污泥高温好氧消化过程的生物多样性分析

模拟单级污泥高温好氧消化工艺进行批式试验,分析了不同消化时期污泥中挥发性固体物质(VSS)的去除率.同时,运用现代分子生物学手段对活性污泥中提取的细菌基因组DNA进行PCR扩增,扩增产物经变性梯度凝胶电泳(DGGE)分离,获得微生物群落的DNA特征指纹图谱,初步探讨了高温消化时微生物多样性对污泥稳定化的影响.结果表明:污泥高温好氧消化时,VSS降解速率较快,消化120h即可达到38%以上的去除率;温度对消化体系中微生物的种群结构影响较为明显,芽孢杆菌是高温(55℃)消化时的主要种群;消化过程中,体系内部优势微生物种群结构发生了较大改变,这种及时调整使整个消化体系能尽快适应外部环境变化,从而加快污泥稳定化进程.     

MBR中微生物群落结构的演变与分析

为了揭示膜.生物反应器中微生物群落结构多样性的演变过程,通过细胞裂解法直接提取不同时期污泥中的基因组DNA,利用基于16SrDNA的PCR-DGGE技术获得了微生物群落的DNA特征指纹图谱,并对条带进行了统计分析和切胶测序,使用序列数据进行了同源性分析并建立了系统发育树.DGGE分析表明,在反应器运行前17d内污泥中微生物群落结构变化很大,与接种污泥的相似性系数下降到了29.2%,从而说明MBR中处理工艺和进水水质的改变导致微生物群落结构多样性降低.在试验过程中,Pscudomonas和Aeromonas hydrophila等种群一直保持着较为稳定的优势地位,也有原始种群如Bacillus sp.的消亡和以Enterococcus faecalis、Comamonas sp.、Fusobacterium sp.等为代表的次级种群的强化和演变.UPGMA聚类分析将DGGE图谱区分为3大类群并对应于各自的运行时期.测序结果表明,MBR中微生物菌群间进化距离较大,其中Proteobaeteria纲和Bacillus属细菌较多.在反应器运行后期演变为优势地位的菌群(如Comamonas sp.)加剧了膜污染物的产生和积累.     

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。     

内循环UASB中微生物群落多样性分析研究

应用聚合酶链式反应(polymerase chajn reaction,PCR)结合变形梯度凝胶电泳(denature gadient gel elecophoresis,DGGE)技术对内循环UASB反应器内活性污泥的微生物多样性进行分析。通过OMEGA试剂盒的方式提取活性污泥中微生物的基因组DNA,以细菌通用引物进行16S rDNA基因V3高变异区域PCR扩增,再将PCR产物(约200bp)进行变性梯度凝胶电泳分离(变形梯度为30%⁶0%),从而获得表征污泥样中微生物群落特征的DNA指纹图谱。借助Quantity One软件对不同污泥样进行多样性分析。研究表明,内循环UASB反应器内不同取样口取得的活性污泥虽有着共同的和不同的微生物种属,但DGGE图谱中多为共同带,少有特征带,污泥样品间的相似性很高、微生物群落多样性基本一致。反应器内污泥混合均匀、微生物种类丰富,反应器运行稳定且有很强的抗冲击能力。     

PCR-DGGE技术解析生物制氢反应器微生物多样性

为了揭示发酵法生物制氢反应器厌氧活性污泥的微生物种群多样性 ,从运行不同时期取厌氧活性污泥 ,通过细胞裂解直接提取活性污泥的基因组DNA .以细菌 16SrRNA基因通用引物F338GC/R5 34进行V3高变异区域PCR扩增 ,长约 200bp的PCR产物经变性梯度凝胶电泳 (DGGE)分离后 ,获得微生物群落的特征DNA指纹图谱 .研究表明 ,不同时期的厌氧活性污泥中存在共同种属和各自的特异种属 ,群落结构和优势种群数量具有时序动态性 ,微生物多样性呈现出协同变化的特征 .微生物多样性由强化到减弱 ,群落结构之间的相似性逐渐升高 ,演替速度由快速到缓慢 .优势种群经历了动态演替过程 ,最终形成特定种群构成的顶级群落 .     

不同污泥龄膜生物反应器内微生物的群落结构特征

为研究不同污泥龄MBR(膜生物反应器)内的微生物群落结构特征,构建了SRT(污泥龄)分别为10、20、40和80 d的4个平行的MBR,通过PCR-DGGE技术获得各MBR内微生物的DNA指纹图谱,并对条带进行切胶测序. 结果表明,SRT不影响MBR对废水的处理效果,不同SRT下MBR对NH₄+-N和COD_Cr的去除率均能达到90%以上. DGGE结果表明,在运行过程中,各MBR内的微生物群落结构均发生了明显变化,并且不同SRT的MBR内总细菌群落结构变化特征相同;SRT影响同一微生物在各MBR中的出现速率;总细菌Shannon-Wiener多样性指数和丰富度指数均随着SRT的增加而升高,SRT为80 d的MBR内Shannon-Wiener多样性指数最高. 测序结果表明,不同SRT的MBR内的优势种属不同,其中Arcobacter sp.、beta proteobacterium及Thiothrix sp.为不同SRT的MBR中共同存在的关键菌属,对MBR的运行起着重要作用.      

应用PCR-DGGE技术研究处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性

变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)在微生物生态学领域有着广泛的应用.本文应用DGGE技术对处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性随时间的变化进行了研究.在生物滤塔运行的不同时间采集滤塔中的填料样品,进行了生物滤塔对氨处理效果的分析和DGGE分析.结果显示,污泥和混合填料生物滤塔氨的出气浓度在经过一段时间后,逐渐升高,而堆肥生物滤塔的运行情况较好,对氨的去除效率始终在98%以上.PCR-DGGE图谱显示,不同时间的相同填料中微生物DGGE图谱有着明显的差异性.Shannon指数分析表明,填料中微生物的多样性都随着反应器运行时间的延长而有所减少.运行一个月后,混合填料的微生物多样性指数最低为0.389;其次为污泥填料,其多样性指数为0.473;堆肥填料的微生物多样性程度最高为0.569.生物滤塔对氨的去除效果与填料中微生物多样性Shannon指数之间有一定的相关关系.主成分分析(PCA)显示对于堆肥和污泥来说,填料样品之间微生物群落结构相似性较高,而混合填料样品间的微生物群落结构相似性较低.     

引物选择对污泥微生物多样性分析的影响

研究不同引物对PCR-DGGE和PCR-RFLP技术分析污泥群落结构的影响,选取8对通用引物扩增16S rDNA不同可变区序列并对细菌多样性进行DGGE分析,也选取11对通用引物扩增16S rDNA片段并对细菌多样性进行RFLP分析.通过分析PCR产物琼脂糖凝胶电泳图谱、DGGE图谱和酶切图谱,评价不同引物的扩增效果及其对污泥群落多样性的表征能力.结果表明,采用不同引物进行污泥群落结构DGGE分析或RFLP分析时,污泥群落多样性差异显著.PCR-DGGE分析中,引物B341F/B534R(V3区)分析效果较好,条带较丰富,能够充分反映污泥群落多样性.PCR-RFLP分析中,引物27f/8f和1500R扩增效果较好,酶切位点较多,酶切图谱条带丰富,差异性显著,能够充分表征污泥群落多样性.因此,活性污泥细菌多样性分析时,PCR-DGGE分析较优的引物为B341F和B534R,PCR-RFLP分析较优的引物为27f/8f和1500R.     

死菌DNA对厌氧消化污泥中抗生素抗性基因及微生物群落分析的干扰

为评估死菌DNA对厌氧消化污泥抗生素抗性基因(ARGs)和微生物群落分析的潜在干扰,本研究对3种不同类型厌氧消化污泥进行叠氮溴化丙锭(PMA)处理,比较在PMA屏蔽死菌DNA PCR扩增情况下污泥ARGs和微生物群落分析结果与未经PMA处理情况下的差异.结果表明,经PMA处理后,剩余污泥自厌氧消化样品和高含固厌氧消化污泥样品中的ARGs丰度分别下降了41%～86%和74%～98%;污泥水解液厌氧消化15 d后的污泥样品中ARGs下降幅度相对较小,但降幅最高也达到34%.PMA处理对3个来源不同的厌氧消化污泥微生物群落组成分析结果呈现不同程度的影响,对高含固厌氧消化污泥的微生物群落结构分析影响最为显著.在经PMA处理与未经PMA处理两种情况下,厌氧消化污泥ARGs与微生物群落组成相关性分析的结果也截然不同.研究证明了死菌DNA对厌氧消化污泥ARGs和微生物群落分析的潜在干扰,采用PMA预处理能够更准确地反映厌氧消化污泥中的微生物群落及菌体携带ARGs的特征.     

A/O MBR处理生活污水效率与菌群多样性的关系

采用缺氧/好氧膜生物反应器（A/O MBR）工艺处理生活污水,试运行了5种不同的工况以确定最佳工艺参数,利用变性凝胶梯度电泳（DGGE）技术研究缺氧池和好氧池（MBR）中细菌群落结构,分析出水水质与细菌种群多样性的关系.结果表明A/O MBR在水力停留时间（HRT）为12 h,污泥停留时间（SRT）为10 d,硝化液回流比为300%,污泥回流比为100%的条件下,对COD、氨氮、总氮有稳定良好的去除,平均去除率分别为96.4%、99.1%、75.8%;系统运行过程中,缺氧池和好氧池中菌群结构发生较大变化,同一工况下两池菌群的相似性通常大于50%,但缺氧池菌群多样性随工况变换而波动较大,好氧池菌群多样性随运行时间而逐渐丰富;缺氧池菌群多样性指数与反硝化效率成正相关关系.     

PCR-DGGE技术分析倒置A~2/O工艺处理染织废水中的微生物区系

基于16S rDNA的PCR-DGGE(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis)技术研究了倒置A2/O(anoxic-anaerobic-aerobic)工艺处理染织废水过程中的微生物群落结构.从兼氧、厌氧和好氧区共取6个不同处理阶段的样品,测量了不同处理阶段样品的COD、pH、NH4+-N、H2S、总磷(TP)、污泥含量(TS)、色度及其脱除率,并分析了这些指标的变化规律.结果显示,COD在处理后期降到了145mg·L-1,NH4+-N的脱除率可达到85%,硫化氢的去除率达到了90%以上,磷的脱除率可达80%以上,TS处于逐渐升高的趋势,色度的脱除率达到65%.DGGE图谱显示,好氧处理阶段的微生物多样性明显比兼氧处理和厌氧处理的阶段的要丰富.     

PCR-DGGE技术在城市污水化学生物絮凝处理中的特点

通过PCR-DGGE等分子生物学技术可以不经过常规培养直接从活性污泥和生物膜样品中提取DNA,对16Sr DNA V3区进行PCR扩增,结合DGGE(变性梯度凝胶电泳),从而分析活性污泥与生物膜中微生物种群结构.研究证实,活性污泥培养前后微生物种群结构发生很大的改变.同时对2种污水处理工艺中微生物种群结构进行了对比研究,对同一反应器不同位置微生物分布以及不同工况下的微生物种群结构进行了初步探讨.测定了活性污泥中部分菌种的16S rDNA V3区片段序列,通过NCBI(美国国立生物技术信息中心)基因库比对,初步确定细菌的属.结果显示,PCR-DGGE结合测序技术是一种完全可行的快速进行环境学样品微生物研究的分析方法.     

PCR-DGGE分析啤酒废水生物处理工艺的微生物区系

应用基于16s rDNA的PER-DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术对啤酒废水"水解酸化 SBR"工艺的微生物多样性进行研究.分别取水解酸化池与SBR池中不同深度以及不同处理时段的活性污泥,提取样品总DNA,通过PER扩增、变性梯度凝胶电泳,将16S rDNA(V3区)的PER扩增片段割胶克隆测序确定样品中的微生物群落,与筛选出的高效菌株进行对比分析.结果表明,水解酸化池中的微生物群落随深度的改变,在结构组成和种群数量上均有较大差异,2 m深处微生物群落相对丰富,优势条带突出;SBR池不同深度微生物种群结构一致,沉淀期、进水期和曝气期不同处理时段的微生物种类一致,但优势菌群不同;所测序列v2、23、25、31、h5和15号分别与菌株uncultured Thermotogales sp.Comamonas sp.WT OTU1、Agrobaaerium tumefaciens、Bacillus subtilis、Bdellovibrio bacteriovorus、Comamonas testosteroni有高度同源性,活性污泥样品中的优势条带与高效菌株的序列不同,表明筛选出的高效菌并非为实际处理过程中的优势菌.     

Shinella zoogloeoides BC026对吡啶的降解特性研究

从首钢焦化厂的污水处理系统中分离1株能以吡啶为唯一碳、氮源的细菌BC026,它具有自絮凝特性,对卡那霉素、氨苄青霉素和壮观霉素具有抗性,可在阿须贝无氮培养基中良好生长.通过16S rRNA序列分析和Biolog微生物鉴定系统鉴定,确定该菌为Shinella zoogloeoides.纯菌对单基质的降解实验表明,在30℃、180 r/min和pH为7的条件下,当投菌量为0.1 g/L时,BC026可在17 h内将400 mg/L吡啶完全降解;在吡啶初始浓度为99～1 806 mg/L的无机盐培养基中,BC026均能保持降解活性,较高初始浓度的吡啶对BC026的生长产生一定抑制,但BC026在适应后对吡啶的降解速率较快;降解最适温度为30～35℃,最适pH为8.BC026对吡啶的代谢途径研究表明：降解的第一步是断开吡啶的2条C—N链,生成氨氮和戊二醛,随后戊二醛被氧化为戊二酸,并最终转化为二氧化碳和水;吡啶中的氮有59.5%转化成氨氮.     

Carrousel 2000 氧化沟工艺中前置缺氧池与厌氧池的微生物多样性分析

2005年4—8月采集了Carrousel 2000氧化沟工艺调试过程中缺氧池和厌氧池中的活性污泥样品,直接提取样品的基因组DNA并纯化,对细菌16S rDNA的V₃高变区进行PCR扩增和DGGE分离,通过比较DGGE指纹的相似性来研究氧化沟的调试过程中微生物的变化情况. 结果表明,缺氧池中戴斯系数(Cs)最大值:4月为68.2%,5—6月为57.7%,8月为83.6%;厌氧池中Cs最大值:4月为64.8%,5—6月为62.7%,8月为71.5%. 缺氧池与厌氧池的微生物多样性均表现为先减少后增加的趋势. 两池间的微生物种群相似性逐渐降低,启动初期(4月)Cs最大值为80.5%;调试中期(5—6月)Cs最大值为60.8%;调试后期(8月)Cs最大值为59.3%. 好氧接种污泥在缺氧池和厌氧池中的驯化期为4个月左右.      

中药废水污泥群落结构解析中PCR-DGGE引物的选择与评价

在中药废水生物活性污泥群落DGGE解析过程中,为了探讨16S rDNA通用引物的扩增效率和对污泥细菌群落的表征能力,选用包括简并性引物在内的11对通用引物扩增16S rDNA序列的4个可变区,并应用DGGE图谱评价不同引物的扩增效率和微生物种群多样性.结果表明,采用不同引物对进行DGGE分析时,微生物种群多样性存在着显...     

除磷工艺中含氧条件对聚磷菌种群结构影响研究

利用分子生物学技术直接从活性污泥样品中提取DNA,采用套式PCR技术对特征基因片断进行扩增,结合DGGE(变性浓度梯度凝胶电泳)分析活性污泥中微生物种群结构.研究了除磷工艺在正常运行情况下的微生态系统种群结构,并分析了微生物群落结构及行为特征.测定了活性污泥中变形杆菌(Proteobacteria)和产酸菌(Acidobacterium)部分菌种的16S rDNA V3区片段序列,通过NCBI(美国国立生物技术信息中心)基因库比对,初步确定了部分细菌的属.在厌氧/好氧和缺氧/好氧工艺中各类优势菌群变化规律研究表明,在除磷效果稳定的情况下,系统中除磷微生物种群结构大致能保持不变,少数数量或种类发生变化的种群与系统中含氧量变化有关,但是处于动态变化中的菌群结构总体能够适应工艺运行环境.     

Combined alkaline and ultrasonic pretreatment of sludge before aerobic digestion

Alkaline and ultrasonic sludge disintegration can both be used as pretreatments of waste activated sludge (WAS) for improving the subsequent anaerobic or aerobic digestion. The pretreatment has been carried out using different combination of these two methods in this study. The effect was evaluated based on the quantity of soluble chemical oxygen demand (SCOD) in the pretreated sludge as well as the degradation of organic matter in the following aerobic digestion. For WAS samples with combined pretreatment, the released COD was in high level than those with ultrasonic or alkaline treatment. When combined with the same ultrasonic treatment, NaOH treatment resulted in more solubilization of WAS than Ca(OH)2. For combined NaOH and ultrasonic treatments with different sequences, the released COD were in the order: simultaneous treatment > ultrasonic treatment following NaOH treatment > NaOH treatment following ultrasonic treatment. For simultaneous treatment, low NaOH dosage (100 g/kg dry solid), short duration (30 min) of NaOH treatment, and low ultrasonic specific energy (7 500 kJ/kg dry solid) were beneficial for sludge disintegration. Using combined NaOH and ultrasonic pretreatment with the optimium parameters, the degradation efficiency of organic matter was increased from 38.0% to 50.7%, which is much higher than with ultrasonic (42.5%) or with NaOH pretreatment (43.5%) in the subsequent aerobic digestion at the same retention time.     

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.