南海水域不同深度非光合微生物的固碳潜能及其对不同电子供体的响应

通过对南海水域多个区域不同深度的海水分别以H2、Na2S2O3、Na NO2为电子供体经过一定时间的驯化培养后,测定其中非光合微生物的固碳潜力,并统计南海水域不同深度非光合微生物在不同电子供体条件下固碳潜力的差异性,最后结合不同深度海水的主要固碳基因丰度差异,分析南海水域不同深度海洋非光合微生物在不同电子供体条件下固碳潜能差异的原因.结果发现以Na NO2为电子供体时,海洋非光合微生物固碳能力普遍较低,各深度之间没有显著差异;以H2为电子供体时,表层海水中的非光合微生物的固碳潜力显著高于深层海水中的;而以Na2S2O3为电子供体时,深层海水中的非光合微生物的固碳潜力显著高于表层海水中的.基因分析结果表明,固碳基因cbb L在表层海水中的丰度高于深层海水,而cbb M基因在深层海水中的丰度高于表层海水.硫细菌大多以拥有cbb M基因为主,而氢细菌大多以拥有cbb L基因为主.因此不同海洋深度非光合微生物对不同电子供体响应的差异性可能和优势菌群结构的差异有关.海洋表层和深层溶解氧、无机碳含量的差异是导致菌群结构差异,乃至固碳潜力差异的重要原因.     

混合电子供体对好氧非光合微生物菌群固碳效率影响的析因实验分析

通过混合电子供体析因实验,定量描述了Na2S、NaNO2、Na2S2O3 3种无机物的用量和比例与非光合微生物固碳量之间的关系,并分析了3种电子供体之间的两两交互作用.最后,通过16S rDNA V3区DGGE图谱分析,研究了不同混合电子供体对固碳微生物群落结构的影响.结果表明,电子供体析因实验的模型具有较好的拟合度,...     

厌氧氨氧化污泥中氨氧化的潜在电子受体

通过接种亚硝酸盐型厌氧氨氧化污泥,投加潜在电子受体(亚硝酸盐、Fe~(3+)和硫酸盐)研究了厌氧条件下氨氮氧化的潜在电子受体.结果表明,亚硝酸盐是厌氧氨氧化最适合的电子受体,能够与氨氮在短暂的时间内完全反应;在亚硝酸盐缺乏的情况下,厌氧氨氧化污泥中微生物利用自身细胞有机物将产物硝酸盐转化为亚硝酸盐参与氨氮转化;Fe~(3+)与硫酸盐在氨氮氧化后期出现转化,但是直接还是间接参与还需进一步研究.厌氧氨氧化污泥对氨氮产生过量氧化之前必须以亚硝酸盐为电子受体进行微生物活性激活,并且好氧氨氧化菌和亚硝化菌出现增长,推测微生物产生了H_2O_2.该现象并不可长久持续.虽然其氧化速率较慢,但是过量氧化现象较为明显.因此厌氧氨氧化污泥中肯定存在氨氮过量氧化的现象.厌氧氨氧化污泥对电子的利用顺序是亚硝酸盐、硝酸盐、Fe~(3+)和硫酸盐.     

有机物对亚硝化颗粒污泥中功能菌活性的影响

为探明易降解有机物短期冲击对全自养亚硝化颗粒污泥(PNG)中不同功能菌活性的影响,本研究采用多批次连续实验,系统考察了PNG在有机物胁迫与恢复阶段,氮素转化性能与溶解氧(DO)利用情况的演化规律.结果表明,基质C/N比越高,亚硝态氮比累积速率[q(NO-2-N)]的降幅就越大.期间,异养菌(He B)活性的增强,加快了PNG对DO的消耗速率,使得氧亲和力较差的亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性得到了有效抑制.当重新采用无机碳源配水时,q(NO-2-N)数值明显增大,同时He B与NOB的活性均处于较低水平.因此,易降解有机物对全自养PNG系统的冲击具有一定可逆性,该过程有助于巩固氨氧化菌(AOB)的相对优势,提升亚硝化反应的稳定性.     

以甲醇为碳源生物反硝化过程释放一氧化二氮的试验研究

污水生物反硝化脱氮过程是一氧化二氮(N2O)的重要释放源之一.试验采用序批式反应器以甲醇为碳源(电子供体),硝酸盐(NO3--N)为电子受体驯化反硝化菌,并采用批处理试验研究不同电子受体、不同碳氮(C/N)比和不同初始亚硝酸盐(NO2--N)质量浓度条件下N2O释放情况.在典型周期试验和批处理试验中均能检测到N2O的释放.以NO2--N为电子受体时会释放较多的N2O,而以NO3--N为电子受体时释放的N2O相对较少.不同C/N比通过影响反硝化菌的活性进而影响N2O的释放,反硝化菌的活性和N2O的释放量均随着C/N比的降低而降低.N2O的释放量随着初始NO2--N质量浓度的增加而增加,一定浓度范围内的NO2--N会增强反硝化菌的活性.初始NO2--N质量浓度与N2O的释放量具有较好的指数相关性.     

不同接种物对富集反硝化型甲烷厌氧氧化微生物的影响

在厌氧条件下,反硝化型甲烷厌氧氧化过程(Denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)以CH_4为电子供体,以NO_3~-或NO_2~-作为电子受体,可同时实现甲烷氧化和废水中脱氮.本文利用两种电子受体(NO_3~-、NO_2~-)及不同接种污泥成功富集了4种DAMO培养物,研究了不同接种物对富集DAMO微生物的影响.结果表明,NO_3~-对富集DAMO古菌具有重要作用,而NO_2~-则对DAMO细菌的富集过程有较大影响.其次,在富集培养过程中,NH_4~+的存在会获得厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)细菌与DAMO古菌的混培物,并形成协同关系,而DAMO细菌却因与Anammox细菌竞争而被淘汰.当NH_4~+不再加入,NO_3~-成为唯一氮源时,DAMO细菌重新出现并与DAMO古菌形成一种新的协同关系.此外,以淡水河道底泥、淡水湖泊底泥及水稻田土壤的混合物作为接种污泥而得到的DAMO富集培养物,其脱氮速率比以淡水河道底泥、活性污泥及厌氧消化污泥的混合物作为接种污泥的富集培养物高出3.3倍,但后者在驯化时间上缩短了36%.     

城市污水厂活性污泥强化自养反硝化菌研究

采集北京高碑店城市污水厂的反硝化污泥样品,以硫磺作为电子供体进行驯化培养. 测定污泥的增长率来确定污泥活性,分别测定NO^-₃-N、SO^2-₄浓度来确定硝酸盐的去除效率和硫酸盐生成速率. 当硝酸盐去除率达到90%以上时,提取污泥中微生物总DNA,构建16S rRNA基因片段克隆文库来分析细菌群落结构. 结果表明,污泥的增长率为0.177 g/(L·d),污泥中硝酸盐浓度与时间的关系符合一级反应. 污泥中细菌类群主要为Beta-Proteobacteria、Deta-Proteobacteria、Gamma-Proteobacteria和Unclassified bacteria,其中Beta-Proteobacteria类细菌占主导地位. 在成熟的反硝化污泥中,自养反硝化菌Thiobacillus denitrificans占所占比例高达48.65%. 此外,反应器中还存在Denitratisoma sp.、Curvibacter sp.、Thermomonas sp.、Geobacter sp.等细菌. 对自养反硝化污泥中细菌多样性的研究有利于优化反应条件,从而提高污泥的硝酸盐去除率.     

微生物电解系统生物阴极的硫酸盐还原特性研究

针对传统硫酸盐生物还原方法中供氢体系能耗大和氢气利用率低的特点,构建双极室微生物电解系统(microbial electrolysis system,MES),研究了微生物利用阴极作为电子供体去除废水中硫酸盐及电子利用的特性.外加电压为0.8 V时,MES生物阴极在36 h内SO2-4平均去除量为109.8 mg·L-1,平均还原速率可达73.2 mg·(L·d)-1.运行时MES的最高电流密度为50~60 A·m-3,电子回收率为(43.3±10.7)%,约90%的电子被用于还原SO2-4.微生物利用MES阴极产生的H2作为电子供体还原SO2-4,主要还原产物为溶解态的S2-和气态的H2S,还原过程主要发生在前12 h.对MES施加不同外加电压的实验显示,外加电压为0.8 V时的SO2-4去除率和电荷量都比0.4 V时高;但0.4 V情形下MES的电子回收率可达到70%,且周期结束时阴极H2低于检出限,推测微生物可以直接利用阴极的电子从而提高了能量效率.实验结果最终表明,微生物可利用MES的阴极进行代谢去除废水中的SO2-4,阳极微生物产生电子降低了系统能耗,这为含硫酸盐废水的高效低耗处理提供了新的研究思路.     

Effects of ferrous and manganese ions on anammox process in sequencing batch biofilm reactors

Ferrous and manganese ions, as essential elements, significantly affect the synthesis of Haem-C, which participates in the energy metabolism and proliferation of anammox bacteria. In this study, two identical sequencing batch biofilm reactors were used to investigate the effects of ferrous and manganese ions on nitrogen removal efficiency and the potential of metal ions serving as electron donor/acceptors in the anammox process. Fluorescence in situ hybridization analysis was applied to investigate the microbial growth. Results showed that the nitrogen removal increased at high concentrations of Fe2＋ and Mn2＋ and the maximum removal efficiency was nearly 95% at Fe2＋ 0.08 mmol/L and Mn2＋ 0.05 mmol/L, which is nearly 15% and 8% higher than at the lowest Fe2＋ and Mn2＋ concentrations （0.04 and 0.0125 mmol/L）. The stabilities of the anammox reactor and the anammox bacterial growth were also enhanced with the elevated Fe2＋ and Mn2＋ concentrations. The Fe2＋ and Mn2＋were consumed by anammox bacteria along with the removal of ammonia and nitrite. Stoichiometry analysis showed Fe2＋ could serve as an electron donor for NO3-N in the anammox process. Nitrate could be reduced with Fe2＋ serving as the electron donor in the anammox system, which causes the value of NO~-N/NH4-N to decrease with the increasing of N-removal efficiency.     

异养与硫自养反硝化协同处理高硝氮废水特性研究

在异养反硝化反应器中添加单质硫,实现硫自养与异养反硝化联合处理NO_3~-废水,探讨异养和硫自养反硝化协同过程中的p H恒定及污泥减量化的特性.结果表明,硫自养反硝化菌在异养反硝化反应器内能够实现快速生长.经过65d的运行,控制进水TOC/N为0.65~0.75时,协同反硝化在无额外碱添加的情况下,厌氧反硝化产生的碱度满足自养反硝化的需求;运行至116d时,协同反硝化的总氮去除率为85%以上,脱氮效能稳定在2.5 kg·(m~3·d)~(-1).通过与完全异养反硝化相比,协同反硝化的污泥产量仅为完全异养反硝化的60%,极大地降低了污泥产量.但是利用协同自养反硝化处理高浓度NO_3~--N废水时,存在NO_2~--N累积的现象,即使是最终稳定期也有20 mg·L~(-1),需进行深度处理.     

分段进水两级A/O工艺对白酒废水的强化处理效果

为有效控制白酒废水中高质量浓度NH₄+-N对A/O系统冲击引起的出水水质超标问题,分析比较单级A/O工艺和分段进水两级A/O工艺[进水时间（以min计）分配比为7:3]对白酒废水的处理效果.结果表明:与单级A/O工艺相比,分段进水两级A/O工艺出水中ρ（NH₄+-N）、ρ（NO₂--N）、ρ（NO₃--N）和ρ（COD_Cr）均显著降低,其平均去除率分别提高了16.9%、43.2%、49.7%和8%.分段进水两级A/O工艺的二次进水能够为短程硝化反硝化的进行提供有效碳源和NH₄+-N等,为NO₂--N和NO₃--N等去除提供了有利条件;同时,它通过促进对系统内碳源的利用以及NO₂--N的去除,进一步降低了出水中ρ（COD_Cr）.此外,分段进水两级A/O工艺通过降低NH₄+-N和NO₂--N等污染物质量浓度,也能有效减弱其对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等微生物的抑制作用,为后续好氧阶段含氮污染物的去除奠定基础.但是,分段进水两级A/O工艺对白酒废水中PO₄3-的去除效果有限,这主要是因为第二阶段的NO₂--N存在使反应系统处于缺氧环境,同时在碳源不充足的情况下,导致聚磷微生物释磷不充分,降低了第二好氧段的吸磷动力.研究显示,分段进水两级A/O工艺能够有效强化白酒废水中三态氮和COD_Cr的降解去除.      

贵州喀斯特水库红枫湖、百花湖P(CO2)季节变化研究

针对贵州喀斯特地区富营养水库（红枫湖、百花湖）表层水中的CO₂分压P(CO₂)进行为期1 a的监测,分析了影响两湖P(CO₂)季节变化的因素并阐明了两湖P(CO₂)季节变化的机理.不同于北部温带地区水库,两湖出现明显的季节变化特征：夏季表层水中CO₂欠饱和,其他季节CO₂过饱和.通过对物理、化学及生物因素与P(CO₂)之间的相关性分析. 结果表明,两湖P(CO₂)与Chla之间存在的显著负相关,是由于浮游植物光合作用与细菌呼吸作用共同影响的结果,也是两湖P(CO₂)出现季节变化的主要原因.水温与P(CO₂)之间的显著负相关,主要是由于水温影响浮游植物生长引起的.降雨量与P(CO₂)之间的显著负相关,主要是由于降雨量影响水库中营养盐的输入和浮游植物生长引起的.NO^-₃、NO^-₂与P(CO₂)之间的显著正相关,是藻类吸收与有机质降解、硝化反应等共同作用的结果.SiO^{2-₃与P(CO₂)之间的显著负相关,是SiO2-₃受降雨输入及藻类吸收共同影响的结果.而两湖DOC与P(CO₂)相关性的差异可能与两湖DOC来源不同有关.}     

微生物光电化学池去除硝酸盐氮:以PANI/TiO2-NTs为光阳极

利用微生物光电化学池(MPEC)去除污染物是一种经济高效环保的方法.本实验在制备获得聚苯胺/二氧化钛纳米管阵列(PANI/TiO_2-NTs)复合光电极的基础上,构建了由PANI/TiO_2-NTs光阳极和生物阴极组成的MPEC系统,并对其去除硝酸盐氮(NO~-_3-N)的性能进行研究.结果表明,PANI负载时间为80 s时,PANI/TiO_2-NTs电极光电性能最佳,相比于TiO_2-NTs电极光电流密度增大约一倍,PANI的修饰有效提高了光能利用率.构建的MPEC系统能在无外加电压的条件下利用光能驱动实现自养反硝化脱氮,NO~-_3-N的生物降解符合准一级反应动力学方程.光响应电流密度越大,系统反硝化脱氮性能越好,NO~-_3-N初始浓度为25 mg·L~(-1)时,当光响应电流密度从0.17 mA·cm~(-2)增加至0.67 mA·cm~(-2),平均反硝化速率从0.83 mg·(L·h)~(-1)增大到2.83 mg·(L·h)~(-1).对生物阴极微生物膜进行了高通量测序,发现Pseudomonas所占比例最大(27.37%)为优势菌属.分析认为PANI/TiO_2-NTs光阳极产生的光生电子通过外电路传递到阴极,Pseudomonas、Alishewanella和Flavobacterium等具有自养反硝化能力和电化学活性的微生物可直接利用电极上的电子作为唯一的电子供体进行自养反硝化脱氮.     

废水同步脱硫脱氮关键工艺参数及微生物群落结构的研究

大量未经处理的含硫化物和硝酸盐废水的排放将带来严重的环境问题.根据以废治废原则,使用厌氧滴滤塔反应器构建的同步脱硫耦联反硝化脱氮反应(SDD)能很好的去除废水中S~(2-)和NO-x-N.其中以聚氨酯泡沫为填料的厌氧滴滤塔反应器中生物活性最强,脱氮脱硫效果最好.体系中功能菌优先将S~(2-)氧化成S0,待S~(2-)去除完全后,再进一步将S0氧化成SO_4~(2-).同时,SDD反应降解NO_3~--N的速率快于NO_2~--N.进水S/N摩尔比越大,产物中SO_4~(2-)相对含量越低.结合实际工程考虑,应控制进水S/N摩尔比在5/3~5/2之间,S~(2-)浓度控制在538 mg·L-1以下.微生物群落结构分析结果表明,Thiobacillus属在4组反应器上占绝对优势,其相对丰度均高于40%.其次相对丰度较高的Rhodanobacter、Arenimonas和Truepera属与厌氧反硝化作用密切相关.对4组反应器中微生物进行Alpha-多样性分析结果表明取得较好脱硫耦联反硝化效果的体系中物种多样性指数也较高.     

蠡河底泥中反硝化复合菌群富集及菌群结构研究

从无锡市滨湖区蠡河底泥中富集培养反硝化复合菌群,研究其在不同富集培养阶段TN、NO-3-N、NO-2-N、NH+4-N和COD动态变化,分析反硝化过程中气体释放总量、释放速率和成分,通过构建全长16S r DNA克隆文库研究其菌落结构.结果表明,反硝化复合菌群富集在阶段4时脱氮效果最佳,仅在9 h内,330 mg·L-1的TN负荷下,TN去除率达90.9%,NO-3-N去除率达100%,中间产物NO-2-N和NH+4-N积累量最少,分别为3.39 mg·L-1和16.64 mg·L-1,COD去除率达85%;释放气体260m L,气体主要成分为N2,同时还有少量的CH4和CO2等.富集培养反硝化复合菌群细菌属于Pseudomonadaceae科和Rhodocyclaceae科,为Proteobacteria门,OUT丰度分别为57.8%和31.6%,Pseudomonadaceae科是优势类群.     

FeS自养反硝化与厌氧氨氧化的耦合脱氮机制

微生物的功能多样性对元素价态的转换存在协同作用是自然界关键的生态调节策略,充分利用这种策略,实现不同微生物的功能组合,可以发展废水处理新工艺.本文以静态批次实验的含氮污染物作为研究对象,把Fe S投加量、NO_3~--N/NO_2~--N比值、厌氧氨氧化(ANAMMOX,AN)和自养反硝化(AD)生物量之比作为反应控制条件,讨论了AN与AD之间代谢产物互补的合作机制,提出了(AN+AD)_(TN→0)脱氮工艺的概念.研究发现过量的Fe S投加在保证AD过程的彻底性之外,并不显著影响AN菌的代谢活性;提高NO_2~--N在电子受体中的比例,会使微生物复合群落处于代谢底物竞争关系之中,对TN的去除产生负面影响; AN生物量的增加加深了复合群落的合作程度,当初始NH_4~+-N与NO_3~--N的化学计量比小于0. 85时,可以实现TN浓度趋零.结果表明,通过认识微生物之间的交互作用,寻求复杂微生物群落功能的规划或调控,可以设计出更加合理的废水处理工艺,达到低物耗投入条件下目标污染物的高效去除.     

厌氧氨氧化反应器脱氮性能及细菌群落多样性分析

采用提高进水NH_4~+-N和NO_2~--N浓度的方式将上流式厌氧过滤床(UBF)反应器的容积负荷由0.52 kg·(m~3·d)~(-1)增大至2.75 kg·(m~3·d)~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N和TN的去除率也相应地分别从76.18%、53.47%、55.66%增大至94.04%、86.97%、82.96%.同时,采用Illumina高通量测序分析技术,对UBF厌氧氨氧化反应器内微生物的分布规律进行了研究.结果表明,反应器中的脱氮细菌较为丰富,其中变形菌门、浮霉菌门和硝化螺旋菌门分别占27.9%~39.9%、1.1%~26.4%和0.035%~0.188%.反应器运行过程中,反应器中的浮霉菌门Planctomycetes和变形菌门Proteobacteria分别由1.1%、27.9%增加至26.4%、39.9%.其中,浮霉菌门的丰度增大最为显著,其包含的Brocadiacea科达到了24.57%,成为优势菌群,Brocadiacea科主要包含Candidatus brocadia属.Alpha多样性指数和物种相对丰度聚类图分析表明反应器内微生物群落多样性逐渐减小,微生物群落结构产生了显著变化.     

SBR双颗粒污泥系统脱氮除磷性能研究

以模拟废水为研究对象,对SBR双颗粒污泥系统的脱氮除磷性能进行了考察.试验结果表明,A₂N双颗粒污泥系统能使硝化菌和聚磷菌分别在各自最佳的环境中生长,有利于系统脱氮除磷的稳定和高效运行,可控制性也得到了提高.在COD为300 mg·L^-1条件下,系统对COD的平均去除率达到78.8%,大部分COD被聚磷菌用来合成PHA;当溶解氧控制在3.55~4.90 mg·L^-1和5.60~6.60 mg·L^-1之间时,硝化SBR对氨氮的去除率分别为87.0%和94.5%.除磷SBR仅设置缺氧段时,磷去除率为72%;增设后曝气段后,磷去除率增至85%.NO_x^--N(NO₂^--N+ NO₃^--N)的去除主要发生在缺氧段,在反硝化除磷时作为电子受体被去除,平均去除率为90.6%.     

磺胺二甲基嘧啶在过硫酸盐存在下的辐照降解研究

本研究对磺胺二甲基嘧啶(SMT)在不同条件下的辐照降解进行了研究.SMT(20 mg·L~(-1),约0.072 mmol·L~(-1))在外加过硫酸根浓度为0、1、2、4、10和20 mmol·L~(-1)条件下分别进行辐照,发现伽马辐照可有效去除水中的SMT,并可极大地促进溶液TOC的去除,过硫酸盐与伽马辐照联合作用表现出明显的协同效应.在本研究中,各条件下的辐照降解反应均符合准一级反应动力学.在外加过硫酸盐的条件下,溶液的矿化度可以得到极大的提高,当吸收剂量为1 k Gy时,其矿化度由3.5%提高到22.8%,当吸收剂量为5 k Gy时,矿化度由14.1%提高到70.1%.在辐解后的溶液中,利用IC检测到硫酸根离子(SO_4~(2-))、甲酸根离子(HCOO~-)和乙酸根离子(CH_3COO~-)3种离子的存在,一部分中间产物通过GC-MS检测得到,常见的含氮离子(NO_2~-、NO_3~-和NH_4~++)并未在溶液中检测到.同时,本研究还深入探讨了SMT辐照降解机理和降解途径.     

异养硝化-好氧反硝化菌株的分离筛选及复配菌剂对河水的净化效果

从天然河水中富集分离出8株异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌株.将单菌株根据其自身的种属类别及脱氮性能复配成5种由不同菌株构成的菌剂,优选出脱氮效果最佳的复配菌剂-2,其包括6株菌株,分别为Pseudomonas stutzeri MR1,Pseudomonas sp. MR2,Pseudomonas sp. MR3,Pseudomonas balearica MR4,Klebsiella variicola MR6和Catellibacterium terrae MR8.将复配菌剂-2投加至COD_Cr/TN比分别为20和5的河水中,其对NO₃^--N的去除率分别为87.1%和97.5%,期间无NO₂^--N积累;对NH₄⁺-N去除效果在第1 d分别达到96.6%和57.6%.复配菌剂可以获得对河水较高的反硝化脱氮效率,并可以强化河水中NH₄⁺-N的去除,对实际河水的脱氮净化具有较强的应用潜能.