神农架大九湖亚高山泥炭湿地甲烷通量变化特征及其与产甲烷菌群落组成的关系

2018年12月～2019年11月,采用涡度相关法和高通量测序技术,以湖北省神农架大九湖亚高山泥炭湿地为研究对象,对甲烷(CH4)通量以及产甲烷菌群落组成进行相关研究.结果 及分析表明:大九湖泥炭湿地研究期间表现为CH4的源,CH4总排放量为9333.26 mg· m-2,CH4日平均排放通量为18.50 nmol·m-2·s-1,冬、春、夏、秋四季的CH4平均排放通量分别为6.46、4.62、36.81、25.92 nmol·m-2·s-1,存在明显的季节变化;研究区产甲烷菌优势菌群为Methanoregula(66.73％)和Methanocella(21.99％);对样本中产甲烷菌的Shannon指数进行双因素方差分析发现,同一季节不同深度的样本中产甲烷菌多样性存在显著差异,随着深度的增加,产甲烷菌的多样性指数呈下降趋势;同一深度不同季节的样本中产甲烷菌多样性存在显著差异;夏季产甲烷菌群落组成与CH4排放通量为强正相关关系,春季产甲烷菌群落组成与CH4排放通量为强负相关关系,Methanothermus与CH4排放通量为显著正相关关系,Methanolinea与CH4排放通量为显著负相关关系.     

红霉素对产甲烷菌的抑制及其驯化

红霉素是一类具有一定生物毒性的抗生素类药品,为探明红霉素对产甲烷菌的抑制作用及其可驯化能力,依次在厌氧瓶中进行厌氧毒性试验、在升流式厌氧污泥床反应器(UASB)中进行连续实验,测定累计甲烷产量、相对产甲烷速率、COD去除率、甲烷含量.结果表明,红霉素为150 mg.L-1时产甲烷速率降为56.1%;250 mg.L-1时反应速率降低99%以上,活性受到完全抑制.保持红霉素投加量为20 mg.L-1连续运行60 d,COD去除率、甲烷含量可达到81.4%、64.2%.红霉素对甲烷菌有抑制作用,半抑制浓度为150 mg.L-1.甲烷菌对红霉素有一定的驯化能力,驯化60 d后COD去除率、甲烷含量较未驯化时可提高15.13%、22.05%.     

雌激素污染对水体微生物产甲烷功能的影响

针对目前水体环境雌激素的污染形势严峻,且其对水体功能性微生物群落影响规律及机理不明等问题,选择典型天然雌激素——17β-雌二醇(E2)为主要研究对象,构建实验室厌氧水体微生态系统,分析E2污染对厌氧水体微生物活性和产甲烷功能的影响规律。结果表明,在厌氧条件下,E2污染对水体微生物群体的活性存在显著的抑制效应,对水体甲烷的产生速率亦存在规律性的影响。当水体E2浓度≤0.5 ng/L时,对水体微生物的产甲烷活性存在促进作用。当E2浓度≥1.0 ng/L时,E2污染对水体微生物的产甲烷活性存在明显的抑制效应,且随着E2浓度的升高抑制作用增强。因此,厌氧条件下,微量E2污染会影响水体微生物活性和产甲烷效应的变化,从而对水体自净功能和甲烷释放产生影响。     

UASB启动运行特征及互营丙酸氧化菌定量分析

为揭示升流式厌氧污泥床（UASB）反应器启动运行效能与互营丙酸降解菌群数量之间的关系,以稀释的玉米淀粉生产废水为底物,考察了UASB启动期的运行特征,并采用实时荧光定量PCR技术（qPCR）分析了互营丙酸降解菌群（丙酸氧化菌和产甲烷菌）的演替规律.结果表明,在进水COD 2000mg/L和水力停留时间（HRT）24h条件下,经过38d的连续运行,COD去除率达到了91.9%.当HRT分阶段缩短至8h时,比产甲烷速率达到了315LCH₄/（kg COD·d）,且形成了沉降性能良好的颗粒污泥.qPCR检测结果表明,至少有5种已鉴定的丙酸氧化菌存在于UASB反应器中.Pelotomaculum propionicum为接种污泥中的主要丙酸氧化菌,约占检测到丙酸氧化菌总数的45.7%.它的数量随着HRT缩短不断减少.而Syntrophobacter sulfatireducens和S.wolinii的数量随着HRT缩短不断增加,并在启动完成时达到最大值,分别为1.3×10³,5.5×10³个16S rRNA基因拷贝数/ng DNA,演替成为成熟颗粒污泥中的优势丙酸氧化菌群.Methanobacterium和Methanosarcina为接种污泥中的主要氢营养型产甲烷菌和乙酸营养型产甲烷菌,其数量随着HRT的缩短而逐渐减少,而Methanospirillum和Methanosaeta的数量随HRT的缩短逐渐增加,成为成熟颗粒污泥中的优势产甲烷菌群.     

乙醇对硫酸盐还原-甲烷发酵效率影响的研究

针对硫酸盐还原菌（SRB）、产酸菌（AB）和产甲烷菌（MPB）的生态位特征,采用两级厌氧与循环气提吹脱工艺,以蔗糖和乙醇为有机底物（COD为6　000 mg·L^-1）,在不同COD/SO^2-₄时分别研究了底物中乙醇浓度对硫酸盐还原、有机物去除和甲烷发酵效率的影响,以及系统的硫化物吹脱效果和最佳回流率.结果表明,乙醇的添加可以促进SO^2-₄还原,并使COD/SO^2-₄降低产生的竞争性抑制作用减弱,SRB、AB和MPB菌群处于良好的协同代谢状态.乙醇/SO^2-₄从0提升至2后系统的处理效率明显改善,COD/SO^2-₄为12、 6和4时的SO^2-₄还原率分别由7.7%、 8.1%、 14.1%提高为84.7%、 87.6%、 82.5%,COD去除率由83.3%、 76.5%、 69.6%提高为92.8%、 93.5%、 89.7%,CH₄/COD由225.7、 204.6、 178.6 mL·g^-1提高至278.5、 253.7、 236.1 mL·g^-1.系统经10倍回流水稀释及气提吹脱30%～55%的硫化物后,硫化物浓度分别低于27.8、 38.4、 52.4 mg·L^-1,有效地抑制了H₂S的毒性作用.但回流率偏大（20倍）使底物浓度梯度过低,SO^2-₄还原率下降;回流率偏低（5倍）使污泥床无法充分膨胀,COD去除率降低.     

温度对FBAR反应器的运行特性及古菌微生物群落影响

为探讨固定床厌氧反应器（FBAR）在不同温度下的运行特性及微生物群落变化,比较了高温（50℃）、中温（35℃）、低温（4℃）3个温度阶段反应器产甲烷特性及古菌群落变化.结果表明;绝对产气量由大至小依次为高（50℃）、中（35℃）、低温（4℃）,单位负荷产气量依次为中温（2.84L/OLR）,低温（2.5L/OLR）,高温（1.8L/OLR）;甲烷含量依次为低温（74.5%）、中温（63.5%）,高温（57.3%）,不同温度阶段对挥发性有机酸含量变化有一定的影响.克隆文库分析表明：不同温度条件下固定床厌氧反应器内部微生物群落的丰富性存在很大的差异.定量PCR分析表明：甲烷鬃毛菌是中温和高温反应器内的优势菌,低温4℃炭纤维载体和污泥中的优势菌都是甲烷微菌.从能耗、经济效益角度分析低温条件更适合沼气发酵,而主要是以嗜氢产甲烷菌代谢途径为主.     

高蛋白有机废弃物厌氧消化系统稳定性及其耐氨氮机制解析

病死及自然灾害产生的大量畜禽尸体的不恰当处理处置会带来较为严重的环境卫生和公众安全隐患.本研究利用厌氧消化技术对畜禽尸体这类高蛋白有机废弃物的无害化处理进行尝试,旨在探索其适宜的有机负荷条件、系统的稳定性及潜在的氨抑制风险.研究表明高蛋白有机废物(以猪肉作为实验样品)作为厌氧消化基质时,系统稳定运行的有机负荷能够达倒(4.76±0.41)kg·m~(-3)·d~(-1);同时,VS降解率、单位体积沼气产率、单位添加VS沼气产率、单位降解VS沼气产率以及甲烷含量分别能达到95%、(3.72±0.21)L·L~(-1)·d~(-1)、(0.78±0.02)m~3·kg~(-1)、(0.82±0.02)m~3·kg~(-1)以及65%.在该条件下,TAN和FAN的浓度与系统产气性能没有直接线性关系,且在浓度高达5700 mg·L~(-1)和700 mg·L~(-1)时未呈现对系统的明显抑制作用.454高通量焦磷酸测序法对系统内古菌种群相对密度的分析结果表明,系统中氨抑制问题得到一定程度的缓解或者消除的原因可能为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的优势地位并未受到明显影响,以及整个产甲烷菌种群在系统运行过程所得到的明显驯化.     

甲胺磷和乙草胺对产甲烷菌种群数量及其活性的影响

采用厌氧培养箱、气相色谱技术和MPN计数法,研究了甲胺磷和乙草胺在4种浓度(0 1、0 2、0 5和1 0mg·L-1)下对水稻田土壤产甲烷菌种群数量及其活性的影响。加甲胺磷后7d内刺激产甲烷菌种群的生长,数量增加0.2～44.1倍,每管的产甲烷量增加0.8～2.1倍,且刺激作用随药剂浓度的增加而增强;加乙草胺后7d内,产甲烷菌的生长受到抑制,数量下降了50%～99%,每管的产甲烷量显著减少,且抑制作用随药剂浓度的增加而增强。随着加药时间的延长,甲胺磷和乙草胺逐渐降解,产甲烷菌数量又恢复至原有水平。     

产甲烷菌和甲烷氧化菌分布对土壤-植物系统甲烷逸出的影响

CH₄(甲烷)的逸出量与产甲烷菌和甲烷氧化菌的数量密切相关.采用FISH(荧光原位杂交)技术定量解析芦苇和香蒲混栽土壤-植物生态系统基质,探讨CH₄的产生机理.结果表明,植物有利于微生物的生长,甲烷氧化菌主要聚居在植物根区,产甲烷菌数量高于甲烷氧化菌.气温变化和系统ORP(氧化还原电位)对土壤-植物生态系统CH₄排放通量的影响很大,芦苇和香蒲混栽土壤-植物生态系统CH₄年均排放通量为22.9 mg/(m2·h),最高达185.6 mg/(m2·h),排放峰值出现在夏季.表明芦苇和香蒲的生长促进了根际分泌物的产生,为产甲烷菌提供了较多生长所需的底物,从而刺激系统CH₄的排放.      

城市污水管网中产甲烷菌的分布特性规律

实验通过一套1 200 m的PVC管式反应器来模拟城市污水管网,利用气相色谱法、液相色谱法和454高通量测序等手段,研究了城市污水管网中产甲烷过程中的物质变化和产甲烷菌分布特性规律.结果表明,管网中甲烷含量沿程升高,说明管网中存在产甲烷菌;产甲烷菌主要包含甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、广古菌门中的菌属(Euryarchaeota_unclassified)和甲烷杆菌科中的菌属(Methanobacteriaceae_unclassified)这3种优势菌属,且在管网800~1 000 m处有广古菌门中的菌属(Euryarchaeota_unclassified)取代甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)成为第一优势菌属的演替现象;管网中产甲烷可利用基质有甲酸、甲醇、甲胺、乙酸,其中乙酸为主要基质,这些基质在管网中先增加后降低的变化趋势导致了管网中产甲烷菌演替现象的发生.