MBR活性污泥培养驯化过程中生物多样性研究

以MBR反应器启动调试阶段的活性污泥为主要研究对象,系统考察了传统活性污泥法(Conventional activated sludge,CAS)污泥接种至MBR反应器内污泥培养驯化过程中生物多样性情况及微生物群落结构的演变规律.同时,在传统污水污泥检测指标的基础上,对各阶段污泥中总细菌基因组DNA进行提取,应用PCR-DGGE分子生物学技术获得了相应的凝胶电泳图谱并进一步分析了菌群间的相似性.结果表明,以CAS污泥为接种污泥在MBR反应器内培养驯化过程中微生物的多样性变化突出,细菌群落结构演替明显,不同阶段菌群间的相似性说明了各阶段菌群的演变关系:污泥培养驯化是一个逐步有序的过程,微生物随反应器内不同时期及环境的变化而调整,逐渐演变成适应MBR工艺的群落结构.     

高温冲击对亚硝酸盐氧化过程中微生物菌群结构影响

为了进一步了解在亚硝酸盐氧化过程中,高温冲击对活性污泥微生物菌群结构的影响,本研究中,以在不同NO~-_2-N浓度条件下富集的硝化活性污泥为研究对象,利用16S rRNA高通量测序技术分析方法,通过改变环境温度考察活性污泥微生物菌群丰度变化及结构特征.高通量测序分析结果表明:25℃时易于微生物生长,系统活性污泥微生物菌群多样性最丰富.随着高温冲击试验进行,系统内菌群丰富度、均匀度和多样性呈下降趋势.此外,分析发现本系统主要硝化功能菌为Nitrospirae的Nitrospira,更适宜在35℃生长.且高温冲击试验同样引起了活性污泥中非硝化功能微生物(Bacteroidetes、Chloroflexi、Halomonas和Pseudomonas等)的菌群结构差异.试验结果可为高温冲击条件下亚硝酸盐氧化过程中微生物菌群分布特点的研究提供部分理论参考,并为相关高温冲击试验给予部分借鉴.     

分子生物学技术在水处理中的应用研究进展

利用现代分子生物学技术对微生物进行分析和研究,以解决传统微生物分析成本高、速度慢、准确度较低和灵敏度较差等缺点。介绍分子生物学技术在水处理中的应用现状,并对未来发展方向提出建议。目前分子生物学技术在供水工程中主要用于水中细菌、病毒、原生动物、蠕虫等病原微生物的快速检测以及管网微生物种群的分析,在污水处理中主要用于脱氮除磷过程菌群数量和空间分布的剖析、污泥膨胀成因分析以及监测微生物种群多样性来优化处理工艺。分子生物学技术的深入研究将进一步促进水行业的发展。     

除磷工艺中含氧条件对聚磷菌种群结构影响研究

利用分子生物学技术直接从活性污泥样品中提取DNA,采用套式PCR技术对特征基因片断进行扩增,结合DGGE(变性浓度梯度凝胶电泳)分析活性污泥中微生物种群结构.研究了除磷工艺在正常运行情况下的微生态系统种群结构,并分析了微生物群落结构及行为特征.测定了活性污泥中变形杆菌(Proteobacteria)和产酸菌(Acidobacterium)部分菌种的16S rDNA V3区片段序列,通过NCBI(美国国立生物技术信息中心)基因库比对,初步确定了部分细菌的属.在厌氧/好氧和缺氧/好氧工艺中各类优势菌群变化规律研究表明,在除磷效果稳定的情况下,系统中除磷微生物种群结构大致能保持不变,少数数量或种类发生变化的种群与系统中含氧量变化有关,但是处于动态变化中的菌群结构总体能够适应工艺运行环境.     

紫外辐照对活性污泥中菌群存活率的影响

利用荧光原位杂交技术(Fluorescent in-situ hybridization,FISH)特异性地标记了活性污泥中α-Proteobaeteria、β-Proteobaaeria、γ-Proteobacteria和Comamonas sp.4大类群的微生物,借助流式细胞术(Flow cytometry,FCM)检测了这些类群的相对含量.结果表明,上述微生物的相对含量分别为15.09%、20.50%、12.00%和8.37%.紫外线辐照3min后,活性污泥中菌群的相对含量分别变为20.75%、9.10%、81.89%和41.16%,这说明不同菌群对紫外线的敏感度不同.     

微生物强化活性污泥法的中试

为了进一步优化活性污泥处理城市污水的效果,减少剩余污泥量及臭气的排放,中试试验利用腐殖土微生物强化传统活性污泥法技术,以处理城市生活污水。结果表明,剩余污泥量平均减少40%,系统能耗可降低33%,除臭效果明显,实验现场基本无臭味,检测结果符合GB 14554—93《恶臭污染物排放标准》中一级标准,通过本底值对比分析发现微生物降解了大量的臭气成分。经过微生物检测分析,系统存在大量的微生物菌种,且相比普通活性污泥法,微生物种类和数量都有明显增加,这进一步证实了微生物菌群强化活性污泥法在消臭与污泥减量化的显著作用。     

新型高效微生物絮凝剂在废水处理中的应用

介绍了新型微生物絮凝剂的国内外研究进展和应用现状,并对今后的发展趋势作了展望。通过对微生物絮凝剂在废水处理中的分析,提出应加强对生物絮凝剂产生菌选育的研究,利用现代分子生物学技术和转基因技术构建基因工程菌株;寻找廉价的培养基,开发复合型生物絮凝剂。     

活性污泥高质量RNA快速提取方法研究

通过比较RNA产量、纯度、降解程度、特定基因的扩增能力、微生物多样性等评价指标,考察和探讨了5种不同RNA提取方法对活性污泥总RNA提取效果的影响并最终建立了一种快速、有效的活性污泥RNA提取方法,即在TENP和PBS洗涤沉淀污泥的基础上,分别采用溶菌酶和TRIzol裂解活性污泥细菌、氯仿去除细菌裂解液中的蛋白和大部分DNA、异丙醇沉淀核酸和DNase I水解残留DNA后,最后进一步用离心柱纯化RNA.结果表明,这种方法可以有效提取高质量的菌群RNA,不仅提取的RNA总量多(每g污泥可提取169.6μg RNA)、纯度高、降解程度低、完整性好、具有丰富的生物多样性,而且可同时进行16SrRNA和amoA基因的RT-PCR扩增反应;与其它方法相比,性价比高,具有明显的优越性,适用于活性污泥RNA的大量提取,同时,T-RFLP结果证明RNA提取方法对分析样品的微生物种类和丰度分析结果影响较大,不同的RNA提取方法所获得的微生物群落基因多样性及其种类、丰度均不同.本研究建立了一种快速、有效的高质量RNA提取方法,将在监测活性污泥菌群动态变化、菌群代谢功能学、微生物群落芯片等研究上具有重要意义.     

高浓度硝酸盐对城市污水活性污泥中微生态种群结构的影响

研究了城市污水处理系统中微生态种群结构在无机培养基和基础培养基条件下受到无机硝酸盐冲击的情况,并分析了微生物群落结构及行为特征．利用分子生物学技术直接从活性污泥样品中提取DNA,对16S rDNAV3区进行PCR扩增,结合DGGE(变性浓度梯度凝胶电泳)分析活性污泥中微生物种群结构．测定了活性污泥中部分菌种的16S rDNAV3区片段序列,通过NCBI(美国国立生物技术信息中心)基因库比对,初步确定了部分细菌的属．在受到高浓度硝酸根离子冲击时,城市污水处理系统微生态种群结构在尽可能保持原有微生物多样性的同时,会及时改变菌群结构以尽快适应新的环境条件．     

添加芽孢杆菌污泥反硝化特性及菌群结构分析

以普通活性污泥为对照,研究投加芽孢杆菌菌剂的活性污泥(以下称芽孢杆菌活性污泥)的反硝化性能,以及芽孢杆菌对微生物菌群结构的影响.结果表明,在一定范围内两污泥反硝化速率与碳氮比呈正相关,实验组污泥在碳氮比为10时最大比反硝化速率可达27.144mg TN/(g MLSS·h),约为对照组的2.7倍.利用Miseq高通量测序技术对比两组污泥菌群结构,发现在细菌门、纲、目、科、属层面实验组菌群多样性均优于对照组,在细菌属水平上实验组污泥主要包括芽殖杆菌属(Gemmobacter)、短单胞杆菌属(Brachymonas)、热单胞菌属(Thermomonas)、Defluviimonas、长绳菌属(Longilinea)、Ornatilinea、Aridibacter、微小杆菌属(Exiguobacterium)等优势菌属,在碳源充足的条件下这些细菌协同作用,使芽孢杆菌活性污泥具有高效反硝化特性.     

水中有机磷杀虫剂的生物降解性和对微生物的影响

通过对三种有机磷杀虫剂(杀螟松、甲基1605、乐果)废水生物处理模拟试验和微生物呼吸耗氧特性试验,表明三者均可被微生物降解;三者对未驯化活性污泥微生物的生长有一定抑制作用,但对驯化培养后的微生物菌群的生长、代谢有促进作用。有机磷杀虫剂的浓度,pH值,菌种培养条件等因素对微生物菌群的生态演替和有机物的去除效果都能产生影响。     

中原油田复杂采出水“微生物+膜”处理研究及现场试验

针对中原油田东濮老区采出水成分复杂、处理安全环保压力大的现状,为解决现有水处理工艺药剂用量、污泥残渣产生量大、处理成本高的难题,采用微生物活性污泥法,同时配套管式纤维超滤膜,开展"微生物活性污泥+膜过滤"水处理技术。通过将筛选出的适应中原油田污水复杂水质特性的最优微生物菌群投放至微生物反应池,集成管式超滤膜装置,在污水处理站开展"微生物活性污泥+膜过滤"处理技术现场试验。现场试验表明,采用该工艺处理油田污水,出水悬浮物(SS)、含油量、悬浮物颗粒粒径中值、平均腐蚀速率、硫酸盐还原菌(SRB)等各项指标均达到SY/T5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》回注标准;同时污泥产出量和处理成本较原处理工艺降低,实现了油田绿色环保可持续发展的目的。     

平行AO/AN除磷工艺中放线菌种群结构及分类

利用分子生物学技术直接从活性污泥样品中提取DNA,采用套式PCR技术对特征基因片断进行扩增,结合DGGE(变性浓度梯度凝胶电泳)研究了平行AO/NO除磷工艺中的放线菌种群结构,并分析了活性污泥中微生物种群结构及行为特征.测定了活性污泥中部分菌种的16SrDNA V3 区片段序列,通过NCBI(美国国立生物技术信息中心)基因库比对,初步确定了部分细菌的属.在除磷效果稳定的情况下,系统中除磷微生物种群结构大致能保持不变,少数数量或种类发生变化的种群与系统中含氧量变化有关,但处于动态变化中的菌群结构总体能够适应工艺运行环境条件.     

固定化微生物法处理含甲硫醇恶臭气体

采用液相曝气方式驯化培养污水厂活性污泥，获得具有降解甲硫醇能力的优势微生物菌群。同时用海藻酸钠包埋固定化微生物，研究固定化微生物颗粒填充床去除甲硫醇恶臭气体的工艺过程。液相曝气培养研究表明：降解甲硫醇的微生物菌群适宜的ｐＨ值为５．２～９．０，最佳ｐＨ条件为弱碱性。已驯化微生物的离心浓缩回收率为７１．２％，颗粒填充床生物脱臭塔运行实验表明：在空塔停留时间不大于１３ｓ，对低浓度甲硫醇气体（〈１２．９ｍ     

活性污泥法的动力学模式设计法

活性污泥法是能够通过微生物增长和底物去除的动力学模式进行设计的。本文的目的在于:通过底物和微生物在平衡状态下的联立方程式的解以推导设计公式,并以此作为活性污泥法的设计法。在动力学模式中含有的有关生物学方面的常数有:微生物生产系数yt、最大比增     

高通量测序研究酒精废水治理中厌氧活性污泥的微生物菌群

厌氧消化是治理酒精生产废水的主要技术,本实验基于Illumina Mi Seq高通量测序研究了厌氧活性污泥的微生物菌群,在属(genus)水平上分析了污泥中细菌和古菌的种类和相对丰度,探讨了细菌和古菌的功能.结果表明:高温厌氧活性污泥(TAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有10个,包括Coprothermobacter、Longilinea、Levilinea等,它们的主要功能是分解蛋白质、代谢碳水化合物生成有机酸、乙酸氧化、硫酸盐还原.中温厌氧活性污泥(MAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有21个,包括Acinetobacter、Succinibibrio、Meniscus、Longilinea等,它们的主要功能是代谢碳水化合物生成有机酸、脂肪酸和有机酸氧化、分解结构顽固化合物.TAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanosaeta、Methanobacterium和Methanothermbacter,它们的相对丰度分别为57.72%,28.35%和9.90%.MAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanobacterium、Methanosarcina、Methanosaeta和Methanosphaera,它们的相对丰度分别为33.21%、23.70%、16.63%和11.77%.高通量测序研究充分展示了厌氧活性污泥的微生物菌群,可为阐释酒精废水治理中厌氧消化技术的生物机制及其技术改良提供参考.     

镉胁迫下稻田土壤微生物基因多样性的DGGE分子指纹分析

采用现代分子生物学技术,避开传统的分离培养过程,探讨重金属镉污染条件下稻田土壤微生物种群的基因多样性.经过直接从土壤中抽提总DNA,并对总DNA中16S rDNA及其中 V3可变区序列作PCR扩增、变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析等,对镉胁迫下稻田土壤总DNA、微生物种类分布进行了初步的研究,发现不同浓度镉胁迫下稻田土壤间的菌种有明显差异,DGGE技术可以用于污染环境下微生物多样性研究.同时对DGGE分子指纹图谱的生物信息学分析作了初步尝试,为污染环境下土壤微生物多样性研究提供了新的实验方法与依据.     

微生物聚磷及其酶学调控

本文论述了微生物细胞内磷酸盐转运机制和与聚磷相关的酶—PPK、PPX及两者对微生物聚磷行为的调控,并对今后研究重点做出展望.论文认为对于微生物聚磷的研究应从纯种微生物转移到强化生物除磷系统的混合微生物菌群,运用分子生物学和生物信息学手段分析聚磷优势菌种的PPK和PPX酶的结构特征及其在活性污泥中的变化规律,进一步深入认识生物除磷调控机理,开辟寻求提高系统除磷效率的新途径.     

活性污泥体系中C/N/S对硝酸盐还原过程的影响

采用序批式活性污泥反应器（ASBR）,通过调整进水C/N和S/N,在活性污泥体系中探究电子受体有限的条件下,不同电子供体（有机物或者S^2-）对反硝化和硝酸盐氮异化还原成铵（DNRA）过程的影响.结果表明：较高的C/N进水条件,有利于反硝化过程的进行;而较高的S/N进水条件,更有利于DNRA过程的发生;DNRA过程的特征产物NH₄⁺-N,在C/N/S=2：2：3、2：2：4条件下的出水中较明显,其中C/N/S=2：2：4条件下,NH₄⁺-N浓度达到最高为10.65mg/L.说明在电子受体有限时,过量的电子供体可促使反硝化向DNRA过程转变.采用16SrRNA分子生物学技术对不同C/N/S下的微生物菌群结构进行分析,发现与氮还原相关的Proteobacteria、Anaerolineae、Bacteroidia、Actinobacteria等菌群丰度较高,且Actinobacteria菌与DNRA过程相关.不同电子供体环境下氮转移途径的研究可为污水处理过程中碳,氮,硫的同步去除提供指导.     

分子生态学技术用于反硝化微生物群落研究的进展

反硝化微生物是地球氮循环的主要参与者,利用反硝化酶的编码基因,结合现代分子生态学技术,已成为研究环境中反硝化微生物的主要方法。该文介绍了传统的测序技术和新兴高通量测序技术的优缺点,综述了运用分子生态学技术对反硝化微生物开展研究的情况,也对未来分子生态学技术及其在反硝化微生物识别和反硝化作用机理方面的研究进行了展望。