厌氧折流板反应器酸化及其对微生物种群分布的影响

研究了厌氧折流板反应器(ABR)酸化过程中pH、COD、挥发性脂肪酸(VFA)和微生物表观形态的变化,并基于荧光原位杂交(FISH)定量解析了酸化中厌氧微生物的种群演替过程.结果表明,酸化过程由ABR反应器前端向后端逐渐推进;完全酸化后,各隔室运行效率明显降低,COD去除率仅为30.9%,pH值下降1.0～2.2,出水VFA增长5.1倍.酸化显著影响微生物形态,导致颗粒污泥表层和内部微生物出现畸变甚至死亡,造成颗粒内外传质困难.基于FISH技术的定量研究表明,酸化促进了真细菌的繁殖,抑制了古细菌的生长,导致厌氧消化过程中3种关键菌群的大量减少,其中食丁酸盐产氢产乙酸菌Syntrophomonas spp.减少了30.9%,食丙酸盐产氢产乙酸菌Syntrophobacter wolinii减少了85.5%,耗氢产乙酸菌E.limosum减少了60.0%,产甲烷菌Methanomicrobiales减少了54.3%,微生物种群间物质供需平衡被破坏.     

农村污水处理强化ABR污泥流变及微生物种群特性研究

研究了强化厌氧折流板反应器（强化ABR）在稳定运行期对农村污水的处理效果以及反应器不同格室内污泥的表观形态、流变及微生物种群特性.结果表明：强化ABR对进水COD的平均去除率达81.05%,其中第1、2格室对进水COD去除起主要作用.反应器不同格室内污泥表观形态存在一定差异,第1、2格室污泥表面微生物以球菌和杆菌为主,第3、4格室则以丝状菌为主;不同格室内污泥剪切应力随剪切速率呈指数增加趋势,而黏度则随着剪切速率的增加而减小,且逐渐趋近一定值.反应器不同格室内的优势细菌以水解、酸化菌为主,而优势古细菌以乙酸型产甲烷菌和氢营养型产甲烷菌为主,优势细菌和古细菌在不同格室内的分布均存在一定差异.研究结果可为强化ABR在农村污水处理中的应用提供科学依据.     

厌氧折流板反应器(ABR)中微生物种群演替特征

采用SEM,FISH和PCR-DGGE技术对ABR(厌氧折流板反应器)各隔室中厌氧颗粒污泥进行分析,考察微生物形态、真细菌数量及种群结构演替过程,并对优势菌种进行了系统发育分析. 结果表明:ABR反应器颗粒污泥微生物中杆菌占优势,其中前端的微生物生长较好,活性高;沿反应器流程方向,各隔室微生物总量逐渐降低,真细菌相对丰度随之递减,其中1#隔室真细菌相对丰度最高,为65.9%,而5#隔室只有27.2%. 此外,ABR反应器前端以真细菌为主,而后端隔室古细菌含量升高,微生物种群随流程发生显著演替,但5个隔室间真细菌的Shannon-Wiener多样性指数没有显著性变化. UPMGA聚类分析表明,1#隔室与2#隔室的微生物群落相似性为77%,4#隔室与5#隔室的相似性为85%,3#隔室与其他隔室的相似性均较低,表明ABR反应器前端以发酵产酸作用为主,后端以产甲烷作用为主,ABR反应器具有明显的分阶段多相工艺特点.      

温度对ABR反应器处理效果和微生物群落结构的影响

采用厌氧折流板反应器(Anaerobic baffled reactor, ABR)工艺处理模拟养猪场废水,考察低温(15±1)℃、中温(35±1)℃、高温(50±1)℃等3个温度条件对ABR处理效果和微生物群落结构的影响.同时,在水力停留时间HRT为24 h,进水COD为2000 mg·L^-1的条件下,考察了不同温度条件对ABR系统出水COD、pH、挥发性脂肪酸(Volatile fatty acid, VFA)的影响.最后,采用扫描电镜和荧光原位杂交技术(Fluorescence in situ hybridization, FISH)分别考察了不同温度条件对污泥微生物形态、种群结构和相对丰度的影响.结果显示,中温条件下系统的COD去除率最高,保持在96%以上,而低温和高温条件下系统的COD去除率均在70%左右;温度变化对反应器内pH值的影响不大;VFA含量在中温条件下最低,表示反应器运行最稳定;FISH结果显示,中温条件下系统真细菌和古细菌的总相对丰度最高,比低温和高温条件下分别高出12%和27%.     

厌氧污泥颗粒化中微生态形成过程表征

采用荧光原位杂交（FISH）和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术,表征了厌氧污泥颗粒化过程中微生物种群多样性及群落相似性的变化,解析了关键微生物中产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌及产甲烷菌的动态演替,初步探讨了颗粒污泥微生态群落的形成过程.结果表明,正常启动的厌氧反应器中,颗粒污泥生长周期超过180 d...     

利用FISH和DGGE对产甲烷颗粒污泥中微生物种群的研究

利用FISH和DGGE技术对厌氧反应器内处于不同运行阶段的4个产甲烷颗粒污泥进行研究,考察其中真细菌和古细菌的种群结构,并对其中的优势古细菌进行系统发育分析.FISH结果表明,颗粒污泥中真细菌含量明显高于古细菌,真细菌主要分布在颗粒污泥外层,古细菌则主要分布在内层;DGGE结果表明,随着反应器COD负荷的增加以及运行时间的延长,真细菌种群结构相对较稳定,而古细菌种群结构则发生了较明显变化,其中占优势的古细菌种类逐渐减少;将有代表性的7个古细菌条带切胶回收并测序,结果显示,反应器运行后期占优势的菌种主要包括甲烷微粒菌(Methanocorpusculum)、甲烷杆菌(Methanobacterium)和甲烷髦毛菌(Methanosaeta)等.     

电辅助对厌氧折流板反应器处理高浓度有机废水的影响

为探究电辅助对ABR(厌氧折流板反应器)处理高浓度有机废水效能的影响,在温度为(35±1)℃、HRT(水力停留时间)为24 h、进水ρ(COD_Cr)维持在5 000 mg/L的情况下,研究电辅助位置对COD_Cr去除率、各格室VFA(挥发性脂肪酸)质量浓度和组成以及微生物群落的影响. 结果表明:①电辅助作用于反应器第1格室时,COD_Cr去除率达最大值(83.19%),较对照组提高约15.23%;1#-1格室ρ(乙酸)提高约23.26%,而ρ(丙酸)下降78.09%,说明电辅助能有效提高产氢产乙酸菌丙酸转化乙酸能力,有利于反应器性能提高. ②当电辅助添加在第2格室时,2#-2格室ρ(乙酸)略有下降,而ρ(丙酸)提高近4.2倍,电辅助对水解发酵菌促进效果明显,作用格室表现为乙酸-丙酸发酵类型. ③电辅助ABR各格室微生物群落结构的相似度均在70.0%以下,表明电辅助在强化不同优势菌群的同时改变了微生物种群结构.      

厌氧颗粒污泥中微生物种群变化的分子生物学解析

荧光定量-聚合酶链式反应(RTQ-PCR)与荧光原位杂交(FISH)技术对厌氧反应器内不同状态下颗粒污泥中微生物种群的数量变化与空间分布进行研究.结果发现,颗粒污泥中真细菌明显多于古细菌,但随着厌氧反应器有机负荷的提高,古细菌明显增加,其中产甲烷丝菌也明显增加;真细菌多分布生长在颗粒污泥的外层,而对环境条件敏感的古细菌多分布生长在内层,且随着反应器有机负荷的提高,这种层状分布的特点更为明显.     

ABR启动期运行效能及互营产甲烷菌群的分布特征

为探讨厌氧折流板反应器（ABR）启动期运行效能和互营产甲烷菌群的空间分布特征,考察了ABR反应器处理制糖废水启动期的运行特征,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术分析了互营产甲烷菌群在ABR各格室的分布规律.结果表明,在污泥驯化阶段,ABR的COD去除率为61.5%,出水挥发酸总量高达1808mg/L.经过2个阶段的调控运行后,ABR出水挥发酸明显降低,甲烷含量增加至55%以上,COD去除率达到了94.8%.而且ABR第2~4格室形成了沉降性能良好的颗粒污泥.PCR-DGGE检测结果表明,该ABR系统中的主要产氢产乙酸菌为Syntrophobacter和Pelotomaculum,主要分布在ABR系统第3,4格室.ABR第1,2格室的产甲烷菌主要为耐酸的氢营养型产甲烷菌（Methanoregula和Methanosphaerula）,而乙酸营养型产甲烷菌（Methanosaeta和Methanothrix）主要分布在第3,4格室.ABR系统中产甲烷菌的多样性要明显高于产氢产乙酸菌,说明当系统受到冲击时,产氢产乙酸作用比产甲烷作用更易成为限速步骤.     

厌氧消化过程稳定性与微生物群落的相关性

为探析厌氧消化过程稳定性与微生物群落的相关性,在餐厨垃圾厌氧消化反应器中引入负荷扰动以诱导不同的运行状态,理化分析和高通量测序相结合用于研究各个状态下的状态参数响应及微生物群落动态.结果表明,均衡的群落结构保证了反应器的稳定运行,稳定状态下反应器的甲烷产率和挥发性固体（VS）去除率分别高达（0.50±0.01）LCH₄/gVS和（89.58±0.08）%.高负荷下产酸细菌（柔膜菌门、放线菌门）大量增殖,诱导互养脂肪酸降解菌（梭菌纲）的相对丰度剧增,然而与之互营的氢型产甲烷菌的丰度和活性却下降了.产甲烷菌与互养脂肪酸降解菌的失衡导致它们不能有效的互养合作,从而引起挥发性脂肪酸（VFA）积累和过程失稳.积累的VFA和氨使比乙酸产甲烷活性（SAMA）和比产甲烷活性（SMA）分别下降60.12%和72.51%,进一步加剧了过程失稳.扰动停止后,尽管反应器恢复了原有运行条件和性能,但微生物群落达到了新的平衡.     

Eubacteria and Archaea community of simultaneous methanogenesis and denitrification granular sludge

Based on the successful performance of a lab-scale upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor with the capacity of simultaneous methanogenesis and denitrification (SMD), the specific phylogenetic groups and community structure of microbes in the SMD granule in the UASB reactor were investigated by the construction of the Eubacteria and Archaea 16S rDNA clone libraries, fragment length polymorphism, and sequence blast. Real time quantitative-polymerase chain reaction (RTQ-PCR) technique was used to quantify the contents of Eubacteria and Archaea in the SMD granule. The contents of some special predominant methanogens were also investigated. The results indicated that the Methanosaeta and Methanobacteria were the predominant methanogens in all Archaea in the SMD granule, with contents of 71. 59% and 22. 73% in all 88 random Archaea clones, respectively. The diversity of Eubacteria was much more complex than that of Archaea. The low GC positive gram bacteria and Б-Protebacteria were the main predominant Eubacteria species in SMD granule, their contents were 49. 62% and 12. 03% in all 133 random Eubacteria clones respectively. The results of RTQ-PCR indicated that the content of Archaea was less than Eubacteria, the Archaea content in total microorganisms in SMD granule was about 27. 6%.     

厌氧折流板反应器处理糖蜜酒精废水的研究

为探究厌氧折流板反应器(ABR)对糖蜜酒精实际废水的处理效果,该实验采用已成功处理人工模拟糖蜜酒精废水的ABR,研究了该反应器处理糖蜜酒精工业废水过程中COD和SO42-的去除效果,以及各隔室VFA、pH和S2-的分布规律。实验结果表明,反应器处理糖蜜酒精工业废水,在30 d内达到稳定,COD和SO42-负荷分别为4.8 kg/(m3.d)和0.32 kg/(m3.d),COD和SO42-的去除率分别为83%和98%。反应器内各隔室挥发性脂肪酸(VFA)浓度变化规律与pH值变化规律一致,各隔室硫化物(S2-)浓度较低,其中第4、5隔室的S2-浓度低于40 mg/L。反应器内微生物菌群仍能保持处理模拟废水时形成的多相(产酸硫酸盐还原相和生成硫单质产甲烷相)分离特征,保证了ABR对实际工业废水的处理效率。     

皮革废水对ABR分区进水微生物相的影响研究

在制革废水ρ(COD)=3 000～3 200 mg/L,HRT=24 h时,采用六格室厌氧折流板反应器(ABR),在1、3、5格室以5∶3∶2的比例进水,通过COD、挥发性脂肪酸(VFA)、辅酶F420等指标的变化研究反应器各格室的微生物相分布情况。结果表明:COD和VFA在3,5格室分别出现下降和升高,整体性能稳定,而格室内微生物种群大致相同但优势菌群有所差异,前端格室以产酸菌为主,后端格室以甲烷菌为主。     

水解酸化反应器预处理印染废水的启动研究

以印染废水为处理对象,研究了水解酸化反应器启动过程中CODcr的去除率、出水B/C、pH值和反应器内VFA的变化。试验结果表明：反应器整个启动过程耗时35天,在废水量100%,CODcr去除率稳定在42.54～48.7%之间;出水B/C在0.428 3～0.463 3之间,比进水B/C提高了0.190 4～0.281 8;出水pH值保持在6.03～6.46之间,比进水pH值降低0.45左右;反应器内的VFA浓度达到140 mmol/L左右。启动过程表明：如果CODcr的去除率达到35%以上、出水B/C提高到0.35以上、出水pH值有明显降低、反应器内的VFA浓度达到100 mmol/L以上,则说明厌氧生物膜驯化成熟,水解酸化菌已经成为反应器内的优势菌种,反应器启动成功。     

厌氧发酵生物制氢微生物及工艺开发的研究进展

厌氧发酵生物制氢在国内外受到了普遍关注,如何确保稳定、持续、高效的产氢率成为生物制氢研究的关键问题所在.本文在查阅国内外大量文献的基础上,重点介绍了产氢发酵微生物、产氢菌种的构建、产氢反应器及厌氧发酵产氢工艺的最新研究状况.同时,就两相循环高温氢/甲烷发酵工艺的进一步发展前景提出了建议.     

基于高通量测序的ABR厌氧氨氧化反应器各隔室细菌群落特征分析

为明确厌氧折流板反应器(ABR)稳定运行厌氧氨氧化反应后各隔室微生物群落结构特征,本文采用Miseq高通量测序分析技术,对ABR厌氧氨氧化反应器5个隔室的微生物分布规律进行了研究,结果表明,ABR反应器中脱氮微生物多样性较为丰富,变形菌门(Proteobacteria)占11.66%~20.28%,浮霉菌门(Planctomycetes)占2.18%~7.94%,硝化螺旋菌门(Nitrospirae)占0.19%~6.30%.其中,在ABR反应器中变形菌门占据主导地位,主要包含Rhodoplanes、Dok59、Rubrivivax和Bdellovibrio等菌属,浮酶菌门次之,主要包含Candidatus brocadia和Candidatus kuenenia菌属.从第1~5隔室,污泥表观红色逐渐减退,趋向于灰黑色,Chao、ACE、Shannon、Simpson指数均表明微生物群落丰富度逐渐增加,且变形菌门微生物逐渐增加,而浮霉菌门微生物逐渐降低,这与基质的降解和功能微生物的富集规律相一致.     

ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮特性

CANON工艺如能处理低氨氮城市生活污水,将大幅度降低市政污水处理能耗.故以纤维载体为填料,在CSTR反应器中同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥启动CANON反应器,且在CANON系统前端添加ABR除碳系统,构建ABR除碳-CANON耦合工艺,研究ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮性能,并采用MiSeq高通量测序技术分析污泥中微生物菌群结构的变化情况.结果表明,通过同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥,控制DO为0. 5～2 mg·L-1、HRT为6h、p H值为8左右等措施,在55 d内成功启动CANON系统,TN去除率为81%～87%,氨氮负荷为0. 195 kg·(m3·d)-1. ABR除碳系统出水有机物浓度(120 mg·L-1)不会对后续CANON系统产生不利影响,一体式ABR除碳-CANON工艺TN去除率在74%～87%,出水COD平均浓度为40 mg·L-1.同时,CANON系统启动后变形菌门(Proteobacteria)得到了显著提升,鞘脂杆菌纲(Sphingobacteria)所占比例下降为6. 8%,CANON系统中亚硝化菌和厌氧氨氧化菌不断淘汰劣势菌群成为反应器内优势菌群,一体化ABR除碳-CANON工艺对城市污水具有良好的脱氮除碳效果.     

Microbial community structures in an integrated two-phase anaerobic bioreactor fed by fruit vegetable wastes and wheat straw

The microbial community structures in an integrated two-phase anaerobic reactor（ITPAR）were investigated by 16 S r DNA clone library technology. The 75 L reactor was designed with a 25 L rotating acidogenic unit at the top and a 50 L conventional upflow methanogenic unit at the bottom, with a recirculation connected to the two units. The reactor had been operated for 21 stages to co-digest fruit/vegetable wastes and wheat straw, which showed a very good biogas production and decomposition of cellulosic materials. The results showed that many kinds of cellulose and glycan decomposition bacteria related with Bacteroidales,Clostridiales and Syntrophobacterales were dominated in the reactor, with more bacteria community diversities in the acidogenic unit. The methanogens were mostly related with Methanosaeta, Methanosarcina, Methanoculleus, Methanospirillum and Methanobacterium; the predominating genus Methanosaeta, accounting for 40.5%, 54.2%, 73.6% and 78.7% in four samples from top to bottom, indicated a major methanogenesis pathway by acetoclastic methanogenesis in the methanogenic unit. The beta diversity indexes illustrated a more similar distribution of bacterial communities than that of methanogens between acidogenic unit and methanogenic unit. The differentiation of methanogenic community composition in two phases, as well as pH values and volatile fatty acid（VFA） concentrations confirmed the phase separation of the ITPAR. Overall, the results of this study demonstrated that the special designing of ITPAR maintained a sufficient number of methanogens, more diverse communities and stronger syntrophic associations among microorganisms, which made two phase anaerobic digestion of cellulosic materials more efficient.