藻菌生物膜胞外聚合物与铅锌尾矿重金属的络合配位作用

矿产资源开采冶炼产生大量尾矿渣,其中富含的可溶性重金属引发的生态环境问题日益突显.铅锌矿是我国重要的矿产资源,尾矿露天堆放使得其富含的可溶性重金属淋溶迁移,对矿区周边地表环境造成严重污染.为探明自然水体环境中的藻菌生物膜与重金属的作用机理,采用三维荧光光谱技术研究干旱区天然湖泊中的藻菌生物膜EPS（胞外聚合物）与铅锌尾矿渣中5种重金属离子的络合配位作用.结果表明:①从藻菌生物膜EPS荧光光谱图中可检测出两个荧光峰,均来源于芳香类蛋白酪氨酸物质;②铅锌尾矿淋滤液中的重金属元素主要包括Pb、Co、Ni、Zn和Cd,且这5种金属离子均能有效淬灭EPS的荧光强度;③荧光淬灭滴定试验得出,Pb2+与EPS的络合能力最强,最大络合常数为4.523 1,最大结合位点数为1.177 5;Cd2+与EPS的络合能力最弱,最大络合常数为1.957 1,最大结合位点数为0.684 8;Co2+、Ni2+和Zn2+与EPS的络合能力相似.研究显示,藻菌生物膜EPS中含有的荧光基团与重金属离子的作用强度与金属离子的类型相关,二者的络合配位作用可能会影响重金属在水环境中的化学形态、迁移、生物有效性和生态毒性.      

污水处理工艺对微藻及藻际细菌群落的影响

以某啤酒厂活性污泥作为接种物富集对污水有降解作用的微藻与细菌,探讨藻菌共生体在经过不同处理的污水培养基中生长情况及藻菌群落结构的变化.微藻在两个处理组Treat.1（过滤且灭菌污水）和Treat.2（过滤未灭菌污水）中均生长良好;培养20d后,微藻和细菌在不同污水处理组中群落结构与原样相比,发生了显著的变化：随着藻菌在污水培养基中生长,莱茵衣藻和小球藻在Treat.1和Treat.2中成为优势藻类;无色杆菌属unidentified OPB35的相对丰度在两组实验组中均明显增加,溶杆菌在Treat.1和Treat.2中显著减少.藻菌共生体对Treat.1和Treat.2中的化学需氧量（COD）去除率可达到73.7%和67.9%.结果表明,Treat.1和Treat.2中的污水培养基对微藻及细菌的群落结构有显著的影响,但不同处理组中不同藻菌共生体对培养液的COD_Cr去除无明显的区别.     

菱形藻在污水中的生长及其净化能力

研究了菱形藻(Nitzschia sp.)在不同浓度污水中的生长及其对不同形态氮磷的去除情况。结果表明:(1)菱形藻在不同浓度污水中均可以生长,但比生长速率存在显著差异,其中在50%、80%污水环境与基础培养(f/2)环境中生长较快,比生长速率为5.9～8.5,不存在差异;(2)不同浓度污水培养菱形藻后N、P养分均有一定的去除,总磷(TP)和NO3-N利用率均在60%以上,NO2-N、总氮(TN)、NH4-N的利用率分别在40%、70%、90%以上,表明菱形藻有较强的净化水源的能力;(3)污水培养后菱形藻的营养成分含量均高于纯海水培养的,其中80%污水环境下藻细胞叶绿素、胞外多糖(EPS)、胞内多糖(IPS)、蛋白质和总脂肪含量最高,分别占干重的3.5%、2%、4%、1.5%和14.5%。     

蛋白核小球藻生物膜对镉胁迫的生理响应及去除效果分析

为研究镉胁迫下蛋白核小球藻生物膜的生理响应及其去除效果,实验设计了不同的镉初始浓度梯度,分析镉胁迫下蛋白核小球藻生物膜的叶绿素a、硝酸还原酶、胞外多聚糖（EPS）等生理特征指标,并比较了蛋白核小球藻生物膜在不同的镉初始浓度下对镉的去除效果。结果表明:镉会抑制蛋白核小球藻生物膜的生长及其硝酸还原酶的产生,并且抑制程度随着镉初始浓度的增大而增加,20 mg/L的镉还会导致部分藻类生物膜的死亡;另外,镉会抑制蛋白核小球藻生物膜EPS的产生,但随着接触时间的增加,镉会刺激藻类生物膜分泌少量EPS来阻止镉离子进入藻细胞;镉初始浓度为15 mg/L时,蛋白核小球藻生物膜对镉的去除效果最好,达到89.83%。以上成果可为藻类生物膜去除重金属镉的后续研究奠定基础。     

微囊藻与硝化细菌在不同种群密度条件下的相互作用

作为水环境中与氮循环密切相关的两类重要微生物,藻类和细菌之间存在复杂的相互关系。实验通过藻菌共培养,研究了微囊藻与硝化细菌不同种群密度下的相互作用。结果显示:在初始氨氮(NH4+-N)为30 mg/L的硝化细菌与微囊藻共培养体系中,藻初始种群密度较小时,藻菌在实验前期同步增长,但随着氨氧化细菌(AOB)代谢产物亚硝酸盐氮(NO2--N)的快速积累,藻生长受抑制并逐渐死亡;而藻初始种群密度较大时,NO2--N被藻菌及时利用,藻菌保持同步生长直到NH4+-N消耗至较低水平。实验表明,微囊藻与AOB对NH4+-N存在竞争性利用,微囊藻对AOB的生长有明显的抑制作用。由此推断,在富营养化湖泊中,硝化细菌和微囊藻的关系主要是对营养盐的竞争利用关系。当湖泊中藻类大量繁殖时,硝化细菌的作用可能会因此而减弱。     

水生植物净化中微生物变化及净化效果研究

水生植物是污水净化的主要执行者,人工湿地中水生植物的选择和配置是保证人工湿地净化功能的重要保障。实验选择了三种有代表性的水生植物:慈姑(Sagittaria sagittifolia)、大薸(Pistia stratiote)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)对富营养化水体进行净化研究,结果表明:(1)三种水生植物有较好的净化效果,对总氮(TN)的最大去除率慈姑为91.73%、大薸96.00%、穗状狐尾藻89.87%;对总磷(TP)的最大去除率慈姑为94.76%、大薸99.73%、穗状狐尾藻76.21%;(2)根际细菌的数量变化与TN的变化有一定的正相关性关系,TN的去除是微生物与水生植物共同作用的结果;(3)在净化过程中,供试水体中细菌的数量变化与TN呈负相关关系,与TP的相关性较低,供试水体细菌数量的减少表明水质有很大改善。     

藻类生物膜技术脱氮除磷效果研究

利用藻类生物膜去除水体氮磷为富营养化的防治提供了1种新途径,实验室条件下研究了以巨颤藻（Oscillatoria princeps）占优势的藻类生物膜对人工合成污水、污水处理厂二级污水和富营养化湖水氮（N）、磷（P）的去除效果.结果表明,通过5 d的处理,藻类生物膜对人工合成污水、污水处理厂二级污水和富营养化湖水总氮（TN）去除率分别为57.1%、94.5%和93.8%,对总磷（TP）去除率分别为93%、73%和79%.藻类产量达到3.7～7.2　g·(m²·d)^-1;收获藻体总凯氏氮（TKN）达5.7%～7.2%,TP达0.78%～2.44%,对污水N、P的回收率分别达20%～39%和65%～82%.     

铜绿微囊藻与藻际细菌Ma-B1菌株的相互作用

藻与细菌通常共生于淡水生境,形成藻-菌共生体系,藻际细菌是水体生态系统中的重要组成部分,对藻的消长起重要的调控作用,但有关藻际微环境中藻与细菌的互作机制还不清楚.采用传统的细菌平板培养方法,从太湖优势水华藻——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)细胞表面分离出一株藻际细菌Ma-B1,基于生理、生化试验和16S rRNA基因序列分析,初步鉴定为甲基营养芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus).通过测定细胞生长,分析藻-菌相互作用机理.结果表明:一定浓度(60μg/mL)的Ma-B1的胞外代谢物可显著抑制铜绿微囊藻的生长(培养基为BG11,28℃/日,22℃/夜,3 000 lx,光暗比为14 h∶10 h);铜绿微囊藻的胞外滤液(500μL/mL)对Ma-B1的生长有一定的促进作用,但其总滤液(500μL/mL)显著促进Ma-B1的生长;MaB1细胞对铜绿微囊藻的生长没有显著影响,而高浓度(藻菌比10∶1)的铜绿微囊藻细胞则可显著抑制Ma-B1的生长.铜绿微囊藻与Ma-B1之间存在复杂的相互抑制或促进关系,共同影响着藻、菌在自然水体生态系统中的消长.     

Mn2+促进载体挂膜的机理研究

通过向自制固定床生物膜反应器(FBBR)中投加氯化锰,考察了Mn~(2+)对生物膜量、形态结构、降解性能及其胞外聚合物(EPS)组分的影响,并探究了Mn~(2+)在生物膜形成中的作用、影响规律及其对生物膜反应器运行效能的影响.结果表明,投加Mn~(2+)有助于生物膜形成,增强生物膜致密性,并促进生物膜生长;在生物膜成熟期连续投加10 mg·L~(-1)Mn~(2+)对一个周期内生物膜的降解活性影响很小,反应器COD和NH_4~+去除率分别达到85.4%±1.5%和76.3%±1.9%;生物膜不同类型EPS含量的变化表明,Mn~(2+)不仅加速了生物膜的成熟和增强了生物膜去除有机物的稳定性,而且还会刺激生物膜分泌产生更多的紧密粘附型EPS,其中的蛋白质和多糖能够保护微生物免受Mn~(2+)伤害.     

诺氟沙星对生物转盘反应器处理污染河水性能的影响

诺氟沙星作为一种常用的氟喹诺酮类抗生素,普遍存在于自然水体中,其输入会刺激水环境进而影响受污染水体的处理效果.为了探究诺氟沙星对反应器处理污染河水性能的影响,向反应器中投加不同浓度的诺氟沙星,研究反应器中NH~+_4-N、TN、TP和COD_(Mn)去除率及生物膜特性的变化.结果表明,不同浓度的诺氟沙星对反应器中污染物去除率的影响不同.诺氟沙星浓度为0.05μg·L~(-1)时,对NH~+_4-N、TN去除率的影响表现为先促进后抑制;随着诺氟沙星浓度的持续增加,对NH~+_4-N、TN去除率的影响更加显著(p0.05).反应器TP的去除率随诺氟沙星添加浓度的不断增加而明显降低,且添加浓度越高下降趋势越明显(p0.05).而诺氟沙星的存在对COD_(Mn)去除没有明显作用(p0.05).诺氟沙星的添加使生物膜VSS/TSS、TTC-脱氢酶活性降低,同时,微生物为进行自我保护分泌了大量EPS从而增加了蛋白和多糖含量.诺氟沙星的存在改变了生物膜EPS化学组分及化学含量,并且降低了生物膜物种多样性和丰富度.     

挂膜方法对生物膜特性及生化尾水深度处理的影响

为探索低浓度生化尾水生物深度处理的快速挂膜方法,采用4种方法（投加壳聚糖法、投加铁离子法、接种排泥法和自然挂膜法）进行挂膜,考察其对生物膜主要特性（生物膜量MLSS、胞外聚合物（EPS））和废水处理效果的影响.结果表明：在挂膜期间,投加壳聚糖法有利于生物膜量、EPS迅速增加,两者平均含量达到4种方法中的最大值,分别为（9.26 ±3.30） mg/cm³和（42.51 ±33.49） mg/（gSS）,但其生物膜活性f值最低,污染物的去除效果不是最佳;投加铁离子成膜时,生物膜特性稳定,活性高,污染物去除效果最佳,COD_Cr、NH₄⁺-N、TP去除率分别较快稳定在（66.13 ±2.30）%、（92.03 ±7.72）%和（62.75 ±4.41）%;接种排泥法的生物膜量、EPS均含量、污染物去除效果比投加壳聚糖、铁离子法稍低;自然挂膜法前期对污染物去除率低,稳定时间较长,除TP外,COD_Cr、NH₄⁺-N去除率在挂膜后期与投加壳聚糖法、接种排泥法相差不大.综合地看,投加铁离子法,虽然生物膜量、EPS含量略低于投加壳聚糖法,但生物膜活性高、污染去除效果好,是低浓度尾水挂膜的最佳方法.     

不同C/N对半悬浮生物填料的同步硝化反硝化过程的影响

研究了不同的C/N比对半悬浮生物填料同步硝化反硝化(SND)过程的影响,并尝试找出能够实现完全脱氮的最佳C/N比.半悬浮生物填料生物膜反应器采用一种新颖的DO微电极技术展开试验,其结果从物质传递和分子生物学角度来阐明SND效率的差别.结果表明,物质传质和微生物的因素对SND效率有联合作用,生物膜的生物量、生物膜的结构和厚度及EPS在SND过程中有着重要的作用.使用半悬浮生物填料明显提高生物膜反应器内的生物多样性,它可以在C/N比20的条件下运行8 h后实现总氮的去除.     

胞外聚合物在生物膜同步去除/富集磷酸盐系统中的作用

以基于同步去除/富集磷酸盐的厌氧/好氧交替生物膜序批式反应器内生物膜为研究对象,研究了胞外聚合物（EPS）内磷含量形态及生物膜内微生物种群变化,探究EPS在生物膜去除/富集磷酸盐中的作用及其与微生物种群之间的联系.结果表明,生物膜反应器在厌氧外加COD为200 mg·L^-1的条件下富集到了磷浓度为120.95 mg·L^-1的富集液.EPS在生物膜吸/释磷过程中发挥重要作用,EPS磷含量占生物膜磷含量的69.16%~79.00%,³¹P核磁共振实验表明ortho-P为EPS内主要磷形态,占比为85.47%~88.60%.高通量测序结果表明生物膜内微生物种群变化明显,Candidatus_Competibacter为优势菌属,其丰度由1.23%增至38.87%,有利于形成更具粘性的EPS进而黏附在生物膜上,可能促进EPS在吸/释磷中发挥作用;暖绳菌科为优势聚磷菌,随实验温度升高,其丰度由5.29%减至4.90%.     

挂膜方式对模拟河道生物反应器启动与稳态运行的影响

对比研究了自然挂膜和改进型闷曝排泥挂膜2种启动方式对模拟河道生物反应器修复微污染水源水过程特性的影响.结果表明,采用改进型闷曝排泥挂膜法有效缩短了弹性填料的挂膜周期,该反应器的NH_3-N去除率比自然挂膜组提前1周达到70%以上.挂膜成熟后,闷曝排泥挂膜组附着的生物膜量和胞外多聚物含量分别为自然挂膜组的1.38倍和1.41倍,生物膜结构亦较为致密,2组反应器的NH_3-N、COD_(Mn)平均去除率最终分别稳定在92%和82%以上.通过改变曝气强度和方式开展系统运行工况研究,发现2组反应器的NH_3-N和COD_(Mn)去除性能呈现不同程度的波动,相比而言,采用闷曝排泥挂膜法启动的反应器对工况变化具有较强的适应能力,P_((NH_3-N))为0.001,一定程度上说明不同挂膜方式对填料附着的生物膜群落结构以及微污染水源水修复系统稳态运行性能影响显著.     

Efficient degradation of lube off by a mixed bacterial consortium

A laboratory study was performed to assess the biodegradation of lube oil in bio-reactor with 304# stainless steel as a biofilm carrier.Among 164 oil degrading bacterial cultures isolated from oil contaminated soil samples, Commaonas acidovorans Pxl, Bacillus sp.Px2, Pseudomonas sp. Px3 were selected to prepare a mixed consortium for the study based on the efficiency of lube oil utilization.The percentage of oil degraded by the mixed bacterial consortium decreased slightly from 99% to 97.2% as the concentration of lube oil was increased from 2000 to 10,000 mg/L. The degradation of TDOC (total dissolved organic carbon) showed a similar tendency compared with lube oil removal, which indicated that the intermediates in degradation process hardly accumulated. Selected mixed bacterial consortium showed their edge compared to activated sludge. Scanning electron microscopy (SEM) photos showed that biofilms on stainless steel were robust and with a dimensional framework constructed by EPS (extracellular polymeric substances),which could promote the biodegradation of hydrocarbons. The increase of biofilm followed first-order kinetics with rate of 0.216 μg glucose/(cm~2·day) in logarithm phase. With analysis of Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) combined with removal of lube oil and TDOC, mixed bacterial consortium could degrade benzene and its derivatives, aromatic ring organic matters with a percentage over 97%.     

污水处理厂升级改造中氨氮控制工艺的研究

文章研究"生物膜+活性污泥"复合工艺,将生物膜法与传统的A2/O污水处理脱氮工艺结合起来,形成了"生物膜+A2/O"复合工艺。2种工艺有机地融合于一个反应系统中,既节省用地又延长污泥龄,使脱氮除磷的效果大大提高。用该工艺处理城市污水,其出水水质符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准,用作景观用水和一般回用水,可广泛地应用于污水处理厂的升级改造。     

微气泡曝气对生物膜反应器启动运行性能影响

比较了微气泡曝气(MB)与传统气泡曝气(CB)流化床生物膜反应器启动运行性能,以及生物膜形成过程与组成特性.结果表明,启动运行中,MB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别达到90.3%、92.7%和43.4%,而CB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别为79.4%、86.3%和29.3%,MB反应器污染物去除性能优于CB反应器.同时,MB反应器的氧利用率高达94.3%,显著高于CB反应器.MB反应器中生物膜形成速率和稳定生物膜生物量均高于CB反应器,并且所形成的生物膜VSS/SS比值较高而EPS含量较低.因此,微气泡曝气能够加速生物膜形成并获得更高的活性生物量,从而提高生物膜反应器的启动运行性能.     

碳氮比对聚氨酯生物膜反应器短程硝化反硝化的影响

研究了聚氨酯生物膜反应器在短程硝化反硝化工艺中的应用,考察碳氮比(15∶1、10∶1、5∶1和1.8∶1)对聚氨酯脱氮系统脱氮性能和微生物群落结构的影响,以及微生物群落结构与其处理效果的对应关系.结果表明,经过100 d的运行,当进水碳氮比从15依次下降到10、5和1.8,亚硝酸氮累积率由56.1%逐次上升到62.3%、72.3%和83.2%.在进水碳氮比为10时,系统取得最佳处理效果,氨氮和总氮去除率分别为99.1%和91.0%.进水碳氮比在15、10、5和1.8时,硝化反应和反硝化反应均同时发生在聚氨酯生物膜系统内,随着进水碳氮比的降低,同时硝化反硝化效率逐渐降低.生物膜的功能微生物分析表明,在碳氮比15时,生物膜的微生物多样性要显著高于其他工况.生物膜上的优势亚硝酸菌和硝酸菌分别以亚硝化单胞菌(Nitrosospira sp.)和硝化螺旋菌(Nitrospira sp.)为主,而反硝化细菌则以假单胞菌(Pseudomonas sp.)占据优势.     

磷回收对厌氧/好氧交替式生物滤池蓄磷/除磷的影响

为能提高生物除磷系统的除磷/回收磷效率,研究采用厌氧/好氧交替式生物滤池(AABF)处理低碳磷比废水,观察利用周期性扩增进水碳源进行磷回收时,生物滤池除磷效率及生物膜内微生物特性的变化.通过分析生物滤池除磷效率变化,生物膜多聚物染色、扫描电镜(SEM)观察以及荧光原位杂交(FISH)技术分析生物滤池系统实施周期性磷回收对生物膜内微生物菌群形态与组成的影响.结果发现,生物滤池在先后经历3次生物蓄磷-磷回收(PB-PR)的运行操作过程中,生物滤池除磷效率分别由磷回收前的60.3%、82.9%、86.6%提高到磷回收后的87.2%、91.2%、93.5%;生物滤池生物膜内优势菌群形态逐渐由大球菌演变为小球菌、杆菌与丝状菌;经过连续3个周期的PB-PR操作,生物滤池底部生物膜中聚磷菌所占比例由43%提高至70%;聚磷菌群在生物膜内混合菌群中的比例随着上流式生物滤池高度的增加而不断提高.结果表明,采用周期性的碳源扩增与回收磷的操作,可以提高生物滤池除磷效率;引起生物滤池生物膜内微生物菌群形态与组成发生变化,促进聚磷菌成为优势菌群.