同步脱氮除磷好氧颗粒污泥培养过程微生物群落变化

本实验利用生活污水培养具有同步脱氮除磷(simultaneous nitrogen and phosphorus removal,SNPR)功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS).采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序对AGS培养过程中细菌群落变化进行了研究,以期揭示污泥好氧颗粒化成因.采用实时荧光定量PCR对AGS培养过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms,PAOs)的丰度变化进行了研究.结果表明:历时100 d培养出的AGS质地紧实,具有良好的SNPR效果.AGS胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中多糖含量在培养过程中增加明显,而蛋白质含量保持稳定.AGS培养过程中,AOB的丰度略微下降,AOA的丰度明显下降,NOB的丰度无明显变化,而PAOs的丰度在AGS培养初期明显增加.在AGS培养过程中,细菌群落多样性呈现出先升高后降低的趋势,且细菌群落组成发生了明显的变化.持久型OTUs占样品总序列数的92.70%,其中变形菌门(Proteobacteria,31.07%~53.67%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,6.70%~16.50%)和绿弯菌门(Chloroflexi,7.84%~13.36%)是AGS培养过程中的细菌优势门.Candidatus competibacter属在AGS培养过程中大量富集(由种泥中的0.11%增加到35.33%),其可能会分泌胞外多糖,形成黏性EPS,促进絮状污泥团聚成为AGS.     

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).     

两次污泥颗粒化过程中微生物群落的动态变化

利用序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)培养好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS),在此期间发生了AGS破碎现象,后经培养,破碎污泥再次变为成熟的AGS.因此,采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序技术研究了两次污泥颗粒化过程中微生物群落结构变化的差异,以期揭示有利于AGS形成的优势菌属;此外,利用实时定量聚合酶链式反应(quantitative polymerase chain reaction,q PCR)探究了两次污泥颗粒化过程中硝化微生物的动态变化.结果表明,在两次污泥颗粒化过程中,胞外蛋白质和胞外多糖的含量均增加;氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)在第一次污泥颗粒化过程以及AGS成熟过程丰度增加,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)虽然在第一次污泥颗粒化过程中丰度降低,但是在AGS培养过程中其丰度都一直高于AOA;微生物群落多样性随着AGS的形成而降低;变形菌门(Proteobacteria)相对丰度明显增加,分别增加了12.29%和5.90%;某些属于变形菌门的属其相对丰度也增加,其中,Candidatus Competibacter在两次污泥颗粒化过程中相对丰度增加最明显,并且在成熟的AGS中呈现很高的相对丰度,达到14.20%.总的来说,胞外蛋白质和胞外多糖含量的增加,可能促进了污泥颗粒化;AOA和AOB可能共同参与了AGS的氨氧化作用;Ca.Competibacter的富集可能有利于AGS的形成.     

温度对好氧颗粒污泥系统污泥膨胀的影响

为探究温度对好氧颗粒污泥系统污泥膨胀的影响以及微生物群落结构特征,采用序批式反应器,进水为人工合成废水,利用Illumina测序技术分析10℃、18℃和25℃3种温度下好氧颗粒污泥系统微生物群落结构及细菌的动态变化.结果表明,18℃条件下好氧颗粒污泥沉降性能良好SVI值维持在40mL/g左右.而10和25℃条件下好氧颗粒污泥均发生膨胀现象,SVI值分别为194.67和100mL/g.通过q PCR分析可知,10℃条件下,特定的丝状菌里Sphaerotilusnatans丰度值最高,该菌大量繁殖导致SVI值极高.Illumina测序结果表明,温度导致好氧颗粒污泥系统的优势菌属具有显著差异性,18℃条件下,好氧颗粒污泥优势菌属为Tsukamurella和unclassified＿f＿Comamonadaceae,系统具有良好的污染物去除能力;10℃条件下,其优势菌属为Sphaerotilus,该菌属不能利用复杂的有机物;25℃条件下,优势菌属为Tsukamurella和unclassified＿f＿Microbacteriacea.从微观角度分析好氧颗粒污泥系统脱氮性能,利用FAPROTA...     

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.      

16S rDNA克隆文库方法分析好氧颗粒污泥细菌组成

采用构建16S rDNA克隆文库方法对好氧颗粒污泥的细菌种群多样性进行研究. 随机测定了82个克隆子序列(700 bp),Blast比对结果表明,好氧颗粒污泥中微生物群落具有高度多样性,可分为7个主要类群,其中,β变形菌(β-Proteobacteria)类群和鞘脂杆菌(Sphingobacteria)类群在文库中所占比例最大,分别为34.16%和30.50%;其次是Candidate division TM7类群、黄杆菌(Flavobacteria)类群和γ变形菌(γ-Proteobacteria)类群,分别为9.76%,7.32%和7.32%;放线菌(Actinobacteria)类群和α变形菌(α-Proteobacteria)类群所占比例相对较小,分别为4.88%和1.22%. 序列分析结果表明,好氧颗粒污泥中不仅含有对好氧颗粒污泥形成和稳定运行具有重要作用的食酸菌属(Acidovorax)细菌、假单胞菌(Pseudomonas)等细菌,还含有对CODCr和氨氮具有很好去除能力的Micropruina glycogenica,丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)等细菌.      

不同培养条件厌氧氨氧化颗粒污泥性质及微生物群落结构差异

采用膨胀颗粒污泥床(EGSB)和上升式厌氧污泥床(UASB)反应器在不同运行条件下培养厌氧氨氧化颗粒污泥,对比分析颗粒污泥性质和微生物群落的差异性.研究表明接种厌氧氨氧化絮状污泥经过EGSB和UASB反应器运行384 d后,均能实现颗粒化,颗粒污泥平均粒径分别达到1.17 mm和1.21 mm,各范围(0.2、 0.2～1.5、 1.5～3和3 mm)的粒径占比为6.06%、 60.05%、 25.25%和8.64%, 7.40%、 58.90%、 32.04%和1.66%.扫描电镜结果表明不同运行条件下的污泥菌群均以短杆菌、球型菌为主.高通量测序结果表明,Shannon指数EGSB反应器为7.52高于UASB反应器为7.18;变形菌门(Proteobacteria)是两个反应器各阶段污泥的主要菌门,浮霉菌门(Planctomycetes)从接种时的3.30%增到第384d的12.30%(EGSB)和13.30%(UASB).EGSB反应器中的主要厌氧氨氧化菌属为Candidatus Brocadia占7.53%,其次为Candidatus Kuenenia属占1.61%;而在UASB反应器中Candidatus Brocadia属和Candidatus Kuenenia属分别占比为3.69%和7.54%,Candidatus Kuenenia是其优势厌氧氨氧化菌属.优势菌群丰度与环境因子变化存在联系,Candidatus Brocadia丰度与上升流速(v)、氮容积去除负荷(NRR)呈正相关而与水力停留时间(HRT)呈负相关,Candidatus Kuenenia与氮负荷去除率(NRE)、NRR、HRT呈正相关,而与v呈负相关.     

黄土区沟道泥沙微生物群落变化特征及其影响因素

在黄土高原沟壑区,通过16S rRNA基因片段和ITS高通量测序,研究沟道泥沙中细菌和真菌群落在上-中-下游的变化特征.结果表明：与沟头相比,把口站的细菌群落中拟杆菌门（Bacteroidetes）与厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度分别增加6.6%和10.5%,而变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度降低15.1%;真菌群落中担子菌门（Basidiomycota）的相对丰度增加7.7%,而子囊菌门（Ascomycota）降低30.2%;泥沙中黏粒含量与细菌丰富度（Chao1指数）和多样性（Shannon指数）之间显著负相关（P<0.05）,与真菌的丰富度和多样性无显著相关性;细菌和真菌群落多样性和丰富度的空间差异与SOC、Olsen-P的变化有关（P<0.05）.因此,泥沙中颗粒组成物和养分含量可能是影响沟道微生物群落变化的主要因素.     

长期低温对絮状-颗粒耦合CANON脱氮及菌群影响

在SBR反应器中探究长期低温对等污泥浓度比例絮状-颗粒（1：1~1：1.5）耦合CANON系统的脱氮效能和微生物群落结构的影响.结果表明，在经历长期低温（10℃）条件下运行并回温（10→30℃）后，等比例污泥CANON系统NH₄⁺-N、TN去除率及TN去除负荷与温度变化呈正相关性，在回温30℃下运行30d后分别达到72.4%、63.0%和0.094kgN/（m³·d）.氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AAOB）活性与温度表现出正相关性，在回温后分别为0.025和0.049gN/（gVSS·d），分别为降温前（30℃）的83.3%和79.1%，NOB活性一直维持在较低水平（0.001gN/（gVSS·d））.高通量测序结果显示，长期低温对优势菌门无明显影响.回温后，颗粒和絮状污泥中的优势菌门分别为Ignavibacteriae和Proteobacteria；回温后系统颗粒污泥中功能菌Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia（AAOB）相对丰度分别为6.017%、2.623%，其在絮状污泥中相对丰度分别为3.018%、0.674%，而Nitrosomonas（AOB）主要存在于絮状污泥中，在回温后相对丰度为2.50%；3种功能菌相对丰度均高于降温前水平.等比例絮状-颗粒耦合CANON系统能有效抵御长期低温.     

好氧亚硝化颗粒污泥中硝化细菌群落结构分析

在小试好氧上流式污泥床(AUSB)反应器中,实现了由厌氧颗粒污泥到好氧硝化污泥再到亚硝化颗粒污泥的转化,AUSB反应器的亚硝化率稳定在90%以上.利用FISH、荧光实时定量PCR等技术,考察了AUSB反应器中好氧颗粒污泥中硝化菌群的生态分布.结果表明:好氧亚硝化颗粒污泥呈层状结构,氨氧化细菌(AOB)主要分布在颗粒污泥表层,亚硝酸盐氧化细菌(NOB)多分布在内层,颗粒内核则无活性细胞;随反应器氨氮负荷逐渐提高,颗粒污泥中AOB的相对含量逐渐升高,当NH₃-N负荷分别为0、0.4、1、     

岩溶区稻田土壤真菌群落结构及功能类群特征

真菌是土壤生物地球化学循环的重要驱动者,然而岩溶区土壤真菌群落结构和功能类群具有怎样的特征还未见报道.以桂林毛村岩溶试验场稻田耕层土壤为研究对象,采用高通量测序技术,比较岩溶区和非岩溶（红壤）区（对照）水稻生长季土壤真菌群落结构,并用FUNGuild对真菌进行功能预测.结果表明,毛霉菌门（Mucoromycota）在岩溶区的平均相对丰度为4.87%,显著低于其在非岩溶区的平均相对丰度（29.92%）;被孢霉纲（Mortierellomycetes）在岩溶区的平均相对丰度为3.36%,显著低于其在非岩溶区的平均相对丰度（29.15%）,球囊菌纲（Glomeromycetes）、壶菌纲（Chytridiomycetes）和外担菌纲（Exobasidiomycetes）在岩溶区的平均相对丰度分别为0.91%、0.98%和0.23%,显著高于其在非岩溶区的平均相对丰度（0.47%、0.28%和0.04%）; Ramophialophora和翅孢壳菌属（Emericellopsis）在岩溶区的平均相对丰度分别为2.39%和1.25%,显著高于其在非岩溶区的平均相对丰度（0.05%和0.09%）,而被孢霉属（Mortierella）在岩溶区的平均相对丰度为3.04%,显著低于其在非岩溶区的平均相对丰度（28.34%）.岩溶区优势OTUs为OTU141、99和192等32个OTUs;在优势OTUs和土壤理化性质相关性网络图中,岩溶区的OTU69（Emericellopsis terricola）和OTU138（Westerdykella globosa）与阳离子交换量、交换性钙离子和总磷的连接度较高.共生营养型和病理-腐生过渡型在岩溶区平均丰度分别为1.29%和1.50%,显著高于其在非岩溶区的平均丰度（0.08%和0.09%）,而腐生-共生过渡型在岩溶区的平均丰度为10.81%,显著低于其在非岩溶区的平均丰度（63.69%）;岩溶区和非岩溶区最优势真菌分别是粪腐生-木质腐生菌和内生菌根-植物病原-未定义腐生菌,平均丰度分别占优势OTUs的9.73%和45.93%.以上研究表明,岩溶区稻田较高的阳离子交换量、交换性钙和总磷等土壤因子对优势真菌群落和功能类群的构建具有重要的作用.     

处理垃圾渗滤液的SBR中微生物种群与污泥比阻

为了研究活性污泥法处理垃圾渗滤液时污泥过滤性能与微生物种群的关系,采用两组运行参数相同的SBR反应器对某垃圾焚烧发电厂的垃圾渗滤液进行处理,一组置于太阳光照下(SBR1),另一组置于室内黑暗处(SBR2).在运行过程中发现SBR1在第30~50 d出现了轮虫等捕食性后生动物,污泥比阻在第35 d出现下降;而SBR2在第40 d发生了丝状膨胀,污泥比阻一直上升.为了研究两组反应器中微生物种群的差异,取两反应器运行至第50 d的活性污泥进行高通量测序发现:SBR1真菌中Rozellomycota为优势菌门,相对丰度为83.71%.SBR2真菌中Basidiomycota和Trichosporon为优势菌门和菌属,相对丰度分别为99.84%和99.78%.SBR1中细菌丰度较SBR2高,Thauera是SBR1中主要细菌菌属,其相对丰度为39.35%;Planktosalinus、Thauera和Ottowia为SBR2中优势细菌菌属,其相对丰度分别为16.84%、16.23%和12.55%.SBR2中主要真菌和细菌菌属类型和丰度均与SBR1存在差异,可见活性污泥中的微生物种群结构是影响污泥过滤性能的主要因素,同时太阳光照会影响活性污泥反应器中的微生物种群结构.     

干旱寒冷地区氧化沟工艺活性污泥的菌群结构研究

为了探讨新疆干旱寒冷地区城市污水厂活性污泥的菌群结构特征,采用高通量测序技术对北疆5座城市污水厂活性污泥进行菌群分析。结果表明:5座污水厂基本可以达到各自的设计出水标准,其中3座污水厂运行中出现了污泥丝状膨胀。变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和绿弯菌门（Chloroflexi）是活性污泥的优势细菌门,相对丰度分别为30.65%~43.12%、21.15%~33.64%和5.02%~14.36%。放线菌门（Actinobacteria）在沉降性能良好的污泥中相对丰度为2.97%~6.17%,而在丝状膨胀污泥中相对丰度达到11.69%~15.64%。季节性膨胀污泥中微丝菌属（Microthrix）和黄杆菌属（Flavobacterium）相对丰度呈现出季节性变化,常年膨胀的污泥中腐螺旋菌属（Saprospiraceae_norank）为优势细菌属,相对丰度达到17.48%~18.30%。子囊菌门（Ascomycota）是丝状污泥膨胀中的优势真菌门,相对丰度达到56.60%~72.68%。研究结果可对干旱寒冷地区污水厂运行调控提供理论支撑。     

Effect of seed sludge on characteristics and microbial community of aerobic granular sludge

Aerobic granular sludge was cultivated by using different kinds of seed sludge in sequencing batch airlift reactor.The influence of seed sludge on physical and chemical properties of granular sludge was studied;the microbial community structure was probed by using scanning electron microscope and polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis(PCR-DGGE).The results showed that seed sludge played an important role on the formation of aerobic granules.Seed sludge taken from beer wastewater treatment plant(inoculum A) was more suitable for cultivating aerobic granules than that of sludge from municipal wastewater treatment plant(inoculum B).Cultivated with inoculum A, large amount of mature granules formed after 35 days operation, its SVI reached 32.75 mL/g, and SOUR of granular sludge was beyond 1.10 mg/(g·min).By contrast, it needed 56 days obtaining mature granules using inoculum B.DGGE profiles indicated that the dominant microbial species in mature granules were 18 and 11 OTU when inoculum A and B were respectively employed as seed sludge.The sequencing results suggested that dominant species in mature granules cultivated by inoculum A were Paracoccus sp., Devosia hwasunensi, Pseudoxanthomonas sp., while the dominant species were Lactococcus raffinolactis and Pseudomonas sp.in granules developed from inoculum B.     

好氧堆肥微生物代谢多样性及其细菌群落结构

好氧堆肥是农业废弃物无害化处理和资源化利用的一条有效途径.为了探究好氧堆肥过程中微生物群落的代谢特征和细菌群落演替现象,了解起关键作用的微生物菌群,通过筛选强降解菌种改善堆肥工艺、提高堆肥效率,采用Biolog法和宏基因组法分析了玉米秸秆和牛粪联合好氧堆肥过程中微生物的碳源代谢能力和细菌群落多样性.结果表明:在第2次翻堆（第14天）时,微生物利用碳源的能力最强,初次建堆时（0 d）和其余翻堆时（第8、20、26天）次之,发酵结束时（第34天）最弱.Simpson、Shannon-Wiener和McIntosh多样性指数表明,建堆时及翻堆时的菌群优势度、丰富度和均匀度均极显著优于好氧堆肥结束.不同好氧发酵时间的微生物群落对同一碳源代谢有差异,同一好氧发酵时间微生物群落对不同碳源的利用率不同.糖类、酸类和醇类是区分好氧堆肥不同时间微生物碳源利用差异的敏感碳源.好氧堆肥不同时间细菌的种类和丰度不同,共享的优势菌门有厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetes）,在第0、8、14、20、26、34天这6个时间内它们的相对丰度之和分别达90.27%、90.34%、94.26%、84.21%、84.31%和77.61%,且6种门类在不同发酵时间的丰度表达存在消长变化状态.研究显示,参与好氧堆肥不同时间的微生物群落在碳源代谢能力上存在多样性,在细菌菌群的种类和丰度上也存在多样性.      

蚯蚓对城市污泥蚯蚓堆肥过程中微生物特征变化的影响

为揭示蚯蚓对城市污泥中微生物特征的影响和作用,本研究采用赤子爱胜蚓处理城市污泥,以无蚯蚓处理为对照,探讨蚯蚓对污泥堆肥中微生物数量、活性和种群变化的影响.结果显示:蚯蚓在前期能够显著提升脱氢酶的活性和细菌16S r DNA的丰度;从而加速有机物的降解,促进后期堆肥产物的腐殖质化.高通量测序结果表明:从60 d开始,蚯蚓组和对照组的细菌种群结构出现明显差异,蚯蚓处理能够显著增加最终产物的细菌种群的Chao1和Shannon指数.最终产物中,对照组的优势菌群为变形菌门(56%)、拟杆菌门(16.3%)和厚壁菌门(15.4%);蚯蚓组的优势种群有变形菌门(31.3%)、拟杆菌门(27.1%)、放线菌门(21.1%).与对照组相比,蚯蚓粪中放线菌和根瘤菌的丰度分别提高了13.1%和2.5%,表明蚯蚓的作用提升了堆肥产物作为微生物肥料的潜力.