废弃矿井微生物群落演替特征实验研究

矿井被关闭前后,井下环境条件有很大的差异,尤其是温度、压力、光照、水质、氧化还原条件会发生明显的改变,由此引起废弃矿井中微生物群落结构、多样性、演替规律发生变化,微生物的演替也将影响到井下污染物的降解和矿井水水质。该研究利用井下原煤、煤泥、矿井水进行了废弃矿井封闭和半封闭状态下的模拟实验,探讨了2种模拟中的微生物群落演替及多样性变化特征,实验周期为135 d。实验结果表明,矿井关闭后,细菌为环境中可培养好氧微生物的绝对优势菌群,占比例达到90%以上。封闭和半封闭条件下细菌丰度和多样性均呈增加趋势,但受环境中氧含量的影响,封闭条件下厌氧微生物丰度和多样性出现明显的增加。利用高通量测序技术,分析了细菌群落的演替规律,结果表明,封闭及半封闭条件下实验体系中优势细菌主要为芽孢杆菌(Bacillus)和乳球菌(Lactococcus)等兼性厌氧菌,随着时间变化,亚硝化单胞菌(Nitrosomonadaceae)、硝化螺菌(Nitrospira)和节杆菌(Arthrobacter)等好氧菌逐渐衰亡,乳酸杆菌(Lactobacillus)、拟杆菌(Bacteroides)、链球菌(Streptococcus)、明串珠菌(Leuconostoc)等厌氧菌含量逐渐增加。     

复合菌群处理印染废水

从印染污水排放口污泥中筛选出3株具有高絮凝率和降解能力的菌株,将3株菌株进行复合,得到复合菌群JFFH-124。实验表明:复合菌群JFFH-124的絮凝能力和降解COD能力都比单菌株强。经过JFFH-124的絮凝和降解处理,印染废水的色度从150降低到23,脱色率达84.5%;COD从530 mg/L降低到96 mg/L,去除率达81.9%。     

降解五氯酚的微好氧颗粒污泥的培养及其微生物种群分析

在微好氧的条件下培养出颗粒污泥并用含五氯酚(PCP)的废水对颗粒污泥进行驯化,研究了培养过程中颗粒污泥的MLSS、SVI、粒径以及对COD和PCP处理能力的变化.颗粒污泥培养成熟后, PCP和COD的去除率分别达到85.3%和86.1%.用扫描电镜观察了颗粒污泥的结构,颗粒污泥内细菌种群丰富,大多数为短杆菌和球菌.同时采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对培养出的微好氧颗粒污泥以及用PCP驯化后的颗粒污泥中微生物的种群进行了初步分析和对比,用PCP驯化后的微生物种群发生了较明显的动态变化,新增了某些菌群,如不动杆菌(Acinetobacter)、变形杆菌(Proteobacterium)和硫酸盐还原菌等.图6表2参20     

pH5条件下生物制氢反应器的启动及运行特性

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),以糖蜜废水为底物,探讨了pH5条件下生物制氢反应器的启动和运行特性.结果表明,保持反应器内pH为5,污泥接种量为6g/L、COD启动负荷为7.0kg/(m³·d)、水力停留时间(HRT)为6h等条件,可在30d内完成产氢发酵菌群的驯化.此时系统氧化还原电位(ORP)稳定在-460mV～-480mV之间,系统呈现明显的混合酸发酵特性.其液相末端发酵产物比例分布相当,乙酸、乙醇、丁酸、丙酸和戊酸含量分别占发酵产物总含量的36%,33%,18%,13%.没有占绝对优势的发酵产物.气相中的氢气含量30%～35%,其最大产氢能力为1.3m³/(m³·d).生物制氢反应器混合酸发酵稳定运行期各种产酸发酵细菌处于均势地位,以球菌和杆菌为主.     

丁酸型发酵生物制氢反应器的运行特性研究

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),利用厌氧活性污泥以糖蜜废水为底物发酵产氢,探讨了丁酸型发酵生物制氢反应器稳定运行的工程控制参数,并运用变性梯度凝胶电泳技术(denaturinggradientgelelectrophoresis,DGGE)对微生物菌群结构稳定性进行了分析.研究表明,在污泥接种量(SS)为15g·L-1、温度为(35±1)℃、容积负荷为40kg·m-3·d-1、水力停留时间(HRT)为4h条件下,可以获得CSTR丁酸型发酵的最大产氢速率2 37m3·(m3·d)-1.此时系统的pH、氧化还原电位(ORP)分别在5 2～5 5、-480～-500mV之间.液相末端发酵产物中乙酸和丁酸、乙醇、丙酸、戊酸的含量分别占挥发酸总含量的70%,20%,7%,6%.气相中的氢气含量在30%～40%之间.根据PCR DGGE指纹图谱显示此时期丁酸型发酵优势菌群在反应器内结构保持稳定.     

达里湖表层水体浮游细菌群落结构的夏-冬季节差异

为探索寒旱区湖泊在夏季非冰封开放、冬季冰冻近封闭等状态差异下表水中典型理化指标和浮游细菌群落结构差异,利用2018年7月和2019年1月采集的内蒙古达里湖41个表水(冰)样品,基于16S rRNA高通量测序和典型理化指标含量分析,讨论了浮游细菌群落结构特征及其对氮(N)和磷(P)元素等理化指标的夏-冬季节差异的响应.首先,夏季表水(夏水)中N和P及电导率(EC)等指标参数相对含量明显高于冬季(包含冬季表水-冬水和湖冰-冰体),且Proteobacteria、Actinobacteria和Cyanobacteria等构成夏水、冬水和冰体中广泛存在的优势浮游细菌门类(相对丰度大于1％).不过,夏水中优势浮游细菌门类数量明显多于冬水和冰体,如Deinococcus-Thermus、Tenericutes和Firmicutes等仅在夏水中为优势菌门;其次,夏-冬季环境条件差异,特别是冬季"冰-水"内部状态改变,不仅引起表水富营养化程度明显差异,还导致优势细菌门类对N和P等营养元素及EC、溶解氧(DO)、冰厚(thickness)和化学需氧量(COD)等理化指标变化产生差异性响应.整体上,虽然聚类及分型结果将样品主要分为冰、水两种类别,且冰体中各理化指标参数对优势菌属相对丰度变化的影响最显著,但冰体优势菌属主要受到结冰过程引起的湖泊内部环境(如不同形态P元素迁移和冰厚等)变化的影响,而冬水和夏水优势菌属则受到外部环境[如水深(depth)和溶解性总固体(TDS)等]变化的影响较为明显.     

陶粒固定化脱氮菌群对景观水中NO3--N的去除

以陶粒为载体对脱氮菌群进行固定化,并对ρ(NO3--N)较高的景观水进行模拟脱氮试验;同时比较了陶粒和海绵作为载体的固定化脱氮菌群在室温保存过程中脱氮活性的变化.结果表明,陶粒固定化脱氮菌群可以在短时间内有效去除景观水体中的NO3--N;模拟景观水试验处理2 d后,NO3--N的去除率为98.1%,TN的去除率为91.5%;试验第3～10天ρ(NO3--N)、ρ(TN)一直保持稳定,说明陶粒固定化脱氮菌群的作用具有一定的稳定性,不会出现ρ(NO3--N)波动现象.10 d后ρ(NO3--N)从初始的16.72 mgL降至0.19 mgL,NO3--N的去除率为98.8%;ρ(TN)从初始的17.89 mgL降至0.95mgL,TN的去除率为94.7%.分别将陶粒和海绵固定化脱氮菌群在室温下保存60 d后进行脱氮试验,NO3--N的去除率分别为99.8%、17.2%,说明在室温保存状态下陶粒固定化脱氮菌群能长时间保持脱氮活性.     

不同电子受体生物除磷系统的运行效能对比

通过平行运行2个分别以O2、NO-3为电子受体的SBR除磷系统,探讨了反硝化除磷区别于好氧除磷的工艺特征、菌群特征和污泥产率系数。通过批次试验分别考察了SBR o(厌氧/好氧)污泥和SBR n5(厌氧/缺氧)污泥吸磷特性。根据所用电子受体的不同,P O、P N、P Nn、P ON、P ONn等不同PAO被两个SBR系统筛选和富集;各系统根据自身电子受体不同而生长专一性强的PAO种类,其中P ON和P ONn等兼性PAO是SBR o系统中生物除磷的主体,P N、P Nn是SBR n5系统中生物除磷的主体;系统中兼性PAO比例越高、PAO种类越丰富,越利于除磷系统的稳定,除磷容量也越高;实验结果表明,在不同的电子受体(O2、NO-3)条件下,真实产率Y H具有显著的不同,SBR o和SBR n5的Y H分别是0.61,0.52 mg/mg,这是由于不同电子受体需要不同的微生物种群,其细胞产率不同。不过其表观产率Yobs的差异并不显著,这是由于好氧污泥的内源呼吸作用更强,有更多的污泥衰减。     

SMBBR处理焦化废水性能及菌群结构响应关系

采用特异性移动床生物膜反应器（SMBBR）处理焦化废水,连续监测生物反应器处理性能.通过HS-GC/MS和Illumina高通量测序探究污染物降解与生物膜菌群结构的响应关系;利用CCA分析废水变量对微生物菌群结构的影响关系.结果表明,系统稳定运行50d时总酚去除率达96.62%,100d时硫氰化物和氰化物完全降解,其中酚、硫氰化物和氰化物对NH₄⁺-N的降解具有毒性抑制作用.HS-GC/MS结果显示,经过好氧处理后,80%以上的有机物被完全去除,其中包括全部酚、部分含N、O杂环化合物和长链烷烃等.测序结果表明,反应时间的不同,生物膜菌群丰度和多样性存在差异.反应期间Proteobacteria（变形菌门）相对丰度最高（20.57%~34.55%）,促进了苯酚的降解;优势菌属为norank_f_ODP1230B8.23、unclassified_o_Micrococcales、norank_f_Anaerolineaceae;此外,Thauera（陶厄氏菌属）、Ottowia、unclassified_o_Rhizobiales（根瘤菌属）和Thiobacillus（硫杆菌属）为系统中苯酚、SCN^-和CN^-的降解优势菌.CCA分析表明,pH值与Nitrospira（硝化菌属）正相关性最大,有效控制pH值可有助于硝化反应的稳定运行.本文研究结论可为生物膜法处理焦化废水提供理论依据.     

乙酸钠丙酸钠配比对A2/O-BCO反硝化除磷及菌群结构的影响

采用厌氧/缺氧/好氧和生物接触氧化反应器（A²/O-BCO）组成的反硝化除磷系统处理模拟生活污水,通过调节进水乙酸钠、丙酸钠的配比（乙酸钠：丙酸钠分别为1：0,2：1,1：1,1：2和0：1）,考察了系统对有机物的去除以及同步脱氮除磷的影响,同时通过高通量测序对比了不同配比下微生物菌群结构的变化.结果表明：乙酸钠丙酸钠配比对有机物和NH₄⁺-N的去除影响较小,对厌氧段有机物的消耗和TN的去除率以及磷的释放和吸收影响较为明显;TP去除率仅为50.3%~56.8%,需进一步优化系统的运行参数.当乙酸钠：丙酸钠=1：1时,厌氧段有机物消耗量最大,占有机物流入量的61.2%,厌氧释磷量最大（23.2mg/L）且缺氧吸磷率最高（71.4%）,而TN的去除效果则随丙酸钠含量的增加而增加.高通量测序结果表明：A²/O反应器中微生物多样性降低,混合碳源污泥中微生物多样性比单一碳源更丰富;驯化后的污泥中绿弯菌（Chloroflexi）和螺旋菌（Saccharibacteria）减少,变形菌（Proteobacteria）和拟杆菌（Bacteroidetes）增加.BCO反应器中Nitrospira和Nitrosomonas总占比为2.1%~31.4%,且抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,有利于短程硝化的实现.