生物膜脱氮滤池的微生物群落结构特性

为探究生物膜脱氮滤池脱氮效能差异的微生物因素,设置组1(包括接种污泥、稳定期滤料、反冲洗后滤料微生物变化)和组2(包括反冲洗前滤料、反冲洗后不同时间段滤料微生物变化)两组实验,通过高通量测序,研究不同阶段微生物群落结构、丰度和多样性的分布情况.结果表明:接种污泥与滤料表面微生物群落结构和多样性在门水平下差异不大,但在属水平下差异显著,而相对丰度在两种分类水平下始终差异显著.反冲洗后0～4 h滤料表面微生物的OTU数目、Shannon指数、Chao1指数变化,在滤池30 cm处先升后降,而在60 cm处曲折上升,也即二者的微生物丰度和多样性变化趋势.反冲洗前后Proteobacteria始终占主导地位,相对丰度为79%～90%,Proteobacteria中Betaproteobacteria占主导优势,反冲洗后Betaproteobacteria数量相对减少,后逐渐恢复.总反硝化优势菌属相对丰度在反冲洗1 h后30 cm处由78%左右下降到70%左右,60 cm处由68%左右下降到64%左右,此时出水总氮达到最高值7.7 mg·L~(-1),之后总反硝化优势菌属及出水TN浓度逐渐恢复至正常水平,这种消长变化表明滤池脱氮效果与总反硝化优势菌属相对丰度密切相关,滤池运行状态的改变使得反硝化优势菌属的群落结构差异显著.     

碳源投加方式对低C/N污水脱氮除磷性能及菌群结构影响

为揭示碳源投加方式对低碳污水氮磷去除影响,采用A2/O系统处理模拟低C/N(C/N为2.0~4.0)污水,分别在污泥回流池、进水端投加碳源,对比研究2种方式条件下的系统氮磷污染物去除效果及微生物菌群结构特点。结果表明:与传统进水端投加碳源方式(阶段Ⅳ)相比,在污泥回流池投加等量碳源(阶段Ⅲ),有利于实现更佳的脱氮除磷效果。阶段Ⅲ的TN、TP去除率分别为54.5%、63.9%,高于阶段Ⅳ的氮、磷去除率(TN和TP去除率分别为44.9%、21.7%)。高通量测序结果表明:2种碳源投加方式均改变了微生物菌群丰富度和多样性,且在污泥回流池投加碳源更有利于优势菌群的富集,该阶段红游动菌属(Rhodoplanes,2.3%)、脱氯单胞菌属(Dechloromonas,1.6%)及生丝菌属(Hyphomicrobium,1.4%)为优势菌属,其比例均高于阶段Ⅳ。     

厌氧氨氧化反应器微生态的研究

运用显微技术、常规的分离纯化和分子生物技术的方法研究了厌氧氨氧化系统中微生物群落结构和多样性.在实验室条件下,上流式厌氧污泥床(UASB)反应器和UASB生物膜反应器在无机和黑暗的条件下成功富集了厌氧氨氧化菌,在适宜的温度30-34℃和pH7～8条件下,氨氮和亚硝酸盐氮在UASB反应器的去除率分别为99.99%和99.9%,在UASB生物膜反应器的去除率分别为99.3%和97.4%.通过传统的鉴定方法分析了该系统中的细菌、真菌和放线菌,表明2套反应器中微生物类群基本一致,都以厌氧或缺氧的细菌为主,大部分微生物在污泥中浓度很低.电镜观察发现优势菌是大小为(0.6～0.8)μm × (0.9～1.2)μm的椭圆形菌,占菌群的90%以上.变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)和16SrDNA片段的酶切表明该系统只有1种优势的微生物,微生物多样性不高.     

C/N对污泥厌氧发酵产酸类型及代谢途径的影响

研究了污泥的初始C/N对污泥发酵产酸类型的影响及产酸代谢途径.初始C/N在12时,形成的是乙酸型发酵类型;当初始C/N在56左右,可实现丙酸型发酵类型;而当C/N处于156时,则形成丁酸型发酵.不同发酵产酸类型的形成是由优势产酸菌群的改变导致的.末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)微生物种群的结果表明,构成乙酸型发酵类型的主要优势菌群为消化链球菌属;而丙酸型发酵类型中的优势菌群则为丙酸杆菌属;梭菌属则是丁酸型发酵类型中的优势产酸功能菌.有机酸代谢途径中关键酶活性检测结果表明,在低C/N条件下,乙酸的累积主要是通过氨基酸之间的Stickland反应形成,而随着C/N值的增大,导致丙酸和丁酸累积的主要代谢途径转变为糖酵解的丙酮酸途径.     

废水脱氮与沼气脱硫耦联菌株的驯化和分离

在不接种污泥、接种厌氧污泥和接种好氧污泥的条件下,采用鼓泡反应器研究猪场废水脱氮与沼气脱硫耦联反应器的启动及关键微生物.试验前期(第26 d前),接种污泥反应器的脱氮脱硫率为50%～64%,而不接种污泥反应器的脱氮脱硫率只有11%～14%.到驯化结束时(第56 d),3个反应器的脱氮效率为90%左右,脱硫效率达到70%以上.结果表明,不接种污泥反应器经过一段时间驯化后也可以达到同样的脱氮脱硫效果,只是启动时间比接种污泥的反应器稍长.在反应器启动期间,于不同时段分别进行了微生物种群动态变化检测,结果显示微生物种群数量变化与3个反应器的脱氮脱硫效果变化趋势基本一致.在驯化成功的反应器中,分离筛选出氮硫去除率同时达到60%以上的菌株2株,初步鉴定为脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)和假单胞菌属(Pseudomonas)细菌.     

低温下丝状菌膨胀污泥的微生物多样性

为探究低温下丝状菌污泥膨胀过程中微生物多样性的变化特征,实验采用低温-SBR反应器成功诱发污泥膨胀,并借助Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了不同沉降性能下活性污泥微生物群落的整体变化特征、各特定菌群及特定菌属的变化特征.结果表明,在系统运行温度降至(14±1)℃后可成功诱发丝状菌污泥膨胀,SVI可恶化至663.99 mL·g~(-1),且膨胀后COD去除率和TN去除率仍能维持在90%和86%左右.低温下污泥膨胀的发生不仅会导致系统内微生物整体多样性和均一性的降低,使特定菌群中丝状菌群的丰度由0.49%增至26.04%,还会使脱氮菌群的丰度由21.04%减少至13.99%、除磷菌群的丰度由4.25%减少至1.93%.发现的5种丝状菌属中,以Thiothrix为代表的3种菌属的丰度递增,仅Haliscomenobacter的丰度递减;发现的19种脱氮菌属中,以Nitrosomonas为代表的5种菌属的丰度递增,以Nitrospira为代表的7种菌属的丰度递减;发现的8种除磷菌属中,Pseudomonas和Tetrasphaera的丰度递增,以Candidatus_Competibacter为代表的5种菌属的丰度递减.虽然污泥膨胀对微生物菌群结构产生较大影响,但不同泥样中始终存在的477个OTUs和227个菌属说明膨胀过程中反应器内主体微生物仍呈相对稳定状态.     

硫酸盐还原反应器污泥驯化过程中微生物群落变化分析

采用PCR-DGGE技术,对硫酸盐还原反应器UASB污泥驯化过程中微生物群落的变化进行了分析.结果表明,污泥驯化过程中,微生物群落生物多样性与反应器硫酸盐及COD去除率呈明显的正相关,微生物群落Shannon指数大于3.45时,反应器硫酸盐去除率稳定在95%左右;对DGGE图谱中优势条带进行回收克隆并测序表明,污泥中微生物群落主要包含Firmicutes、Proteobacteria、Deinococcus-Thermus和Chloroflexi这4大类群,分别占总数的50.0%、28.6%、14.3%和7.1%;其中厌氧发酵细菌Clostridium sp.在驯化全过程中均占优势,但优势菌群的种类发生变化;厌氧细菌Chloroflexi sp.、Geopsychrobacter sp.等在污泥驯化过程中曾成为优势菌群但之后消亡;厌氧细菌Geobacter sp.则在污泥驯化过程中逐渐成为优势菌群;Desulfovibrio sp.在污泥驯化的最后2个阶段成为优势菌.     

基于MBR不同种泥短程硝化启动的微生物群落结构分析

为明确膜生物反应器(MBR)接种不同污泥启动短程硝化前后微生物群落结构变化特征,采用MBR反应器分别接种硝化污泥(R1)、厌氧亚硝化污泥(R2)和1∶1混合接种厌氧亚硝化污泥和反硝化污泥(R3),获取有利于实现快速短程硝化的污泥源.结果表明,结合间歇曝气和缩短水力停留时间(HRT),R1、R2与R3反应器分别耗时46 d、8 d和30 d成功启动短程硝化,R2反应器启动周期最短.稳定运行期内,R1、R2和R3反应器亚硝累积率平均为92%、93%和94%,R3反应器表现出更稳定的短程硝化性能.ACE、Chao、Shannon和Simpson指数结果表明,稳定运行后,R1和R2反应器微生物丰度和多样性水平均大幅低于接种污泥,R3反应器物种丰度略有减少而多样性水平变化不大.短程硝化成功启动后,3个反应器内的主要菌群为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),且主要脱氮功能菌变形菌门丰度相较于接种污泥均有提高.β-变形菌纲为3个反应器短程硝化系统的优势菌群,分别占比59.6%、63.6%和69.3%.R1、R2和R3反应器内的优势菌属均为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),所占比例分别达12.8%、20.2%和19.7%.相比R1反应器,R2和R3反应器接种污泥内存在一定比例的亚硝化细菌,更有利于系统短程硝化的实现.     

OPCRP填料的SBMBBR处理低温污水脱氮细菌多样性试验

针对低温污水生物脱氮效率低问题,采用有机高分子复合硬性颗粒(OPCRP)-SBMBBR反应器处理低温污水,与传统SBR反应器对比,通过Miseq高通量测序技术分析了2套反应器中活性污泥的细菌菌群多样性及组成结构丰度差异,揭示高效处理低温污水优势脱氮菌群。结果表明:在水温(6.5±1)℃条件下,OPCRP-SBMBBR反应器出水脱氮效果及污泥沉降速率均明显提高;投加填料有助于提高活性污泥系统内硝化反硝化菌多样性和相对丰度,即优势氨氧化菌(AOB)、亚硝酸盐氧化菌(NOB)、厌氧反硝化菌总相对丰度分别由SBR(R1)的3.9%、3.47%、15.87%增加到OPCRP-SBMBBR(R2)的5.21%、5.26%、23.64%。异养硝化-好氧反硝化菌种红环菌科、Enterobacteriaceae、Terrimonas,分别由R1的2.77%、1.63%、2.43%增加到R2的3.3%、3.11%、2.59%; R2独有的好氧反硝化菌种包括假单胞菌属、氢噬胞菌属等,其相对丰度分别为1.17%、0.79%。R1、R2中优势好氧反硝化菌种总相对丰度分别为10.66%、17.35%,优势硝化菌种...     

不同培养条件厌氧氨氧化颗粒污泥性质及微生物群落结构差异

采用膨胀颗粒污泥床(EGSB)和上升式厌氧污泥床(UASB)反应器在不同运行条件下培养厌氧氨氧化颗粒污泥,对比分析颗粒污泥性质和微生物群落的差异性.研究表明接种厌氧氨氧化絮状污泥经过EGSB和UASB反应器运行384 d后,均能实现颗粒化,颗粒污泥平均粒径分别达到1.17 mm和1.21 mm,各范围(<0.2、 0.2～1.5、 1.5～3和>3 mm)的粒径占比为6.06%、 60.05%、 25.25%和8.64%, 7.40%、 58.90%、 32.04%和1.66%.扫描电镜结果表明不同运行条件下的污泥菌群均以短杆菌、球型菌为主.高通量测序结果表明,Shannon指数EGSB反应器为7.52高于UASB反应器为7.18;变形菌门(Proteobacteria)是两个反应器各阶段污泥的主要菌门,浮霉菌门(Planctomycetes)从接种时的3.30%增到第384d的12.30%(EGSB)和13.30%(UASB).EGSB反应器中的主要厌氧氨氧化菌属为Candidatus Brocadia占7.53%,其次为Candidatus Kuenenia属占1.61...     

Bioaugmentation with a pyridine-degrading bacterium in a membrane bioreactor treating pharmaceutical wastewater

The bacterial strain Paracoccus denitrificans W12, which could utilize pyridine as its sole source of carbon and nitrogen, was added into a membrane bioreactor （MBR） to enhance the treatment of a pharmaceutical wastewater. The treatment efliciencies investigated showed that the removal of chemical oxygen demand, total nitrogen, and total phosphorus were similar between bioaugmented and non-bioaugmented MBRs, however, significant removal of pyridine was obtained in the bioaugmented reactor. When the hydraulic retention time was 60 hr and the influent concentration of pyridine was 250-500 mg/L, the mean effluent concentration of pyridine without adding W12 was 57.2 mg/L, while the pyridine was degraded to an average of 10.2 mg/L with addition of W12. The bacterial community structure of activated sludge during the bioaugmented treatment was analyzed using polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis （PCR-DGGE）. The results showed that the W12 inoculum reversed the decline of microbial community diversity, however, the similarity between bacterial community structure of the original sludge and that of the sludge after bioaugmentation decreased steadily during the wastewater treatment. Sequencing of the DNA recovered from DGGE gel indicated that sp., Sphingobium sp., Comamonas sp., and Hyphomicrobium sp. were the dominant organisms in time sequence in the bacterial community in the bioaugmented MBR. This implied that the bioaugmentation was affected by the adjustment of whole bacterial community structure in the inhospitable environment, rather than being due solely to the degradation performance of the bacterium added.     

无机废水硝化过程中原生动物群落结构特征及其变化规律

研究了处理人工氨氮配水的反应器硝化过程中原生动物种群结构特征及其变化规律.研究发现,来自城市污水厂的接种污泥随着运行时间的延长,原生动物的种群多样性不断降低.在亚硝酸盐积累阶段,表壳虫(Arcella)成为优势种;在硝酸盐成为主要硝化产物时,原生动物的优势种主要为累枝虫(Epistyli)和匣壳虫(Centropyxis);污泥粒径大小是决定匣壳虫成为优势种的主要原因.     

工业废水处理过程污泥减量化研究

根据废水处理的工艺特点,从产生污泥的工艺单元着手减少污泥的产量,是污泥减量化的重要途径。研究表明,在高浓度酒精废水的处理过程中,通过控制厌氧反应温度,UASB反应器的结构以及污泥回流的路线,可以有效减少污水处理系统的污泥产量,并且不影响废水处理效率。该研究结果从工艺设计角度最大限度地减量化污泥的处置,对降低污泥处理运行费用,实现废水处理系统的良性运转有着积极的作用。     

焦化废水活性污泥细菌菌群结构分析

焦化废水是一种高毒难降解的有机废水,以细菌菌群为主的好氧活性污泥决定焦化废水的处理效率,处理焦化废水的活性污泥细菌群落结构鲜见报道.利用454测序技术分析实际焦化废水污泥中的细菌菌群结构和多样性.结果表明,热图聚类分析和主成分分析说明不同焦化废水活性污泥细菌菌群多样性存在差异;焦化废水活性污泥中的细菌门类群主要为Proteobacteria、Planctomycetes、Acidobacteria、Candidatus Saccharibacteria、Bacteroidetes、Cyanobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Firmicutes、Thaumarchaeota、Ignavibacteriae和Verrucomicrobia,其中Proteobacteria门占主导地位,丰度为36.00%~76.98%;主要属为Thiobacillus、Thauera、Comamonas、Caldimonas、Steroidobacter、Nitrosomonas、Phycisphaera和Gp4,大多数主要属与芳香烃的降解和硝化反硝化过程有关.这些结果为焦化废水污染物的去除机制提供了理论基础.     

Shifts in microbial community structure and diversity in a MBR combined with worm reactors treating synthetic wastewater

The chemical oxygen demand (COD) and NH₃-N removal, membrane fouling, sludge characteristics and microbial community structure in a membrane bioreactor (MBR) coupled with worm reactors (SSBWR) were evaluated for 210 days. The obtained results were compared to those from a conventional MBR (C-MBR) operated in parallel. The results indicated that the combined MBR (S-MBR) achieved higher COD and NH₃-N removal efficiency, slower increase in membrane fouling, better sludge settleability and higher activities of the related enzymes in the activated sludge. Denaturing gradient gel electrophoresis was used to analyze the microbial community structures in the C-MBR and the S-MBR. The microbial community structure in the S-MBR was more diverse than that in the C-MBR. Additionally, the slow-growing microbes such as Saprospiraceae, Actinomyces, Frankia, Clostridium, Comamonas, Pseudomonas, Dechloromonas and Flavobacterium were enriched in the S-MBR, further accounting for the sludge reduction, membrane fouling alleviation and wastewater treatment.     

细菌对城市污水中小球藻生长和油脂积累的影响

利用城市污水培养微藻,可在实现污水无害化处理的同时,培养微藻回收生物质能源.污水为微藻的培养提供氮、磷等营养组分和所需水源,同时污水中的细菌可分解污水中的有机物产生CO_2,为微藻提供生长所需碳源.菌藻混合培养既可以收获藻类,又可以净化污水,由于城市污水含有大量的原生菌类,且微藻与细菌之间存在着互生、拮抗等复杂的相互关系,因此,需要筛选出既能够适应于城市污水又能促进微藻生长和油脂积累的优势菌种.本文从不同来源的13种细菌中筛选出2种能够显著促进蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长和油脂积累细菌,并分析了微藻培养结束后城市污水的菌群结构.结果表明:污水中光合细菌初始吸光度D600为0.01,W4菌初始吸光度D_(600)为0.02时,对小球藻的干重和油脂产量促进作用最显著,油脂产量分别可达0.114 g·L~(-1)、0.113 g·L~(-1),油脂产量比空白对照组分别提高了22.58%、21.50%.通过对生成的脂肪酸甲酯进行气相色谱分析,结果显示光合细菌和W4菌的添加并未改变小球藻脂肪酸成分,但提升了单不饱和脂肪酸的含量,有利于提升所得生物柴油的品位.培养结束后污水的菌群结构分析显示投加细菌会降低污水中菌群的丰富度和多样性,初步判断是投加的菌在藻液中能够成为优势菌群,且实验组中丛毛单胞菌属(Comamonas)和假单胞菌属(Pseudomonas)的丰度大于对照组.     

Influence of microbial community structure of seed sludge on the properties of aerobic nitrifying granules

In order to evaluate the influence of microbial community structure of seed sludge on the properties of aerobic nitrifying granules, these granules were cultivated with different seed sludge, and the variation of microbial community and dominant bacterial groups that impact the nitrogen removal efficiency of the aerobic nitrifying granules were analyzed and identified using 16s rDNA sequence and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) profiles. The results presented here demonstrated that the influence of the community structure of seed sludge on the properties of aerobic nitrifying granules was remarkable, and the granules cultivated by activated sludge from a beer wastewater treatment plant showed better performance, with a stable sludge volume index (SVI) value of 20 mL/g, high extracellular polymeric substance (EPS) content of 183.3 mg/L, high NH₄⁺-N removal rate of 89.42% and abundant microbial population with 10 dominant bacterial groups. This indicated that activated sludge with abundant communities is suitable for use as seed sludge in culturing aerobic nitrifying granules.     

螺旋霉素废水处理过程中菌群结构、水质特征及抗性基因之间关系分析

抗生素制药废水常含有大量抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARG）,传播抗性污染的风险高于城市污水,但目前人们对抗生素制药废水处理过程中ARG转归影响机制研究尚有不足.本研究采用高通量测序考察某螺旋霉素制药废水厂A²O工艺过程中菌群结构变化,并通过多种统计学分析方法考察菌群结构、水质特征及ARG之间的相互关系.结果表明,生物处理单元中污泥的菌群结构受进水水质影响较小,其中厌氧和缺氧池中均以产甲烷菌与硫酸盐还原菌为优势菌,好氧池和二沉池中优势菌群的功能较为复杂;A²O系统对常规污染物去除效果较好,但不能稳定削减潜在致病菌丰度.水质特征、菌群结构和ARG之间存在显著相互影响关系,其中废水处理过程中生物量、NH₄⁺-N和化学需氧量（chemical oxygen demand,COD）与ARG和可移动遗传元件（mobile genetic elements,MGE）的分布密切相关.在水相和泥相中对ARG和MGE产生显著影响的菌属不同,而且泥相中有更多的潜在致病菌与ARG显著相关性,即污泥中微生物同时获得耐药性和致病性的可能性比水相中高.本研究可为今后抗生素制药废水处理过程的抗性污染控制提供科学参考.