宏组学方法及在污水生物处理系统研究中的应用

近年来随着测序、质谱等技术的高速发展,基于核酸分子信息为基础的包含宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学与代谢组学等核心内容的生物分子宏组学方法逐渐成熟,成为揭示污水生物处理系统中的关键微生物菌群结构和功能特征的有力工具,也在检测污水系统中多种ARGs以及探究其传播机制上发挥出无法替代的巨大优势,在污水生物处理研究中应用宏组学,对于深化认知污水处理系统本质、提高污水处理效率以及控制ARGs在环境中的传播具有重要指导意义.本文对宏组学方法进行了简单的介绍,着重综述了其在污水生物脱氮、强化生物除磷及探究抗生素抗性基因等方面的进展,并展望了其在污水生物处理系统中的广泛应用前景.     

低强度超声波强化污水生物处理机制

研究发现低强度的超声辐照可以有效促进微生物的活性,可将其用于强化污水的生物处理,通过增强反应器内微生物的活性来提高污水的处理效率.本文综述了超声波在生物工程和生物学上的国内外研究成果,对低强度超声波的生物效应以及在促进生物活性中的主要作用机制进行了探讨,并分析了其在强化污水生物处理中的应用前景.     

微生物胞外电子传递过程强化机制及污染物高效转化

微生物水处理技术因运行成本低、处理量大、环境影响小等优点,被广泛的用于市政污水和工业废水的处理.微生物水处理的本质过程是生物催化氧化,涉及不同微生物种群间物质、能量和电子传输过程,而微生物胞外电子传递过程是影响其处理效率的关键因素之一.本研究立足于微生物氧化的原理,从介体材料强化、光电磁强化及微生物电化学强化等角度,系统论述了铁基材料、碳基材料、光、电、磁等对微生物电子传递过程的影响与机制.在此基础上,本论文总结了微生物电化学系统原理,分析了该系统中各类强化材料、强化技术对微生物胞外电子传递的影响,揭示了强化条件下污染物高效转化的作用机制,介绍了基于各种强化原理的系统构建因素及应用现状,并展望了该技术的发展趋势及存在的挑战.     

聚甲醛废水的生物强化处理及微生物种群动态分析

聚甲醛工业废水含有甲醛、三聚甲醛和酚类等有害物,而且盐分和COD也较高,很难实现生物处理至达标排放.在聚甲醛污水厂建立中试系统并接种活性污泥,同时投加了经筛选的三聚甲醛降解菌Bacillus methylotrophicus和甲醛降解菌Candida maltosa、Pseudomonsa putida组成的复合菌剂,进行了聚甲醛、甲醛等有毒物质的选择性生物强化,通过温度梯度凝胶电泳(PCR-TGGE)技术对污水反应器进行了微生物群落结构分析,并与污水厂同期出水进行对照研究.结果表明,在投加复合菌剂的强化生物系统中,最终出水的甲醛、三聚甲醛(Trioxane,TOX)和COD降解率分别在97.8%、94.2%和92.6%以上,且系统表现出更高稳定性和抗冲击负荷能力.PCR-TGGE图谱表明,非生物强化系统中未检测到B.methylotrophicus,而该菌在生物强化系统中的活性一直得以维持,其对有毒物质的持续降解解除了其它微生物群落的抑制因子,污泥活性有效增强,说明该菌及复合菌剂确实对TOX及甲醛等毒性物质可有效降解,选择性生物强化可成为工业污水处理的可靠手段之一.     

微生物磁效应及其强化废/污水生物处理的研究进展

介绍了微生物磁效应的现象、原理及其在强化废/污水生物处理过程应用的研究进展,包括磁场对微生物运动、微生物生长、微生物酶活力以及对活性污泥法或生物接触氧化法处理废/污水过程的影响。提出生物亲和亲水磁性填料以及磁粉的合理运用,可能是实现微生物磁效应在废/污水生物处理中应用的有效途径。     

模糊控制在污水生物处理系统中的应用

对 2 0世纪 80年代以来 ,国内外污水生物处理系统中模糊控制的应用及开发进行了简单的回顾 .简要分析了废水生物处理工艺难于控制的原因 ,以及模糊控制系统的结构和特点 .分析表明 ,国外模糊控制在污水生物处理中的应用广泛且深入 ,国内在这方面尚处在起步阶段 .简要探讨了废水生物处理模糊控制今后应深入研究的问题及方向     

生物强化技术在生物修复中的应用

对生物强化技术在生物修复中的应用情况进行了探讨,主要从生物强化技术的基础与分类、应用、系统的设计与运行等方面进行了讨论。生物强化技术以生物修复工程为技术支撑,利用高效的降解微生物治理目标污染物,在环境污染治理中具有广阔的应用前景.     

分子生物学技术在废水生物处理中的应用

系统总结了分子生物技术在废水生物处理中的应用,包括环境样本的DNA提取、基因扩增、目的片段分析和检测等。目前以DNA和相应结构基因为基础的分子生物技术已经在废水生物处理系统的微生物种群多样性及种群结构分析等方面得到广泛应用,必将对废水处理工艺改进、新工艺开发和应用发挥指导作用。     

图像分析在污水生物处理中的研究进展

随着显微镜技术和计算机科学的发展,对污水生物处理中生物絮体及生物相构成的观测也逐渐从定性朝定量的方向发展。研究表明将共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)技术与图像分析软件系统的结合,不仅能探测污泥絮体的形态学特征和内部结构,帮助监测活性污泥法的运行情况,也能用于研究生物膜的微生物群落结构和空间分布。文章着重对图像分析与显微镜技术的发展现状及图像分析技术在污水生物处理系统中的应用研究进行全面综述与分析,以从微生物学及其群落构成的角度促进对活性污泥或生物膜系统的定量分析。     

复合垂直流人工湿地的生物强化技术研究

应用复合微生物菌剂和菖蒲对复合垂直流人工湿地系统进行生物强化研究,探讨其能否提高系统的处理效果。将该系统在无强化、复合微生物菌剂强化和植物及复合微生物菌剂同步强化3种工况下的试验处理效果进行比较,发现植物及复合微生物菌剂同步强化工况下的系统处理能力有显著提高,COD和TP出水浓度达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准,NH+4-N出水浓度达到二级A排放标准。     

PCR—DGGE技术在废水生物处理中的应用研究

聚合酶链式反应一变形梯度凝胶电泳（PCR—DGGE）作为一种分子指纹图谱能够较准确地反应污水处理过程中微生物群落结构多样性及其动态变化而广泛应用于废水生物处理技术的研究中。PCR—DGGE技术不仅能对样品中微生物群落结构多样性及种群演替进行分析,还能用于污水处理中优势菌群的分离与鉴定,克服了传统方法费时费力、培养条件苛刻等局限性,进而运用该技术构建高效的污染物降解工程菌,提高难降解有机物的去除效率,调节实际工艺参数,提高污水处理效率。     

高盐度废水处理研究进展

高盐度废水中由于含有大量的溶解性物质,无机盐类在微生物生长过程中起着促进酶反应、维持膜平衡和调节渗透压的重要作用,但盐浓度过高,离子强度大,会造成质壁分离、细胞失活,使一般微生物难以在其中生长、繁殖,所以传统的生物法难以处理高盐度废水.文章就高盐度废水的物理、化学及生物处理研究进行综述.重点针对生物法中的耐盐微生物的研究现状进行探讨,分别阐述了耐盐的机理研究及耐盐菌在高盐废水中的研究,并提出了其在高盐废水应用中的展望.     

三相生物流化床处理对氯酚废水的实验研究

对氯酚废水是一种毒性很强的废水。本文利用三相生物流化床对对氯酚废水进行实验室模拟降解实验研究。三相生物流化床的特点是采用相对密度>1的细小颗粒为载体,微生物附着在载体的表面,形成一层生物膜。废水至下向上流动,使载体处于流化状态。处理过程中,液相中溶解的或呈胶体状的有机物以及溶解氧从液相进入生物膜,被生物膜中的细胞分解、利用。这样,在生物膜表面与液相中形成一个有机物和溶解氧的浓度梯度,使废水中的有机物不断地被吸附到生物膜上,从而达到连续处理废水的目的[1]。     

Characteristics of microbial community functional structure of a biological coking wastewater treatment system

Nitrogenous heterocyclic compounds are key pollutants in coking wastewater; however, the functional potential of microbial communities for biodegradation of such contaminants during biological treatment is still elusive. Herein, a high throughput functional gene array (GeoChip 5.0) in combination with Illumina HiSeq2500 sequencing was used to compare and characterize the microbial community functional structure in a long run (500 days) bench scale bioreactor treating coking wastewater, with a control system treating synthetic wastewater. Despite the inhibitory toxic pollutants, GeoChip 5.0 detected almost all key functional gene (average 61,940 genes) categories in the coking wastewater sludge. With higher abundance, aromatic ring cleavage dioxygenase genes including multi ring1,2diox; one ring2,3diox; catechol represented significant functional potential for degradation of aromatic pollutants which was further confirmed by Illumina HiSeq2500 analysis results. Response ratio analysis revealed that three nitrogenous compound degrading genes- nbzA (nitro-aromatics), tdnB (aniline), and scnABC (thiocyanate) were unique for coking wastewater treatment, which might be strong cause to increase ammonia level during the aerobic process. Additionally, HiSeq2500 elucidated carbozole and isoquinoline degradation genes in the system. These findings expanded our understanding on functional potential of microbial communities to remove organic nitrogenous pollutants; hence it will be useful in optimization strategies for biological treatment of coking wastewater.     

Aquatic ecosystem protection and restoration: advances in methods for assessment and evaluation

Many methods and criteria are available to assess aquatic ecosystems, and this review focuses on a set that demonstrates advancements from community analyses to methods spanning large spatial and temporal scales. Basic methods have been extended by incorporating taxa sensitivity to different forms of stress, adding measures linked to system function, synthesizing multiple faunal groups, integrating biological and physical attributes, spanning large spatial scales, and enabling simulations through time. These tools can be customized to meet the needs of a particular assessment and ecosystem. Two case studies are presented to show how new methods were applied at the ecosystem scale for achieving practical management goals. One case used an assessment of biotic structure to demonstrate how enhanced river flows can improve habitat conditions and restore a diverse fish fauna reflective of a healthy riverine ecosystem. In the second case, multitaxonomic integrity indicators were successful in distinguishing lake ecosystems that were disturbed, healthy, and in the process of restoration. Most methods strive to address the concept of biological integrity and assessment effectiveness often can be impeded by the lack of more specific ecosystem management objectives. Scientific and policy explorations are needed to define new ways for designating a healthy system so as to allow specification of precise quality criteria that will promote further development of ecosystem analysis tools.     

Current molecular biologic techniques for characterizing environmental microbial community

Microbes are vital to the earth because of their enormous numbers and instinct function maintaining the natural balance. Since the microbiology was applied in environmental science and engineering more than a century ago, researchers desire for more and more information concerning the microbial spatio-temporal variations in almost every fields from contaminated soil to wastewater treatment plant (WWTP). For the past 30 years, molecular biologic techniques explored for environmental microbial community (EMC) have spanned a broad range of approaches to facilitate the researches with the assistance of computer science: faster, more accurate and more sensitive. In this feature article, we outlined several current and emerging molecular biologic techniques applied in detection of EMC, and presented and assessed in detail the application of three promising tools.     

酵母废水生物处理技术研究进展

文章总结了酵母废水厌氧、厌氧-好氧、厌氧-好氧-兼氧反硝化等生物处理工艺的研究现状及进展,并介绍了酵母废水厌氧处理的菌种筛选、复合微生物技术等能改善其生物处理效果的研究,阐述了生物处理酵母废水存在的问题及发展趋势。     

纺织工业产排污特征与水污染治理技术进展

纺织工业在我国国民经济中发挥着重要的作用,但其水污染防治问题也一直是环境治理的重点与难点.随着生态文明建设理念的提升,纺织工业将面临愈加严格的排放标准和环境管理要求.为更清晰地了解纺织工业水污染治理技术的现状和发展趋势,首先对纺织生产过程进行梳理,分析及总结了行业中纺织和染整两个主要加工过程的产排污特点;其次,分别对物化、生物以及深度处理技术进行分析与汇总,提出了基于废水分质处理和再生回用的可行技术体系;最后,结合我国环境管理制度的发展,根据未来纺织工业技术的发展趋势对行业水污染治理的发展方向进行展望.研究显示:完善末端处理技术、提高废水回用率、推行清洁生产是我国未来纺织废水治理的发展方向;同时也亟需推进工业聚集区的设立,确立以排污许可为核心的管理制度,加强对纺织企业废水污染排放的监督.      

数值模拟在污水生物处理领域应用进展

随着计算机技术的发展,数值模拟在污水生物处理工艺设计、水处理设备结构优化等领域中已得到广泛应用。介绍了数值模拟技术常用的计算方法,对活性污泥法、MBR、厌氧消化等污水生物处理领域中的数值模拟研究进展进行了总结评述,讨论了模拟仿真过程中模型选择、简化假设、预测控制等关键问题。目前数值模拟在污水生物处理领域得出的多是导向性结论,将模拟与实验结合可以提升研究效率,更好地解决工程问题。