碳源对反硝化生物滤池运行及微生物种群的影响

以某城市污水厂二级出水为原水,以甲醇、乙酸钠为碳源,研究了不同碳源对反硝化生物滤池运行的影响,并借助16S rDNA测序技术对滤池生物膜的微生物群落组成和结构进行了解析。结果表明,采用逐渐增加滤速的方式进行挂膜,乙酸钠滤池在启动7 d后出水水质稳定,NO_3~--N去除率在96%以上,NO_2~--N积累消失;甲醇滤池则需要9 d。稳定运行期,甲醇和乙酸钠滤池达到最大反硝化效率所需碳氮比均为4.5~5.5,出水TN1.0 mg·L~(-1)。乙酸钠滤池沿过滤方向硝酸盐氮降解较快。与甲醇相比,乙酸钠微生物产量高、运行周期短、反冲洗时间长,且药剂投加量高。从滤池脱氮效率、运行稳定性和成本等方面综合考虑,甲醇可作为最佳碳源。微生物在属水平进行聚类分析结果表明,以甲醇、乙酸钠为碳源的反硝化生物滤池中的微生物种群存在差异。甲醇滤池中与反硝化有关的属占36.68%,其中优势菌属Methylophilus,属于嗜甲基型菌属。乙酸钠滤池中与反硝化有关的菌属占58.38%。其优势菌属为Arobacter,可利用有机酸还原硝酸盐。     

Biostyr曝气生物滤池的沿程微生物多样性

采用高通量测序Illumina MiSeq方法对Biostyr曝气生物滤池(BAF)沿程微生物多样性进行研究,分析了滤池内不同高度样品中菌群类别、群落组成及不同样品间物种差异及进化关系等;同时测定各高度样品的COD、NH_4~+-N和磷变化规律,与微生物特性进行了对应性分析。结果表明,Biostyr曝气生物滤池优势菌群主要为拟杆菌、疣微菌门、厚壁菌门和变形菌门,滤池沿程微生物的变化主要表现在数量上的变化,而群落结构的变化不明显,这是沿程理化条件变化引发微生物在空间上发生变化的结果。     

固体碳源反硝化滤池脱氮效果及沿程生化特性

在污水处理工艺末端嵌入固体碳源反硝化滤池,可以不改变污水处理厂的原有工艺提高总氮去除效率,方便应对污水厂的提标压力和低碳源污水的脱氮问题。针对生化池尾水硝酸盐特性,以聚己内酯(PCL)作为填充床构建了固体碳源反硝化生物滤池,研究了该反应器的脱氮性能以及生物滤池的沿程生物量和微生物群落结构。结果表明,TN为32.0~37.7 mg·L~(-1)、硝态氮为30.2~34.9 mg·L~(-1)的生化池尾水进入该固体碳源反硝化池后,在HRT为1.5 h的情况下,出水TN在1.1~3.5 mg·L~(-1)之间,硝态氮低于1 mg·L~(-1),平均去除率均大于94%。研究发现,固体碳源反硝化滤池对硝态氮的转化去除主要发生在40 cm填料以下;生物量的大小也随滤层高度的增加逐渐降低,且与滤层高度呈良好的线性负相关关系(y=-0.471x+38.77,R~2=0.976)。采用PCR-DGGE技术研究了固体碳源反硝化滤池的沿程微生物群落结构特征,发现滤层底部(进水端)尽管生物量多,但微生物多样性低,滤池的中部是生物多样性最丰富的区域,香农威尔指数分别为1.95和2.40。DGGE图谱特征条带的16S rDNA序列分析表明生物膜中微生物变形菌门(Proteobacteria)占优势,主要微生物包括能降解PCL的细菌Comamonas,以及常见的反硝化细菌Dechloromonas、Rubrivivax和发酵产乙酸的硫酸盐还原菌Desulfobacter,从微生物群落关系结构角度支撑了固体碳源反硝化过程的顺利进行。     

农村小管径重力流灰水管道中生物膜细菌群落的特征

为探究农村小管径重力流灰水管道系统生物膜的细菌群落结构特征,建立了一套模拟真实农村环境条件下水量变化且具有3组坡度参数(5‰,10‰,15‰)的小管径灰水管道实验设备,利用Illumina HiSeq高通量测序技术,分析了连续运行60 d后的管道生物膜的细菌群落特征。结果表明:Proteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes为优势菌门,优势菌属为Paenarthrobacte、Ensifer和Spingopyxis,坡度变化会显著影响生物膜细菌群落组成;小管径重力流灰水管道生物膜中存在一定丰度的反硝化细菌和硝化细菌,具有生物脱氮功能。通过PICRUSt功能预测发现,高坡度(15‰)的灰水管道具有更高的硝化和反硝化基因丰度。进一步分析可知,小管径灰水管道采用高敷设坡度的设计方案可能具有更强的生物脱氮能力。     

ABR-MBR工艺反硝化除磷微生物群落特征分析

为了揭示ABR-MBR组合工艺中反硝化除磷微生物种群演替规律,采用Miseq高通量测序技术考察了该工艺在不同运行阶段除磷功能区的微生物群落结构。结果表明,硝化液回流比逐步从150%提升至300%可促进反硝化除磷菌大量富集,促进系统的启动和稳定运行;系统在运行过程中始终保持较高的微生物多样性;优势微生物种群均以变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主,最大丰度分别为55.13%和7.76%,且变形菌门功能性微生物主要集中在γ-变形菌纲(Gamaproteobacteria);功能性除磷菌属主要为气单胞菌属(Aeromonas),假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavobacterium);其中在逐步提升硝化液回流比过程中气单胞菌属(Aeromonas)被大量富集,其在γ-变形菌纲(Gamaproteobacteria)的相对丰度由5.30%上升至41.49%并在系统后续运行中维持主导地位。系统除磷效果与功能性除磷微生物相对丰度的变化密切相关。系统中微生物种群的多样性和功能微生物的结构稳定性为ABR-MBR工艺的稳定运行和高效处理提供了保证。     

碳氮比对不同滤料反硝化滤池脱氮效果的影响

以乙酸钠为碳源,分别考察了以石英砂和生物陶粒为滤料的2种反硝化滤池在不同C/N比条件下的脱氮效果,并对生物膜量和微生物种群进行了分析。结果表明:2种滤池对硝酸盐和TN都有较好的去除效果,且生物陶粒滤池要明显优于石英砂滤池;从经济性考虑,C/N比为4时的碳源投加量是最佳的,此时石英砂池和生物陶粒池出水TN平均浓度分别低于10 mg·L~(-1)和5 mg·L~(-1),亚硝酸盐含量在0.5 mg·L~(-1)以下。2柱的生物膜量沿着水流方向都逐渐减少,且生物陶粒池的生物膜量明显高于石英砂池。高通量测序结果表明,2滤池系统的物种多样性相差不大,在门的分类水平上,2个系统的主要优势菌群都属于Proteobacteria(变形菌门),含量在94%以上;在属的分类水平上,2柱的反硝化功能菌都主要是Dechloromonas(脱氯单胞菌属)和Thauera(陶厄氏菌属),但含量上存在一定差异。     

循环水养殖系统六级生物滤池运行效果分析

对硬头鳟(Oncorhynchus mykiss)和虹鳟(O. mykiss)鱼苗循环水养殖系统生物滤池运行效率以及其不同部位主要功能进行比较。于2017年5—11月,测定了六级生物滤池的基本水质指标(TAN、NO_2~--N和NO_3~--N等),并计算了六级生物滤池对TAN、NO_2~--N和NO_3~--N的去除率。于养殖中期,测定了六级生物滤池不同部位(BF1～BF6)的硝化速率、亚硝氮氧化速率和反硝化速率。结果表明:六级生物滤池对TAN、NO_2~--N和NO_3~--N的平均去除率分别为75.00%、44.00%和17.70%,其主要去除效果发生在BF1～BF3;六级生物滤池中BF1的硝化速率最高,与BF1较高的初始TAN浓度、充足的溶氧和最适pH有关;BF3的亚硝氮氧化速率最高,与BF3较高的初始NO_2~--N浓度有关;BF5的反硝化速率最高,与BF5较低的pH和较高NO_3~--N浓度有关。结果表明适当缩减生物滤池级数,并在循环水养殖系统中加入反硝化反应器,有利于提高系统运行效率。     

悬浮填料生物膜反应器细菌群落季相更替对处理效果的稳定作用

针对生物实验室污水处理难度高及其秋冬季节达标率低的问题,采用改进工艺的悬浮填料生物膜反应器(moving bed biofilm reactor, MBBR)进行连续处理,观察秋冬季节MBBR水质处理效果,利用高通量测序技术研究环境因子水温(T_w)、溶解氧(DO)、pH对生物膜细菌群落更替的影响以及主要微生物种群变化。结果表明,T_w由26℃下降到10℃期间,反应器COD、NH_4~+-N去除率仍然分别保持在75%、80%左右,MBBR出水稳定在一级A标准。变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和浮霉菌门(Planctomycetes)是生物膜主要优势菌门,T_w的下降引起拟杆菌门的相对丰度显著升高。假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavobacterium)在低T_w下成为优势菌属,动胶菌属(Zoogloea)相对丰度保持稳定。通过冗余分析(RDA)发现,DO与短波单胞菌属(Brevundimonas)、pH与脱氯单胞菌(Dechloromonas)、固氮弧菌属(Azoarcus)具有显著正相关性,T_w与假单胞菌属、黄杆菌属具有显著负相关性。MBBR结果揭示,细菌群落动态更替是MBBR出水水质仍然保持稳定的重要原因。     

施用城市污泥堆肥对土壤微生物群落结构变化的影响

在温室条件下进行了15周的盆栽实验,考察了施用城市污泥堆肥后,土壤中养分含量的变化规律,重点研究了施用城市污泥堆肥对土壤微生物群落结构变化的影响。实验发现,污泥堆肥能改善土壤养分,有机质和氮、磷含量得到显著提高。经PCR—DGGE分析,施肥1周后土壤中细菌和真菌的群落结构均发生了较大的变化。随着施肥时间的延长,细菌在富含有机质及氮、磷等养分的土壤环境下大量生长,多样性提高,其优势菌群属于γ变形菌、α变形菌和芽单胞菌;随着有机质的不断消耗,细菌的生长活性受到抑制,最终由于养分的缺乏,细菌种群多样性呈现小幅度的降低,优势菌群变为绿弯菌门、γ变形菌亚纲和厚壁菌门。对于真菌,其多样性指数在堆肥前3周逐渐提升,在第3～12周的监测中呈现相对稳定的变化趋势,优势菌群主要为座囊菌纲和散囊菌纲。     

施用城市污泥堆肥对土壤微生物群落结构变化的影响简

在温室条件下进行了15周的盆栽实验,考察了施用城市污泥堆肥后,土壤中养分含量的变化规律,重点研究了施用城市污泥堆肥对土壤微生物群落结构变化的影响。实验发现,污泥堆肥能改善土壤养分,有机质和氮、磷含量得到显著提高。经PCR-DGGE分析,施肥1周后土壤中细菌和真菌的群落结构均发生了较大的变化。随着施肥时间的延长,细菌在富含有机质及氮、磷等养分的土壤环境下大量生长,多样性提高,其优势菌群属于γ变形菌、α变形菌和芽单胞菌;随着有机质的不断消耗,细菌的生长活性受到抑制,最终由于养分的缺乏,细菌种群多样性呈现小幅度的降低,优势菌群变为绿弯菌门、γ变形菌亚纲和厚壁菌门。对于真菌,其多样性指数在堆肥前3周逐渐提升,在第3~12周的监测中呈现相对稳定的变化趋势,优势菌群主要为座囊菌纲和散囊菌纲。     

Miseq测序分析活性污泥系统中细菌群落的动态变化

采用基于16S rRNA基因的Miseq测序方法,分析了某小试序批式反应器(SBR)中,细菌群落结构在1年中的动态变化。在研究中,系统运行稳定,COD出水浓度均在40 mg/L以下,总氮(TN)和总磷(TP)出水浓度分别在20 mg/L和0.3 mg/L之下。细菌的群落组成变化明显,在检测到的2 094个OTU中,有176个OTU只存在于3个以下的样品中。在385个属的细菌中,有54个属的微生物只存在于3个以下的样品中。移动窗口分析表明,系统中细菌群落的平均变化率Δt(30 d)为21.3%±6.2%,稳定的系统功能并未耦合稳定的细菌群落结构。Mantel test分析表明,溶解氧(DO),进水COD浓度和温度对细菌群落结构有显著影响。方差分解分析(VPA)结果表明,水质参数及运行参数可分别解释23.6%和21.5%的群落结构变化。     

两级曝气生物滤池启动过程研究

曝气生物滤池是在普通生物滤池的基础上开发的污水处理新工艺.研究了两级曝气生物滤池处理生活污水时各级的启动状况,考察了出水中主要污染物和生物滤池内生物量随时间的变化情况.结果表明,氧化有机物的碳化曝气生物滤池的启动速度要远快于氧化氨氮的硝化曝气生物滤池.鉴于这两部分在启动期间表现出来的不同特性,在处理生活污水的时候,为了获得更快的同步启动速度,这两级曝气生物滤池应分别启动,并重点针对硝化滤池增加强化措施.     

反硝化生物滤池用于再生水脱氮效能及动力学研究

采用反硝化生物滤池处理城市污水厂二级出水,研究了反硝化生物滤池脱氮效能及其影响因素,构建了反硝化生物滤池脱氮动力学模型。结果表明,反硝化生物滤池启动7d后出水水质稳定,对NO-3-N的去除率达到90%以上,NO-2-N积累现象消失;当外加乙酸钠作碳源并使C/N≥4.7时,对NO-3-N的去除率达到90%以上,出水NO-3-N浓度在1.0mg/L以下;反硝化生物滤池具有较高的处理负荷,当HRT≥5 min时,对NO-3-N的去除率能达到90%以上;在实验水质条件下,滤池反硝化反应遵循一级反应动力学,且反应速率常数与流速成正比。     

菌剂强化对水解酸化处理模拟印染废水效果的影响

将具有高效脱色效率的混合菌群FF(优势菌属为Proteobacteria门和Firmicutes门细菌)作为强化菌剂,通过流加菌的方式加入水解酸化反应器,对模拟印染废水进行菌剂强化。通过监测水解酸化反应器进出水的色度、COD、BOD5/COD和VFAs(挥发性脂肪酸)来反应菌剂强化效果。结果表明,经过菌剂强化,模拟印染废水的色度和COD去除率比强化前分别提高了大约15%和20%,同时,印染废水的BOD5/COD值由0.50增加到0.70,表明其可生化性得到显著提高。采用PCR-DGGE技术对菌剂强化前后水解酸化反应器中微生物多样性和群落结构进行探索。结果表明,经过菌剂强化处理,微生物多样性指数从2.17增加到2.56,表明物种丰富度增加,同时微生物群落结构发生显著变化,菌种系统发育树结果表明,菌剂强化后,不仅水解酸化系统中原来存在的优势菌种Bacteroidetes门细菌得以保持优势,同时系统中Proteobacteria门和Firmicutes门细菌得到了显著强化。     

不同水力停留时间条件下PCL为碳源去除水产养殖水体硝酸盐的效率及微生物群落分析

以可生物降解聚合为碳源的固相反硝化可以避免水产养殖用水硝酸盐处理过程中碳源反复添加、碳源不足或过量等问题。水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)是生物反应器运行管理的主要参数之一,用固定膜反应器固相反硝化的方法研究了HRT对以聚己内酯(polycaprolactone,PCL)为碳源的反应器去除循环水养殖系统硝酸氮(浓度为170~197 mg·L~(-1))的效率的影响。研究结果表明不同水力停留时间对硝酸盐去除效率差异显著。在HRT为6 h和8 h时,硝酸盐速率分别为(0.55±0.32)g·(L·d)~(-1)和(1.05±0.33)g·(L·d)~(-1),且出水亚硝氮浓度和氨氮浓度均明显低于进水浓度;在HRT为4 h和2 h时,进出水硝酸盐浓度差异不明显。电子扫描显微镜观察显示PCL表面生物膜主要为杆状菌,应用傅里叶红外扫描观察发现使用前后PCL的化学结构没有发生明显改变。应用高通量方法测定的微生物群落结构表明,62%的细菌为Proteobacteria(62%),在鉴定出的细菌中,食酸菌属(Acidovorax),固氮螺菌属(Azospira),丛毛单胞菌属(Comamonas),代尔夫特菌属(Diaphorobacter),懒小杆属(Ignavibacterium),弗拉特氏菌属(Frateuria)可以同时降解PCL和进行反硝化。     

PCR-DGGE技术解析A2/O工艺好氧单元中微生物群落结构

应用PCR-DGGE方法,追踪了汉沽工业废水处理中好氧工艺的活性污泥系统中微生物群落结构动态变化过程及其微生物群落结构组成。研究结果表明:系统中的微生物群落结构随水质变化而变化,随着培养时间的延长,微生物群落结构趋于稳定,分别属于5大类群,与γ、δ、α、ε变形杆菌(Proteobacterias)、芽孢杆菌(Bacilli)的亲缘关系较近。其中γ变形杆菌是该废水处理过程中的主要菌群,包括Pseudomonas sp.、Rheinheimera sp.、Citrobacter sp.、Klebsiella sp.、Enterbacte-riaceae、Stenotrophomonas maltophilia、Acinetobacter。在整个系统中uncultured Pseudomonas sp.、Halobacillus sp.、Pseudomonassp.、Pseudomonas stutzeri、Acinetobacter sp.可稳定存在于系统中,为该污水处理系统中的优势微生物。因此,提高Halobacillussp.、Pseudomonas sp.、Pseudomonas stutzeri、Acinetobacter sp.菌属在系统中的数量和质量,有利于提高废水生化处理的效果。     

微酸性电解水喷雾消毒对垃圾房生活垃圾微生物群落的影响

为深入理解微酸性电解水喷雾消毒对垃圾房生活垃圾微生物群落结构的影响，采用微酸性电解水喷雾方式对上海市某小区垃圾房进行消毒处理，结合高通量测序方法确定细菌和真菌的群落丰度，评估该环境卫生风险防控技术的应用效果。结果表明：干、湿垃圾样品中，厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)为优势细菌门，子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)为优势真菌门，乳酸杆菌属(Lactobacillus)和不动杆菌属(Acinetobacter)为优势细菌属。微酸性电解水喷雾后，生活垃圾样品中厚壁菌门的相对丰度降低了12.9～22.5百分点；而变形菌门的相对丰度上升了3.6～34.2百分点；子囊菌门的相对丰度降低了1.8～22.7百分点，而担子菌门的相对丰度上升了1.8～21.5百分点，表明微酸性电解水可使致病菌等有害菌的相对丰度减少，而使有益菌的相对丰度增加。     

不同温度下曝气生物滤池运行效能与微生物群落结构

采用Biostyr曝气生物滤池(BAF)处理城市污水,研究了温度变化对其处理效果与微生物群落结构的影响。结果表明,温度低于18℃(低温)时,BAF对COD和NH_4~+-N去除率均低于60%;当水温在18~22℃(中温)之间变化时,BAF对COD和NH_4~+-N的去除效果稳定且明显高于低温时的去除率;当水温高于22℃(高温)后,BAF对COD和NH_4~+-N去除率与水温正相关,去除率随温度的升高而显著提高。PCR-DGGE分析表明,温度越高BAF内总细菌微生物群落多样性越好;定量PCR分析表明,BAF内总细菌、氨氧化细菌和硝化细菌的菌群密度均随温度升高而增大,与其对污染物的去除率变化趋势一致。BAF在低温环境下,滤池内的菌群结构变得简单、菌群密度降低,但出水水质仍能满足要求,表明BAF工艺具有良好的抗低温冲击能力。     

餐厨垃圾发酵液强化潮汐流人工湿地对污水厂尾水脱氮效能

采用餐厨垃圾发酵液(food waste fermentation liquid, FWFL)作为潮汐流人工湿地(tidal flow constructed wetland, TFCW)外加碳源,考察其对污水处理厂尾水湿地脱氮效果的影响,并通过湿地氮转化速率、酶活性测定及微生物群落结构分析探究其机理。结果表明：投加FWFL后人工湿地中TN、NO₃^--N、TP的去除率分别提高了15.7%～36.2%、 3.3%～42.3%、 11.2%～45.8%,且FWFL的添加不会对出水NH₄⁺-N和COD产生显著影响;FWFL可改善TFCW低温时的脱氮效果;投加FWFL后TFCW的反硝化速率、反硝化酶活性以及电子传递系统活性均有所提高,TFCW微生物的丰富度和多样性明显提高,微生物群落结构也趋于稳定,反硝化菌群大量增加。变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)与念珠菌门(Candidatus Saccharribacteria)为优势菌门,水杆菌属(Aquabacter...     

陕北石油污染区土壤细菌群落结构解析

为了解陕北地区石油污染对土壤微生物群落结构的影响,采用高通量测序对石油污染土壤中细菌群落结构进行研究,考察了石油污染土样的理化性质、可培养微生物数量及细菌群落结构,探讨石油污染程度与细菌群落结构间的关系。结果表明,石油污染土样中残油量为28.7~870.0mg/kg,相对于未污染土样,石油污染土样的总碳随残油量的增加呈增加趋势。石油污染土样中可培养细菌数量大于未污染土样,而可培养放线菌数量则相反。细菌群落结构分析表明,石油污染土样中细菌群落数量显著低于未污染土样,操作分类单元(OTU)数从未污染土样的7 707个最低下降到2 034个,且物种丰富度显著降低,其中厚壁菌门、放线菌门及变形菌门为优势菌群,随土壤残油量增加,厚壁菌门、变形菌门及拟杆菌门比例显著上升,而酸杆菌门、芽单胞菌门等比例则显著降低。