异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL的脱氮过程及N2O产生特性

由于含氮废水的大量排放,水体富营养化日趋严重,如何高效去除废水中的氮素仍是亟待解决的问题.针对传统生物脱氮工艺流程复杂、能耗高、抗冲击能力弱以及释放温室气体N_2O等缺陷,本文基于高效异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL,通过探讨其生理生化特征、异养硝化-好氧反硝化脱氮过程和N_2O产生特性,进一步解析异养硝化脱氮理论.结果表明,菌株YL具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,24 h培养期100 mg·L~(-1)的NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N能够完全去除;异养硝化过程几乎无中间产物生成,但以NO_3~--N作为氮源时,NO_2--N累积量高达25. 55 mg·L~(-1).同时,反硝化功能基因nap A、nir K和nos Z基因的成功表达,进一步证实菌株YL具有好氧反硝化能力.菌株YL异养硝化-好氧反硝化过程气态氮产物约占去除TN的30%～40%,脱氮产物主要为N2,当NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N分别为唯一氮源时,N2生成量分别为3. 46、3. 49和3. 36 mg.相比较,菌株YL脱氮过程仅生成微量的中间产物N_2O,以NH_4~+-N为唯一氮源时的最终生成总量为6. 63μg,低于以NO_2--N和NO_3~--N为唯一氮源时N_2O的生成量.此外,高C/N、低pH、高温以及高NH_4~+-N和NO_2--N环境均会导致N_2O的大量生成,但大多数环境因素对菌株YL的N_2O生成量影响较小,且其最高生成量显著低于短程硝化系统和自养硝化系统.以上研究结果表明菌株YL具有优异的脱氮、N_2O控逸和环境耐受能力,可有效避免水处理过程对大气的二次污染.     

3种氧化剂对焦化场地多环芳烃的修复效果与土著微生物的响应关系

为了探究化学氧化对污染土壤修复过程土著微生物生理生态功能的影响,以焦化场地多环芳烃（PAHs）污染土壤为实验对象,研究了高锰酸钾、过硫酸钠和臭氧这3种氧化剂在不同液固比条件下对PAHs的修复效果和土著微生物的响应关系.结果表明,该焦化场地土壤ΣPAHs含量为679.1 mg·kg^-1,高锰酸钾和过硫酸钠投加量为1%时,液固比为6：1条件下ΣPAHs（16种PAHs）的去除率最高,分别为96.9%和95.7%,而臭氧剂量为72 mg·min^-1、液固比为8：1时ΣPAHs的去除率（82.3%）最高;不同液固比条件下低环PAHs （3~4环）的去除率高于高环PAHs （5~6环）,去除率最高的是菲和二氢苊;而对于高环的苯并[a]芘,仅高锰酸钾对其去除效果较优,去除率达到97.4%;微生物数量分析表明,土壤微生物数量经高锰酸钾处理后骤降,由10⁸ copies·g^-1降至10⁵ copies·g^-1,而过硫酸钠和臭氧处理变化不明显,数量级未发生显著变化;微生物群落结构分析表明,污染原土中Proteobacteria占绝对优势,相对丰度为99.5%,高锰酸钾和过硫酸钠处理后微生物多样性显著增加,多种能够降解PAHs的微生物（如Ralstonia和Acinetobacter等）相对丰度大幅提高;微生物代谢功能路径分析表明,化学氧化处理增加了PAHs降解菌的相对丰度,提高了有机物代谢能力.总体而言,液固比为6：1时高锰酸钾处理会显著改变土著微生物数量,微生物群落结构和PAHs降解微生物相对丰度.     

玉米根际微生物氮磷转化的功能基因组学分析

化肥减量增效是保障农业生态环境安全的重要基础.微生物是调控土壤氮磷循环的关键驱动力,研究根际微生物氮磷转化功能可以为进一步提高土壤氮磷利用率提供微生物学调控途径.基于3种典型农田土壤（黑土、潮土和红壤）的田间微区试验,利用宏基因组测序技术研究玉米根际微生物在土壤氮磷转化过程中功能基因的差异及调控因子.结果表明,根际微生物功能多样性受土壤类型影响,黑土和潮土的根际微生物功能多样性主要受含水量和养分含量的影响,红壤受全磷（TP）和速效磷（AP）影响.在土壤氮转化方面,编码氮转化过程通路中相关酶的基因丰度以脲酶基因（ureC）和葡萄糖脱氢酶基因（gdh）丰度最高,分别为7.25×10^-5~12.88×10^-5和4.47×10^-5~7.49×10^-5.同化性硝酸盐还原的功能基因在红壤中总丰度要高于黑土和潮土,其它过程相关酶的功能基因总丰度以潮土最高.编码氮代谢过程相关酶的功能基因丰度主要受土壤细菌丰富度、全钾（TK）和TP含量的驱动.在土壤磷转化方面,催化有机磷矿化的碱性磷酸酶基因（phoD）数目为1093个,酸性磷酸酶基因（PHO）数目为42个.phoD丰度高出PHO丰度2个数量级,此外,同种土壤类型下施肥对phoD和PHO丰度没有显著影响.随机森林分析表明phoD和PHO丰度均受土壤水分、有机质（OM）和全氮（TN）显著影响,但AP含量对PHO丰度影响最大.从功能基因组水平研究了玉米根际微生物的氮磷转化特征,为利用微生物功能提高农田生态系统氮磷利用率提供了科学依据.     

铬污染土壤的微生物修复

采用淋溶实验研究微生物对铬污染土壤中Cr(Ⅵ)的修复,研究培养基成分、培养基添加量及淋溶液pH值对修复效果的影响.结果表明,培养基淋溶能完全修复铬污染土壤中水溶性Cr(Ⅵ),浸出液中Cr(Ⅵ)浓度由初始的700.3mg·L-1降低至检出限以下.单独加入碳源作为培养基时,土壤中Cr(Ⅵ)不能得到完全修复,碳源与氮源结合作...     

生化处理技术在含油污水处理中的应用

文章阐述了油田含油污水生化处理技术概况、主要制约因素以及生物降解机理;论述了温度、pH值及溶解氧等主要因素对生化处理效果的影响,并给出了对应的最适宜运行参数;经过与传统重力沉降处理工艺比较,总结污水生化处理的技术特点及适用范围;另外介绍了吐哈油田分公司雁木西油田含油污水生化处理技术的工艺流程、主要构筑物及运行参数。运行结果表明,处理后的水质达到行业回注标准SY/T 5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》中的A2标准。     

堆肥制作中微生物侵染秸秆的环境扫描电镜(ESEM)观察

为了探索堆肥制作中木质纤维素类物质的生物降解过程,在堆肥进程中取不同分解阶段的秸秆样品,利用环境扫描电镜(ESEM)观察微生物的分布情况,并从机械作用的角度探讨了微生物在秸秆分解过程中的作用。结果表明,堆肥制作前新鲜秸秆表面未发现微生物分布,堆肥制作前期微生物开始附着在秸秆表面,随着堆肥进程,秸秆表面微生物密度有所增加,秸秆分解时产生的裂缝中发现也有微生物分布。堆肥制作中,参与秸秆分解的微生物以群落形式分布,从个体形态来看,这些微生物主要由球菌和丝状菌组成,但不同形态微生物个体大小差异较大。分析认为大型丝状菌通过秸秆分解产生的裂缝侵入秸秆内部时所产生的机械作用可促进秸秆的崩解。     

厌/缺氧时间对好氧颗粒污泥同步硝化内源反硝化和除磷的影响

选用4组同规格SBR反应器,在A/O/A模式下以水解酸化液为进水,调整厌/缺氧时间分别为50min/170min、90min/130min、130min/90min、180min/40min,探讨颗粒污泥在不同厌/缺氧时间下脱氮除磷特性.结果表明,厌氧时间从50min延长至90min时,污泥内碳源储存量和释磷量增加,同步硝化反硝化(SND)效率提高至62.65%,TN、TP去除率分别从81.1%、 82.2%上升92.9%、98.5%.当厌氧时间从90min升至180min时,释磷量反而下降,厌氧内源性条件刺激胞外聚合物(EPS)增加造成聚羟基烷酸(PHA)合成下降,TP去除率降至88.1%;同时缺氧时间从130min降至40min,系统残留的NO_X^-较多,造成TN去除率降低至84%.机理分析表明系统中TN在好氧段由反硝化聚磷菌(DPAOs)和反硝化聚糖菌(DGAOs)利用PHA以SND方式消耗,并在缺氧段由DGAOs内源反硝化进一步去除,TP由PAOs和DPAOs去除,由批次实验估算得DPAOs占比在R2中最高,达41%,4组反应器运行期间颗粒均未发生解体,以水解酸化液为基质培养的颗粒结构完整、稳定性强.结果表明,厌/缺氧时间的适当延长有利于加强内碳源的贮存与转化,强化厌氧释磷、SND和后置内源反硝化效果,实现同步硝化内源反硝化和除磷高效稳定运行.     

微氧环境中电化学活性微生物的分离与鉴定

电化学活性微生物在金属、碳等元素的生物地球化学循环,以及生物能源合成中具有重要作用.与微生物燃料电池厌氧阳极相比,微氧阳极能够捕集更多电能.但是相比于厌氧阳极中功能微生物的广泛研究,微氧阳极中的功能微生物还未被分离和研究.本研究采用传统好氧分离技术从微生物燃料电池微氧阳极分离获得3株纯菌Aeromonas sp.WS-XY2、Citrobacter sp.WS-XY3和Bacterium strain WS-XY4,其中WS-XY2和WS-XY3属于变形菌门,WS-XY4初步鉴定为新种.循环伏安、计时电流结果表明3株菌均具有电化学活性,且具有相似的直接胞外电子传递机制.3株菌在微生物分类学和电化学性质上的异同,表明微氧阳极能够定向筛选具有相似电化学性质的电化学活性微生物.微生物燃料电池微氧阳极具有更高效多样的功能微生物,可能是微氧阳极性能优于厌氧阳极的一个原因.因此,进一步针对微生物燃料电池微氧阳极中功能微生物的研究,将有助于阐明微氧阳极提高微生物燃料电池电能捕集的微生物机制.     

SPG膜曝气-基因工程菌生物膜反应器处理阿特拉津废水研究

膜曝气-生物膜反应器(MABR)是一种新型的膜-生物废水处理工艺,在MABR中采用基因工程菌生物膜可以强化难降解污染物的生物去除.本研究在SPG膜表面形成基因工程菌生物膜,运行SPG膜曝气-生物膜反应器(SPG-MABR)处理阿特拉津废水,考察了气压、挂膜生物量和液体流速对SPG-MABR运行性能的影响,以及基因工程菌生物膜的变化.结果表明,提高气压可以增大透氧系数,从而提高阿特拉津和COD的去除速率以及复氧速率.提高挂膜生物量能够加快阿特拉津和COD的生物去除,但生物膜厚度增加使得氧传质阻力增大,复氧速率降低.层流状态下减小SPG-MABR中的液体流速,有利于污染物向生物膜扩散传质,从而提高污染物去除速率.气压为300 kPa、生物量为25 g·m-2、液体流速为0.05 m·s-1时,SPGMABR反应器对阿特拉津5 d的去除率可以达到98.6%.在SPG-MABR运行过程中,基因工程菌生物膜呈现微生物多态化趋势.生物膜表面逐渐被其他微生物细胞覆盖,基因工程菌分布减少,生物膜内部仍以基因工程菌细胞为主.     

Effect of temperature on anoxic metabolism of nitrites to nitrous oxide by polyphosphate accumulating organisms

Temperature is an important physical factor, which strongly influences biomass and metabolic activity. In this study, the effects of temperature on the anoxic metabolism of nitrite(NO-2) to nitrous oxide(N2O) by polyphosphate accumulating organisms, and the process of the accumulation of N2O(during nitrite reduction), which acts as an electron acceptor, were investigated using 91% ± 4% Candidatus Accumulibacter phosphatis sludge. The results showed that N2O is accumulated when Accumulibacter first utilize nitrite instead of oxygen as the sole electron acceptor during the denitrifying phosphorus removal process. Properties such as nitrite reduction rate, phosphorus uptake rate, N2O reduction rate, and polyhydroxyalkanoate degradation rate were all influenced by temperature variation(over the range from 10 to 30°C reaching maximum values at 25°C). The reduction rate of N2O by N2O reductase was more sensitive to temperature when N2O was utilized as the sole electron acceptor instead of NO2, and the N2O reduction rates, ranging from 0.48 to 3.53 N2O-N/(hr·g VSS), increased to 1.45 to 8.60 mg N2O-N/(hr·g VSS). The kinetics processes for temperature variation of 10 to 30°C were(θ1 = 1.140–1.216 and θ2= 1.139–1.167). In the range of 10°C to 30°C, almost all of the anoxic stoichiometry was sensitive to temperature changes. In addition, a rise in N2O reduction activity leading to a decrease in N2O accumulation in long term operations at the optimal temperature(27°C calculated by the Arrhenius model).