回灌渗滤液C/N对填埋垃圾生物反应器反硝化特性的影响

利用模拟填埋垃圾生物反应器（landfill bioreactor）研究了回灌渗滤液C/N对填埋垃圾堆体反硝化性能的影响,并采用PCR扩增、克隆测序等分子生物学技术,以功能基因nirS为分子标记考察了4次回灌过程中反应器内反硝化微生物群落结构变化.结果表明,回灌渗滤液的COD/NO 3--N比例对反应器的反硝化活性具有显著性影响.当COD/NO 3--N从3.11提高到13.08时,反应器内硝酸盐还原速率可从1.14 mg.（kg.h）-1提高到11.40 mg.（kg.h）-1.当回灌渗滤液生物可利用性COD与NO 3--N比值达到6.37时,可以实现填埋垃圾生物反应器反硝化作用的快速、稳定运行.4次回灌,反应器内的反硝化微生物大部分与β-变形菌纲（β-proteobacteria）细菌相似,少数属于非培养微生物（uncultured bacteria）,其中Thiobacillus denitrificans和Azoarcus tolulyticus是反硝化过程的主要功能微生物,在回灌渗滤液反硝化过程中可能发挥着重要作用.     

SBAR中同步脱氮好氧颗粒污泥的菌种特性

 采用气提式内循环间歇反应器进行好氧颗粒污泥培养,用分批培养法对好氧颗粒污泥中具有脱氮作用的菌种进行分离纯化.对各菌种进行了鉴别,通过培养过程中对氧气条件的控制,考察了各菌种反硝化生长特性和需氧性.结果表明,好氧颗粒污泥纯化培养可得到异养硝化-好氧反硝化菌以及兼性亚硝化菌和硝化菌,分离得到的反硝化菌在有氧反硝化条件下能够生长,因此好氧颗粒污泥中微生物具有多样性和较强的适应性,从侧面体现出好氧颗粒污泥微观结构的复杂性.     

序批式生物反应器填埋场脱氮微生物多样性分析

为探究序批式生物反应器填埋场脱氮过程中的微生物作用机制,本研究采用建立脱氮功能基因(amoA、nosZ)克隆文库及PCR-RFLP技术对序批式生物反应器填埋场垃圾稳定化后期的主要脱氮功能微生物多样性进行分析.结果表明,矿化垃圾反应器中检测到的氨氧化细菌存在高度多样性,大部分为未知类群,且均为不可培养菌或未经分离获得的细菌,经系统发育树分析系统内氨氧化细菌以β-变形菌门中的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主;新鲜垃圾反应器中反硝化细菌种群丰富,主要有β-变形菌纲中的陶厄氏菌属(Thauera)和硫杆菌属(Thiobacillus).Thauera属在好氧条件下具有反硝化特性,Thiobacillus属中的脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)是一种硫自养反硝化菌,可见新鲜垃圾单元稳定化后期以好氧反硝化和自养反硝化的脱氮途径为主.此外文库中检测到的一部分反硝化细菌可能归属于α-变形菌纲的慢生根瘤菌科(Bradyrhizobiaceae).     

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).     

磷差异性调控水稻根际nirK/nirS型反硝化菌组成与丰度

磷作为一种重要的生命元素,对反硝化微生物的活性和功能有重要影响.反硝化功能基因nir K和nir S是编码亚硝酸还原酶的两种同工酶基因,但是,磷对具有同种功能的nir K和nir S型反硝化菌的调控是否存在差异尚不十分清楚.本文采集严重缺磷红壤性水稻土设置水稻盆栽试验,通过外源添加磷肥设置对照(CK,P:0 mg·kg-1),低磷(P1,P:15 mg·kg-1),高磷(P2,P:30 mg·kg-1)这3个磷添加水平,研究不同磷水平对水稻亚硝酸还原酶基因的组成与丰度的调控作用.结果表明,在长期缺磷土壤上施用磷肥对含亚硝酸还原酶基因nir K和nir S的细菌种群的调控作用有明显差异.不管是根际还是非根际土,含nir S的微生物种群均对施磷水平表现敏感,尤其是高磷(P2)水平,施磷可导致nir S丰度提高2～3倍,同时显著改变nir S型反硝化微生物的组成结构.相比之下,施磷后含nir K基因的微生物组成结构和丰度变异较小.与非根际土壤相比,高磷水平条件下根际土中nir S的基因拷贝数和群落结构均发生了显著变化,缺磷和低磷条件下水稻生长只引起根际土nir S种群组成结构发生显著变化,但其丰度与非根际无显著差异.但不同磷水平条件下nir K的基因丰度和组成结构在根际和非根际土之间几乎无显著变化.综上所述,在严重缺磷水稻土中加施磷肥会显著提高水稻根际和非根际土中nir K和nir S型反硝化菌数量,并改变其种群组成结构,且nir S比nir K型种群响应更敏感.不同磷水平条件下的水稻根系生长均显著改变了根际土壤中nir K和nir S种群组成结构,但除了在高磷水平条件下显著增加了nir S丰度外,对nir K和nir S丰度均影响较小.研究结果可为进一步深入探究施肥对土壤反硝化过程的影响提供理论依据.     

伊乐藻-氮循环菌联用对太湖梅梁湾水体脱氮的研究

从太湖梅梁湾采集无扰动泥芯样,分别添加伊乐藻、固定化氮循环菌,模拟生态修复并探讨其机制.采用同位素配对技术测定了伊乐藻-氮循环菌技术对反硝化速率的影响.结果表明,伊乐藻与氮循环菌联合作用的试验柱的反硝化速率(以N计)最高,为104.64μmol·(m2·h)-1,与裸泥试验柱相比增加了150%.采用实时荧光定量PCR技术(RT-qPCR)对沉积物中反硝化菌功能基因nirS、nirK和nosZ进行定量研究,结果显示,反硝化菌的功能基因nirS和nosZ比对照裸泥组高出1～2个数量级,表明较高的微生物量促进了反硝化脱氮的能力.室内模拟实验还表明,沉水植物提高了耦合硝化反硝化的作用,氮循环菌提高了非耦合硝化反硝化的作用,沉水植物与微生物的联合作用提高了沉积物的总反硝化速率,促进了湖泊水体氮素的脱除,起到了净化作用.     

基于Miseq的好氧反硝化菌源水脱氮的种群演变

为了研究好氧反硝化菌源水脱氮过程中水体微生物群落的演变,利用Miseq高通量测序法对投菌和对照两系统水体样本的微生物信息进行统计,并对两组样品进行了优化序列统计,OTU分布统计和分类学分析的基础分析;以及细菌群落结构,PCA,Rank-Abundance,Hcluster,Specaccum和OTU分布的高级分析.结果显示,投加贫营养好氧反硝化菌的源水系统的氮素得到有效去除,脱氮效果明显;层次聚类和主成分分析显示两系统内的群落结构发生变化,投菌系统与对照系统主要表现为变形菌和拟杆菌门;细菌主要门类和水质参数的相关性分析得出,水质指标对两系统群落变化作用明显;与此同时,投菌系统中有关氮循环的细菌有上升的变化过程.Miseq高通量测序研究源水脱氮过程的微生物种群演变可行,为研究原位生物脱氮过程的水体微生物群落演变提供技术支撑.     

异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中微生物种群演变特征——典型城市景观水系

为了研究不同异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中水体微生物群落的演变,利用Miseq高通量测序法对景观水系沉积物富集驯化样本的微生物信息进行统计,对其微生物群落的α多样性以及β多样性进行分析,同时基于微生物属的信息进行了微生物网络分析.结果显示,两种类型培养基在富集驯化完成后氮素得到有效去除,脱氮效果明显;富集驯化过程中的OUT主要属于7个,分别是变形菌门（Protebacterice）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）,与此同时,富集驯化过程中有关氮循环的细菌有上升的变化过程;主成分分析（PCA）,非度量多维尺度分析（NMDS）以及主坐标分析（PCoA）表明异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中不同温度压力下的细菌群落组成存在明显差异,而培养基的类别带来的影响相对较小;网络分析显示模块核心和网络核心均为低丰度的稀有物种;膨胀因子分析（VIF）和冗余分析（RDA）得出温度、氨氮和硝酸盐氮是影响群落结构演变的关键环境因子.综上可知,Miseq高通量测序研究异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中微生物种群演变可行,为实现微生物菌剂"定向-精准-高效"的筛选提供技术支撑.     

聚己内酯与聚羟基丁酸戊酸酯的脱氮性能对比

以可生物降解聚合物聚己内酯(PCL)和聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)作为反硝化缓释碳源和微生物载体,利用清水释碳和批式反硝化试验选出适用于再生水反硝化深度脱氮生物滤池的可生物降解碳源滤料,通过比较与分析碳源滤料的表面形态及物质特性和附着微生物的群落特征揭示其性能优越的原因.结果表明,PHBV反硝化启动时间短,反硝化速率高,剩余有机物浓度低,相比PCL具有更稳定持续的反硝化效果.原因是其表面粗糙,且含有大量C—O和CO等亲水性基团,易于微生物附着和降解利用;其表面附着的微生物种类多样,其中发硫菌属(Thiothrix)、假单胞属(Pseudomonas)、菌胶团属(Zoogloea)、黄杆菌属(Flavobacterium)和脱氯菌属(Dechloromonas)等优势菌属均具有异养反硝化功能.因此,PHBV更适合作为再生水反硝化深度脱氮生物滤池的碳源滤料.     

污水处理厂冬季硝化强化与微生物种群分析

针对冬季低温抑制微生物活性导致硝化菌流失的问题,在实际污水处理厂通过两组10万m~3/d的反应池平行运行,考察了延长污泥龄对污水处理厂的出水水质、硝化速率和微生物种群结构的影响.研究结果表明,拉前延长污泥龄能够明显提升低温阶段COD、氨氮和TN的去除效率,硝化速率为对照组的3倍.焦磷酸测序结果表明,延长污泥龄后系统的微生物种群丰度和多样性均显著提高;氨氧化功能菌属Nitrosomonas(1.46%)和亚硝酸盐氧化功能菌属Nitrospira(0.13%)较对照组分别提高了12和13倍;反硝化相关菌属Hyphomicrobium、Thauera、Zoogloea等的相对丰度也明显增加.提前延长污泥龄这一方法能够实现硝化菌的富集,进而提升污水处理的硝化和脱氮效率.     

土壤硝化和反硝化微生物群落及活性对大气CO2浓度和温度升高的响应

硝化和反硝化微生物参与土壤氮循环转化过程,大气CO_2浓度和温度升高可能会影响它们的群落结构和活性.本试验依托稻-麦轮作农田系统气候变化平台研究大气CO_2浓度单独升高(CE)、升温(WA)以及两者同时升高(CW)对麦田土壤硝化和反硝化微生物基因丰度、群落结构和活性的影响.结果表明,在小麦分蘖期,大气CO_2浓度和温度升高对氨氧化细菌(AOB)和反硝化细菌丰度没有影响,而在抽穗和成熟期,CO_2浓度单独升高显著提高了氨氧化古菌(AOA)和反硝化细菌丰度,升温处理对其没有显著影响.通过对T-RFLP数据分析发现,大气CO_2浓度和温度升高对土壤AOA、AOB和反硝化细菌群落结构没有显著影响,但是在一定程度上改变了AOA和反硝化细菌多样性.另外,CO_2浓度单独升高处理显著提高了成熟期的土壤硝化速率,不同气候变化处理对反硝化速率没有显著影响.研究表明大气CO_2浓度和温度升高对不同生育期的微生物群落影响存在差异,而且功能微生物对不同气候变化因子处理的响应也各不相同.     

不同碳源下硫还原地杆菌对反硝化过程的影响机制探讨

硝酸盐是废水中常见的污染物,其具有较高的氧化还原电位,在水中的去除主要依靠微生物的反硝化作用.目前的初步研究表明,电活性细菌能够和反硝化细菌通过互营生长加速反硝化过程.为探究在不同外加碳源下电活性细菌对反硝化过程的影响,选取不能够利用硝态氮作为电子受体的模式电活性细菌硫还原地杆菌(G.sulfurreducens PCA)与不同碳源(乙醇、丙酸或葡萄糖)驯化得到的反硝化细菌进行共培养.结果表明,改变碳源为乙酸盐后,不同体系中硝态氮的去除效率达到了94%.碳源的改变造成了不同程度的反硝化滞后现象,在当以乙醇为外加碳源时,G.sulfurreducens PCA的加入能够将迟滞时间缩短3 h,其反硝化速率可达到186 g·m~(-3)·d~(-1),同时产生的亚硝氮含量也相对最低.但以葡萄糖作为反硝化外加碳源时,迟滞时间最短,但加入G.sulfurreducens PCA后会延长反硝化所需的时间,这可能是与反硝化细菌同G.sulfurreducens PCA竞争体系中的乙酸盐碳源有关.分析微生物群落结构变化发现,G.sulfurreducens PCA的加入提高了反硝化细菌的相对丰度,使其能够适应因碳源改变而产生的对反硝化细菌的生长抑制现象.     

红树林湿地中好氧-厌氧反硝化菌脱氮特性及其种群结构分析

随着沿岸水体氮素富营养化的加剧,生物脱氮作用越来越受重视,位于海陆交界的湿地红树林生态系统作为一个自然脱氮体系备受关注.本研究以典型亚热带湿地红树林(香港Mai Po)作为对象,结合传统的富集筛选和分子生物学方法--建立nosZ基因克隆文库和RFLP分析技术对红树林沉积物中反硝化细菌脱氮能力、种群结构和丰度进行研究.从Mai Po红树林沉积物中共筛选到12株好氧反硝化菌和8株厌氧反硝化菌,其中好氧反硝化菌包括Pseudomonas(4株)、Comamonas(2株)和Acinetobacter(2株)等7个菌属,厌氧反硝化菌属于Pseudomonas、Agrobacterium和Uncultured Betaproteobacteria bacterium(2株)等7个菌属.筛选到的好氧和厌氧反硝化菌均具有较高的脱氮能力,大部分在2d内NO3--N去除率达到98%以上.建立Mai Po红树林湿地反硝化细菌的nosZ基因克隆文库的结果表明,反硝化细菌的50个克隆子中有26个克隆子分属于11个未知类群,其余克隆子属于Pennisetum类群(26%),β-proteobacterium类群(10%),Entandrophragma类群(4%),Pseudomonas类群(4%)和denitrifying bacterium类群(4%).可见Mai Po红树林中反硝化细菌具有很高的生物多样性.     

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.     

生物膜脱氮滤池的微生物群落结构特性

为探究生物膜脱氮滤池脱氮效能差异的微生物因素,设置组1(包括接种污泥、稳定期滤料、反冲洗后滤料微生物变化)和组2(包括反冲洗前滤料、反冲洗后不同时间段滤料微生物变化)两组实验,通过高通量测序,研究不同阶段微生物群落结构、丰度和多样性的分布情况.结果表明:接种污泥与滤料表面微生物群落结构和多样性在门水平下差异不大,但在属水平下差异显著,而相对丰度在两种分类水平下始终差异显著.反冲洗后0～4 h滤料表面微生物的OTU数目、Shannon指数、Chao1指数变化,在滤池30 cm处先升后降,而在60 cm处曲折上升,也即二者的微生物丰度和多样性变化趋势.反冲洗前后Proteobacteria始终占主导地位,相对丰度为79%～90%,Proteobacteria中Betaproteobacteria占主导优势,反冲洗后Betaproteobacteria数量相对减少,后逐渐恢复.总反硝化优势菌属相对丰度在反冲洗1 h后30 cm处由78%左右下降到70%左右,60 cm处由68%左右下降到64%左右,此时出水总氮达到最高值7.7 mg·L~(-1),之后总反硝化优势菌属及出水TN浓度逐渐恢复至正常水平,这种消长变化表明滤池脱氮效果与总反硝化优势菌属相对丰度密切相关,滤池运行状态的改变使得反硝化优势菌属的群落结构差异显著.     

北运河沉积物中主要脱氮功能微生物的群落特征

应用分子生物学技术研究北运河沉积物中主要脱氮功能微生物,反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌(Anammox)的群落特征,探讨了微生物群落的季节变化及其与环境因子的响应关系.结果表明,沉积物中反硝化细菌和Anammox的丰度和群落组成随季节变化差异显著.从夏季到冬季,反硝化细菌丰度逐渐增加,Anammox的丰度却逐渐降低;反硝化细菌的多样性均显著的高于Anammox的多样性,反硝化细菌是北运河沉积物中主要的脱氮微生物.从夏季到冬季,沉积物中氮和TOC含量均逐渐升高,温度是决定脱氮微生物群落特征季节变化的关键因子,TN与反硝化细菌的群落丰度显著正相关,C/N与Anammox的丰度显著正相关;反硝化细菌的群落结构主要受到硝氮和p H的影响,p H也是影响Anammox物种时空分布的主要因子.系统发育分析表明,两种脱氮微生物的主要类群均具有较高的耐污性和良好的脱氮效率,反硝化细菌主要从属于Pseudomonas和Halomonas,Anammox物种发育多样性较低,主要为浮霉菌门的Candidatus Brocadia.     

电解强化人工湿地处理低碳氮比污水的效能及机制

针对人工湿地对低碳氮污水处理效果差这一问题,本研究构建了电解强化潮汐流人工湿地系统,通过对比电解强化前后湿地系统脱氮除磷的效果,从微生物群落结构及污染物电化学去除机制等角度揭示电解潮汐流人工湿地强化脱氮脱磷的机制.研究结果表明：电解潮汐流人工湿地对废水中NH₄⁺-N、TN和TP的去除率（分别为88.30%、82.10%和87.74%）均高于未强化的湿地系统.纯电解过程对氨氮的去除没有影响,但是对硝态氮具有还原作用.相比于未强化的湿地系统,电解潮汐流人工湿地阳极附近基质中含有更多的铁氧键、磷氧键、羟基聚合铁等含磷沉淀物,细菌群落结构更为丰富多样,异养反硝化细菌和基于氢气的自养反硝化细菌（Rhodoblastus）丰度都较高,从而实现氮磷的高效同步去除.     

反硝化生物膜对PBS表面形态及化学组分的影响

PBS是一种新型的可生物降解聚合物(BDPs),可以用做反硝化碳源和生物膜载体,去除饮用水源水中的硝酸盐.利用红外光谱和扫描电子显微镜对反硝化生物膜生长前后PBS颗粒表面形态、化学组成的变化进行了分析.结果表明,PBS仅在微生物作用下降解并为反硝化菌提供碳源.PBS颗粒可以在12 h内使进水中53 mg·L^-1的硝态氮降低到10 mg·L^-1以下(我国饮用水水质标准为:NO₃^--N<15 mg·L^-1).红外光谱表明,反硝化微生物附着生长后其PBS在2 925 cm^-1和2 850 cm^-1附近的吸收带以及3 200 cm^-1～3 410 cm^-1处峰值减弱,说明PBS材料中甲基、羟基官能团比例下降,而其它官能团没有发生明显的变化,PBS的主要单体组分淀粉和乙烯都可以被反硝化微生物用作碳源.扫描电子显微镜观察结果表明,反硝化生物膜附着生长后,PBS颗粒表面会出现空洞,扩大了生物膜生物附着生长的表面积,有利于形成致密的反硝化生物膜,对反硝化菌形成保护作用.     

稻田土壤不同水分条件下硝化/反硝化作用及其功能微生物的变化特征

以湖南桃源县一长期种植水稻的酸性土壤为研究对象,在微宇宙培养条件下设置了4个水分梯度处理,分别为田间持水量(water holding capacity,WHC)的30%、60%、90%和淹水2 cm深.考察了水分条件变化对硝化和反硝化作用影响,并结合定量PCR和限制性末端片段长度多态性(T-RFLP)技术研究了硝化-反硝化微生物的响应特征.结果表明,30%WHC处理土壤无明显的硝化和反硝化作用发生,硝化作用主要发生于60%WHC和90%WHC处理土壤,90%WHC处理土壤硝化作用明显强于60%WHC,并检测到明显的N2O释放,表明该水分条件可能发生了硝化-反硝化耦合作用.淹水处理土壤氧化还原势Eh显著低于非淹水处理土壤,无明显的硝化作用发生,但能检测到N2O释放且释放量小于90%WHC处理土壤.除培养初期(7 d)外,反硝化功能基因nirS和nirK,以及氨氧化细菌(AOB)amoA基因的丰度先随着水分增加而增加,并在淹水处理中小幅下降,三者之间呈明显的正相关关系,且AOB amoA、nirS和nirK基因丰度均在90%WHC处理中最高,与该处理中硝化和反硝化活性最高相一致.T-RFLP结果表明,培养2周后,nirS基因为代表的反硝化微生物群落组成对水分梯度变化产生明显响应,Eh和含水率Cw是影响其群落组成的主要因子.