胞外聚合物和信号分子对厌氧氨氧化污泥活性的影响

为了探究胞外聚合物（EPS）对厌氧氨氧化颗粒污泥活性的影响,分别向厌氧氨氧化颗粒污泥中投加30mg/L的总胞外聚合物（IN-EPS）,松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）和紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）.结果表明,3种EPS均可提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性.对于添加了IN-EPS,LB-EPS和TB-EPS的实验组,厌氧氨氧化颗粒污泥的氨氮去除速率分别增加了6.68%,10.5%和19.29%,厌氧氨氧化菌的生长速率分别增加了18.25%,21%,16.3%.三维荧光光谱法分析发现3种EPS的组成基本相同,以芳香族蛋白质和可溶性微生物产物为主.对EPS中的高丝氨酸内酯类（AHLs）信号分子进行检测,发现EPS中含有3种信号分子,分别是C4-HSL,C6-HSL和C10-HSL,外源投加这3种AHLs到厌氧氨氧化颗粒污泥中,结果发现C4-HSL和C6-HSL可以提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性和生长速率,这是EPS可以提高厌氧氨氧化菌活性的原因.     

外源自诱导物对厌氧氨氧化的影响

厌氧氨氧化作为污水生物脱氮新工艺,存在着菌群倍增时间长,一旦随水流失,脱氮性能会急剧下降的问题.N-酰基高丝氨酸内酯（AHLs）作为一类典型的诱发群体感应效应的自诱导物,可能会激活部分基因的表达.有研究表明两种常见的AHLs：C6-HSL和C8-HSL对厌氧氨氧化菌群的成膜机制有促进作用.本试验通过外添加C6-HSL和C8-HSL两种自诱导物,深入探究其对厌氧氨氧化菌群的影响.结果表明浓度为0.5g/L的AHLs会抑制厌氧氨氧化菌群的生长,但能提高其脱氮性能,并显著促进联氨合成酶（hydrazine synthase subunit A,hzsA）基因的表达,但两种AHLs的促进作用有所差别,相同浓度的C8-HSL较C6-HSL对hzsA基因表达的促进作用更为明显.     

AHLs群体感应信号分子对硝化污泥附着生长及硝化效果的影响

污水生物脱氮系统中的硝化菌生长慢、易流失,人为添加N-酰基高丝氨酸内酯类(AHLs)群体感应信号分子,可能会强化硝化菌生物膜的形成,从而有助于富集硝化菌,提高硝化效率.本研究以采用低碳氮比(C∶N=8)人工配置废水驯化100 d后的硝化活性污泥为菌源,人为外加2μmol·L-1的AHLs信号分子(C8-HSL或OHHL),分析了两种信号分子对硝化污泥静态附着、氨氮动态降解及微生物生长速率的影响.研究结果表明,信号分子OHHL能快速强化微生物附着生长,且能在一定时间内持续发挥作用,有助于硝化生物膜的形成;而信号分子C8-HSL则能明显提高硝化污泥的氨氮降解速率;两种信号分子都能促进硝化污泥生长,提高微生物生长速率,增强硝化污泥活性,加速硝化污泥生物量累积.人为添加C8-HSL或OHHL信号分子,不仅能保证氨氮降解效率还能降低出水硝氮浓度,减轻氮污染.     

信号分子对高负荷UASB中ANAMMOX颗粒特性的影响

针对高负荷反应器中ANAMMOX颗粒污泥易上浮流失的问题,进行外源添加酰基高丝氨酸内酯类信号分子（AHLs）对污泥特性的影响研究.结果表明添加30mg/L辛酰基高丝氨酸内酯（C8-HSL）可对颗粒污泥沉降性能产生长期影响,能够有效控制高负荷UASB中ANAMMOX颗粒污泥上浮.仅在实验初期（0~20d）向反应器R2中添加C8-HSL,在实验进行至100d时R2中颗粒污泥B-EPS含量相比对照组R1降低15%,PN/PS值由4.22下降至2.14,同时污泥颗粒表面疏水性提高了26%,因此R2中颗粒污泥的沉降性能大幅提高（颗粒污泥密度增加了24%,沉速提高了90%）.实验进行至100d,R2未发生较明显污泥上浮现象,此时氮容积负荷NLR为12.9kg-TN/（m³·d）,氮容积去除率NRR高达11.3kg-TN/（m³·d）,氮去除率达88%.己酰基高丝氨酸内酯（C6-HSL）可使污泥颗粒的活性有所提高,而十二烷酰基高丝氨酸内酯（C12-HSL）则对高负荷反应器中颗粒污泥的特性没有影响.     

反应器类型及接种污泥对厌氧氨氧化工艺启动阶段的影响

厌氧氨氧化工艺启动周期过长,在实际应用推广中受到制约。为缩短厌氧氨氧化工艺启动时间,提高启动成功率,试验分别通过将两种来源的污泥分别接种在两个相同类型的UASB反应器,以及将相同污泥分别接种在不同类型反应器的方法,对厌氧氨氧化工艺启动阶段进行试验研究,探索能够缩短工艺启动周期、提高工艺启动成功率的有效措施。结果表明,增加机械搅拌装置、提高接种污泥的浓度及厌氧氨氧化菌落丰度指数,可以有效提高厌氧氨氧化反应器的耐浓度、耐负荷冲击性能,有利于厌氧氨氧化工艺的启动。     

生物活性炭厌氧氨氧化反应器启动过程研究

采用生物活性炭反应器进行厌氧氨氧化启动实验,以考察生物活性炭对该启动过程的加速作用.在3个相同的UASB反应器中接种由厌氧颗粒污泥和厌氧絮状污泥组成的混合污泥,以含NH4+-N和NO2--N的人工配水为进水,连续运行,并分别在反应器运行的第0、33、56 d添加颗粒状活性炭载体.结果表明,第0 d添加载体的反应器在运行90 d后脱氮性能无显著提高,暂停运行1个月后,经过33 d(累计123 d)二次启动成功.而第33 d、56 d添加载体的反应器分别历经49 d、85 d成功启动,实现了厌氧氨氧化反应器的快速启动.3个反应器启动后总氮的平均去除率分别为89.8%、86.7%、86.7%.反应器启动运行过程可分为菌体自溶期、停滞期、活性提高期和稳定脱氮期,最适宜加入GAC载体的时间为停滞期开始之后.     

厌氧氨氧化工艺在UASB反应器中的启动运行研究

利用UASB反应器进行了厌氧氨氧化工艺的启动运行研究。以自配高氮低碳废水为进水,普通厌氧污泥为接种污泥,在温度35℃,pH7.5～8.0的条件下连续运行220d,成功实现了厌氧氨氧化工艺的启动,氨氮容积负荷为0.43kg/(m~3·d)时,氨氮的去除率最高达88.3％,扫描电镜的观察结果表明,厌氧氨氧化污泥中的细菌以形状不规则的短杆菌为主。     

上流式厌氧污泥床处理低温低浓度废水存在的问题与对策

通过对上流式厌氧污泥床应用技术的研究，分析了上流式厌氧污泥床技术处理废水所存在的局限性。并就上流式厌氧污泥床反应器(UASB)应用于我国低温低浓度污水处理中可能出现的问题，从UASB反应器的启动、水力停留时间和上流速度之间的平衡关系、厌氧氨氧化生物代谢新途径的促进以及工艺的改进等方面提出对策措施。     

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.     

接种不同普通污泥的厌氧氨氧化反应器的启动运行研究

采用 3套相似的小试UASB系统 ,分别接种普通厌氧颗粒污泥、普通厌氧颗粒污泥与好氧活性污泥的混合污泥以及河底污泥 ,以自配含NH 4 N和NO-2 N的废水为进水 ,分别经过 2 2 5d、2 2 0d和 2 5 0d的启动运行 ,均成功实现了厌氧氨氧化过程 ,氨氮去除率都达到 80 %以上 ,但在各反应器中由厌氧氨氧化过程所去除的氨氮与亚硝酸氮的比例有较大区别     

磷、锌和镉交互作用对小白菜生长和锌镉累积的影响

利用不同元素之间的交互作用是控制作物重金属积累的有效手段.采用交替固定两因子的单一因子水平设计,以中性紫色土为材料,进行盆栽试验,探讨磷（P）、锌（Zn）和镉（Cd）不同水平组合对小白菜生长、抗氧化酶活性和Zn、Cd积累的效应和机制,为Cd污染土壤中蔬菜安全生产提供依据.结果表明,适量P和Zn的添加均能促进小白菜生长、抑制Cd在小白菜中的累积,但两者作用机制不同：P主要通过降低土壤中Cd的有效性和提高小白菜抗逆性减少小白菜对Cd的吸收,而Zn主要通过促进作物生长的稀释作用和植物体内生理拮抗作用抑制小白菜Cd的累积;外源添加1 mg ·kg^-1 Cd胁迫时,小白菜抗氧化胁迫能力受到显著抑制,过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性下降,丙二醛（MDA）大量积累;P和Zn均可提高CAT活性而提高小白菜抗氧化胁迫能力,缓解Cd毒害,而对POD活性影响不大;外源添加P和Zn与Cd胁迫含量比ω（Cd）：ω（Zn）：ω（P）为1 ：10 ：200时,小白菜产量最大（55.72 g ·pot^-1）,且可食部Cd含量低于国家绿叶蔬菜中Cd限量50 μg ·kg^-1的标准要求（GB 2762-2017）;增加P和Zn占比,Cd积累量进一步下降,但小白菜产量降低.因此适当施用P和Zn肥可降Cd并增产,实现蔬菜的安全生产.     

全氟辛酸对大肠杆菌的氧化胁迫和膜损伤

全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)因其具有极高的化学稳定性和良好的疏水疏油性而在工业生产中广泛使用,但近年来被认为是一种在环境中广泛分布的持久性有机污染物.利用流式细胞术等检测技术,研究了PFOA对大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)的氧化胁迫和膜损伤,并对其毒性作用机制进行了初步的探索.结果表明,在PFOA胁迫下,大肠杆菌胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)含量增加,膜脂肪酸不饱和度降低,丙二醛(malondialdehyde,MDA)浓度升高、细胞膜通透性增大、跨膜电位降低,而细胞膜上的Na+K+-ATPase、Ca2+Mg2+-ATPase活性随时间的延长代偿性地先上升后降低.由此说明,在PFOA胁迫下,大肠杆菌细胞内升高的ROS与细胞膜不饱和脂肪酸发生过氧化反应,降低膜脂肪酸的饱和度,使得MDA在细胞内积累,进一步引起细胞膜损伤及其上相关ATPase活性降低,最终导致大肠杆菌细胞失活或死亡.实验结果对研究PFOA胁迫下环境生态毒理提供更多依据.     

人工合成麝香对小麦种子发芽的生态毒性

采用土培实验,研究了佳乐麝香(HHCB)和吐纳麝香(AHTN)对小麦种子发芽的生态毒性,测定了这2种人工合成麝香对小麦种子发芽率、根伸长抑制率和芽伸长抑制率的影响.结果表明,小麦种子的发芽率与这2种人工合成麝香浓度之间剂量-效应关系不明显,低剂量条件下(佳乐麝香≤150 mg·kg-1,吐纳麝香≤200 mg·kg-1...     

四溴双酚-A污染对颤蚓的氧化胁迫及毒性

在实验室模拟条件下分别采用动、静态生物慢性实验的方法,研究了不同浓度的四溴双酚-A(Tetrabromobisphenol A, TBBPA)对颤蚓(Monopylephorus limosus)体内抗氧化酶系统及相Ⅱ结合酶系统活性的影响以及颤蚓暴露于单一浓度的TBBPA后,其体内抗氧化酶系统的活性随时间的响应.结果表明,暴露 8d 后,颤蚓体内SOD的活性发生显著变化,变化趋势明显分为升高、降低、再升高3阶段,在0.05ms/L时SOD的活性被最大诱导(p<0.01),达到对照组的7.8倍,各浓度组SOD的活性均显著高于对照组,由对照组的1.5倍到对照组的7.8倍;同时, CAT的活性变化则呈升高、降低、再升高、再降低4阶段,0.5mg/L时其活性达到最大值(p<0.01),除0.005mg/L和0.25mg/L浓度组CAT活性受抑制外,其余浓度组CAT的活性均高于对照组,由对照组的1.1倍到1.9倍,染毒浓度为0.25ms/L时, GST的活性达到最大诱导(p<0.01),其活性先缓慢上升后下降,并且各处理组GST的活性均显著高于对照组(p<0.05).在单一浓度TBBPA污染暴露的10d时间内,颤蚓体内SOD的活性变化趋势形成了一个变形的"M" 形曲线,在第3d时其活性达到最大诱导,而CAT活性的变化则表现为一个不规则的"N"形曲线,在第5d,时其活性达到最大诱导,并且SOD的活性比CAT的活性受时间的影响小,相对来说更稳定.可见, SOD与GST的活性变化似乎更能反映出TBBPA对颤蚓的污染效应及其毒性作用,而SOD的活性变化似乎更为灵敏,但是二者能否作为指示TBBPA污染的生物标志物尚需进一步研究.     

C/P对EBPR系统PAOs与GAOs竞争及PHAs代谢过程影响研究

以富含聚磷菌(PAOs)活性污泥为基础,基于FISH技术研究了SBR工艺不同C/P(25∶1、20∶1、15∶1和10∶1)对EBPR系统中功能菌变化特征与微生物胞内聚合物(PHAs)代谢过程的影响.结果表明,经过10 d运行处理,C/P分别为25∶1、20∶1和15∶1系统磷酸盐去除率88%,而C/P为10∶1系统磷酸盐的去除率为0%.FISH检测结果显示,随着C/P从25∶1下降到10∶1,EBPR系统中PAOs的含量相应从(76.42±1.24)%减少到(10.40±0.97)%,而聚糖菌(GAOs)则从(16.36±3.41)%增加到(34.25±2.59)%.在厌氧段,不同C/P条件下EBPR系统中PHB和PHV的合成动力学系数大小分别为K25∶1K20∶1K15∶1K10∶1和K15∶1K20∶1K25∶1K10∶1.随着C/P从25∶1下降到10∶1,合成PHB在PHAs中所占的比例从85%下降到24%,而PHV则从15%上升到76%;在好氧段,不同C/P系统消耗PHB和PHV的动力学系数大小均为K20∶1K25∶1K15∶1K10∶1,且C/P为25∶1、20∶1和15∶1时系统消耗主要成分是PHB(占PHAs 71%～75%),而C/P为10∶1时系统消耗主要成分是PHV(占PHAs 71%).由此表明,随着C/P的降低,EBPR系统内GAOs增加而PAOs减少,从而导致系统内PHB合成与消耗比例逐渐减少,而PHV合成与消耗比例逐渐增加.     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥形成与反应机制的研究

处理实际生活污水添加不同碳源的A(丙酸钠+乙酸钠)、B(葡萄糖)2个单级SBR中的好氧颗粒污泥(aerobic granularsludge,AGS)均能在常温(18～27℃)和低温(9～13℃)条件下稳定维持同步脱氮除磷的去除效果,利用荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)、多重荧光染色技术以及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)技术对2个反应器中好氧颗粒污泥的菌群、细菌凋亡和胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)的分布以及颗粒污泥的微观形态等进行了研究.FISH结果表明,2个反应器的AGS中,氨氧化菌均位于AGS的最外层,约占总菌的12%,聚磷菌则均位于颗粒的内层,约占总菌的40%,2种颗粒对氮、磷的去除机制没有明显区别,受碳源影响较小.硝化是限速步骤,好氧条件下颗粒内部反硝化除磷的存在加速了吸磷的进行.细菌凋亡荧光染色结果表明,A、B中AGS的活细菌多位于外层,而死细菌均匀分布.EPS多重荧光染色结果表明,2种AGS中的蛋白质和脂类均分布均匀,不受碳源的影响,但蛋白质数量较多,脂类较少;而多糖(α吡喃葡萄糖、α甘露糖和β-D-吡喃葡萄糖)在不同反应器的AGS中呈现出不同的分布规律,表明其分布及含量与外加碳源有着密切的关系,多糖与AGS的形成、稳定维持具有直接的联系.SEM显示B中球菌较多,而A中以杆菌为主,该结果表明不同的碳源会对好氧颗粒污泥的菌种产生影响,并且与最终的去除效果相关,以丙酸钠+乙酸钠为外加碳源更容易维持稳定的同步脱氮除磷去除效果.     

长期低聚磷条件对AO-SBR系统Accumulibacter代谢特性的影响

为了考察长期低聚磷(Poly-P)条件下Accumulibacter的菌群结构及其代谢特性的变化,采用两个SBR反应器,分别采用乙酸钠和丙酸钠为有机碳源,接种富含Accumulibacter的活性污泥,在进水PO34--P浓度为2. 5 mg·L~(-1)的低磷进水条件下运行60 d,对系统除磷性能、污泥浓度、主要菌群结构的变化进行研究.结果表明,长期低Poly-P条件下两个SBR系统均表现出良好的除磷和去除有机物的性能,但两个系统内的菌群代谢均表现出聚糖菌代谢特征;运行60 d后,丙酸盐系统中AccumulibacterⅠ型仍保持了较高的丰度(40%±7%),表明丙酸盐SBR系统中AccumulibacterⅠ型不仅具有较高的代谢活性,还能够在长期低聚磷条件下以一种不依赖Poly-P的代谢方式进行生存;对比发现,丙酸盐碳源更有利于Accumulibacter适应低磷负荷的运行环境,且在低磷负荷的运行环境下AccumulibacterⅠ型比Ⅱ型更具竞争优势.     

典型持久性有机污染物在翅碱蓬中的分布特征

碱蓬是潮间带的常见优势种群,为了解其在持久性有机污染物从陆域向海洋迁移中所起的作用,利用GC-MS研究了东营和营口潮间带盐沼植物翅碱蓬不同器官及根系土中有机氯农药(OCPs)、多环芳烃(PAHs)、十溴联苯醚(BDE209)和多氯联苯(PCBs)的含量和分布特征.结果表明,4类持久性有机污染物在翅碱蓬中的污染水平依次为ΣPAHsΣOCPsBDE209ΣPCBs(96～1506ng/g、14～577ng/g、1.8～33ng/g和399～2161pg/g).营口潮间带沉积物中OCPs、PAHs和PCBs的污染水平高于东营,但这3类污染物在两地潮间带翅碱蓬叶子中的含量水平相当.OCPs在两地翅碱蓬各器官中的分布相同,即茎根叶,PAHs和PCBs2种污染物受根系土中有机质含量的影响,在翅碱蓬器官中呈现不同的分布.BDE209在东营潮间带的污染水平(19.7ng/g)高于营口(2.36ng/g),在碱蓬器官中呈现不同分布.     

NUA-DAS生态滤池脱氮效果与反硝化菌特征研究

构建小型酸中和残渣(neutralized-used acid residue,NUA)和脱水铝污泥(dewatered alum sludge,DAS)联合生态滤池,研究了NUA-DAS生态滤池的脱氮效果和反硝化菌特征.系统运行稳定后,装置总出水中COD、TN、NO_3~--N的平均去除率达到60%、70%和95%,出水中NO_3~--N的浓度范围只有0.02~0.55 mg·L~(-1).采用PCR-DGGE分子生物学技术检测系统运行30d和60d各滤料层中含3类基因(nirS、nirK和nosZ)的反硝化菌群落特征,包括丰富度及相似度.结果表明,系统运行30 d和60 d里,nirS、nirK和nosZ基因反硝化菌丰富度均有明显增加,且处在各个滤料层中的反硝化菌丰富度基本相同.NUA和DAS滤料中检测出3类基因丰富度指数大小均为nosZnirKnirS.运行时间对反硝化菌的群落结构影响并不明显,但空间位置有一定影响.反硝化菌在NUA中的适应能力优于DAS,3类基因中nirK基因对滤料环境的适应能力最强.     

微塑料和镉复合污染对狼尾草根际土壤微生物群落结构和功能的影响

微塑料和重金属复合污染对植物生长和根际微生物群落和功能的影响目前尚未清晰.以狼尾草为实验材料进行盆栽模拟试验,研究重金属镉（Cd）与不同种类MPs （PE、PS）、粒径（13 μm和550 μm）、质量分数（0.1%和1%）的微塑料复合污染对狼尾草生长、重金属积累和根际微生物群落功能的影响.结果表明,MPs和Cd复合污染条件下整体呈现对植物生长胁迫增加、Cd含量和积累量降低的趋势.MPs和Cd复合污染能改变细菌群落组成,降低细菌多样性,其中550 μm 0.1% PE+Cd处理组ACE指数和Chao1指数降低最显著.与单一Cd污染相比,不同MPs种类、质量分数和粒径的MPs添加能改变新陈代谢、氨基酸的转运和代谢、能量生成和转换等功能组的基因丰度,显著影响狼尾草根际土壤细菌的功能.研究采用宏基因组学的方法分析了MPs和Cd复合污染对狼尾草根际细菌群落和功能的影响,可为MPs重金属复合污染的生态毒理效应及其生物修复提供基础数据和科学依据.