零价铁对污泥厌氧消化过程中四环素抗性基因水平转移的作用影响

细菌抗药性问题已成为全球生态环境安全和人体健康领域的一个关注焦点.污水处理剩余污泥是抗生素抗性基因（ARGs）的一个重要储存库和排放源,采用荧光定量PCR方法检测分析了四环素抗性基因（TC-ARGs,包括tetA、tetC、tetG、tetM、tetO、tetW和tetX）及第一类整合子 intI1基因丰度在污泥厌氧消化过程中的变化特征,考察了不同投加量零价铁（Fe⁰）对目标基因的消长影响,初步分析了质粒DNA接合作用对TC-ARGs水平转移的作用影响,并探讨了TC-ARGs与 intI1基因之间的相关关系.结果表明,污泥厌氧消化过程对TC-ARGs和intI1基因丰度具有不同程度的削减作用,其中tetX基因丰度降幅可达2.4个数量级.Fe⁰的加入对TC-ARGs和intI1基因丰度削减不显著,并且随着Fe⁰投加量的增加,TC-ARGs和intI1基因丰度相比对照组出现逐渐升高的趋势.通过对质粒组DNA所携带的TC-ARGs基因丰度进行检测分析发现,质粒DNA接合作用对TC-ARGs的水平转移具有促进作用.相关性分析结果显示,tetG与intI1基因之间具有显著正相关关系,表明intI1基因在污泥厌氧消化过程中可能对tetG基因的演变过程具有重要影响.     

四环素胁迫对Shigella flexneri细菌四环素抗性基因抗性表达的影响过程

四环素(TC)抗生素在不同环境介质中已被广泛检出,为研究其对四环素抗性基因(TC-ARGs)丰度变化及表达水平的影响过程,以从活性污泥中筛选和纯化分离获得的弗氏志贺氏菌(Shigella flexneri)为研究对象,考察了不同浓度TC对其生长过程的作用影响,采用荧光定量PCR和逆转录PCR方法定量检测了不同抗性机制TC-ARGs,包括tetC、tetO和tetX基因的丰度变化及表达水平,并探讨了TC浓度与TC-ARGs丰度及其表达水平之间的相关关系.结果表明,在培养周期内(24 h),TC胁迫对Shigella flexneri细菌的生长具有抑制作用,细菌细胞浓度增长速率随TC暴露浓度的升高而降低,但对TC-ARGs丰度变化影响较小.TC胁迫能够促进Shigella flexneri细菌TC-ARGs的转录表达,tetC、tetO和tetX基因表达水平在整个培养周期内均先升高后降低.由相关性分析可知,TC浓度与TC-ARGs丰度及其表达水平之间相关关系不显著,但tetC和tetO基因丰度与其转录表达水平之间存在显著的正相关关系,表明其基因丰度一定程度上可用来衡量和评价其抗性表达水平.     

河套灌区沉积物中抗生素抗性基因的分布研究

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes, ARGs)作为一种新型污染物已经成为国内外研究的热点.为了探究河套灌区不同排水渠(3N、3S、5N、5S和7N)沉积物中ARGs的分布情况,采用定量PCR测定了沉积物中ARGs、整合酶基因(intⅠ1和intⅡ2)和转座酶基因(tnpA)的丰度.结果表明,36种ARGs中检测到31种,在各样地中均能检测到intⅠ1和tnpA基因,而intⅡ2基因未检测到.在各样地中,tetA、tetS、sulⅠ和aadA1基因丰度较高;在5N样地ereA基因丰度最高,为1.65×10~9 copies·g~(-1);15种ARGs在7N样地与其它样地之间有显著差异,其中,aadA1基因在7N样地丰度最高,为1.37×10~9 copies·g~(-1).氮含量与sulIII、ereB、bla_(ampC)基因丰度显著正相关,而pH与tetX、tetO和tetM基因丰度呈负相关关系.综上所述,抗生素抗性基因广泛存在于河套灌区的沉积物中.     

热水解污泥厌氧消化过程中肠球菌抗生素抗性基因与毒力基因的转归

城市污泥中含有大量肠球菌,可携带抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)和毒力基因(virulence gene,VGs),从而具有潜在的耐药性和致病性,对人类健康存在巨大威胁.为此考察了热水解污泥在中温(40℃)/高温(55℃)厌氧消化过程中肠球菌的耐药表型、基因型及携带VGs的变化规律.结果表明,厌氧进泥中肠球菌对阿奇霉素的耐药率均显著高于螺旋霉素和四环素.高温厌氧对肠球菌的数量及耐药性具有更好地控制及削减效果.高温厌氧消化可能会促进四环素类抗性基因在肠球菌的表达.中温、高温厌氧消化可促进ARGs在肠球菌中发生水平转移,导致其潜在双重甚至多重耐药性增加.中温厌氧消化可降低肠球菌同时具有潜在致病性和耐药性的几率,而高温厌氧消化则会增加此风险.     

聚丙烯微塑料对污泥厌氧消化效能作用影响

以聚丙烯（PP）微塑料为研究对象,考察不同浓度PP微塑料对污泥厌氧消化产CH₄和产酸效能的作用影响,同时采用荧光定量PCR方法定量检测了乙酸激酶（AK）和mcrA基因在不同PP微塑料作用下的丰度变化.结果表明,PP微塑料对污泥厌氧消化产CH₄和产酸效能具有促进影响,CH₄和乙酸累计产量随PP微塑料投加量的增大而升高,当PP微塑料投加量为0.2g/g VSS时,CH₄和乙酸累计产量与空白对照相比分别提高148.2%和15.2%,达227.1mL/g VSS和1291.2mg/L.相应地,mcrA基因丰度随之提高98.2%,表明PP微塑料对产甲烷菌的生长和繁殖具有促进作用,进而强化污泥厌氧消化产CH₄效能.     

温度对聚磷菌活性及基质竞争的影响

本研究以30℃高温条件下稳定运行的强化生物除磷(EBPR)反应器的污泥为对象,探讨温度对高温聚磷菌(PAOHT)活性及基质竞争能力的影响.结果表明,在15~30℃温度范围内,PAOHT的活性以及对基质的竞争能力随温度升高不断增强,当温度为30℃时,PAOHT的厌氧释磷(以P/VSS计)、好氧吸磷(以P/VSS计)以及乙酸吸收速率(以HAc/VSS计)分别为239.46、79.90、357.47 mg·(g·h)~(-1),对应的ΔP/ΔHAc为0.628,均高于常温PAO.利用简化的阿伦尼乌斯公式对不同温度下试验污泥的厌氧释磷、好氧吸磷和乙酸吸收速率进行拟合,得出其温度系数分别为1.08、1.07和1.05.     

华东地区某饮用水源地中磺胺类抗性基因的分布特征

饮用水源中检测到的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)对饮用水质安全和人体健康产生的潜在威胁受到广泛关注.在掌握了华东地区某饮用水源地13种磺胺类抗生素的污染特征基础上,进一步采用定性PCR和荧光定量PCR解析该饮用水源水和底泥中磺胺类ARGs(sul1、sul2)以及抗性基因可转移元件Ⅰ型整合酶基因(int I1)的分布特征.结果表明,3种基因在该饮用水源水和底泥中均100%检出,sul1基因是该饮用水源地中检出含量最高的磺胺类ARGs,在水源水中含量范围为1.5×104~6.4×105copies·mL~(-1),底泥中则高达1.6×108copies·g~(-1),较sul2、int I1基因分别高0.6~2.2、0.5~1.9个数量级.sul1、sul2和int I1基因在该水源地入水口和出水口处的绝对含量无显著差别,而在底泥中sul1、sul2和int I1基因的绝对含量则是出水口高于入水口.sul1在夏季水源地出水口的检出含量最高,为6.4×105copies·mL~(-1);int I1基因在冬季的检出含量高于其他季节.sul1基因与13种磺胺类抗生素具有相关性(r=0.69,P0.05),其中与磺胺甲唑的含量显著相关(r=0.79,P0.01);int I1与sul1、sul2的相对含量之间也存在正相关关系(r为0.80和0.73,P0.05),这表明int I1在磺胺类ARGs的水平转移过程中起到了重要作用.本研究为典型饮用水源地中ARGs的污染现状提供基础数据,也为管控饮用水环境的抗性基因污染和制定管理决策提供依据.     

“热水解-高温厌氧消化”工艺处理高含固率剩余污泥的中试研究

采取热水解(70℃)-高温厌氧消化工艺处理高固含率(8%~9%)的剩余污泥(中试).该工艺利用SRT为3 d的热水解促进细胞溶解以及高温厌氧消化加快污泥消化速率,有机物去除能力较强,并获得了较好的污泥稳定化效果.当厌氧消化的SRT在20 d以上时,总VSS去除率达到42.22%以上,且VSS去除率与厌氧消化的SRT呈线性正相关,相关系数达到0.915 3.在实际应用中,推荐高温厌氧消化的SRT为25 d.当停留时间接近时,本工艺与运行良好的传统污泥厌氧消化工程(含固率3%~5%)以及采用德国技术的高固消化工程的有机物去除率和甲烷产率相当.     

厌氧消化对污泥中抗生素抗性基因削减的影响

为了系统地了解厌氧消化及其强化工艺对污泥中抗生素抗性基因的削减效果,明确抗性基因在厌氧消化过程中的降解机制,从几种常见的厌氧消化工艺入手,结合国内外研究进展,综述了高温厌氧消化、预处理和投加外源添加剂等强化工艺对污泥中不同抗生素抗性基因的削减效果和影响因素,发现污泥中抗生素抗性基因的归趋主要与污泥中选择性压力的大小、宿主菌群的丰度、水平转移的效率和抗性基因的耐药机制等有关。厌氧消化及其强化工艺主要通过破坏污泥细胞结构,减少宿主菌群丰度或降低抗性基因水平转移风险的作用机制来实现抗生素抗性基因的高效削减。     

四环素对污泥蚯蚓粪中微生物种群和抗性基因的影响

城市污泥中高含量的四环素可能会致使污泥蚯蚓堆肥产物中携带高丰度的抗性基因,降低其利用价值.本实验采用赤子爱胜蚓处理添加不同含量四环素(100、500和1 000 mg·kg-1)的新鲜污泥,以不添加为对照组,分析微生物种群和四环素抗性基因(tet C、tet G、tet M、tet W和tet X)及整合子基因(int I1)在不同四环素选择性压力下的变化,揭示四环素含量对污泥蚯蚓堆肥中微生物种群和抗性基因的影响.结果表明,添加四环素降低了污泥蚯蚓堆肥产物中变形菌门的丰度但增加了拟杆菌门的丰度,且四环素的含量与细菌的Shannon和Pielou指数有明显的负相关关系.同时,添加四环素致使int I1增加了4. 25倍;四环素类抗性基因增加了4. 7～186. 9倍,其中tet M基因丰度与四环素含量呈现出显著的正相关关系.因此初始污泥中较高含量的四环素会改变污泥蚯蚓粪的微生物种群结构,增加抗生素抗性基因的丰度和传播风险.     

高温污泥厌氧消化器的启动

污泥厌氧消化是最常用的污泥减量化和稳定化技术,高温消化污泥稳定快,但我国缺乏启动和运行经验,故进行了高温厌氧消化器处理剩余活性污泥的中试启动试验.所采用的消化器为内循环消化器,它属于升流式反应器.依赖回流沼气控制反应器的水力状况.启动采用了分步适应的策略,促进厌氧细菌适应温度、反应器构型和处理对象的变化.主要措施有:启...     

四环素抗生素对污泥中四环素抗性基因丰度和表达水平的作用影响

为研究四环素(TC)抗生素对其抗性基因(TC-ARGs)转录表达的作用影响,以从活性污泥中筛选获得的四环素抗性细菌(TRB)作为研究对象,采用荧光定量PCR和逆转录PCR方法检测了7种TC-ARGs,包括tet A、tet C、tet G、tet M、tet O、tet W和tet X基因的丰度和表达水平,并探讨了TC与TC-ARGs丰度及其表达水平之间的相关关系.结果表明,在整个培养周期内,tet A、tet G和tet W基因丰度随TC暴露浓度的增大总体呈现上升趋势,但其余TC-ARGs基因丰度整体波动较大. TC胁迫对不同TC-ARGs的转录表达水平作用影响差别较大,其中,tet A基因表达水平相对稳定,且随TC浓度的升高而上调,在TC浓度为100 mg·L~(-1)时,其上调倍数高达5. 3倍.在短期(1 d) TC胁迫下,TC-ARGs转录表达水平随TC浓度的升高整体呈现上调趋势.由相关性分析可知,tet A和tet W基因丰度与其转录表达水平之间存在显著的线性相关性,表明其基因丰度可在一定程度上衡量和评价其抗性表达水平,进而反映其功能活性和环境风险.     

污泥厌氧发酵产酸关键影响因素的函数模型研究

本研究以城市剩余污泥预处理液作为底物,调节底物不同C/N比,测定了厌氧发酵过程中几种关键酶的酶活及发酵产物乙酸、丙酸及丁酸的浓度.同时,利用Matlab软件通过回归分析和函数拟合构建了C/N比-关键酶活-酸产量之间的多项式函数模型,发现所建立的二元三次多项式模型的拟合优度R2均大于0.9,且残差平方和较小,因此,判定二元三次多项式更适合描述C/N比-关键酶活-酸产量的数学关系.最后,建立了关键酶活、C/N比和产酸量三因素间的曲面模型,发现该模型能够很好地描述污泥厌氧发酵中C/N比条件对关键酶和产酸类型的影响,并能进一步预测C/N比所对应的酶活和产酸发酵类型,可为今后的实验研究及工程放大提供理论参考.     

零价铁对厌氧消化过程中氨氮抑制解除的影响

氨氮抑制是影响高含固有机固体废弃物厌氧消化产甲烷效率的重要因素.本研究通过实验室批量实验,考察了微米级零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化的影响以及对高氨氮抑制解除的影响.结果表明,投加4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化过程中的产甲烷速率、迟滞时间和产甲烷潜势等动力学特征均未有影响.但是,在高氨氮抑制的厌氧消化过程中, 4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)的零价铁投加可使厌氧消化受氨氮抑制的产甲烷迟滞时间由对照组的18.61 d分别缩短为17.22 d和16.18 d,最大产甲烷速率(以VS计)由对照组的6.34 mL·(d·g)~(-1)提升为7.84 mL·(d·g)~(-1)和7.39 mL·(d·g)~(-1).零价铁并未通过化学反应对厌氧消化的pH缓冲体系产生直接影响,而是使氨氮抑制后的产甲烷优势古菌Methanosarcina的相对丰度(27 d)由对照组的30.71%提升到53.50%和60.30%.本研究证明了零价铁并不能提升污泥产甲烷潜势,而只是在受抑制影响的厌氧消化过程中,刺激产甲烷微生物的代谢活性,强化如氨氮抑制影响的快速解除.     

腐殖酸影响剩余污泥厌氧消化过程实验研究

以实验室培养、几乎不含腐殖质和金属离子的剩余污泥作为研究对象,选择与市政污泥中腐殖酸特征相近的市售腐殖酸为外加填充物,实验研究污泥中所含腐殖质对污泥厌氧消化过程的抑制作用.通过设置腐殖酸不同投加比例(0、5%、10%、15%和20%,以VSS计),探究腐殖酸对厌氧消化不同过程的影响.实验结果表明,腐殖酸抑制厌氧消化生物气产气量.填加15%腐殖酸时对厌氧消化产气量抑制作用最为明显,较未添加腐殖酸对照组产气量下降了35%;但并未对生物气中CH_4体积比产生太大影响,说明抑制影响是对生物气整体性的.腐殖酸亦可抑制厌氧水解过程,投加20%腐殖酸实验组实验结束时残留于上清液中的溶解性多糖、蛋白质浓度分别是对照组的2.2和1.6倍.然而,腐殖酸作为外源电子受体,可以在一定程度上促进酸化过程,其程度在填加20%腐殖酸实验组表现最高,较对照组VFAs提高了11.3%.腐殖酸投加未对系统pH产生明显影响,各实验组pH值均在7.09~7.54间变化.     

长期暴露下纳米TiO2对厌氧颗粒污泥体系稳定性的影响

以厌氧颗粒污泥为研究对象,通过静态试验和连续流厌氧反应器,重点研究了长期暴露下纳米TiO_2在对厌氧产甲烷体系的影响及其在颗粒污泥中的归趋.结果表明,短期急性暴露于150 mg·g-1(以VSS计)的纳米TiO_2尽管会暂时减缓产甲烷速率,但产酸阶段及产甲烷阶段代谢产物总量不会明显受到影响,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥具有较低的急性毒性.反应器运行结果表明,纳米TiO_2的长期暴露可导致挥发性脂肪酸(VFAs)积累及生物气产量降低,产酸菌比产甲烷菌对纳米TiO_2的累积效应更加敏感,纳米TiO_2抑制机制可归因于"物理遮蔽"作用.出水中TiO_2的平均含量只有0.632 mg·L~(-1),绝大多数纳米TiO_2都被截留在了反应器中.FISH检测表明,厌氧颗粒污泥微生物的菌群结构有所变化,纳米TiO_2在反应器内的积累使得甲烷八叠球菌的丰度大幅增加了115.6%,其优势地位明显增强.长短期暴露试验的结果对比也说明,用短期暴露试验来说明纳米颗粒对厌氧体系的长期累积效应具有一定局限性,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥中微生物的负面影响需要较长时间的积累才会显现.本研究结果可为厌氧污水处理体系中纳米颗粒的潜在生态风险评价提供理论支持和参考依据.     

酸-碱预处理促进剩余污泥厌氧消化的研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效率,投加酸和碱对污泥进行预处理,对比分析了不同预处理方式（单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理）对污泥水解酸化的影响,并研究了各种预处理方式对后续厌氧消化产甲烷效率的影响.结果表明,单独碱处理的溶解性化学需氧量（SCOD）溶出量比酸碱联合处理要大16%左右,预处理第8 d,达到5 406.1 mg.L-1.采用先酸（pH 4.0,4d）后碱（pH 10.0,4 d）预处理,在污泥水解酸化过程中,乙酸产量及其占总短链脂肪酸（SCFAs）的质量分数均高于其他预处理方式,其乙酸产量（以COD/VSS计）可达到74.4 mg.g-1,占总SCFAs的60.5%.酸-碱预处理后污泥混合液的C∶N比值为25左右,C∶P比值在35～40之间,这比单独碱处理和碱-酸处理后的C∶N和C∶P比值更有利于后续厌氧消化.通过对比研究发现,酸-碱预处理后,厌氧消化到第15 d,酸-碱预处理污泥的累积甲烷产量（CH4/VSS加入）达到136.1 mL.g-1,分别是空白对照、碱-酸预处理和单独碱预处理方式的2.5、1.7和1.6倍,厌氧消化效率最高.经过8 d酸-碱预处理和15 d的厌氧消化,挥发性悬浮固体（VSS）总去除率达到60.9%,污泥减量效果比其他预处理要好.很显然,酸-碱预处理方式更有利于污泥厌氧消化及污泥减量化.