两相一体式污泥浓缩消化(TISTD)反应器微生物多样性研究

针对课题组开发的两相一体式污泥浓缩消化反应器(TISTD),采用16S rDNA、PCR-TGGE等分子生物学技术,对反应器在不同阶段稳态下的内、外反应室中微生物的多样性和种群结构进行了研究.结果表明:TISTD反应器内外反应室中微生物群落均呈现高度的多样性分布,优势菌群明显,群落结构差异性很大,且外反应室较内反应室具有更多的微生物种群数量,外室是水解酸化的场所,污泥在外室经过微生物的水解酸化后进入内室,内室是严格厌氧的产甲烷场所;从反应器运行的不同时期来看,反应器中微生物优势种群呈现一定的差异,随着反应器负荷的改变,微生物的群落结构和种群数量也呈现出明显的演替过程,优势种群的功能地位处在动态变化中.微生物种群之间通过协同和竞争作用,形成了特定生态位的群落结构.研究结果解释了TISTD反应器同时浓缩和消化的工作机理,并为其推广、应用及优化调控提供了理论基础.     

MBR活性污泥培养驯化过程中生物多样性研究

以MBR反应器启动调试阶段的活性污泥为主要研究对象,系统考察了传统活性污泥法(Conventional activated sludge,CAS)污泥接种至MBR反应器内污泥培养驯化过程中生物多样性情况及微生物群落结构的演变规律.同时,在传统污水污泥检测指标的基础上,对各阶段污泥中总细菌基因组DNA进行提取,应用PCR-DGGE分子生物学技术获得了相应的凝胶电泳图谱并进一步分析了菌群间的相似性.结果表明,以CAS污泥为接种污泥在MBR反应器内培养驯化过程中微生物的多样性变化突出,细菌群落结构演替明显,不同阶段菌群间的相似性说明了各阶段菌群的演变关系:污泥培养驯化是一个逐步有序的过程,微生物随反应器内不同时期及环境的变化而调整,逐渐演变成适应MBR工艺的群落结构.     

厌氧污泥颗粒化中微生态形成过程表征

采用荧光原位杂交（FISH）和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术,表征了厌氧污泥颗粒化过程中微生物种群多样性及群落相似性的变化,解析了关键微生物中产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌及产甲烷菌的动态演替,初步探讨了颗粒污泥微生态群落的形成过程.结果表明,正常启动的厌氧反应器中,颗粒污泥生长周期超过180 d...     

降解五氯酚厌氧生物反应器微生物种群结构的分子特性研究

采用PCR—DGGE技术，对降解PCP厌氧生物反应器污泥颗粒化过程微生物种群结构的时空分布变化特性进行了初步研究．结果表明，随着PCP负荷增加与污泥的颗粒化，污泥真细菌、古细菌组成均发生明显变化．当反应器稳定运行时，反应器内上下层污泥微生物种群结构组成相似，真细菌相似性Cs在71．4～77．6之间，古细菌Cs在70．4～76．7之间．反应器一旦受污染物负荷冲击干扰，反应器上下层污泥真细菌组成相似性Cs降至43．3，古细菌降至35．2．测序表明，颗粒污泥中存在不可培养的脱氯细菌，优势产甲烷细菌为Methanosaeta concilii、Methanobacterium sp．、Methanobrevibacter sp．和Methanothfix soehngenii．     

膜生物反应器与传统活性污泥反应器内生物群落特征

采用膜生物反应器(MBR)和传统活性污泥法(CAS)2种反应器处理相同的生活污水,考察了MBR和CAS的运行和生物群落结构及其动态变化.结果表明,MBR对COD和氨氮的去除效率均比CAS高, MBR和CAS出水COD的平均值分别为39.6 mg/L和62.9 mg/L,出水氨氮的平均值分别为6.8 mg/L和14.5 mg/L,可以看出无论是对于有机物还是NH⁺₄-N,MBR的去除效果都比CAS要好.由于MBR的污泥处于大的曝气剪切力、过低的污泥负荷、以及长SRT导致的各种惰性物质积累等环境中,使MBR中污泥的群落及其变化与CAS相比有明显的不同.随着反应器运行时间的增加,DGGE的结果表明MBR的种群数量始终高于CAS, MBR群落相似性系数的变化也比CAS要大很多,在第15、 124、 186和230　d时,MBR的条带数分别是22、 25、 24和20条,而CAS在相应的运行时间时条带数分别为19、 14、 17和20条.MBR污泥与种泥的相似性系数分别是54.1%、 63.7%、 63.9%和66.8%,而CAS污泥与种泥的相似性系数分别是71.8%、 61.4%、 9.1%和65.9%.说明CAS的排泥导致非选择性的微生物流失,同时,也说明MBR的群落具有更好的适应环境因素变化的能力,这是MBR抗冲击负荷能力较强的原因之一.从戴丝系数来看,尽管群落相似性越来越高,但群落始终处于变化状态,说明环境的微小变化（进水水质、环境温度等）都会引起生物群落的变化.     

应用RAPD方法分析厌氧氨氧化污泥驯化过程中的微生物遗传性质

采用随机扩增多态性DNA(RAPD)方法研究了厌氧氨氧化污泥驯化过程中微生物遗传多样性的变化,并对接种物不同的3个反应器中的微生物作了聚类分析.在污泥驯化培养过程中,3个反应器内的微生物发生了较明显的遗传变异,以缺氧污泥接种的反应器中微生物在驯化过程中的Nei基因多样性指数和Shannon信息指数均较高,遗传变异较大.硝化污泥中存在与厌氧氨氧化细菌亲缘关系较近的菌种,更适宜作为接种物驯化培养厌氧氨氧化细菌.以好氧污泥作为种泥启动反应器,通过培养硝化污泥再转入厌氧氨氧化驯化,这种驯化途径优于以缺氧污泥和厌氧污泥启动反应器的途径.     

c-di-GMP在低温好氧颗粒污泥形成过程中的作用

在低温条件下运行好氧颗粒污泥反应器,絮状污泥颗粒化过程中信号分子可通过传导作用引起各层物质之间的组分变化,通过研究胞外聚合物及污泥相关疏水性的变化规律,并观察此过程中微生物菌群的群落演替特点,揭示环二鸟苷酸（c-di-GMP）在低温好氧颗粒污泥形成过程中的变化规律与影响作用.结果表明：接种污泥在颗粒化过程中,胞外聚合物含量从48mg/gMLVSS增长至139mg/gMLVSS,其中以TB层蛋白质增长为主,在颗粒化过程中,c-di-GMP含量由62μg/gMLVSS增至600μg/gMLVSS,始终影响微生物运动及生物膜形成,促使具备胞外聚合物分泌功能的菌群加快分泌胞外聚合物,促进好氧颗粒污泥的形成.各个阶段污泥中微生物种群存在较大差异,在反应器运行初始阶段与c-di-GMP合成相关的菌群占据优势,同时在后期表现出较好的脱氮除磷能力,在低温条件下好氧颗粒污泥微生物菌群发生演替并最终形成稳定的菌群结构.     

厌氧出水培养好氧颗粒污泥及其微生物多样性分析

以处理黄连素废水的厌氧折流板反应器(ABR)出水为进水基质,在序批式反应器(SBR)中培养好氧颗粒污泥,反应器运行80 d后形成粒径在2~10 mm间的成熟稳定的颗粒污泥。采用扫描电镜(SEM)和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对好氧污泥颗粒化进行分析,考察微生物形态、群落演替和多样性,并对优势菌种进行了分析。DGGE图谱表明,好氧污泥颗粒化进程中,微生物种群呈明显演替变化,好氧颗粒污泥菌群多样性较强。克隆测序结果表明,好氧颗粒污泥反应器优势菌群主要为未分类bacteria、CFB group bacteria和Bacteroidetes。     

厌氧颗粒污泥中微生物种群变化的分子生物学解析

荧光定量-聚合酶链式反应(RTQ-PCR)与荧光原位杂交(FISH)技术对厌氧反应器内不同状态下颗粒污泥中微生物种群的数量变化与空间分布进行研究.结果发现,颗粒污泥中真细菌明显多于古细菌,但随着厌氧反应器有机负荷的提高,古细菌明显增加,其中产甲烷丝菌也明显增加;真细菌多分布生长在颗粒污泥的外层,而对环境条件敏感的古细菌多分布生长在内层,且随着反应器有机负荷的提高,这种层状分布的特点更为明显.     

基因工程菌生物强化处理系统微生物群落分析

在膜-生物反应器(MBR)和传统活性污泥反应器(CAS)中,考察了基因程菌生物强化对阿特拉津的去除效果,并通过PCRDGGE分析了反应器不同运行阶段污泥微生物群落的变化.结果表明,基因工程菌生物强化实现了阿特拉津的高效生物去除,MBR和CAS阿特拉津平均去除率分别达到88.6％和85.3％.阿特拉津生物强化去除有助于反...     

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).     

利用PCR-DGGE研究膜生物反应器中微生物的群落结构

使用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)考查了天津某再生水处理厂膜生物反应器(Membrane Bioreactor,简称MBR)培养驯化直至正常运行全过程中总细菌群落结构的演替情况.结果表明,在MBR环境中,接种的传统活性污泥中的微生物群落在几天内发生了较大的变化,在进污水驯化时,微生物群落也遭受了冲击,最后经过培养驯化趋于稳定,一些菌种逐渐成长为顶级优势微生物,在反应器内占据主导地位.最终该反应器逐渐形成了自己独有的微生物群落生态系统.另外,对该微生物群落的部分优势总细菌进行了克隆测序和系统发育树分析,通过鉴定获得的10条总细菌的16S rDNA序列,它们分别与气单胞菌属、假单胞菌、亚硝酸菌属、丛毛单胞菌属和杆菌的同源性在97%以上,这些优势微生物在MBR反应器去除有机物的过程中起到了关键的作用.     

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.     

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.     

Mechanism on minimization of excess sludge in oxic-settlinganaerobic (OSA) process

The oxic-settling-anaerobic (OSA) process is a promising wastewater treatment technique for efficiently reducing sludge production and improving the stability of process operation. In this paper, the possible factors of sludge reduction such as sludge decay, uncoupled metabolism, and anaerobic oxidation with low sludge production were discussed in the OSA process. It has been confirmed that sludge decay is the decisive cause in the OSA process, accounting for 66.7% of sludge production reduction. Sludge decay includes hydrolysis and acidogenesis of dead microorganisms and particle organic carbon adsorbed in sludge floc and endogenous metabolism. By batch experiments, it has been proven that there is energetic uncoupling in the OSA system since microorganisms were exposed to alternative anaerobic and aerobic environment. It accounts for about 7.5% of sludge production reduction. Soluble chemical oxygen demand (SCOD) released from the anaerobic sludge tank in the OSA process was used as the substrate for cryptic growth. The substrate was used for anoxic denitrifying, anaerobic phosphorus release, sulfate reduction, and methane production. These anaerobic reactions in the sludge anaerobic tank have lower sludge production than in the aerobic oxidation when equivalent SCOD is consumed, which may lead to approximately 23% of sludge reduction in the OSA process. It has been concluded that multiple causes resulted in the minimization of excess sludge in the OSA system. The microbial community structure and diversity of sludge samples from the CAS (conventional activated sludge) and OSA systems were investigated by 16 SrDNA PCR-DG-DGGE (polymerase chain reaction-double gradient-denaturing gradient gel electrophoresis). DGGE profile and cluster analysis showed more abundant species in the OSA system contrasting to microbial communities in the CAS system.     

长三角地区MBBR泥膜复合污水厂低温季节微生物多样性分析

为表征长三角地区采用MBBR泥膜复合工艺（hybrid-MBBR）的污水厂在低温季节的微生物群落变化,得出微生物分布规律,采用Illumina MiSeq高通量测序对该区域5座市政污水处理厂进行研究,对好氧区活性污泥及悬浮载体生物膜微生物群落结构进行了分析.结果表明,同污水厂悬浮载体生物膜微生物物种数低于同系统活性污泥,且物种分布更不均匀.悬浮载体的投加可提升系统微生物多样性,但同时进水及运行方式对系统微生物群落组成具有一定选择性.各污水厂相对丰度较高的菌属主要有Nitrospira、Mycobacterium、Defluviicoccus、Hyphomicrobium和Macellibacteroides等,悬浮载体的投加极大程度上强化了优势硝化菌属Nitrospira的富集.核算悬浮载体中硝化细菌生物量占系统中总量的86.12%~95.36%;各污水厂好氧区悬浮载体中均检测到一定相对丰度的反硝化菌群,结合沿程及小试结果确认好氧区悬浮载体生物膜上发生了显著的同步硝化反硝化（SND）现象,强化了系统TN去除.     

低温下活性污泥膨胀的微生物群落结构研究

采用水质参数指标测定和高通量测序技术,探讨了郑州某污水处理厂冬季间歇性污泥膨胀机制.结果表明该厂活性污泥的污泥容积指数(SVI值)的变化与季节温度变化有显著的负相关性,1~4月及12月易发生污泥膨胀,但是不影响出水水质.高通量测序技术分析发现污泥膨胀月份泥样的微生物群落结构要显著不同于未膨胀月份.该厂发生丝状菌污泥膨胀的优势丝状菌为腐螺旋菌科Saprospiraceae和黄杆菌科Flavobacterium.因此,低温导致活性污泥微生物群落结构变化是引起该厂活性污泥膨胀的原因.     

五氯苯酚对活性污泥中微生物活性抑制机理研究

四个工艺结构完全相同的活性污泥法反应系统由于添加五氯苯酚的浓度不同,在稳定运行期,其总有机污染物COD及目标污染物五氯苯酚的去除率也不相同。BIOLOG方法分析各活性污泥系统中细菌的功能结构及镜检观察分析污泥中原生动物的种群结构后发现:五氯苯酚降低活性污泥污染物去除效率的根源在于,不同浓度的五氯苯酚对活性污泥中的微生物种群结构的定向选择,在不同程度上改变了活性污泥中微生物种群的功能结构,使微生物种群对污染物的降解速率和程度发生了改变。     

IFAS工艺处理南方低碳源污水的泥膜微生物互作规律分析

针对低碳源条件下污水处理问题,开展了活性污泥和生物膜共生系统（IFAS）的实验研究,讨论了低碳源下泥膜两相微生物的赋存特征和互作规律,明确其生态位和对处理效能的影响,通过实际水厂的中试实验,分析生物膜挂膜特性、泥膜活性和菌群的演替规律,对比在不同活性污泥泥龄调控下的泥膜两相中微生物结构和相互作用.结果表明,在变SRT下,反应器内污泥浓度随着SRT的增大而增加;由于SRT-H中微生物浓度远大于SRT-L,因此SRT-H中泥膜之间的竞争关系较SRT-L更激烈,SRT-H中污染物去除效能较SRT-L更低.低碳源进水条件下,IFAS工艺中污泥活性随SRT增大而降低,当低SRT （5 d）条件下,活性污泥硝化、反硝化、聚磷和吸磷速率较高SRT （25 d）分别增加了122%、88%、34%和44%;而SRT对生物膜活性的影响较小,两种SRT下生物膜硝化活性、反硝化活性相差不大.微生物测序分析表明,IFAS工艺功能菌在泥膜两相间会随着SRT的变化而发生富集转移;SRT-L中,因"播种（seeding）"效应而在泥膜两相间发生富集转移的功能菌主要为unclassified_g__Enterobacteriaceae,SRT-H中则主要是Acinetobacter.同时,通过分析优势功能菌分布,发现活性污泥中脱氮菌和聚磷菌之间也存在一定竞争;在进水有机基质匮乏的条件下,脱氮菌的相对丰度明显高于聚磷菌的相对丰度,表明脱氮菌更能适应低碳源条件,所以能在竞争中占据优势地位,这种优势主要体现为好氧反硝化菌相对丰度的增加;此外,泥相的SRT变化会反作用于膜相,使得生物膜的停留时间相应发生改变,从而改变菌群结构,筛选出不同优势菌属,进一步加大差异.