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.     

不同污泥龄膜生物反应器内微生物的群落结构特征

为研究不同污泥龄MBR(膜生物反应器)内的微生物群落结构特征,构建了SRT(污泥龄)分别为10、20、40和80 d的4个平行的MBR,通过PCR-DGGE技术获得各MBR内微生物的DNA指纹图谱,并对条带进行切胶测序. 结果表明,SRT不影响MBR对废水的处理效果,不同SRT下MBR对NH₄+-N和COD_Cr的去除率均能达到90%以上. DGGE结果表明,在运行过程中,各MBR内的微生物群落结构均发生了明显变化,并且不同SRT的MBR内总细菌群落结构变化特征相同;SRT影响同一微生物在各MBR中的出现速率;总细菌Shannon-Wiener多样性指数和丰富度指数均随着SRT的增加而升高,SRT为80 d的MBR内Shannon-Wiener多样性指数最高. 测序结果表明,不同SRT的MBR内的优势种属不同,其中Arcobacter sp.、beta proteobacterium及Thiothrix sp.为不同SRT的MBR中共同存在的关键菌属,对MBR的运行起着重要作用.      

处理不同废水MBR系统中微生物群落结构的比较

为了研究膜生物反应器中微生物群落结构与系统处理效能的关系.为工艺改进提供依据,从4种处理不同水质的MBR污泥中提取细菌总基因组DNA,采用PCR-DGGE和克隆测序技术对系统中的微生物群落结构进行了解析,根据序列数据进行同源性分析并建立了系统发育树.结果表明,在长期稳定运行后不同MBR中形成了各自特有的生态群落,进水水质对总细菌的群落结构有着较大的影响,处理含有较复杂成分废水的反应器中,种群多样性较高,Shannon指数分别为0.77和0.78.总细菌中,主要优势种群以Proteobacteria纲(8个OUTs)和Bacillus属(2个OUTs)为主.不同反应器中氨氧化菌群结构较为相似,存在着相同的顶级优势群落;测序结果表明MBR中存在着多种亚硝化菌属,其中以亚硝化单胞菌属最为普遍,并鉴定出2株反硝化菌属UncuItured Achromobacter sp.和Uncultured denitrifying bacterium,说明反应器中可能同时存在多种硝化和脱氮途径.     

超声波促进好氧/缺氧污泥消化过程中细菌群落结构分析

应用基于16S rDNA的PCR-DGGE对超声波-好氧/缺氧污泥消化过程中微生物种群的多样性进行研究.通过SDS细胞裂解法提取不同时期污泥中的基因组DNA,采用通用引物进行V3区域PCR扩增,长约190 bp的PCR产物经DGGE分离后,获得污泥微生物群落的DNA特征指纹图谱,对条带进行切胶测序,使用序列数据进行同源性分析并建立系统发育树.DGGE图谱表明,在反应器运行的不同时期,微生物群落结构发生动态演替.5、10、15、20、25 d微生物相似性与0 d相比分别为61.2%、48.2%、46.4%、42.6%、41.7%,总细菌Shannon指数经历了一个从逐渐减少到趋于稳定的过程,这表明超声波改变污泥内部性质,导致微生物多样性的降低.UPGMA聚类分析将DGGE图谱区分为三大族群并对应于不同运行时期.测序结果表明,超声波-好氧/缺氧污泥消化中微生物群落主要为Firmicute、Genuscitrobacter、Bacilli、α-Proteobacteria、β-Proteobacteria.     

硫酸盐还原反应器污泥驯化过程中微生物群落变化分析

采用PCR-DGGE技术,对硫酸盐还原反应器UASB污泥驯化过程中微生物群落的变化进行了分析.结果表明,污泥驯化过程中,微生物群落生物多样性与反应器硫酸盐及COD去除率呈明显的正相关,微生物群落Shannon指数大于3.45时,反应器硫酸盐去除率稳定在95%左右;对DGGE图谱中优势条带进行回收克隆并测序表明,污泥中微生物群落主要包含Firmicutes、Proteobacteria、Deinococcus-Thermus和Chloroflexi这4大类群,分别占总数的50.0%、28.6%、14.3%和7.1%;其中厌氧发酵细菌Clostridium sp.在驯化全过程中均占优势,但优势菌群的种类发生变化;厌氧细菌Chloroflexi sp.、Geopsychrobacter sp.等在污泥驯化过程中曾成为优势菌群但之后消亡;厌氧细菌Geobacter sp.则在污泥驯化过程中逐渐成为优势菌群;Desulfovibrio sp.在污泥驯化的最后2个阶段成为优势菌.     

异养硝化-好氧反硝化菌Burkholderiasp.YX02强化连续流反应器中微生物群落结构解析

为揭示生物脱氮反应器中微生物群落结构随时间变化的动态演替过程,以投加包埋固定化异养硝化-好氧反硝化菌Burkholderia sp.YX02建立的连续流反应器为研究对象,利用PCR-DGGE技术获得了不同阶段下微生物群落结构的DNA特征图谱并对图谱进行了多元统计分析,同时考察了微生物群落结构的变化与反应器中p H、NH+4-N、NO-2-N、NO-3-N及COD等环境因子的相关性.结果表明,反应器在18 d的运行期间微生物群落较为丰富,各阶段群落结构的相似性并不随着反应器的运行而有序递减,相邻阶段群落结构的相似性先下降后上升,反应器内的菌群经演替最终形成了稳定的菌群结构.Shannon-Wiener多样性指数变化与反应器的运行显著关联,不同阶段多样性指数差异明显,整体上呈先下降后上升的趋势,运行后期出现了新的菌群.UPGMA聚类分析大致将反应器的运行过程划分为3个时期,且不同时期存在一定的演变关系.对DGGE图谱进行主成分分析(principal component analysis,PCA)表明,随着反应器的运行,劣势菌被大量淘汰、优势菌株常驻,运行后期形成以包埋菌Burkholderia sp.YX02为代表的新的菌群结构.对微生物的群落结构与环境因子的相关性进行典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)表明,NO-2-N对微生物群落结构的影响最大,其次为NO-3-N、NH+4-N和COD,p H影响最小.     

厌氧出水培养好氧颗粒污泥及其微生物多样性分析

以处理黄连素废水的厌氧折流板反应器(ABR)出水为进水基质,在序批式反应器(SBR)中培养好氧颗粒污泥,反应器运行80 d后形成粒径在2~10 mm间的成熟稳定的颗粒污泥。采用扫描电镜(SEM)和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对好氧污泥颗粒化进行分析,考察微生物形态、群落演替和多样性,并对优势菌种进行了分析。DGGE图谱表明,好氧污泥颗粒化进程中,微生物种群呈明显演替变化,好氧颗粒污泥菌群多样性较强。克隆测序结果表明,好氧颗粒污泥反应器优势菌群主要为未分类bacteria、CFB group bacteria和Bacteroidetes。     

利用PCR-DGGE技术分析生物陶粒硝化反应器中微生物群落动态

为了揭示生物陶粒硝化反应器中活性污泥的微生物种群多样性,从运行不同时期的反应器中提取活性污泥,利用PCR-DGGE技术初步分析了生物陶粒反应器细菌的种群演替情况.结果表明,随着进水COD值的逐阶段降低,氨氮去除率逐步提高到64.38%.群落结构和优势种群的数量具有时序动态性,微生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的特征.测序结果表明,生物陶粒反应器中运行第21天的优势种群除了自养细菌,还有异养细菌存在.其中自养细菌为Nitrosospira.sp和Nitrobacter.sp,异养细菌为Bacillus.sp、Pseudomonas.sp和Pseudochrobactrum.sp.     

A/O MBR处理生活污水效率与菌群多样性的关系

采用缺氧/好氧膜生物反应器（A/O MBR）工艺处理生活污水,试运行了5种不同的工况以确定最佳工艺参数,利用变性凝胶梯度电泳（DGGE）技术研究缺氧池和好氧池（MBR）中细菌群落结构,分析出水水质与细菌种群多样性的关系.结果表明A/O MBR在水力停留时间（HRT）为12 h,污泥停留时间（SRT）为10 d,硝化液回流比为300%,污泥回流比为100%的条件下,对COD、氨氮、总氮有稳定良好的去除,平均去除率分别为96.4%、99.1%、75.8%;系统运行过程中,缺氧池和好氧池中菌群结构发生较大变化,同一工况下两池菌群的相似性通常大于50%,但缺氧池菌群多样性随工况变换而波动较大,好氧池菌群多样性随运行时间而逐渐丰富;缺氧池菌群多样性指数与反硝化效率成正相关关系.     

PCR-DGGE分析啤酒废水生物处理工艺的微生物区系

应用基于16s rDNA的PER-DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术对啤酒废水"水解酸化 SBR"工艺的微生物多样性进行研究.分别取水解酸化池与SBR池中不同深度以及不同处理时段的活性污泥,提取样品总DNA,通过PER扩增、变性梯度凝胶电泳,将16S rDNA(V3区)的PER扩增片段割胶克隆测序确定样品中的微生物群落,与筛选出的高效菌株进行对比分析.结果表明,水解酸化池中的微生物群落随深度的改变,在结构组成和种群数量上均有较大差异,2 m深处微生物群落相对丰富,优势条带突出;SBR池不同深度微生物种群结构一致,沉淀期、进水期和曝气期不同处理时段的微生物种类一致,但优势菌群不同;所测序列v2、23、25、31、h5和15号分别与菌株uncultured Thermotogales sp.Comamonas sp.WT OTU1、Agrobaaerium tumefaciens、Bacillus subtilis、Bdellovibrio bacteriovorus、Comamonas testosteroni有高度同源性,活性污泥样品中的优势条带与高效菌株的序列不同,表明筛选出的高效菌并非为实际处理过程中的优势菌.