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。     

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.     

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 .     

海洋沉积物中细菌DNA和RNA水平群落差异

海洋沉积物中的微生物在生物地球化学循环中具有重要作用.目前,细菌群落的研究多基于16S rRNA基因(DNA)展开,但DNA不仅包括活性微生物DNA也包括非活性微生物DNA,而RNA水平则可表征环境中具有活性的微生物种群.本研究采用荧光定量PCR和Illumina高通量测序技术,在DNA和RNA水平上研究了渤海和南黄海表层沉积物中细菌群落结构.结果表明,细菌DNA基因丰度比RNA基因丰度高1～2个数量级,DNA水平群落多样性高于RNA水平,二者群落结构差异显著.沉积物中的细菌具有活跃的化能异养、硫酸盐还原和硝化作用.基于16S rRNA基因的测序在探索微生物群落功能时可能会误判重要的功能微生物,总细菌群落中的"稀有生物圈"可能包含转录活跃者,发挥着重要的生物地球化学作用.总体而言,在分析来自稳定沉积环境的细菌群落结构时,基于16S rRNA的研究更能反映真实的生态状况.     

反硝化脱硫工艺中微生物群落结构及动态分析

为了研究反硝化脱硫工艺(denitrifying sulfide removal,DSR)中微生物群落与工艺运行的相关性,实验提取了反应器运行不同阶段污泥样品中微生物的全基因组DNA,利用高通量宏基因组学技术———基因芯片来解析各阶段功能微生物群落的结构特征及其演替过程.通过对功能基因的Simpson、Shannon多样性指数和聚类分析表明,微生物群落结构会随着反应器运行的阶段进行相应调整,且变化较大.在运行的前两个阶段,由于不适应环境,微生物群落的多样性指数比起始时明显减少,随着反应器的运行污泥逐渐成熟,多样性指数迅速增加,也标志着反应器进入稳定运行阶段.通过对反硝化脱硫过程中关键基因相对丰度的分析发现,功能基因的丰度不仅能反映功能菌群的活性,而且与工艺处理效果密切相关.     

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).     

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.     

典型加油站土壤中微生物丰度及群落多样性

包气带是泄漏油品进入地下水的通道,存在多种类型的微生物。研究油品泄漏场地包气带土壤中微生物丰度及群落多样性特征,可为加油站场地土壤和地下水的微生物修复提供理论依据。该研究基于土壤DNA提取,16S rDNA实时定量PCR(polymerase chain reaction)和克隆文库的构建,分析了加油站土壤中微生物丰度及群落结构特征。实时定量PCR结果表明,表层土壤微生物丰度高于深层土壤约2个数量级,未污染深层土壤中微生物丰度高于污染的深层土壤约2个数量级。RDP(ribosomal database project)分析结果表明,加油站场地表层土壤微生物种类较丰富,而深层土壤微生物组成较单一,且污染的深层土壤细菌群落多样性明显低于对照场地深层土壤。研究也发现,与汽油降解相关的微生物菌群Beta-proteobacteria是深层污染土壤的主导微生物。     

焦化废水活性污泥细菌菌群结构分析

焦化废水是一种高毒难降解的有机废水,以细菌菌群为主的好氧活性污泥决定焦化废水的处理效率,处理焦化废水的活性污泥细菌群落结构鲜见报道.利用454测序技术分析实际焦化废水污泥中的细菌菌群结构和多样性.结果表明,热图聚类分析和主成分分析说明不同焦化废水活性污泥细菌菌群多样性存在差异;焦化废水活性污泥中的细菌门类群主要为Proteobacteria、Planctomycetes、Acidobacteria、Candidatus Saccharibacteria、Bacteroidetes、Cyanobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Firmicutes、Thaumarchaeota、Ignavibacteriae和Verrucomicrobia,其中Proteobacteria门占主导地位,丰度为36.00%~76.98%;主要属为Thiobacillus、Thauera、Comamonas、Caldimonas、Steroidobacter、Nitrosomonas、Phycisphaera和Gp4,大多数主要属与芳香烃的降解和硝化反硝化过程有关.这些结果为焦化废水污染物的去除机制提供了理论基础.     

焦化废水活性污泥中降解硫氰化物细菌种群多样性分析

硫氰化物(SCN-)是焦化废水中COD的主要来源之一,其在生物处理工艺好氧段的去除效果直接影响出水的达标排放,活性污泥中的微生物种群在SCN-生物处理中发挥重要作用.以SCN-为唯一碳源和能源驯化活性污泥,研究其对100、300和600 mg·L-1SCN-浓度的去除降解效果,并利用454测序技术解析污泥中降解SCN-的细菌多样性.结果表明,驯化污泥能有效去除100~600 mg·L-1SCN-,SCN-浓度越高,去除速率越高,然而细菌群落多样指数越低;原始污泥和驯化污泥的细菌门类群主要为Proteobacteria、Bacteroidetes、Chlorobi、Planctomycetes、Acidobacteria、Nitrospira、Firmicutes和Unclassified,其中Proteobacteria和Bacteroidetes门占主导地位;Thiobacillus是主要的SCN-降解菌,在3个污泥样品中的丰度分别为3.07%、8.63%和0.27%.Thiobacillus是浓度小于300 mg·L-1SCN-时焦化废水中主要的SCN-降解菌,而在600 mg·L~(-1) SCN-高浓度时低丰度的SCN-降解菌群可能发挥协同降解作用.这些结果为揭示焦化废水处理SCN-污染物的去除机制提供了基础.     

半导体材料生产废水中的GaAs、Ga~(3+)和Ge~(4+)对活性污泥核酸和氨基酸的影响

研究了GaAs、Ga~(3+)、Ge~(4+)、Hg~(2+)和Cr~(6+)对活性污泥脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的影响,以及GaAs对活性污泥氨基酸的影响。结果表明,Hg~(2+)和Cr~(6+)主要使活性污泥中核酸的DNA含量减少,GaAs则主要使RNA含量减少,Ge~(4+)浓度达到300ppm/g MLSS对,无论对DNA还是RNA的合成都有较强的抑制影响。低浓度的GaAs对活性污泥氨基酸含量影响不大,而GaAs浓度达360ppm/g MLSS时则使活性污泥中氨基酸含量明显减少。     

半导体材料生产废水中的GaAs、Ga3+和Ge4+对活性污泥核酸和氨基酸的影响

研究了GaAs、Ga³⁺、Ge⁴⁺、Hg²⁺和Cr⁶⁺对活性污泥脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的影响,以及GaAs对活性污泥氨基酸的影响。结果表明,Hg²⁺和Cr⁶⁺主要使活性污泥中核酸的DNA含量减少,GaAs则主要使RNA含量减少,Ge⁴⁺浓度达到300ppm/g MLSS对,无论对DNA还是RNA的合成都有较强的抑制影响。低浓度的GaAs对活性污泥氨基酸含量影响不大,而GaAs浓度达360ppm/g MLSS时则使活性污泥中氨基酸含量明显减少。     

活性污泥与消化污泥的脱水特性及粒径分布

对活性污泥和消化污泥的脱水特性和粒径分布进行了研究,分析了2种污泥胞外聚合物（EPS）含量的差异以及生物相的变化特征和机理.结果表明,表征脱水性能好坏的毛细吸收时间（CST）,新鲜活性污泥为9.84 s,消化污泥增加到607.5 s,消化污泥固体颗粒从悬浮液分离所需的时间变长,脱水性能变差.其原因一方面是消化过程使EPS中蛋白质和多糖降解,另一方面是大大降低了消化污泥中原生动物数量,减少了促进微生物凝聚的EPS物质向污泥中的释放.消化污泥EPS含量为123 mg/g（以干污泥计,下同）,比EPS含量为540 mg/g的活性污泥减少了77%.EPS的降解使较大的污泥颗粒分解成较小的污泥颗粒,活性污泥占体积最大的颗粒粒径是133 μm,消化污泥下降到44.6 μm,活性污泥的平均粒径是132.6 μm,消化污泥仅为70.48 μm,结果导致消化污泥脱水性能变差.     

生物污泥对染料的吸附及胞外聚合物的作用

对比研究了4种生物污泥（包括活性污泥、厌氧污泥、干活性污泥、干厌氧污泥）对染料酸性湖蓝A的吸附,并考察了胞外聚合物（EPS）以及外层溶解性胞外聚合物（SEPS）和内层固着性胞外聚合物（BEPS）在此过程中所起的作用．结果表明,4种污泥吸附量与染料平衡浓度之间均既符合Freundlich模型（R²为0.921～0.995）,又符合Langmuir模型（R²为0.958～0.993）,但不符合BET模型（R²为0.07～0.863）．干厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附性能最好,干活性污泥的吸附性能最差．从Langmuir等温方程来看,干厌氧污泥的最大吸附量最高,为104 mg/g,其次为厌氧污泥的吸附（86 mg/g）、活性污泥（65 mg/g）,干活性污泥的最大吸附量最低,仅为20 mg/g．EPS的吸附量占整个活性污泥和厌氧污泥的吸附量的比例均大于50%,活性污泥和厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附主要是EPS的吸附所贡献. 厌氧污泥吸附染料酸性湖蓝A时, BEPS起主要作用; 而活性污泥吸附时,SEPS起主要作用.对2种污泥而言,SEPS的单位质量吸附量均远大于BEPS的单位质量吸附量, 活性污泥平均为52倍, 厌氧污泥为10倍. 厌氧污泥BEPS的吸附用Langmuir模型拟合,效果最好（R²为0.998 6）．     

铁盐对活性污泥微生物DHA与ETS活性的影响研究

通过活性污泥脱氢酶活性与电子传递体系活性的测定,对比分析铁盐对活性污泥系统微生物活性影响及其变化规律。研究结果表明:活性污泥TTC-DHA活性与INT-ETS活性之间具有较好的相关性,分批次向活性污泥处理系统投加Fe(OH)3并保持连续运行污水处理系统内的活性污泥含铁质量分数在5%条件下,其活性污泥微生物TTC-DHA与INT-ETS活性可分别达到25～30,275～360μg/(mg.h),其较对比系统提高50%左右,铁盐对活性污泥的微生物活性的影响较为显著。     

无机盐对活性污泥沉降性的影响

针对海水冲厕工程的实施 ,试验研究了无机盐对活性污泥沉降性的影响。以无盐稳定运行系统作为参照系统 ,分别研究了 2 0g L和 35g L盐度驯化系统内活性污泥絮凝体的形态、污泥沉降特点以及污泥微生物生态。在此基础上探讨了絮凝体的结构。试验结果表明 ,无机盐改变了活性污泥微生物生态 ,改变了絮凝体的结构 ,加强了污泥的沉降性。     

高铁酸盐对剩余活性污泥的氧化水解效能

针对高铁酸盐的强氧化性,提出利用高铁酸盐进行污泥氧化的实验研究.结果表明,高铁酸盐能够有效地破坏活性污泥的絮体结构,对初始浓度为12 600 mg·L^-1的活性污泥,m（Fe）/m（SS）=0.40μg/mg的高铁酸盐能够使活性污泥的絮体全部解体.MLVSS随高铁投加量的增加下降,并呈线性相关.随高铁酸盐投加量的不同...     

A new polystyrene-latex-based and EPS-containing synthetic sludge

Since the living microorganisms in activated sludge continuously change, it is difficult to conduct controlled experiments and achieve reproducible results for evaluating sludge characteristics. Synthetic sludge, as a chemical surrogate to activated sludge, could be used to investigate the sludge physicochemical properties, and it is desirable to prepare synthetic sludge with similar structure and properties to real activated sludge to explore the flocculation and settlement processes in activated sludge systems. In this work, a high-strength synthetic sludge was prepared with functional polystyrene latex particles as the framework and extracellular polymeric substances (EPS) to modify its surface. The flocculation and settling characteristics of the microspheres and the prepared synthetic sludge were tested. Compared with other three functional polystyrene latex microspheres, the synthetic sludge prepared with EPS-modified polystyrene latex microspheres showed good settling characteristics and a significantly higher strength. They could be used for studying the physicochemical properties of activated sludge.     

微波辐射对污水处理厂动态流活性污泥性能的影响研究

通过微波辐射对污水处理厂动态流活性污泥性能进行实验研究,考察了微波辐射3min内污泥沉降性能、脱水性能的变化,探讨了微波辐射对污泥挥发性悬浮固体(VSS)溶解率、上清液中COD和污泥微观形态的影响.结果表明,低强度的微波辐射对活性污泥相关性质的影响不显著,没有从根本上改善活性污泥的结构.适宜的微波辐射能显著改善活性污泥的沉降性能和脱水性能,500、700和900W微波辐射的适宜辐射时间分别为180、150和60s,此时,活性污泥的比阻为0.3×109S2·g-1左右,较原活性污泥减小了88%,泥饼含水率由原活性污泥直接抽滤的85.2%降低到70.0%.VSS溶解率和上清液COD都随着辐射功率及辐射时间的增加而升高.适宜的微波辐射能促进污泥的团聚絮凝,过度的辐射会破坏活性污泥结构,使活性污泥颗粒细小化,混合液黏度增大,导致脱水性能变差.通过动态流动下微波辐射对活性污泥性能影响的研究,可为微波辐射在活性污泥处理的实际应用提供理论依据.     

好氧颗粒污泥和活性污泥细菌种群结构对五氯酚污染的响应研究

应用一种新的微生物分子生态学方法--末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)法研究了好氧颗粒污泥和活性污泥在毒性化合物五氯酚(PCP)影响下的废水处理性能及其微生物种群结构的响应.结果表明,PCP浓度为30 mg·L-1时,颗粒污泥和活性污泥的COD去除率为38%、77%,与10～20 mg·L-1 PCP相比,分别下降了56%和15%.另外,PCP浓度为20 mg·L-1时,去除率为13%和58%,与10～20 mg·L-1 PCP相比,分别下降了86%和40%,说明PCP对氨氮去除率的影响大于对COD去除率的影响,对颗粒污泥的影响大于对活性污泥的影响.PCP对好氧颗粒污泥和活性污泥的细菌种群结构都产生了明显的影响,而且好氧颗粒污泥的变化程度大于活性污泥;PCP浓度为30 mg·L-1时,好氧颗粒污泥中的细菌种群数量明显下降,TRFs片段数从26下降到14,但活性污泥中的细菌种群数量基本不变,污泥中细菌种群结构的变化趋势与污泥的水处理性能的变化趋势相一致.