基于活体微生物揭示蚯蚓对污泥耐药基因转归的影响

为削减污泥蚯蚓堆肥产物中耐药基因(ARGs),以无蚯蚓组为对照,采用叠氮溴化丙锭对蚯蚓堆肥样品进行预处理,探究蚯蚓对污泥中活微生物种群及其ARGs的影响.结果显示,与对照组相比,蚯蚓堆肥产物中有机物矿化度与降解量分别显著提升82.5%与5.2%(P<0.05).并且接种蚯蚓使其产物中放线菌门的丰度显著增加了65.6%(P<0.05),而厚壁菌门和拟杆菌门的丰度分别显著降低了74.7%和34.6%(P<0.05).相较于对照组,蚯蚓堆肥致使sul1、sul2、ermF和tetM基因丰度分别显著减少了66.5%、82.8%、72.8%和77.6%(P<0.05),但ermB的丰度显著增加了5.7倍(P<0.05).蚯蚓堆肥产物中intI1基因丰度比对照组显著降低了67.2%(P<0.05),蚯蚓处理后ARGs总绝对丰度为4.19×10¹³copies/g,ARGs总去除率为82.6%,比对照组高45.4%.研究表明,蚯蚓可通过改变活细菌种群结构,减少ARGs潜在活体宿主的丰度,进而降低其传播扩散的潜在风险.     

玉米芯生物炭对污泥蚯蚓粪中微生物种群及ARGs的影响

较多的抗生素抗性基因（ARGs）积蓄于剩余污泥中降低了污泥蚯蚓粪的农用价值.为削减污泥蚯蚓粪中的ARGs,向污泥中分别添加1.25%和5%（质量比）的玉米芯生物炭（简称玉米芯炭）,以无添加为对照组,揭示玉米芯炭对污泥蚯蚓堆肥过程中微生物种群结构及ARGs的影响.结果表明：添加高含量玉米芯炭显著促进污泥有机质的矿化,提升蚯蚓堆肥产物的电导率和pH值（P<0.05）.同时,添加玉米芯炭能增加污泥蚯蚓粪中细菌16S rDNA和真核生物18S rDNA的丰度,且其丰度均与玉米芯炭添加量呈显著正相关性（P<0.05）.与对照组相比,高含量玉米芯炭污泥蚯蚓粪中变形菌门、拟杆菌门、放线菌门与浮霉菌门的相对丰度分别降低了11.8%、7.1%、33.3%和20%,但厚壁菌门的丰度显著增加了40%（P<0.05）.此外,添加玉米芯炭蚯蚓粪中大环内酯类抗性基因（ermF）和四环素类抗性基因（tetX）的绝对丰度较对照组分别显著降低了32%~45%和13%~31%（P<0.05）,但同时整合子基因（intI1）和磺胺类抗性基因（sul2）的丰度分别显著增加了47%~135%和9%~42%（P<0.05）.研究结果显示,添加玉米芯炭能增加污泥蚯蚓粪中微生物数量和种群多样性,加速有机质矿化,但对ARGs的削减具有选择性.     

蚯蚓处理对污泥中微生物碳量及脱氢酶活性的影响

将含水率80.6%的脱水污泥制成5 mm的污泥颗粒,以添加蚯蚓(赤子爱胜蚓)为处理组,无蚯蚓为对照组,测定不同时期污泥的理化性质、微生物碳量(MBC)和脱氢酶活性(DHA)的变化,重点研究了蚯蚓对污泥降解过程中MBC和DHA变化的影响.结果表明,相比对照组,蚯蚓处理组p H变化幅度较小;实验结束时,蚯蚓处理组的电导率(EC)和溶解性有机碳(DOC)显著高于对照组,而有机质(OM)显著低于对照组.实验前30 d,蚯蚓处理组MBC显著高于对照组,40 d至实验结束,蚯蚓处理组MBC显著低于对照组.DHA的结果表明,蚯蚓处理组和对照组在前30 d并没有显著性差异,40 d后蚯蚓处理组的DHA显著低于对照组,DHA稳定在2.98~6.40 mg·g-1·h-1(以TPF计).相关分析表明,DHA、MBC和OM之间显著正相关.研究表明,接种蚯蚓在实验前期显著提升了系统的微生物量,加快污泥有机质的降解,从而导致后期产物的微生物量及其活性较低,最终产物更稳定.     

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.     

污泥蚯蚓堆肥对染色体和质粒上耐药基因归趋的影响

染色体和质粒分别介导污泥中的抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes, ARGs)进行垂直和水平转移,使ARGs在亲代或不同菌种之间传播,导致污泥蚯蚓堆肥对ARGs的削减有限.为了解决这个问题,本实验通过研究蚯蚓堆肥过程中染色体与质粒上ARGs和移动遗传元件(Mobilegenetic elements, MGEs)的丰度变化,以无添加蚯蚓为对照,进行20d的蚯蚓堆肥,探究蚯蚓堆肥对污泥中ARGs的垂直和水平转移的影响.结果显示:前10d是污泥蚯蚓堆肥中ARGs转移的高峰期.除了tetM,蚯蚓组其余ARGs丰度在质粒和染色体上均发生了显著的增加(P<0.05).与对照组相比,质粒上的erm F、erm B、tetX、sul1的丰度在蚯蚓组显著增加了1.02倍、1.97倍、2.43倍、0.75倍(P<0.05),而染色体上仅ermB在蚯蚓组显著增加(P<0.05).对于MGEs,质粒上的intI1丰度在蚯蚓组中比对照组显著增加了1.63倍(P<0.05),而染色体上的却截然相反,是对照组大于蚯蚓组.堆肥的后10d,两组染色体和质粒中的...     

基于光谱学分析蚯蚓堆肥对市政污泥水溶性有机物的影响

采用分子量分级、极性分析、光谱分析方法,研究了市政污泥水溶性有机物(DOM)在蚯蚓堆肥前后的变化特征。结果表明,蚯蚓处理后污泥DOM中300 D的组分含量高出对照组污泥6.50%,8 000 D的组分则少了56.25%;疏水性组分比例高出对照组50.76%。光谱分析表明,试验组中均存在羧酸、芳香族物质等,且蚯蚓处理后污泥DOM的蛋白质含量、分子量降低,多糖和芳香族物质含量增加。荧光光谱显示原始污泥中含有大量蛋白质和腐殖质,经过90 d降解生成色氨酸、酪氨酸等物质,且处理组腐殖化程度高于对照组。     

柠檬酸废水污泥脱水中蛋白质和多糖变化特征

该研究从影响污泥脱水性能的胞外聚合物(EPS)形态及蛋白质、多糖分布入手,对废水处理中的污泥进行分层测定,并探讨柠檬酸废水污泥脱水的主要机理。实验结果表明,在污泥各层中蛋白质和多糖的分布模式不同,二沉池剩余污泥、浓缩池污泥、经CPAM调理后的浓缩池污泥的pellet层中的蛋白质和多糖分别占污泥总蛋白质的78.76%和92.86%、89.26%和95.55%、91.68%和95.05%,表明污泥中蛋白质和多糖都主要分布在pellet层,而LB-EPS层和TB-EPS层中几乎没有。此外,污泥在脱水处理过程中slime层中的蛋白质和多糖分别降低了9.28%和1.72%,pellet层中的蛋白质和多糖分别增加了10.5%和2.69%,表明slime层中的蛋白质和多糖均转移到了pellet层。而经CPAM调理后的污泥,蛋白质与多糖含量的比值也有所增加,有利于污泥脱水的性能的提高。     

白线蚓对蚯蚓处理城市污泥的影响

蚯蚓处理污泥反应器中,常伴大量的白色线蚓(寡毛纲、线蚓科).因此,本文以蚯蚓处理城市污泥为研究对象,初步探讨了白线蚓(Enchytraeus Spp.)接种密度对赤子爱胜蚓(Eisena fetida)处理城市污泥的影响.结果表明,白线蚓的密度显著影响了蚯蚓堆肥后产物的物理化学性质和蚯蚓的生物量.白线蚓接种密度与蚯蚓堆肥产物的pH值、电导率(EC)、总氮(TN)呈负相关;与其总有机碳(TOC)、有效磷(AP)、重金属Cu、Zn、Pb、Cr及Cd的含量呈正相关.同时较高的白线蚓接种密度显著降低了蚯蚓的生长率,但蚯蚓的卵数未受显著影响.由此可知,蚯蚓和白线蚓在反应器中存在食物链竞争关系.本研究建议对蚯蚓处理污泥反应器中的白线蚓采取一定的控制措施.     

温度对蚯蚓处理城镇污泥稳定化过程的影响

在蚯蚓堆肥过程中,温度会对微生物和蚯蚓活性产生影响,进而影响堆肥效率.将城镇脱水污泥制成5 mm的颗粒,通过比较3个温度条件下(15、20、25℃)赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)处理城镇污泥过程中理化、生化指标的变化,研究温度对蚯蚓堆肥稳定化过程的影响.结果显示,在整个稳定化过程中,随温度升高,有机质(OM)、微生物量碳(MBC)降低,电导率(EC)、NH_4~+-N、NO_3~--N升高,而脱氢酶活性(DHA)随温度变化不具有明显规律性.主成分分析(PCA)结果表明,蚯蚓堆肥稳定化过程依次经历以有机质生物降解、氨化和硝化为特征的3个阶段.以蚯蚓适宜生长温度控制蚯蚓堆肥,将更有利于蚯蚓与微生物协同作用的高效发挥.温度能改变蚯蚓堆肥的稳定化效率,但并不改变稳定化路径.     

超声波对污泥蚯蚓堆肥有机质和重金属的影响

联合超声波破解技术、好氧堆肥技术及蚯蚓处理技术,对污水处理厂剩余污泥进行处理,探讨超声波预处理对污泥蚯蚓堆肥有机质降解和重金属的影响.结果表明：超声波预处理技术对污泥腐殖化程度表现出协同效应,最优TOC反应动力学常数为0.0084d-1,是对照组的2.1倍;胡敏酸和HA/FA平均增长率分别为97.4%和191.5%,是对照组的1.26倍和1.37倍;可轻度减少污泥堆体重金属含量,同时对蚯蚓处理阶段重金属富集存在缓减效应,但对各阶段重金属形态影响不显著;蚯蚓处理可明显降低重金属生物有效性,至处理结束Zn、Cu、Pb、Ni、Cd、Cr、Hg、As非稳定态平均占比较好氧堆肥结束时下降28.3%、29.5%、29.1%、35.2%、3.3%、25.3%、36.4%、21.9%.     

铝、铁、钛3种金属盐基混凝剂调理污泥的性能比较

以铝盐、铁盐和钛盐混凝剂为研究对象,重点比较了3种混凝剂的污泥调理性能.通过测定调理前后污泥比阻、胞外聚合物中蛋白质和多糖的含量变化,结合三维荧光光谱与分子量变化分析及调理前后污泥尺寸大小与颗粒表面形貌变化,系统比较了它们对污泥的调理性能,并揭示了调理机制.3种无机混凝剂的污泥调理能力依次为:聚合氯化铝(PAC)、钛凝胶混凝剂(TXC)、聚合硫酸铁(PFS);调理后,污泥胞外聚合物中蛋白质和多糖含量明显降低;PFS和TXC对有机物的结合能力要强于PAC,疏松结合的胞外聚合物中多糖含量是影响污泥脱水性能的关键因素;调理过程中3种混凝剂所形成污泥颗粒的大小顺序为:TXCPFSPAC,所形成污泥颗粒的大小并非影响污泥脱水性能的关键因素,无机混凝剂电中和能力和与有机物的络合能力共同影响无机混凝剂的污泥调理性能.本研究为污泥调理混凝剂的选取提供了实验和理论依据.     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

芬顿试剂氧化对污泥脱水性能的影响

利用芬顿试剂调理污泥,以W_C(污泥滤饼含水率)和CST(毛细吸水时间)作为评价污泥脱水性能的指标,通过分析污泥中各层ρ(EPS)(EPS为胞外聚合物)和上清液中小分子有机物质量浓度来阐明污泥脱水性能的变化. 结果表明:芬顿试剂调理可促进EPS氧化分解,TB-EPS(紧密结合的胞外聚合物)破解转化为LB-EPS(松散结合的胞外聚合物)和S-EPS(上清液层胞外聚合物),大幅降低W_C和CST. 试验中当pH为4,w(H₂O₂)和 w(Fe2+)均为40 mg/g时,ρ(EPS)降低了33.04%,W_C和CST分别降至63.36%和28.7 s. Pearson相关性分析表明,ρ(TB-EPS)与W_C和CST均存在显著的正相关性(P＜0.01),是影响污泥脱水性能的重要因素,而ρ(LB-EPS)和ρ(S-EPS)与污泥脱水性能的相关性较低. 液相色谱分析表明,随着芬顿试剂投加量的增大,EPS等有机物分解程度增大,污泥上清液中小分子有机物种类明显增多,其质量浓度显著升高,ρ(甲酸)和ρ(乙酸)分别由原污泥的52.72、15.99 mg/L升至446.05、522.36 mg/L.      

有机负荷对污泥胞外聚合物(EPS)分泌特性及信号分子释放差异的影响

考察了连续流A2/O系统在3个有机负荷[0.29,0.58,1.16 kg COD/(m3·d)]条件下,胞外聚合物(EPS)分泌特性及信号分子(AHLs)的释放差异.结果表明:TB-EPS是污泥系统中EPS主要成分,TB-EPS组分具有较高的分子量,且分子量分布更广.有机负荷对LB-EPS各组分的影响大于TB-EPS...     

次氯酸钠与亚铁对污泥破解及脱水效果的影响

采用次氯酸钠（NaClO）与亚铁（Fe（II））结合处理污泥以提高污泥破解和脱水效能,考察了NaClO和Fe（II）投加量的影响,并通过定量和定性分析污泥中胞外聚合物质（EPS）的迁移转化,确定NaClO和Fe（II）对污泥脱水和破解的机制.试验结果表明,NaClO和Fe（II）投加量（以干泥固体计）分别为44 mg·g^-1和66 mg·g^-1时,污泥毛细吸吮时间（CST）从原泥的112 s下降到66.3 s.同时,NaClO/Fe（II）处理污泥能够使上清液中化学需氧量（COD）显著升高,并使污泥中紧密束缚型EPS（TB-EPS）和松散束缚型EPS（LB-EPS）转化成溶解性EPS（S-EPS）,导致S-EPS的溶解性有机碳（DOC）含量升高,而LB-EPS和TB-EPS的DOC含量降低.此外,NaClO/Fe（II）还能使污泥中有机物质矿化,使3种EPS中蛋白质类和腐殖酸类物质减少.NaClO和Fe（II）能够改善污泥脱水性能,强化污泥破解效果,利于污泥后续的处理处置.