氨氮浓度对猪粪厌氧消化及产甲烷菌群结构的影响

氨氮抑制是影响高含固厌氧消化推广应用的主要因素之一。通过批式实验,采用外源氨氮投加方式,考察了厌氧消化过程中不同氨氮浓度对鲜猪粪产甲烷效果和产甲烷菌群结构的影响。结果表明:氨氮添加量为2 000 mg·L~(-1)(TAN≈3 596.7 mg·L~(-1))时,日产甲烷速率及累积产甲烷量均明显下降;添加量大于4 000 mg·L~(-1)(TAN≈5 618.7 mg·L~(-1))时,氨氮抑制加剧,出现VFAs累积、产甲烷高峰期后移、丙酸降解失败。不同氨氮投加量下猪粪中挥发性固体(VS)产甲烷率分别为(369.0±17.3)、(318.5±7.6)、(234.7±2.5)、(165.4±19.4)mL·g~(-1),产甲烷效率较对照组分别下降14%、36%和55%。超过4 000 mg·L~(-1)的外源氨氮投加促使产甲烷菌群结构发生显著变化,乙酸利用型产甲烷优势菌Methanosaeta逐渐被Methanosarcina代替,而氢利用型产甲烷菌属中Methanospirillum的优势性逐渐被Methanoculleus和Methanomassiliicoccus取代,说明后者均有较强的氨氮耐受性。主成分分析和冗余分析表明,高浓度氨氮会促使产甲烷途径由乙酸利用型为主向氢利用型为主转变。     

再生水厂退水对受纳水体水质和水生态的影响——以清河为例

为明确再生水水厂退水对水体水质和水生态的影响,本研究分别于2010年和2020年对清河再生水厂退水口及其上下游开展了水质和水生态调查.实地调查结果表明,与2010年相比,2020年清河再生水厂退水口河段平均pH由6.44上升为8.38,整体呈弱碱性;水质类别从劣V3类提升至地表水IV类,水环境质量明显改善;主要阳离子由Na⁺为主转向以Ca²⁺为主,阴离子Cl^-、SO₄^2-等浓度降幅分别为88.85%和93.75%;2020年该河段水化学类型为Ca-HCO₃型,盐渍化趋势明显.水生态状况转变与水质转变趋势一致,主要浮游植物种类由蓝藻门(Cyanophyta)向硅藻门(Bacillariophyta)转变,浮游动物以原生动物、轮虫和枝角类为主,再生水厂下游浮游生物群落多样性指数H’升高,浮游生物群落结构更为复杂.统计分析结果表明,COD、NO₃^--N等含氮营养物和Ca²⁺、HCO₃     

厌氧氨氧化菌富集培养过程微生物群落结构及多样性

为深入理解厌氧氨氧化菌富集培养过程微生物群落变化特征,采用ASBR反应器进行厌氧氨氧化菌富集培养,考察了不同培养时间微生物群落组成、多样性及物种网络关系.结果表明,通过逐步提高基质浓度,实现了厌氧氨氧化菌富集,NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率分别为97.6%和95.4%,总氮去除率为84.9%.高通量测序发现,整个培养过程优势菌门（相对丰度>5%）为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、装甲菌门（Armatimonadetes）和放线菌门（Actinobacteria）;富集培养获得的主要厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia,相对丰度从1.42%增长到24.66%;培养过程,微生物群落优势菌群组成未发生变化,但相对丰度呈现显著差异（P<0.05）.富集培养过程不同时间,微生物群落α多样性呈现先升高后降低的趋势,且存在显著差异（P<0.05）;微生物群落β多样性在富集培养过程发生明显空间分异特征,且存在显著差异（R=0.5672,P<0.01）.培养过程不同时间,物种网络密度分别为0.188、0.068、0.059、0.18和0.0735;虽然富集培养过程导致微生物间的关联作用变弱,但浮霉菌门相关类群的物种成为网络中的主要节点.     

厌氧氨氧化启动过程细菌群落多样性及PICRUSt2功能预测分析

细菌群落是实现厌氧氨氧化系统高效脱氮的核心,而厌氧氨氧化启动过程细菌群落多样性及其功能特征仍未被充分阐明.本研究采用升流式厌氧污泥床（UASB）反应器进行厌氧氨氧化系统启动,利用16S rRNA基因高通量测序技术并结合PICRUSt2功能预测分析,研究启动过程不同时间（d0、d30、d60和d90）细菌群落多样性及功能动态变化特征.结果表明,启动过程共检测到48个门、111个纲、269个目、457个科、840个属和1497个种;Candidatus_Brocadia和Candidatus_Kuenenia为检测到的厌氧氨氧化菌,且它们的相对丰度在启动过程不同时间存在显著差异（P<0.05）.启动过程,细菌群落α多样性指数整体呈现显著的降低趋势（P<0.05）,细菌群落结构呈现出明显的空间分异特征,且差异显著（R=0.846,P<0.01）.PICRUSt2功能预测分析表明,启动过程,细菌群落具有丰富的功能多样性,一级功能层表现为有机系统和代谢方面较为活跃,二级功能层子功能基因丰度在厌氧氨氧化启动过程发生明显变化;细菌群落涉及49个参与氮素代谢的相关功能基因,且不同时间阶段参与硝化、反硝化、厌氧氨氧化、硝酸盐同化/异化还原和亚硝酸盐同化/异化还原过程的相关功能基因丰度发生明显变化.     

中长链脂肪酸为碳源的Pseudomonas veronii和Pseudomonas alcaliphila反硝化途径亚硝酸盐累积特性

厌氧-厌氧氨氧化组合工艺作为低能耗脱氮工艺,如何提供适宜比例的亚硝酸盐成为研究的关键问题之一.部分反硝化为稳定提供厌氧氨氧化所需的亚硝酸盐提供了可行途径.本文重点针对厌氧工艺中可能产生的中长链脂肪酸对反硝化过程的影响进行研究,筛选出两株具有反硝化能力的细菌Pseudomonas veronii(W-22)和Pseudomonas alcaliphila(W-39),通过批次试验,考察了中长链脂肪酸和常用碳源对菌株反硝化性能的影响.结果表明,在硝酸盐浓度为100 mg·L~(-1),C/N=15,30℃条件下,W-22利用葡萄糖、W-39利用乙醇和葡萄糖,可在36 h内达到稳定的亚硝酸盐累积,亚硝酸盐最大累积速率(R_m)分别为2.50、5.56和8.35 mg·L~(-1)·h~(-1),亚硝酸盐浓度分别维持在57.11、82.14和80.16 mg·L~(-1);W-39利用己酸钠为碳源的R_m为0.99 mg·L~(-1)·h~(-1),亚硝酸盐浓度逐渐升高至72.34 mg·L~(-1);W-22和W-39利用辛酸钠的反应迟滞期在57 h以上,后期伴随硝酸盐浓度降低和亚硝酸盐浓度升高,R_m分别为0.97和7.17 mg·L~(-1)·h~(-1).在本研究条件下,碳源类型对菌株反硝化进程的影响存在差异.     

温榆河水环境质量与浮游植物群落结构的时空变化及其相互关系

温榆河是北京市重要的生态廊道.本研究基于历史文献资料和现场调查,比较分析了2006、2011和2018年温榆河水环境质量与浮游植物群落结构的时空变化,探讨了浮游植物群落变化与水温T、溶解氧DO、pH和营养盐之间的相互关系.结果表明,温榆河水环境质量总体好转,经历了重度污染→污染遏制→水质改善过程,水污染物已从NH_4~+-N为主转向TN为主.NH_4~+-N、TN的平均浓度和平均超标倍数从2011年的15. 52～19. 16 mg·L~(-1)、9. 34～8. 58倍和20. 21～19. 58 mg·L~(-1)、12. 47～8. 79倍降低到2018年的1. 93～2. 66 mg·L~(-1)、0. 29～0. 33倍和5. 66～6. 79 mg·L~(-1)、2. 77～2. 39倍,并且温榆河和支流清河的DO和NH_4~+-N浓度已基本达到水功能区划目标.与水质改善过程相对应,浮游植物群落的物种种类大幅增加,经历了绿藻门(Chlorophyta)→蓝藻门(Cyanophyta)→硅藻门(Bacillariophyta)物种为主的变化过程,Shannon-Wiener多样性指数(H')、均匀度Pielou指数(J)有所改善,但依然存在高耐污绝对优势物种小环藻(Cyclotella)和直链藻(Melosira)等,且2018年温榆河依旧处于中富营养化状态.统计分析结果表明,DO、pH、NH_4~+-N、TN和TP是影响温榆河流域浮游植物多样性和蓝藻、硅藻及其他藻类密度的主要因素.     

混合基质3D打印可见光催化系统对病毒气溶胶的去除

利用3D打印灵活可控的特点和复合材料混合打印的优势，将可见光响应的ZnO/g-C₃N₄催化剂掺入ABS塑料，利用3D打印制成催化剂均匀稳定分布的光催化系统，使用流体动力学仿真模拟对反应器结构进行优化设计，用于处理相对密闭的室内空间中的病毒气溶胶.结果表明，病毒气溶胶比细菌气溶胶具有更强的抗逆性，添加螺旋导流板可以显著提升反应器传质性能并有效改善系统光催化效果，以提高对病毒气溶胶的去除率.以商业LED灯为光源的螺旋式反应器对高浓度病毒气溶胶（MS2、PhiX174噬菌体）和细菌气溶胶（大肠杆菌）具有高效去除效果，在3.75min停留时间可以实现对气溶胶的完全去除.     

猪粪中21种常见抗生素的同步提取检测方法研究及应用

为实现猪粪中抗生素的有效削减及控制,迫切需要开发快速、同步兽用抗生素的检测分析方法,明确猪粪中多种类抗生素赋存特征.本研究建立并优化了猪粪中21种常见抗生素的同步分析方法.该方法采用甲醇和Na2EDTA-McIlvaine缓冲溶液（1∶1,V/V）提取,提取液经固相萃取净化后高效液相色谱串联质谱检测.猪粪样品中5种四环素类、2种β-内酰胺类、6种大环内酯类、4种磺胺类和4种喹诺酮类抗生素的内标定量回收率29.53%—116.36%,检出限0.90—26μg·kg^-1 DS,定量限2.91—85.20μg·kg^-1DS,相关系数R2均大于0.997.采用该方法对单个猪场不同畜舍样品加标回收率的单因素方差分析发现,除了四环素-D6（TC-D6）有显著性影响之外,其它内标回收率在不同样品中无显著性影响.分别采集不同地区2个猪场的猪粪样品进行验证分析,发现猪粪样品中单个抗生素含量范围在ND—99.37 mg·kg^-1DS.结果表明,该方法可用于猪粪中多种类抗生素的同步检测.     

不同添加剂强化低丰度厌氧氨氧化菌群的比较

以来源于一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化(combined partial nitrification-anammox,CPNA)序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)工艺的活性污泥为对象,通过厌氧批式实验,比较3种添加剂(Fe~(2+)、氧化石墨烯、Fe~(3+))投加后对厌氧氨氧化菌的脱氮效果、活性、关键功能基因数量、群落结构和功能丰度的影响。实验结果表明:经过42 d的厌氧培养后,3种添加剂对厌氧氨氧化脱氮性能都有一定的强化作用,投加氧化石墨烯提高效果最好,它的总氮去除率最高能达到76.01%,平均总氮去除率高于对照组22.71%;而投加Fe~(2+)和Fe~(3+)组的平均总氮去除率分别仅高于对照组5.69%和1.72%。投加3种添加剂均能提高厌氧氨氧化菌活性,其中氧化石墨烯组的活性比对照组提高8.08%,Fe~(3+)组的活性比对照组提高10.02%。投加氧化石墨烯对厌氧氨氧化菌代谢过程中hzo基因数量的提高效果最好,比对照组提高6.83倍,投加Fe~(2+)和Fe~(3+)分别比对照组提高5.14倍和4.90倍;且投加氧化石墨烯对浮霉菌门富集扩培效果最好,其丰度比对照组提高44.51%,而投加Fe~(2+)和Fe~(3+)后丰度结果分别比对照组提高1.03%和稍低于对照组。投加氧化石墨烯对微生物代谢功能的提升效果最佳。