膜生物反应器中不同阶段微生物群落结构演变的研究

为了研究膜生物反应器（membrane bioreactor, 简称MBR）中微生物群落结构的演变情况,对不同阶段运行状况下(包括培养驯化阶段、初期增长阶段、污泥流失阶段和恢复成熟阶段4个阶段)污泥中的微生物进行了考察。从MBR污泥中提取细菌总基因组DNA,进行聚合酶链式反应变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)图谱的直观分析,以及总细菌的Shannon多样性指数、各污泥样品的相似性分析和聚类分析。研究表明,反应器中的微生物群落比较丰富。不同的阶段状况下,微生物的群落结构变化比较明显,能够比较好地反映MBR的运行状况和系统处理效能的关系,并且发现微生物的群落结构能够随着反应器的运行状况的变化做出调整恢复。     

闽南地区低温下复合填料强化生物滤柱除臭及微生物分析

通过搭建复合填料-生物滤柱反应装置,在厦门冬季低温环境下开展复合填料（蜂窝煤渣、活性炭、蜂窝沸石和陶粒）强化生物滤柱除臭研究,分析了除臭微生物群落组成特性。复合填料-生物滤柱装置在启动运行15 d时其COD去除率达到85%以上且保持稳定,对H₂S和NH₃的最大去除率可分别达到91.77%和82.53%,表明挂膜成功。菌群分析结果表明：以H₂S、NH₃等臭气喷淋液为基质的生物滤柱驯化挂膜过程会降低微生物的丰度和多样性;菌属Thiothrix、Ferruginibacter、Burkholderiaceae、Tahibacter、Dinghuibacter、Cloacibacterium和Kosakonia是除臭过程的优势功能微生物和臭气成分降解的贡献者。本研究阐明了复合填料生物膜内功能菌属对H₂S、NH₃等臭气喷淋液有机质的生物降解/转化机制,并进行了物料平衡分析;复合填料-生物滤柱装置对H₂S与NH₃的平均去除率分别达到90.77%和72.53%,具有良好的生物除臭效果与运行稳定性。本研究可为南方低温季节的污水臭气治理提供技术参考和理论支撑。     

间歇曝气生物炭湿地中污染物的去除特征及微生物种群结构

生物炭作为一种疏松多孔的吸附材料,近年来被广泛应用于受污染水体净化。通过构建生物炭投加比为0、10%、30%和40%的间歇曝气湿地系统(分别命名为CW、BW1、BW2和BW3),探究了生物炭投加比例对间歇曝气湿地中污染物去除及微生物群落结构的影响。结果表明,投加生物炭可提高湿地系统曝气段水体中平均溶解氧(DO)浓度。其中,BW3曝气段平均DO浓度为2.5 mg·L−1,相较于CW提高了13.6%,但添加生物炭对非曝气段DO浓度影响不显著(P>0.05)。所有湿地系统水体中化学需氧量(COD)去除率均高于90%,生物炭添加对耗氧有机物去除的影响并不显著。当生物炭投加比例由0增加至40%时,氨氮的去除率由80.76%提高至99.43%。生物炭可以显著提升湿地系统总氮的去除效果,BW3的总氮去除率相较于空白对照提高了18.5%,且在各反应器出水中均未检测到硝态氮(${{\rm{NO}}_3^ -} $-N)和亚硝态氮(${{\rm{NO}}_2^ -} $-N)。高通量测序结果显示,在门类水平,生物炭增加了拟杆菌门(Bacteroidetess)和变形菌门(Proteobacteria)数量,降低了放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和螺旋体菌门(Saccharibacteria)的相对丰度。各湿地系统中已检出与脱氮相关的菌属共13种,生物炭投加可提升Nitrospira、Thauera、Rhodobacter和Pseudomonas等10余种与脱氮相关的菌落丰度。在间歇曝气湿地系统中,生物炭可以通过增加脱氮相关菌属,提高对氮素污染物的净化效果。     

生物栅处理受污景观水体效果及机制研究

以植物、微生物为生物处理要素构建生物栅,处理污染的景观水体.选用的水生植物黄花美人蕉(Canna indica)的二级、三级根系与作为微生物载体的组合填料交织成强大的网状结构,起到固定植物、微生物附着载体及为生态系统提供氧气的作用,同时在生物栅装置运行的前期(约2 h)对污染物起到网捕、吸附作用.由网捕、吸附作用对TN、TP、NH4 -N的去除率分别为7.2%、12.5%和10.3%,对胶体态UV254的去除率为89.6%.在不进行人工曝气的条件下,生物栅主要处于微氧状态,DO维持在1.40～1.50 mg/L.生物栅的微氧状态有利于总有机碳(TOC)的去除(去除率为52.2%),特别是难降解有机物的去除(溶解态UV254去除率为27.9%),这对处理含有一定量难降解有机物的景观水体具有重要意义.由于生物栅的微氧状态及生物膜的DO浓度梯度的存在,使得微生境存在好氧、缺氧和厌氧的不同含氧状态,因而生物栅同时具有硝化、反硝化作用,并有一定的除磷效果.在水力停留时间(HRT)为72 h时,生物栅对TOC、COD、TN和TP的去除率分别为52.2%、57.6%、60.9%和82.4%.     

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。     

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NH4+-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NH4+-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NH4+-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。     

基于不同填料的海水养殖系统的水质净化

氨和亚硝酸盐是海水养殖系统的主要有毒物质,两者的高效去除是水产养殖领域的主要目标。为得到一种安全、高效、经济的海水养殖系统,建立了由3种不同填料构建的海水养殖系统,对在海水盐度与循环流水的胁迫下滴流滤器硝化功能的建立与运行状况进行了研究,并用高通量测序的方法对系统中具有硝化功能的种群结构进行分析。结果表明,在挂膜阶段,以3D益菌屋为填料的滤器硝化功能建立最快,陶瓷生物珠次之,中空培菌球最慢。不同填料对挂膜成熟后的滴流滤器的硝化速率有较大影响,对氨氮和亚硝氮去除效果由高到低的顺序是：3D益菌屋>陶瓷生物珠>中空培菌球。水力负荷对不同填料的影响不同,以3D益菌屋和中空培菌球为填料的滤器对氨氮去除效果随水力负荷增加而增强,在水力负荷为93.56 m3·（m3·h）-1时效果最优,而以陶瓷生物珠为填料的滤器在水力负荷为46.78 m3·（m3·h）-1时效果最优。滤器中共检测出以亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）、硝化球菌属（Nitrococcus）、硝化刺菌属（Nitrospina）、硝化螺旋菌属（Nitrospira）为主体的7种具有硝化功能的菌群,3种滤器中硝化细菌占比差距较大,分别为7.73%、2.06%和1.46%,硝化速率与硝化细菌占比呈正相关。     

土霉素生产废水生物处理装置中微生物群落结构特征解析

抗生素对细菌具有强抑制作用,从而会影响废水生物处理系统中的微生物群落结构。在用定量PCR方法对土霉素生产废水处理装置(进水中土霉素浓度为1 662.1±248.6μg/L)中的细菌16S rRNA基因和真菌18S rRNA基因的含量进行比较的基础上,利用16S rRNA基因克隆文库方法对污泥中的细菌群落结构进行了详细解析。定量PCR结果显示,土霉素废水活性污泥中真菌(18S rRNA)/细菌(16S rRNA)基因的拷贝数比例高达1.2,明显较高于非抗生素肌苷废水活性污泥中的比例1.52×10-6,表明真菌对于土霉素废水中有机物的去除可能发挥重要作用。细菌克隆文库分析结果显示,Alpha变形菌和Beta变形菌是主要的优势菌,比例分别为23.7%和22.0%,其次是酸杆菌(17.0%)和拟杆菌(11.9%)。     

生物基质对SWIS脱氮效果及微生物的影响

为考察不同地下渗滤系统装置沿程脱氮效果的差异和脱氮微生物群落结构的分布状况,构建了2套改良装置(煤渣-生物基质的1#、煤渣的2#),对沿程出水的COD、氨氮、TN浓度和填料内的脱氮微生物丰度进行了测定分析。结果表明：系统在水力负荷为15 cm·d-1下,1#和2#装置对氨氮平均去除率分别为75.59%、80.00%,对TN平均去除率分别为60.63%、57.96%,1#的脱氮效果略优于2#装置;由沿程氮污染物浓度变化可知,2套装置的TN去除范围主要在层高60~80 cm处。与2#装置相比,添加生物基质的1#装置TN去除率提高了9.60%,且其装置内的Bradyrhizobium、Pseudolabrys、Dongia、Rhodanobacter、Rudaea等脱氮细菌的丰度也分别提升了0.51%、1.52%、1.02%、10.49%和3.15%。因此,生物基质可促进SWIS内部脱氮微生物丰度提升,并通过提供反硝化的碳源来强化脱氮效果。     

生物强化系统微生物分子诊断技术的应用及新发展

现代分子生物技术的飞速发展及其在环境研究领域的应用，为生物强化技术的研究和发展提供了新方法和新思路。本文从生物强化系统特异微生物检测及定量化技术、生物强化系统微生物群落结构组成及动态演替规律研究、生物强化作用机制的分子生物学解析、生物强化菌的基因工程构建、生物强化系统微生物的安全释放及控制技术几方面，对生物强化系统微生物分子诊断技术的应用和发展作了较为全面的综述。     

高效净化黑臭水体微生物菌剂的研究

使用微生物菌剂是黑臭水体治理的常用手段,对于高效菌剂的研究具有重要意义.当前对于菌剂的研究主要集中于土著菌剂及工程菌剂两大类型.选取本实验室自主研发的土著菌剂A及市场购买的工程菌剂B为两类菌剂代表,通过实验比较两种菌剂对黑臭水体的净化效率,并通过高通量测序分析比较经两种菌剂分别净化后黑臭水体微生物群落结构的差异,从微生...     

生物钯强化反硝化及群体感应调控

水体氮素污染对生态环境和人类健康具有严重的威胁,因此,探索高效的污水脱氮方法成为水处理领域高度关注的焦点。本研究利用厌氧活性污泥原位合成零价钯(Bio-Pd⁰),探究了钯负载量对反硝化效果的影响。结果显示,负载适量的钯可以加快反硝化酶对电子的利用速率,从而减少亚硝酸盐和N₂O的积累,使硝酸盐的去除率提高了38.54%,而过量的钯负载会抑制生物反硝化效率。从微生物代谢和群体感应两方面进行了机理分析,结果表明,负载适量的钯能够促进微生物的代谢,从而提高对有机物的利用效率。并且添加0.2 g·L⁻¹群感抑制剂(QSI)猪肾酰化酶能进一步强化生物反硝化效果。本研究结果对改善污水脱氮效率具有重要的参考价值。     

醌指纹法及其在环境微生物领域的应用

微生物在环境中的丰度和多样性受到广泛关注.系统介绍了一种通过分析微生物菌群中电子传递体的种类和数量来表征其群落丰度和多样性的方法——醌指纹法.综述了醌指纹法的原理和检测分析手段,归纳了醌指纹法在废水处理、水体、土壤和堆肥环境场景中的应用,此外还分析了醌指纹法的优缺点.最后,对醌指纹法在未来微生物治理领域的应用进行了展望...     

生物强化系统微生物分子诊断技术的应用及新发展

现代分子生物技术的飞速发展及其在环境研究领域的应用,为生物强化技术的研究和发展提供了新方法和新思路.本文从生物强化系统特异微生物检测及定量化技术、生物强化系统微生物群落结构组成及动态演替规律研究、生物强化作用机制的分子生物学解析、生物强化菌的基因工程构建、生物强化系统微生物的安全释放及控制技术几方面,对生物强化系统微生物分子诊断技术的应用和发展作了较为全面的综述.     

竹炭及其改性产品作为生物载体的应用研究

为了研究竹炭及其改性产品在污水处理中作为微生物载体的可行性,在曝气生物滤池工艺中研究了竹炭及其改性产品(硝酸改性、双氧水改性和超声改性竹炭)对污染物(COD及NH4+-N)的处理效果。结果表明,超声改性竹炭的处理效果最好,对COD及NH4+-N去除率分别达93.34%和50.94%,而其他改性竹炭的处理效果无显著提高。基于PLFA技术分析各载体上的微生物群落结构,结果表明,所有载体上的微生物均以真核和好氧原核生物为主,超声改性竹炭上的生物量高于其他填料且厌氧细菌数量最多。此外,基于碘吸附值和SEM技术分别对改性竹炭的吸附性能和形貌进行分析发现,超声改性竹炭上的微孔数量增加,孔壁更为粗糙。因此,超声改性竹炭这种生物质新材料有望成为优良的水处理微生物载体。     

pH对SBR处理效果及活性污泥微生物群落结构的影响

采用序批式生物反应器（SBR）对pH值为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0的原水进行处理,发现COD和TN去除率在pH=8.0时达到最大,NH4+-N去除率随pH升高而增大,在pH=10.0时可达91.0%,碱性条件下污水处理效果更佳;利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术分析不同pH值下的活性污泥总细菌群落结构,其结果显示,碱性条件下的优势菌为β-proteobacterium,承担脱氮功能的细菌中可培养的是Rhodanobacter sp.,pH=8.0时总细菌多样性指数最高。     

种植不同植物的表面流人工湿地净化效果和微生物群落差异分析

为了解植物种类对表面流人工湿地的净化效果的影响及其与微生物群落的关系,研究了4种植物条件下表面流人工湿地的氮磷平衡以及微生物群落结构。结果表明,各组人工湿地对氨氮(45.53%~80.95%)、总氮(53.67%~80.30%)和总磷(32.97%~55.77%)都有较好的处理效果,种植植物的人工湿地比未种植的人工湿地具有更高的氨氮、总氮和总磷去除效果,其中黄菖蒲组对氮的去除效果最好,美人蕉组对磷的去除效果最好。在表面流人工湿地中,微生物作用(34.84%~45.44%)是人工湿地氮去除的主要途径,基质吸附(20.90%~23.91%)是人工湿地磷去除的主要途径,但是种植植物的人工湿地的氮磷通过微生物去除的量更高。高通量测序分析表明,相较于未种植植物的人工湿地,种植植物的人工湿地显示出更高的微生物丰富度、多样性和更高的脱氮除磷功能微生物的丰度。假单胞菌属、不动杆菌属、芽孢杆菌属和硝化螺菌属是人工湿地中主要的脱氮菌属,也是种植植物的人工湿地高生物脱氮的原因。假单胞菌属和不动杆菌属丰度增加是种植植物的人工湿地高生物除磷的原因。     

红霉素生产废水中微生物群落结构分析

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术（PCR—DGGE）研究了序批式活性污泥法（SBR）处理红霉素生产废水过程中从厌氧处理阶段到好氧处理阶段的微生物群落结构变化,并对微生物群落的部分优势细菌进行了克隆测序和系统发育树分析。结果表明,微生物群落丰富度随SBR处理进程呈递增趋势;微生物群落的相似性在相邻的处理阶段间相对较高,相隔越远的处理阶段间则越低;6种优势菌的同源性均在95％以上,其中有4种细菌均为厌氧和好氧处理阶段的优势菌,有1种细菌仅为好氧处理阶段的优势菌。     

混凝剂对生物造粒流化床污泥中微生物生理生态的影响研究

为了系统研究聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)对生物造粒流化床颗粒污泥生理生态的影响,对投加PAC或PAM后活性污泥的特性和硝化菌群的空间分布进行了对比研究,同时考察了投加混凝剂后的污染物去除效果.结果表明,与不投加混凝剂相比,投加PAC后,运行60 d时反应器中混合液悬浮固体(MLSS)、混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)浓度分别提高了73％、29％;通过平板计数法计算结果可知,未投加混凝剂、投加PAC、投加PAM的反应器中微生物的增长是非常稳定的,投加PAC或PAM都促进了细菌的生长和繁殖;荧光原位杂交鉴定结果表明,各个反应器中亚硝化菌(AOB)或硝化菌(NOB)所占比例均基本相当,且AOB数量均略高于NOB数量;投加PAC或PAM都能够提高COD的去除率;投加PAC可大大提高TP的去除率;3个反应器中各种形态氮的去除效果非常接近,脱氮主要靠硝化菌群的生物降解作用,投加PAC或PAM对微生物的硝化作用没有抑制.