质粒pJP4水平转移介导生物膜系统强化降解2,4-D效应

以携带质粒pJP4[其上含编码2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-dichlorophenoxyacetic acid,2,4-D)降解功能的基因簇(tfd)]的基因工程菌Pseudomonas putida SM1443::gfp2x(pJP4::dsRed)为供体菌,以生物膜系统为对象,通过半连续流实验研究了质粒pJP4水平转移介导基因强化降解2,4-D效应,考察了目标基因在系统中存在状况及基因强化对系统菌群结构的影响.结果表明,以2,4-D(初始浓度为170 mg/L±10 mg/L)为唯一碳源,向生物膜系统加入携pJP4质粒的基因工程菌对2,4-D的降解具有促进作用,运行初期,促进作用较弱,随着半连续流反应的进行,促进作用显著增强,基因强化系统较对照系统对2,4-D的平均降解速率之差达13.3 mg/(L.h).通过对基因强化系统功能基因片段tfdB基因及报告基因gfp的跟踪检测,证实了在pJP4质粒介导下生物膜系统基因水平转移的发生.PCR-DGGE结果表明基因强化的生物膜系统较对照系统在受到2,4-D冲击条件下保持了相对更加稳定的菌群结构.     

质粒基因强化活性污泥系统对2,4–D的降解

以携带质粒pJP4[含编码2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)降解功能的基因片段]的基因工程菌Pseudomonas putida SM1443::gfp2x (pJP4::dsRed)为供体菌,通过半连续流实验研究了质粒基因强化对活性污泥系统的2,4-D的降解效应及菌群结构的影响.结果表明,以初始浓度约为320mg/L的2,4-D为唯一碳源,向活性污泥系统投加携带pJP4质粒的基因工程菌P. putida,运行初期,降解促进作用不明显;随着半连续流反应的进行,促进作用显著增强.与对照系统相比,降解速率之差最高为6.67mg/(L·h).从基因强化系统中筛选到1株占有优势的接合子,经鉴定为Alcaligenes sp.::pJP4. Alcaligenes sp.本身不具备降解2,4-D的能力,获得质粒pJP4后,对2,4-D降解能力大幅度提高,与野生型2,4-D高效降解菌Bacillus sp.相当. PCR-DGGE分析表明,在受到2,4-D冲击条件下基因强化的活性污泥系统较对照系统保持了相对更加稳定的菌群结构.     

接合子细胞强化对生物反应器降解2，4-D效应研究

研究了接合性质粒pJP4在2株纯菌E．coliDH5α、Alcaligenes sp．及好氧颗粒污泥混合菌群中的水平转移情况,并以获得pJP4质粒的接合子Alcaligenes sp．：：pJP4为强化菌种,考察了接合子细胞强化对好氧颗粒反应器和生物膜反应器中难降解有机物2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）的去除效应．结...     

固定化GEM/CAS串联工艺强化处理阿特拉津废水

考察了固定化基因工程菌强化处理(GEM)/传统活性污泥处理(CAS)串联工艺对阿特拉津废水的处理效果,水力停留时间(HRT)对处理效果的影响,基因工程菌的生长和流失情况.结果表明,当HRT为4～24h,阿特拉津初始浓度为20mg/L,以实际生活污水为碳源时,串联工艺均可以实现对高浓度高负荷的阿特拉津生物强化处理.水力停留时间为24h时,固定化细胞反应器(串联工艺A段)的处理效果最好,阿特拉津平均去除率为96.64%,出水浓度为0.56ms/L.水力停留时间为12、8和4h时,平均去除率分别为88.59%、89.79%、88.61%.反应器在以上4个HRT时, COD平均去除率分别为72.76%、64.59%、66.16%和65.84%. 在整个反应过程中,没有出现大量工程菌流失的现象,同时在固定化颗粒的表面以及浅层均观察到了大量工程菌菌体,固定化颗粒的表面还出现了生物膜和菌胶团,反应结束时,颗粒形态完好,强度满足本工艺条件下长期使用的需求.     

1株2,4-D降解菌的gfp标记及其在废水生物处理系统中的检测方法

通过mini-Tn7转座子系统将绿色荧光蛋白基因(gfp)插入到2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-dichlorophenoxyacetic acid,2,4-D)降解菌Achromobacter sp.的染色体上,考察了标记前后该菌株的生长、发光及降解污染物特性,并探讨了将其投加到不同废水生物处理系统(活性污泥和颗粒污泥系统)后的定量检测方法.结果表明,Achromobacter sp.标记前后生长和降解2,4-D特性基本不变,在103～112 h内可将初始浓度约为100 mg/L的2,4-D完全降解.标记后菌株在生长和降解2,4-D过程中都能够稳定表达绿色荧光,降解过程荧光强度/D600稳定在4 500左右.向活性污泥系统投加该标记菌,可通过直接测定混合液荧光强度对该标记菌进行定量检测,在标记菌质量分数为0～75%的范围内,绿色荧光蛋白的表达水平与该标记菌的质量分数线性相关(R2=0.995 2).向颗粒污泥系统投加该标记菌,需要对混合液破碎均质化处理后测定荧光强度,在标记菌质量分数为0～42%的范围内,绿色荧光蛋白的表达水平与该标记菌的质量分数线性相关(R2=0.980 1).基于Tn7插入gfp的标记方法可以用来跟踪检测生物处理系统中的特异微生物.     

2,4-二氯苯氧乙酸的好氧生物降解

从北京市某污水处理厂二级生物滤池活性污泥中,通过选择性富集培养、污泥驯化、划线分离及纯化,筛选出一株能够以2,4-D为唯一碳源的好氧降解菌。根据单因素试验法探究了2,4-D初始浓度、温度、初始pH、接种量对菌株降解效果的影响,并模拟了反应动力学。结果表明,在2,4-D的初始浓度为100μg/L,温度为30℃,pH值为7.0,接种量为4%时,反应72 h后2,4-D的降解率最高,可达到98.77%。菌株对2,4-D的降解符合二级降解动力学,以期为2,4-D的生物降解提供技术支持。     

还原脱氯-生物联合降解2,4-二氯苯氧乙酸

采用Pd/Fe双金属对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)进行催化还原脱氯,以活性污泥对2,4-D脱氯产物进行生物氧化,考察初始pH、活性污泥量、污染物初始浓度、温度等因素对生物氧化的影响情况.通过PCR-变性梯度凝胶电泳分析污泥体系菌群变化情况,高效液相色谱测定来推测目标污染物的降解过程.结果表明:1 Pd/Fe双金属可有效还原2,4-D,其主要先还原为2-氯苯氧乙酸(2-CPA),最终顺序脱氯为苯氧乙酸(PA).2 2,4-D具有较大生物毒性,其脱氯产物毒性下降,更易被生物降解.3 pH=7、污泥量50 mL/200 mL、适量的初始PA浓度(14.6 mg·L-1)和30℃均有利于PA的去除.在该条件下反应96 h,PA去除率可达84.3%.     

硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能影响研究

为了研究硝酸盐对厌氧生物膜系统同时产甲烷反硝化反应的影响及其机制,拓展生物膜工艺在高氮有机废水中的应用,采用生物膜-污泥厌氧复合反应器和上流式厌氧污泥床培养具备同时产甲烷反硝化反应的功能微生物系统,并以间歇实验方法,对比研究硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响.结果表明,硝酸盐对生物膜和颗粒污泥系统去除COD和反硝化反应均有影响,但硝酸盐浓度变化对颗粒污泥系统的影响比生物膜系统更大,生物膜表现出更强的降解能力和更高的耐性阈值.随着硝酸盐浓度从75 mg·L-1增加到600 mg·L-1,颗粒污泥对COD的降解速率从273.26mg·（h·g）-1降到0.1 mg·（h·g）-1,而生物膜从95 mg·（h·g）-1降至1.7 mg·（h·g）-1;同时,生物膜和颗粒污泥对硝酸盐的降解速率分别从21.43、22.31 mg·（h·g）-1增加到83.72、61.06 mg·（h·g）-1,随着硝酸盐的降解,生物膜表现出更强的恢复能力,最大值为712.44 mg·（h·g）-1.研究还发现亚硝酸盐积累是影响生物膜和颗粒污泥同时脱氮除碳功能的主要原因,在相同的硝酸盐浓度下,生物膜中亚硝酸盐的最大积累量仅为的颗粒污泥的1/10.因此,生物膜-污泥厌氧复合反应器可以作为高浓度含氮有机废水实现同时产甲烷反硝化工艺反应器一种重要选择.     

纳米四氧化三铁对2,4-D的降解研究

采用纳米Fe3O4降解溶液中的2,4-D,考察了2,4-D初始浓度、纳米Fe3O4的投加量、溶液pH对2,4-D降解效率的影响,并探讨了2,4-D的降解机理。实验结果表明,Fe3O4对2,4-D有明显的降解作用,纳米Fe3O4的降解效果优于微米级Fe3O4,降解过程中溶液中的氯离子浓度随着2,4-D的降解而升高,Fe3O4对2,4-D的降解机理是还原脱氯。当2,4-D初始浓度在0～10mg/L、纳米Fe3O4投加量0～300mg/L的范围内,2,4-D降解率随初始浓度和纳米Fe3O4投加量的增加而增大。在2,4-D初始浓度为10mg/L、pH3.0、纳米Fe3O4投加量300mg/L时降解效率最高,48h内2,4-D的降解率可达40%。     

溶解氧对单级颗粒污泥自养脱氮系统影响的模拟

为了研究溶解氧对SBR单级颗粒污泥自养脱氮系统的影响,基于活性污泥ASM3模型和短程硝化-硝化-反硝化模型,将颗粒污泥传质过程与氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AAOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNF）的生长过程、好氧内源呼吸及缺氧内源呼吸过程等耦合,建立了单级自养脱氮颗粒污泥动力学模型,并对颗粒内部基质浓度分布进行预测.结果显示,当DO为0.4mg/L时,好氧区和缺氧区（厌氧区）的比例为0.4：1;当DO为0.6mg/L时,颗粒污泥好氧区与缺氧区（厌氧区）的比例为3：1.同时,根据基质反应速率方程,建立了颗粒污泥的单级自养脱氮系统动力学模型,对SBR系统运行效果进行预测,结果显示,DO为0.6mg/L时,氨氮反应完全,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在5mg/L以下,总氮去除率模拟值为89%左右,略低于实际测量脱氮率95%.     

纳米四氧化三铁对2,4-D的脱氯降解

采用纳米四氧化三铁(Fe3O4)降解水溶液中的2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),考察了2,4-D初始浓度、纳米Fe3O4投加量、溶液pH和温度等因素对2,4-D降解率的影响.结果表明,纳米Fe3O4对2,4-D有显著的降解效果,初始浓度为10 mg/L的2,4-D, 48 h内降解率可达48%.纳米Fe3O4对2,4-D的降解是一个还原脱氯过程,反应体系中氯离子浓度随2,4-D浓度降低而升高.LC/MS分析表明,2,4-D降解的主要产物是苯酚,其他中间产物是2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、4-氯苯酚(4-CP)和2-氯苯酚(2-CP).溶液中2,4-D的降解符合准一级反应动力学,产物4-CP、2,4-DCP和苯酚的反应速率常数K分别为0.0043、0.0026和0.0032 h -1.环境条件对降解效率有显著影响,2,4-D初始浓度在0～10 mg/L、纳米Fe3O4投加量0～300 mg/L的范围内,2,4-D降解率随初始浓度和纳米Fe3O4投加量的增加而增大;pH对2,4-D的脱氯降解有显著影响,在pH为3.0时,纳米Fe3O4对2,4-D的还原脱氯效果最好;温度升高,可以提高脱氯反应速率.     

Martelella sp. AD-3强化活性污泥耐盐降解菲效能

基于嗜盐菌Martelella sp. AD-3优配市政活性污泥搭建耐盐高效降解菲的生物反应器,在3.0 %盐度,进水菲浓度20mg/L的运行条件下,菲去除率高达97 %.批次实验证明,盐度为3.0 %,pH值为7.5~8.5,底物浓度为20~200mg/L是菲降解的最佳环境条件,此时污泥比活性高于1.0mg/(gVSS×h).各共存底物的受试浓度下,酵母提取物和苯酚促进菲降解,镉和氰化物则抑制该过程,乙酸钠、铜、铬对该过程没有明显影响.16S rRNA基因高通量测序结果表明AD-3菌在反应器内具有长期稳定性,其相对丰度维持在1.5 %.Shinella、Microbacterium和Brevundimonas是反应器中的优势菌,其相对丰度分别为20.7 %,15.1 %和11.9 %.RT-qPCR结果显示接种AD-3菌后,编码PAHs双加氧酶RHDa的功能基因差异倍数从2.1提升至11.7.     

铜、锌离子对厌氧氨氧化污泥脱氮效能的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥,研究了Cu2+、Zn2+浓度变化对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期的影响.短期实验结果表明,铜、锌离子对厌氧氨氧化污泥的脱氮效能影响主要分为3个阶段.刺激阶段,Cu2+浓度0~1mg/L和Zn2+浓度0~4mg/L时,随着进水金属离子浓度的增加,微生物活性受到刺激,氮去除速率迅速增加;稳定阶段,Cu2+浓度1~8mg/L时,氮去除速率处于稳定状态.抑制阶段,Cu2+浓度大于8mg/L和Zn2+大于4mg/L时,随着进水金属离子浓度的增加,氮去除速率逐步下降.Cu2+、Zn2+对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长期影响表明,当进水Cu2+浓度达到4mg/L和Zn2+达到8mg/L时厌氧氨氧化污泥的活性将受到抑制.降低进水重金属浓度后,厌氧氨氧化污泥活性可以得到恢复.厌氧氨氧化菌对Cu2+的敏感性强于Zn2+.     

苯酚存在对生物强化系统降解2,4-二氯酚的影响

研究了采用生物强化技术降解废水中2,4-二氯酚(简称2,4-DCP)时,不同浓度的苯酚存在对生物强化系统降解2,4-DCP的影响,并通过半连续流实验研究了苯酚长期存在下强化系统中2,4-DCP和苯酚生物降解速率的变化趋势.结果表明,苯酚浓度为10mg/L,50mg/L,100 mg/L及300mg/L时,都会对强化系统中2,4-DCP的降解速率产生一定的抑制作用,而且抑制作用随着苯酚浓度的增加而增强.不同浓度的苯酚与2,4-DCP长期共存时,2,4-DCP的降解速率表现出下降的趋势,而苯酚的降解速率则有所增强.     

生活污水常温处理系统中AOB与NOB竞争优势的调控

常温（19℃±1℃）条件下,采用SBR工艺处理低碳氮比（C/N）实际生活污水,研究氨氧化菌（AOB）与亚硝酸盐氧化菌（NOB）竞争优势的调控,在接种全程硝化污泥的系统中使AOB成为优势菌群,启动并维持常温短程硝化.通过控制曝气量为40 L/h使系统溶解氧处于较低水平（DO_average<1.0 mg/L）,同时结合好氧硝化时间的优化控制,即在pH值“氨谷"点前及时停止曝气的短周期定时控制,强化AOB的竞争优势.待AOB的竞争优势初步形成后（亚硝酸盐积累率NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N达到50％）,每周期曝气时间随着NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N的提高由3 h逐步延长至4 h、 5 h,从而提高NH⁺₄-N去除率,进一步增强AOB在系统中的竞争优势,短程硝化成功启动,NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N稳定在95%以上.FISH检测结果表明AOB大约占总菌群的9.97％.在线控制好氧硝化时间可以很好地维持短程硝化效果,NH⁺₄-N去除率达到97%以上.研究还表明,对于全程硝化污泥常温下如果不限制溶解氧,单纯依靠短周期定时控制无法使AOB成为优势硝化菌群.