高效厌氧产甲烷颗粒污泥中微生物多样性及定量化研究

以小试高效厌氧反应器不同运行阶段的颗粒污泥为对象,利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)、荧光原位杂交(FISH)和实时定量链式聚合酶反应(RTQ-PCR)等技术研究了其中微生物种群的多样性、特征微生物的空间分布和定量关系,结果表明:随着反应器有机负荷逐渐提高,颗粒污泥中古菌的群落结构的变化较细菌更为明显;细菌多分布在颗粒外层,而古菌则主要分布在颗粒内层;古菌含量略少于细菌,但有逐渐增多的趋势;产甲烷丝菌在古菌中的含量增加明显.     

基于mcrA基因的厌氧颗粒污泥产甲烷菌群分析

基于mcrA基因对阿维菌素废水处理工业化UASB厌氧颗粒污泥中产甲烷菌群进行分析,并与基于16S rRNA基因的产甲烷菌群分析结果进行比较.结果表明,基于2种目标基因PCR产物的DGGE图谱存在差异,但根据图谱计算所得产甲烷菌群Shannon多样性指数、Margalef丰富度指数和Berger-Parker优势度指数没有差异,表明基于2种目标基因的产甲烷菌群多样性分析基本一致.基于不同目标基因的优势产甲烷菌群系统发育种属的分析结果大体相似,产甲烷杆菌目和产甲烷八叠球菌目是厌氧颗粒污泥样品中的优势产甲烷种群;同时,分析结果的差异表明2种目标基因的检测特异性不完全相同.基于2种目标基因的产甲烷菌群FISH杂交区域具有很高的一致性,但杂交区域面积有所差异.基于mcrA基因FISH检测的产甲烷菌群平均相对丰度为24.25%±6.47%,低于基于16S rRNA基因FISH检测结果(33.42%±2.34%).以上结果表明,基于mcrA基因与基于16S rRNA基因的的产甲污泥菌群分析结果具有较高的相似度,mcrA基因可以作为16S rRNA基因的替代目标基因.     

厌氧出水培养好氧颗粒污泥及其微生物多样性分析

以处理黄连素废水的厌氧折流板反应器(ABR)出水为进水基质,在序批式反应器(SBR)中培养好氧颗粒污泥,反应器运行80 d后形成粒径在2~10 mm间的成熟稳定的颗粒污泥。采用扫描电镜(SEM)和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对好氧污泥颗粒化进行分析,考察微生物形态、群落演替和多样性,并对优势菌种进行了分析。DGGE图谱表明,好氧污泥颗粒化进程中,微生物种群呈明显演替变化,好氧颗粒污泥菌群多样性较强。克隆测序结果表明,好氧颗粒污泥反应器优势菌群主要为未分类bacteria、CFB group bacteria和Bacteroidetes。     

好氧颗粒污泥共代谢降解MTBE及微生物群落研究

以MTBE为目标污染物、乙醇为共代谢基质,在SBR反应器中成功实现了好氧污泥的颗粒化.反应器内污泥完全颗粒化后,MTBE进水浓度提高至400mg·L-1左右,出水浓度可稳定在5rag·L-1以下,去除率高达98.5%以上(其中挥发量约占25%).颗粒污泥结构致密,外观呈椭球形,表面微生物群落主要以球菌和短杆菌为主.序批实验表明,MTBE生物降解速率符合Mirhaelis-Menten方程,其单位时间内颗粒污泥(以干污泥计)降解MTBE的最大降解速率值为20.9 mg·g-1·h-1.PCR-DGGE图谱表明,颗粒污泥内微生物种群丰富,且稳定运行阶段微生物种群和结构呆保持高度稳定.克隆测序结果表明,降解MTBE的好氧颗粒污泥反应器优势菌群主要为Flavobacteria,et-proteobacteria,γ-Porteobacteria、Actinobacteria.     

不同好氧颗粒污泥中微生物群落结构特点

为了探讨活性污泥好氧颗粒化过程对微生物种群的影响、不同底物及不同颗粒化方法培养的好氧颗粒污泥中微生物群落结构的差异,以接种污泥、模拟废水好氧颗粒污泥和分别投加粉末活性炭和硅藻土的实际生活污水好氧颗粒污泥为研究对象,利用PCR-DGGE对比分析了接种污泥和好氧颗粒污泥中的微生物群落结构.结果表明:活性污泥好氧颗粒化过程会减少微生物种群多样性,影响颗粒污泥稳定性的细菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、难降解有机物降解菌等污水处理功能微生物都在颗粒化过程中得到保留.活性污泥好氧颗粒化过程中能够实现亚硝化细菌(AOB)一定程度的富集.与接种活性污泥相比,好氧颗粒污泥中AOB的多样性指数与均匀性指数均有提高.好氧颗粒污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).     

利用FISH和DGGE对产甲烷颗粒污泥中微生物种群的研究

利用FISH和DGGE技术对厌氧反应器内处于不同运行阶段的4个产甲烷颗粒污泥进行研究,考察其中真细菌和古细菌的种群结构,并对其中的优势古细菌进行系统发育分析.FISH结果表明,颗粒污泥中真细菌含量明显高于古细菌,真细菌主要分布在颗粒污泥外层,古细菌则主要分布在内层;DGGE结果表明,随着反应器COD负荷的增加以及运行时间的延长,真细菌种群结构相对较稳定,而古细菌种群结构则发生了较明显变化,其中占优势的古细菌种类逐渐减少;将有代表性的7个古细菌条带切胶回收并测序,结果显示,反应器运行后期占优势的菌种主要包括甲烷微粒菌(Methanocorpusculum)、甲烷杆菌(Methanobacterium)和甲烷髦毛菌(Methanosaeta)等.     

同时产甲烷反硝化颗粒污泥中微生物群落结构

在UASB成功运行同时产甲烷反硝化小试基础上,针对反应器内颗粒污泥,通过构建古菌和细菌的16SrDNA基因文库、RADAR遗传变异分型和测序比对等技术进行了微生物系统发育关系和群落结构分析.结果表明,在颗粒污泥的古菌中,产甲烷髦毛菌和产甲烷杆菌是主要菌群,随机选出的88个古菌克隆子,这两类古菌的16SrDNA序列分别占古菌总量71.59%和22.73%;而颗粒污泥中细菌的多样性要高于古菌,低GC革兰氏阳性菌和ε变型菌纲分支的细菌是细菌的主要菌群,在随机选出的133个细菌克隆子中,这2类细菌的16SrDNA序列分别占细菌总量的49.62%和12.03%.     

20℃ EGSB反应器中颗粒污泥的微生物种群结构分析

利用PCR-DGGE和RTO-PCR等技术,对6个取自20℃下小试EGSB反应器中不同有机负荷下的颗粒污泥进行研究.结果表明,在20℃下反应器有机负荷从1.5 kg/(m3·d)逐渐提升至10.0 ks/(m3·d)的过程中,未对其污泥中占菌和真细菌的种群结构产生明显影响,各污泥样品中古菌种群相似性较高,其多样性指数分别为5.51、5.88、5.47、5.25、5.32和5.11;除接种污泥外,其余5个污泥样品中真细菌种群相似性也较高,其多样性指数分别为2.97、5.07、5.44、6.38、6.66和5.21;6个污泥样品中主要优势古菌为Methanobacterium、Methanocorpusculum、Methanosaeta和Methanospirillum等,随着有机负荷的增加和运行时间的延长,与氧营养型产甲烷菌Methanocorpusculum parvum和Methanospirillum hungatei相似的菌种的优势地位明显增强;各污泥样品中古菌的相对数量先略有降低而后逐渐升高,最终明显超过接种时的水平.     

厌氧颗粒污泥中微生物种群变化的分子生物学解析

荧光定量-聚合酶链式反应(RTQ-PCR)与荧光原位杂交(FISH)技术对厌氧反应器内不同状态下颗粒污泥中微生物种群的数量变化与空间分布进行研究.结果发现,颗粒污泥中真细菌明显多于古细菌,但随着厌氧反应器有机负荷的提高,古细菌明显增加,其中产甲烷丝菌也明显增加;真细菌多分布生长在颗粒污泥的外层,而对环境条件敏感的古细菌多分布生长在内层,且随着反应器有机负荷的提高,这种层状分布的特点更为明显.     

厌氧颗粒污泥的化学及微生物组成

一、前言自1971年荷兰Wageningen农业大学设计启动运行第一实验装置的上流式厌氧污泥床(UASB)反应器以来,许多国家相继进行了广泛的研究。目前,UASB反应器已较为广泛地应用于工农业有机废水的处理,成为最普遍的高效厌氧处理废水设备之一。由于UASB反应器不配备有回流装置,而是靠系统本身的结构来有效地滞留污泥,所以     

腐殖酸和产甲烷抑制剂对厌氧污泥发酵产氢效能的影响

为提高厌氧污泥的发酵产氢能力,采用间歇培养方式考察了不同产甲烷抑制剂与腐殖酸联合作用对厌氧污泥发酵葡萄糖产氢效能的影响,并通过Illumina MiSeq测序揭示了微生物群落结构的变化规律.结果表明,在葡萄糖初始浓度为500 mg·L-1条件下,经过120 h的连续培养后,对照的累计产氢量为1.2 mL,存在明显的耗氢...     

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...     

产甲烷ABR中颗粒污泥的快速培养及特性研究

在两相厌氧工艺的基础上,进行了产甲烷ABR中颗粒污泥的快速培养及特性研究。采用低负荷启动方式,通过先提高进水COD,再提高流量的方式使产甲烷ABR在最佳条件下运行,经过35d后,产甲烷ABR启动成功,结果表明:当进水COD为6000mg/L,HRT为10h,进水容积负荷为9.9 kgCOD/(m~3·d)时,对COD的去除率达到97.1%,同时产甲烷ABR颗粒污泥的污泥浓度逐渐升高,粒径明显增大,粒径>1mm的颗粒污泥达到了87%。     

硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能影响研究

为了研究硝酸盐对厌氧生物膜系统同时产甲烷反硝化反应的影响及其机制,拓展生物膜工艺在高氮有机废水中的应用,采用生物膜-污泥厌氧复合反应器和上流式厌氧污泥床培养具备同时产甲烷反硝化反应的功能微生物系统,并以间歇实验方法,对比研究硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响.结果表明,硝酸盐对生物膜和颗粒污泥系统去除COD和反硝化反应均有影响,但硝酸盐浓度变化对颗粒污泥系统的影响比生物膜系统更大,生物膜表现出更强的降解能力和更高的耐性阈值.随着硝酸盐浓度从75 mg·L-1增加到600 mg·L-1,颗粒污泥对COD的降解速率从273.26mg·（h·g）-1降到0.1 mg·（h·g）-1,而生物膜从95 mg·（h·g）-1降至1.7 mg·（h·g）-1;同时,生物膜和颗粒污泥对硝酸盐的降解速率分别从21.43、22.31 mg·（h·g）-1增加到83.72、61.06 mg·（h·g）-1,随着硝酸盐的降解,生物膜表现出更强的恢复能力,最大值为712.44 mg·（h·g）-1.研究还发现亚硝酸盐积累是影响生物膜和颗粒污泥同时脱氮除碳功能的主要原因,在相同的硝酸盐浓度下,生物膜中亚硝酸盐的最大积累量仅为的颗粒污泥的1/10.因此,生物膜-污泥厌氧复合反应器可以作为高浓度含氮有机废水实现同时产甲烷反硝化工艺反应器一种重要选择.     

镧、铈对厌氧颗粒污泥产甲烷的Hormesis效应及其动力学研究

间歇培养条件下研究了单一稀土元素镧(La3 )和铈(Ce3 )在不同浓度水平下对厌氧颗粒污泥活性及其动力学行为的影响.结果表明,La3 和Ce3 对厌氧颗粒污泥比产甲烷活性有促进作用的浓度范围均为0.01～0.1 mg·L-1,促进作用浓度峰值均为0.05mg·L-1,最大促进百分比分别为10.35%和20.79%;La3 和Ce3 对SMA(比甲烷活性)的半抑制浓度分别为5mg·L-1和1000mg·L-1,La3 较易对污泥产生抑制作用.米-门方程可以用来描述厌氧消化过程中甲烷发酵阶段的动力学行为,稀土元素La3 和Ce3 投加至反应系统后,提高了甲烷发酵过程的动力学常数Vmax和半饱和常数Ks.     

河底沉积物培养耐酸产甲烷颗粒污泥的试验研究

利用河底沉积物作为接种污泥,在一个3.1L的EGSB反应器中进行培养耐酸产甲烷颗粒污泥的试验研究.结果表明,EGSB反应器在pH6.0,出水碱度低于400mg CaCO3/L,容积负荷5.3kg COD/(m³d)的条件下培养出具有良好沉降性能和产甲烷活性的耐酸颗粒污泥.形成耐酸颗粒污泥后,EGSB反应器在pH5.8～6.0,进水COD 3000mg/L,容积负荷5.2kg COD/(m³d)的条件下稳定运行29d, COD去除率平均为89.2%,出水总碱度仅为264.4mg CaCO₃/L,沼气中甲烷的含量约为56.9%.扫描电镜观察发现颗粒污泥内部存在成簇生长的索氏甲烷丝菌     

丝状菌膨胀污泥好氧颗粒化稳定性及微生物多样性

丝状菌作为污水生物处理中的常见菌种,被认为是诱发污泥膨胀的主要因素.然而由于其特殊的丝状形态,对污泥颗粒的形成起到了至关重要的作用.以丝状菌膨胀污泥为研究对象,探究丝状菌对污泥颗粒化过程及维持污泥颗粒稳定性的影响,并对污泥系统微生物多样性进行分析.试验分别接种丝状菌膨胀污泥(SVI=241.56 mL·g^-1)和絮状污泥(SVI=64.22 mL·g^-1)进行颗粒化培养,结果表明,膨胀污泥和絮状污泥颗粒出现时间分别为20 d和40 d,成熟颗粒粒径分别为650μm和700μm,膨胀污泥颗粒化时间仅为絮状污泥的一半.缺氧区添加后,颗粒都有不同程度破碎,但膨胀污泥培养的成熟颗粒SV₃₀/SV₅值短期波动后恢复至1,维持稳定性能力更强.微生物群落结构分析表明,膨胀污泥中norank＿o＿＿Saccharimonadales、unclassified＿o＿＿Saccharimonadales和unclassified＿f＿＿Saccharimonadaceae相对丰度从0.05%、0.01%和0.01%增长...     

微生物絮凝剂作用下厌氧颗粒污泥的形成及特性

以3个同样的UASB(R1、R2、R3)处理COD浓度为5 500~6 500 mg.L-1的废水,在相同的工艺条件下,采用每7 d投加1次方式,R1中每次投加7.5 g CaCl2和400 mL微生物絮凝剂MBF21,R2中每次投加140 mg阳离子PAM,R3作为对照,进行厌氧颗粒污泥培育试验,以考察微生物絮凝剂MBF21对培育厌氧颗粒污泥的促进作用.结果表明,经过67 d的运行,R1、R2、R3中均培育出厌氧颗粒污泥,对应的平均粒径分别为1.18、1.21、0.76 mm,平均粒径增长速率分别为15.37、15.82、9.10μm.d-1,比产甲烷活性SMA(COD-CH4/VSS.t)值分别为0.740、0.657、0.558 g.(g.d)-1,VSS/SS分别为0.667、0.629、0.607,SVI值分别为14.7、13.1、20.4 mL.g-1,湿污泥密度分别为1.061、1.064、1.054 g.cm-3,强度系数ζ分别为92.1、93.5、84.7.电镜扫描发现R1和R2中的颗粒污泥比对照组R3中的颗粒污泥更密实,在形成成熟颗粒污泥过程中,3个反应器均呈现相似规律,即污泥表面由丝状菌占优逐渐向杆菌、球菌占优方向转化.本研究证明了微生物絮凝剂MBF21在促进厌氧污泥颗粒化过程中,在提高颗粒污泥物理性能方面接近阳离子PAM,在提高颗粒污泥生理、生化性能方面优于阳离子PAM.     

高浓度甲醇废水厌氧处理中颗粒污泥和产甲烷细菌的耐酸性

采用两段UASB处理工艺和间歇培养试验,对高浓度甲醇废水厌氧处理的运行特性进行了研究,并较深入地研究了颗粒污泥和产甲烷菌的耐酸特性及代谢活性.试验结果表明,两段UASB反应器的pH值较低,分别为4.9～5.8和5.5～6 2,显然,这不是一般产甲烷细菌适宜的pH范围.系统中的产甲烷菌即巴氏产甲烷八叠球菌,具有一定耐酸性,在pH为5.0时仍然能够降解甲醇,如果进一步培养,其耐酸性将有所提高.系统中的颗粒污泥能够保护其内部的产甲烷菌,较少地受酸性环境的影响,并在pH为4.5时仍能降解甲醇.颗粒污泥的这种性能与其结构、细菌种类和颗粒体内细菌分布情况有很大关系.     

磁性纳米铁对厌氧颗粒污泥特性及其微生物群落的影响

考察了磁性纳米铁(Fe3O4NPs)对厌氧颗粒污泥溶解性微生物产物(SMP)、疏松胞外聚合物(LB-EPS)、紧密胞外聚合物(TB-EPS)的影响,同时利用高通量测序技术对厌氧颗粒污泥内微生物群落结构的变化进行了分析.结果表明,在长期接触实验过程中,投加Fe3O4NPs的反应器对COD去除率为83.6%,与对照组相比降低了5.7%.对照组与实验组中厌氧颗粒污泥TB-EPS含量(以VSS计)分别为178.20 mg·g-1和138.24 mg·g-1,而SMP含量分别为34.88 mg·L-1和27.44 mg·L-1;同时投加Fe3O4NPs后,在LB-EPS三维荧光(EEM)光谱中,紫外光区类腐殖酸荧光峰消失,辅酶F420荧光峰强度有所降低.在长期接触实验后,甲烷杆菌属(Methanobacterium)所占比例从76.15%增至86.76%,而甲烷丝菌属(Methanothrix)所占比例从17.1%降至7.51%,Methanothrix对于Fe3O4NPs更为敏感;总细菌群落变化明显,其中变形菌门(Proteobacteria)所占比例从66.44%降至47.16%,放线菌门(Actinobacteria)所占比例从8.97%增至17.33%,拟杆菌门(Bacteroidetes)所占比例从8.07%增至17.74%,厚壁菌门和拟杆菌门比例的增加对有机物的厌氧水解过程发挥积极的作用.