,11 d后颜色基本恢复,污泥浓度及活性迅速增加;对COD处理能力的恢复历时14 d,去除率稳定在80.32%以上;颗粒污泥对NH4+-N和PO34--P的去除在40 d时也恢复到正常水平;反硝化聚磷菌(DNPAOs)活性恢复期为50 d。颗粒污泥对低碳氮比的实际生活污水处理结果显示,当C/N<5.1时(生活污水比例>60%),无法满足系统内微生物生长要求,需要外加适量碳源进行补充。     

利用亚硝酸盐为电子受体反硝化聚磷菌的筛选与富集

依据DPB原理,利用SBR动态反应器和静态释/聚磷装置.以A2/O工艺厌氧段污泥为种泥,研究以亚硝酸盐为电子受体反硝化聚磷菌的筛选与富集,同时对选择、富集污泥的反硝化聚磷性能进行了考察.结果表明:利用亚硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌存在于A2/O厌氧段污泥中,通过厌氧/好氧和厌氧/缺氧方式运行后,聚磷菌总数由1400个/mL增加到32 000个/mL,其中反硝化聚磷菌占聚磷菌总数的比例也由14.5%提高到81%,磷酸盐和亚硝酸盐去除率分别由最初的8.65%和7.55%上升到91%和95.62%;筛选与富集利用亚硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌时,缺氧段进水COD的浓度须控制在10 mg/L以下;当体系处于稳定状态,且亚硝酸盐氮浓度高达30 mg/L时,并未对反硝化聚磷菌的生存产生抑制和体系运行产生干扰,此时磷酸盐出水低至1.06 mg/L.     

Measurement of 224Ra uptake in a fern actively accumulating radium

A method is proposed for determining the level of 224Ra in plant samples by measuring its descendant nuclide 212Pb at 239 keV by gamma-ray spectrometry. Variations of 224Ra and 212Pb over time during sample preparation and counting were delineated prior to gamma-ray measurement. The 224Ra concentrations in plant samples were measured by their direct uptake from soil, which could be determined and distinguished from that resulting from decay of 228Th inside the plants. We propose that a field-growing Dicranopteris linearis, which actively accumulates radium, can be used as an indicator of the nutritional transportation and metabolic rate of radium and other alkaline earth elements. We investigated the influence of rainfall on 224Ra concentrations in fronds of D. linearis and the corresponding uptake rates. 224Ra could serve as a natural tracer of growth in plants over a several days. Its presence and content in plants implies a temporal mineral metabolic rate, which can provide useful information for plant physiological and environmental investigations.     

Interaction between β-lactam antibiotic and phosphorus-accumulating organisms

Environmental Science and Pollution Research - β-Lactam antibiotics have been widely used in clinic due to strong antibacterial activity with mild adverse side effects and have been detected...     

3株反硝化聚磷菌的分离与鉴定

通过烛缸法培养富集、分离，结合除磷试验、硝酸盐还原产气试验及异染颗粒和PHB颗粒染色辅助检验相结合的方法筛选，得到3株具有较高脱氮除磷效率的反硝化聚磷菌DNPA8, DNPA9和DNPA10。在富氮富磷培养基中培养48 h，各菌株的脱氮率均大于75%，除磷率均大于78%。采用多相分类的方法确定了3株反硝化聚磷菌的分类地位，DNPA8为嗜麦芽寡养单胞菌，DNPA9为水生丛毛单胞菌属首次发现的反硝化聚磷菌；DNPA10为约翰逊氏不动杆菌。该研究结果为富营养化水体的治理提供了有效的菌种资源。