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.     

雄安新区-白洋淀冬季冰封期水体好氧反硝化菌群落空间分布特征及驱动因素

为了定向精准地完成适于白洋淀低温期水体水质的好氧反硝化菌的筛选和分离,本文结合水质调查和好氧反硝化功能基因(napA)高通量测序技术,进行了水体水质、微生物群落α多样性、β多样性分析以及微生物网络分析.结果表明,该时期白洋淀不同采样点的水体水质存在显著差异,入淀河口区的氮素最高;各采样点α多样性存在显著差异(P0.05),藻苲淀(ZZD)和瀑河(BH)的菌群丰富度和多样性最低;与此同时,该时期水体的OTU主要属于变形菌门(Protebacteria)中的α-Proteobacteria纲、β-Proteobacteria纲和γ-Proteobacteria纲;韦恩图分析(Venn)表明各采样点水体好氧反硝化菌群组成存在明显差异;膨胀因子分析(VIF)和RDA分析显示,温度、溶解氧、氨氮、硝氮、溶解性总磷以及氧化还原电位是影响菌群组成的主要环境因子;网络分析表明,该时期微生物网络中物种间以共生关系为主;Mantel test分析得出温度、氧化还原电位、硝氮、氨氮、溶解性总磷以及铁锰是影响模块群落结构演变的关键环境因子.综上可知,基于好氧反硝化功能基因(napA)进行高通量测序来研究白洋淀冬季冰封期水体好氧反硝化菌群落特征和环境驱动因素可行,为实现适于该时期水体水质的好氧反硝化菌"定向-精准-高效"的筛选提供技术支撑.     

基于高通量测序技术的人工湿地中脱氮微生物群落结构解析

针对台州湾水平流人工湿地处理河水时脱氮能力低且不稳定的情况,采用高通量测序技术进行脱氮微生物群落的结构解析,以便从微生物的群落结构和空间分布中寻求影响脱氮能力的因素.研究结果表明,水平流湿地中存在硝化和反硝化菌群,且硝化菌属主要为Nitrospira,反硝化菌属主要为Bacillus和Paracoccus.与脱氮系统较...     

煤化工废水除氟及尾水脱氮除磷性能

为了实现将水体中F-浓度降至1mg/L以下的目标,采用多步除氟法,优化药剂投加顺序及剂量控制成本.对除氟尾水进行脱氮除磷处理,并利用16S r RNA高通量测序技术分析微生物群落结构.结果表明,在最优除氟方案下能将F-浓度从119.73～138.56mg/L降至0.33mg/L,除氟成本为6.13元/t.除氟尾水的硝化和反硝化负荷分别达到0.12和0.13kg/(m³·d).硝化过程从批次八实现稳定的短程硝化,平均亚硝酸盐积累率(NAR)>80%,这由前期游离氨(FA)抑制和后期游离亚硝酸(FNA)抑制造成.脱氮过程中观察到反硝化除磷作用,磷的吸收率可达到84.10%～89.75%.高通量测序结果表明,经过20个批次的驯化,污泥微生物群落结构发生显著变化.驯化污泥中好氧反硝化菌(Paracoccus和Pseudomonas)、异养反硝化菌(Flavobacterium和Thauera)和反硝化聚磷菌(Paracoccus、Pseudomonas和Thauera)得到富集.     

具有铁氧化和好氧反硝化功能的Achromobacter denitrificans strain 2-5对序批式反应器生物脱氮性能及群落结构的影响

对1株具有铁氧化和好氧反硝化功能的反硝化无色杆菌2-5(Achromobacter denitrificans strain 2-5)强化SBR反应器脱氮性能与细菌群落结构的影响进行研究。结果表明:在SBR反应器中,添加Fe0和Achromobacter denitrificans strain 2-5能提高SBR反应器对NH₄+-N和TN的去除效果,与普通SBR反应器相比,NH₄+-N和TN的平均去除率分别提高了4.13%、15.73%。通过高通量测序分析,发现各反应器微生物群落结构组成存在差异。从门水平来看,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)为优势菌门。添加Fe0和Achromobacter denitrificans strain 2-5使反应器中具有好氧反硝化功能的细菌多样性增加,强化了SBR反应器的脱氮效果,研究结果为Fe0促进好氧反硝化菌生长,强化污水脱氮提供了依据,有利于好氧反硝化菌的实际应用。     

OPCRP填料的SBMBBR处理低温污水脱氮细菌多样性试验

针对低温污水生物脱氮效率低问题,采用有机高分子复合硬性颗粒（OPCRP）-SBMBBR反应器处理低温污水,与传统SBR反应器对比,通过Miseq高通量测序技术分析了2套反应器中活性污泥的细菌菌群多样性及组成结构丰度差异,揭示高效处理低温污水优势脱氮菌群。结果表明:在水温（6.5±1）℃条件下,OPCRP-SBMBBR反应器出水脱氮效果及污泥沉降速率均明显提高;投加填料有助于提高活性污泥系统内硝化反硝化菌多样性和相对丰度,即优势氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、厌氧反硝化菌总相对丰度分别由SBR （R1）的3.9%、3.47%、15.87%增加到OPCRP-SBMBBR （R2）的5.21%、5.26%、23.64%。异养硝化-好氧反硝化菌种红环菌科、Enterobacteriaceae、Terrimonas,分别由R1的2.77%、1.63%、2.43%增加到R2的3.3%、3.11%、2.59%;R2独有的好氧反硝化菌种包括假单胞菌属、氢噬胞菌属等,其相对丰度分别为1.17%、0.79%。R1、R2中优势好氧反硝化菌种总相对丰度分别为10.66%、17.35%,优势硝化菌种总相对丰度分别为7.37%、10.47%,优势硝化反硝化菌种总相对丰度分别为28.65%、43.32%,为低温污水中生物脱氮提供了良好的细菌环境。     

完全混合式曝气系统运行特性及微生物群落结构解析

利用某污水处理厂完全混合式曝气系统处理生活污水,探讨了系统同步硝化反硝化脱氮过程,解析了系统中污泥微生物群落结构.中试试验结果表明,系统运行稳定,且在无外加碳源的条件下,COD、氨氮和总氮平均去除率分别为93.2%、96.9%和75.2%,出水COD、氨氮和总氮均优于一级A排放标准.系统污泥具有较强的反硝化能力,其脱氮速率是污水处理厂污泥的2.86倍以上.通过对系统污泥周质硝酸盐还原酶聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增和高通量测序结果,发现系统中存在好氧反硝化菌,污泥中优势菌为动胶菌属(Zoogloea)、陶厄氏菌属(Thauera)和Dechloromonas菌属.     

蓝藻水华形成过程对氮磷转化功能细菌群的影响

为探寻蓝藻水华形成过程中细菌群落结构和氮、磷转化功能菌群的动态变化,利用细菌16S rRNA基因的高通量测序和功能基因的荧光定量PCR(qPCR)方法,分析了在蓝藻水华过程中水体细菌群落组成及功能菌群的变化情况.高通量测序结果证明了蓝藻水华形成过程中细菌群落的多样性降低,细菌群落在水华期和非水华期具有不同的结构.随着水华过程中蓝藻密度的增加,水体中Actinobacteria和Bacteroidetes相对丰度减少,而Firmicutes相对丰度增加;蓝藻水华对聚磷菌(PAOs)具有富集作用,对硝化细菌具有抑制作用,而反硝化细菌的数量在中度水华条件下显著增加. qPCR结果显示,随着蓝藻水华的持续发展,硝化和反硝化功能基因丰度下降甚至消失,表明水体中氮转化过程可能受到抑制,此过程也有利于水华过程中微囊藻快速增殖对氮的需求,对水华蓝藻的生长具有正反馈作用.     

不同类型富营养化微型水体藻华暴发期微生物群落结构变化分析

与藻华有关的微生物群落对水体中的氮、磷循环起着关键性的作用,了解富营养化水体中细菌和藻类演替的驱动因素以及规律对预防藻类暴发和控制水体污染具有重要意义.本研究以岩口水库上游点源污染和面源污染池塘为研究对象,分析了藻华暴发期水质参数之间的相关性,并采用16S和23S测序分析了不同微型水体中细菌和藻类的群落结构组成特征,对细菌和藻类群落结构与水质参数之间的偶联关系进行了分析.相关性分析表明,不同微型水体中的叶绿素a浓度与其他水质参数之间的相关性并不明显;高通量测序结果表明,变形菌门、放线菌门和拟杆菌门均为不同微型水体中相对丰度较大的细菌门类;蓝藻和硅藻是点源污染池塘中的相对丰度较大的优势藻类,而蓝藻和裸藻是面源污染池塘中的相对丰度较大的优势藻类.冗余分析结果表明,总磷、高锰酸盐指数和不同形态氮浓度是影响点源污染池塘中菌藻群落结构的主要因素;高锰酸盐指数和不同形态氮磷浓度是影响面源污染池塘中菌藻群落结构的主要因素.本研究对富营养化微型水体藻华暴发期细菌和藻类的群落结构变化及其主要驱动因素进行了探究,可为富营养化微型水体的藻华控制以及污染治理提供科学依据.     

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.     

HN-AD菌强化3D-RBC处理养猪废水及微生物特性研究

针对现有养猪废水处理工艺中普遍存在的高氨氮（NH₄⁺-N）生物毒性大、工艺流程长、运行成本高和脱氮效果差等问题,采用耐受性强的异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌挂膜启动三维结构生物转盘（3D-RBC）预处理养猪废水,仅需15d就完成了3D-RBC反应器的快速挂膜.采用调节盘片线速度和C/N的方式,仅65d实现了HN-AD菌在反应器中的富集及养猪废水预处理工艺的启动.采用该工艺对实际养猪废水进行处理,结果表明,HN-AD菌剂挂膜的3D-RBC工艺耐受高氨氮性能强,原水中COD、NH₄⁺-N、TN的去除率高达69.8%、87.9%和79.5%,污染物削减效果明显优于传统工艺.采用高通量测序技术研究了功能菌优势化构建过程中微生物群落结构的变化规律,结果表明,生物膜内具有HN-AD功能的优势菌由盐单胞菌属（Halomonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）逐渐变为丛毛单胞菌属（Comamonas）、嗜氢菌属（Hydrogenophaga）等,且后者的相对丰度逐渐上升.扫描电子显微镜结果显示,生物膜以丝状菌为骨架,紧密附着在盘片上的生物膜层表面聚集了以杆状和球状为主的微生物,这与生物多样性分析得出的结论较一致.     

A/O工艺中污泥浓度对微生物群落结构的影响

采用A/O工艺处理淀粉厂区废水,结合Miseq高通量测序技术研究了不同污泥浓度（MLSS）对A/O工艺脱氮效果及微生物群落结构的影响.结果显示,当污泥浓度为4066mg/L时（1号池）,氨氮（NH₄⁺-N）平均去除率高达90.2%;而污泥浓度为2985mg/L时（2号池）,去除率仅为67.2%.两池体中优势菌门均为变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和厚壁菌门,其中变形菌门和拟杆菌门平均丰度分别为40.65%、30.28%和25.25%、33.27%,其相对丰度比例差异较大.在功能基因层面,两池体中所有8个功能基因类别（KEGG,京都基因与基因组百科全书）排序相同,氮代谢相关基因中,硝化酶、反硝化酶、氨化酶的相关功能基因均在1号池中含量高.该工艺中污泥浓度对菌群结构影响显著,高污泥浓度有利于形成高效脱氮菌群结构.     

DNBF-O3-GAC组合工艺深度脱除氮磷及代谢产物

为提高污水厂尾水水质,本研究采用新型缓释碳源复配海绵铁、活性炭作为反硝化生物滤池的复合填料,分别以模拟二级处理出水和实际污水厂尾水为进水,考察了复合缓释碳源填料反硝化生物滤池-臭氧-活性炭(DNBF-O_3-GAC)组合工艺同步脱氮除磷及去除微生物代谢产物的性能,并借助Mi Seq高通量测序技术分析了反硝化生物滤池生物膜中的微生物群落结构特征.结果表明,组合工艺取得了较好的脱氮除磷及微生物代谢产物的效果:模拟配水阶段和实际尾水阶段NO_3~--N平均去除率分别达到88.87%、79.99%;TP平均去除率分别达到87.67%、65.51%;UV254平均去除率分别达到45.51%、49.23%.组合工艺各处理单元具有不同的功能:NO_3~--N、TN、TP、TFe的变化主要发生在反硝化生物滤池反应器中;UV254、三维荧光强度的变化主要发生在臭氧-活性炭反应器中.微生物在属水平进行聚类分析结果表明,反硝化脱氮系统存在硫自养反硝化菌和异养反硝化菌,当实际尾水阶段碳源相对不足时,硫自养反硝化作用有了显著加强,Thiobacillus(硫杆菌属)的占比由7.44%上升至29.62%,硫自养反硝化与异养反硝化形成的这种互补作用延长了新型缓释碳源的使用周期.     

温度和DO对MBBR系统硝化和反硝化的影响

在缺氧/好氧/好氧串联运行的移动床生物膜反应器（MBBR）系统中考察了温度和好氧反应器中溶解氧（DO）水平对生物膜硝化和反硝化过程氮素去除的影响,并通过高通量测序技术探究温度和DO的变化造成的MBBR系统中脱氮功能菌群结构的差异,从而在微观水平解释硝化和反硝化受温度和DO影响的生物学机理.结果表明,系统温度的升高可以同时强化生物膜硝化和反硝化过程,且好氧反应器中DO水平的提高对硝化过程有利,从而提高系统的脱氮效果.本研究中,在系统连续运行阶段,当系统温度和好氧O₁反应器的DO浓度为本研究范围内的最高水平时（即温度=20~22℃、DO=5~8mg O₂/L）,比硝化负荷可达1.60g NH₄⁺-N/（m²·d）以上,而相同温度范围内比反硝化负荷可高达2.84g NO₃^--N/（m²·d）,从而使MBBR系统在该工况条件下获得了最佳的NH₄⁺-N和TN去除率（分别达到了98.7%和85.7%）.温度和DO影响硝化和反硝化的根本原因是温度和DO变化引起了脱氮功能菌群数量和群落结构的改变：当好氧反应器的DO水平下降时,硝化功能细菌的OTUs比例显著降低,尤其是异养硝化细菌的生长受到了严重的抑制;而温度的变化对反硝化细菌的影响主要体现在群落结构的变化.     

后续碳源强化ANAMMOX-MFC系统脱氮产电调控策略

考察添加后续碳源的厌氧氨氧化微生物燃料电池（ANAMMOX-MFC）高效脱氮产电运行的稳定性,采用高通量测序及KEGG功能酶预测对微生物群落结构及功能基因的变化进行表征。结果表明:系统可以连续稳定运行60 d,TN去除率稳定在96%以上,连续运行最大输出电压为800 mV左右。添加适当浓度的乙酸钠,可增高污泥中发酵菌Enterococcus、反硝化产电菌Pseudomonas、Thauera的相对丰度进而有效促进产电。但是过度水解酸化会抑制AnAOB活性。第68~104天,出水NH₄+-N浓度升高,TN去除率下降至90%左右,通过停加乙酸钠TN去除率恢复至95%以上。ANAMMOX-MFC系统出水NH₄+-N浓度可作为后续碳源停加的"调控信号",使得脱氮产电系统稳定高效运行,为厌氧氨氧化与微生物燃料电池脱氮产电的技术结合提供了很好的理论依据,具有一定的工程指导意义。     

不同施氮水平下再生水灌溉对土壤细菌群落结构影响研究

微生物是土壤环境变化的敏感因子,为探明再生水灌溉和氮素减量施用对土壤环境的影响,以温室棚栽番茄为研究对象,借助Miseq高通量技术,比较研究了再生水灌溉下氮素常规施肥和氮肥减量施用对土壤细菌群落结构所产生的影响,并采用冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)方法分析导致土壤细菌群落结构差异的因素.结果表明:再生水灌溉对土壤硝化螺菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)群落结构的影响明显;再生水灌溉土壤细菌共53个属,其中41个属是再生水灌溉和清水灌溉土壤的共有菌属,其余12个属是再生水灌溉土壤的特有菌属.随氮素施用水平的降低,土壤细菌种群优势度呈先增加后降低然后再增加的趋势,减少氮肥施用有利于土壤细菌种群丰富度和多样性的增加.土壤微生物群落结构受土壤化学特性的影响.再生水灌溉能够促进与土壤碳、氮转化相关的微生物的增长,改变土壤微生物的群落结构.     

高盐度环境下某污水处理厂AAO生化系统微生物群落变化分析

为研究高盐度环境下AAO生化系统的活性污泥优势微生物,利用高通量测序技术对不同时期污泥进行微生物结构进行分析。结果表明:ρ（Cl-）从1000 mg/L上升到5000 mg/L的过程中,微生物群落结构发生明显变化。持久型OTUs占总序列90.59%,其中Proteobacteria（变形菌门）相对丰度始终在40%以上,Chiorobi（绿菌门）相对丰度从6.11%上升至16.13%。微生物属水平分析发现,Methyloceanibacter（16.94%~27.44%）是高盐条件下主要的有机物去除菌属,Ignavibacterium（18.43%~26.78%）是主要除硫菌属,Dechloromonas（1.52%~3.05%）、Nitrospirae（1.9%~8.84%）、Nitrosomonas（1%左右）是主要的脱氮菌属。     

MBBR工艺中SNEDPR的启动及性能研究

为探究同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)强化移动床生物膜反应器(MBBR)工艺脱氮除磷的可行性,采用连续曝气和搅拌/曝气交替运行的MBBR反应器,以磁性填料作为载体处理模拟生活污水,考察了SNEDPR启动过程中的脱氮除磷性能,并结合荧光显微镜和高通量测序技术对各个功能菌群结构变化情况进行了分析.结果表明,经两阶段运行后,氨氮和磷去除率分别达到97.6%和85.37%,出水NO₂^-—N、NO₃^-—N和COD浓度分别为1.3949,3.88和20.4mg/L,同步硝化内源反硝化率(SNEDR)由0.07%逐渐升高至86.35%.好氧阶段同步硝化内源反硝化率的提高,使出水NO_x^-—N浓度下降,提高了系统的脱氮性能和厌氧阶段内碳源的储存量.荧光显微镜和高通量测序结果表明,经过53d的运行,微生物群落多样性呈显著提高,系统内GAOs、AOB、NOB丰度的提高(分别由接种污泥中的3.3%、0.84%和0.66%提高至系统内的27.08%/20.48%、1.45%/1.76%和1.05%/0.85%)和PAOs、DPAOs的存在,保证了系统的脱氮除磷性能,在MBBR工艺中实现了EBPR与SNED的耦合.