污水处理活性污泥微生物群落研究进展

活性污泥微生物群落研究对于阐明污水生物净化机制、优化工艺条件均具有重要的科学意义。近年来在高通量测序技术助力下,活性污泥微生物群落结构、丰度研究工作获得了众多很有意义的研究结果。文章综述了不同污水特征、工艺条件下活性污泥微生物群落结构、丰度的动态变化与污染物去除之间的相关性,讨论了各环境因素对微生物群落的影响机理,并提出通过改变微生物群落结构及丰度提高污水处理效率的应用策略,对进一步理解城市生活污水微生物降解机理和提高污水处理效率具有重要指导意义。     

试分析污水处理厂活性污泥细菌群落结构特征

活性污泥法是目前污水厂较为常用污水处理方法,执行不同功能的污水厂菌群结构相差较大,文章主要对工业废水进行分析,整合理念水质信息,通过对比工业污水厂和城镇污水厂菌群结构数据,分析了城镇污水处理厂活性污泥细菌群落结构特征,为污水厂的有效运行提供科学依据。     

温度对并联式AA-MBBR工艺中微生物群落结构及代谢途径的影响

高原生活污水中碳氮比(C/N)较低,为了更加充分利用碳源,本试验采用并联式AA-MBBR作为处理工艺,探究温度变化对并联式AAMBBR工艺中污染物去除效率、微生物群落结构、代谢途径及功能基因的影响.结果表明,COD、TN、TP的去除效率得到了有效提升,不同温度工况下污染物去除效果优劣不同.相关功能微生物丰度在各温度工况间表现出显著差异性,反硝化菌在高于13℃的环境中,随温度的上升而受到抑制作用,反硝化基因变化趋势相同,PAOs的相对丰度在9℃时最高;PHV通过Ethylmalonyl pathway途径和甲基丙二酰辅酶A诱导产生,参与碳代谢的TCA循环和EMP途径的相关功能基因的相对丰度受温度的影响最大.     

不同季节城市污水处理厂微生物群落特性

不同季节污水处理厂由于水质和温度等的变化而导致处理效果不同.为了解不同季节污水处理系统活性污泥中细菌群落结构及其多样性的变化规律,本研究选取了5座不同处理工艺的污水处理厂,分别在夏季(气温28℃±2℃,水温24.9℃±1.1℃)和冬季(气温0℃±3℃,水温16.8℃±1.3℃)两个时间点采集了60份活性污泥样品,采用高...     

不同外碳源对尾水极限脱氮性能及微生物群落结构的影响

投加外碳源是污水厂尾水深度脱氮的重要手段.为充分对比多种碳源在极限脱氮条件下的性能及经济性,以及碳源对微生物种群结构的影响,选取甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸钠这4种单碳源,并采用反应速率较高的乙酸钠和乙醇与价格便宜的葡萄糖配制成4种复合碳源进行研究.结果表明,所有系统均能满足出水ρ（NO_x^--N）≤1.0mg·L^-1的要求.单碳源系统,乙醇反应速率最快,投加量最省,费用最低.复合碳源系统,乙酸钠/葡萄糖（1：1）在COD/ρ（N）为6时,与乙酸钠/葡萄糖（1：3）、乙醇/葡萄糖（1：1）和乙醇/葡萄糖（1：3）在COD/ρ（N）为9、10和10时的效果相当,且乙酸钠/葡萄糖（1：1）系统反应速率最快且经济性最好.Illumina MiSeq高通量测序显示,经70 d左右的运行,微生物群落结构发生根本性变化.在与葡萄糖相关的系统,常规脱氮系统不常见的菌门Candidatus Saccharibacteria,丰度从种泥的1.16%提高到47.37%;相应地,在属水平Saccharibacteria_genera_incertae_sedis成为绝对优势菌种.研究结果可为污水厂尾水极限脱氮的碳源选择提供更全面的对比,也为碳源在微生物菌群驯化方面的作用提供更多参考和借鉴.     

德国分散式污水处理系统微生物群落结构及功能

以德国分散式污水处理系统为研究对象,通过16S rRNA测序,研究2个反应器中微生物群落结构,利用PICRUSt软件对其功能进行推演.结果表明,冬季,污水厌氧膜生物反应器（AnMBR）内温度20℃,进水COD 712mg/L时,出水可获得52%的COD平均去除率,产气率为122L/kgCOD;固体废物厌氧反应器（PSD）内温度37℃,反应器内COD 3007mg/L时,可获得374L/kgVSS的产气率.2个反应器具有相似的微生物组成,对细菌,Synerigistaceae科的相对丰度最高（AnMBR：24.0%±10.0%;PSD：11.0%±3.1%）;对古菌,Methanobacteriaceae科的相对丰度最高（AnMBR：0.6%±0.3%;PSD：13.8%±1.8%）;2个反应器的功能基因组成也相似,产甲烷都以H₂还原CO₂的通路为主.PSD反应器中H₂还原CO₂通路相关基因、F420合成相关基因、辅酶M合成相关基因的相对丰度都高于AnMBR反应器.     

地下水波动带中细菌群落结构与水质响应关系

为揭示地下水波动带中细菌群落结构特征及其与地下水环境相互作用关系,选取哈尔滨市第一水源地作为研究区,采集地下水样品以及波动带不同深度（0~5m非饱和带和6~50m饱和带）含水介质样品,分别用于水化学分析和16S rRNA细菌高通量测序,依托冗余分析定量表述地下水质参数与细菌群落相关性.水化学分析结果显示,研究区地下水主要污染物为Fe、Mn、NH₄⁺和有机质,Fe、Mn超标与研究区特定地质背景有关,NH₄⁺和有机质主要来源于人类活动.微生物分析结果显示,非饱和带和饱和带的细菌群落结构差异性显著,非饱和带细菌群落丰度和多样性显著高于饱和带,Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria、Firmicutes和Acidobacteria为研究区优势门,在非饱和带和饱和带的累积相对丰度分别为82.89%和98.64%.冗余分析（RDA）结果显示,门水平上非饱和带中与水质演化强相关的细菌类群是Bacteroidetes、Proteobacteria、Actinobacteria、Verrucomicrobia,贡献率分别为15%、14.8%、8.9%和5.2%;饱和带中对地下水质演化起主要作用的类群为Bacteroidetes、Acidobacteria、Actinobacteria和Firmicutes,贡献率分别为38.4%、19.0%、10.8%和9.1%.属水平上非饱和带中的Pseudomonas和饱和带中的Flavobacterium对Fe、Mn、NH₄⁺生物转化起主导作用.本研究为揭示地下水波动带中生物地球化学作用对地下水环境的影响提供了科学依据,对地下水污染修复具有重要的意义.     

利用T-RFLP技术对温榆河微生物群落结构研究

利用T-RFLP技术(综合运用PCR技术、DNA限制性酶切技术和DNA序列自动分析技术)对温榆河不同尺度、不同时期的微生物群落结构进行了研究.从微生物的种类数、物种丰度、优势菌落、群落结构稳定性等方面特征着手,找出其优势群落;利用两种多样性指数(香侬一威勒多样性指数、辛普森多样性指数)探讨各种微生物群落结构的多样性以及同一群落随时间而发生的变化;比较了微生物指标与水质指标COD之间的变化关系.结果表明,温榆河不同尺度、不同时期的微生物具有明显变化,说明季节性变化对水体中微生物群落产生了明显的影响;T-RF67bp、151bp、440bp、481bp、488bp所代表的微生物群落体现其为优势种群; T-RF为135bp、151bp、440bp的微生物群落对于外界反映最敏感,验证其有可能能作为环境变化的指示性生物;微生物指标与COD呈现明显的正相关.     

基于454和Illumina高通量测序平台对长江口邻近海域沉积物微生物群落的比较分析

作为第二代测序技术的主要平台, 454和Illumina测序方法在微生物核酸分析方面有着广泛应用。本研究以16S rRNA基因为标靶, 分别采用454和Illumina测序技术对长江口邻近海域表层沉积物中的微生物DNA进行分析, 通过对序列长度、微生物群落多样性及组成进行比较, 分析两种方法在沉积物微生物群落结构研究方面的适用性。结果表明, Illumina测序获得的序列数和OTU数要多于454, 其中获得的OTUs中以非优势菌群为主。Illumina与454相比能够检出更多微生物菌群, 且检测到的稀有菌群占有较大比例。综上可知, Illumina测序技术在分析微生物群落多样性及物种组成方面要优于454测序技术, 454的长序列优势并未能体现出来, 且454测序技术可能低估了微生物组成及其多样性。     

生活污水处理厂 ICEAS工艺中活性污泥的培养以及不同阶段主要微生物

针对神东矿区生活污水处理厂广泛使用的ICEAS工艺的活性污泥培养以及不同阶段主要微生物进行研究,研究活性污泥在不同生长阶段微生物的特点以及生活污水各项指标,有效地保证活性污泥的处理效率。     

总氮提标改造工程的微生物群落结构分析

对出水ρ［总氮（TN）］<1.5 mg·L^-1的市政污水处理厂（WWTP）的活性污泥进行微生物群落结构分析,揭示同一污水厂常规生化（WLK_OD）段和深度脱氮（WLK_AD）段的微生物群落多样性差异及功能差异.通过16S rRNA基因高通量测序及分析,结果表明相较于WLK_OD,WLK_AD中微生物群落具有较低均匀性,是因为特定的环境对微生物进行了选择.Proteobacteria在WLK_AD中富集且相对丰度达到70.11%.Thauera、Flavobacterium、Hydrogenophaga和Zoogloea等反硝化菌为WLK_AD中新增的优势菌,在两工段不同的生态位和微生物生长动力学共同作用下,体系内的反硝化菌发生演替.通过组间比较（P<0.05）,演替的优势反硝化菌在两个工段中有显著差异.此外,通过共现网络模块化分析结果表明,不同的水质环境对微生物群落结构具有影响.通过冗余分析发现COD和TN的去除率对微生物群落结构影响最大,Saccharibacteria、Thermomarinilinea、Terrimonas和Comamonas与COD的去除率呈正相关,而Dokdonella、Thauera、Flavobacterium和Zoogloea等反硝化菌与TN的去除率呈正相关.在WLK_AD中,NO₃^--N和TN的去除率较高,Novosphingobium、Dokdonella、Thauera和Sphingomonas等反硝化功能菌相对丰度也较高,它们协同去除TN,实现出水ρ（TN）<1.5 mg·L^-1.功能预测结果表明WLK_AD中编码反硝化酶的基因丰度更高.     

不同溶解氧条件下A/O系统的除碳脱氮效果和细菌群落结构变化

应用一个在不同的溶解氧(3、2、1和0.5 mg·L-1)浓度下长期运行的缺氧/好氧(A/O)小试系统考察了溶解氧浓度的变化对系统的除碳和脱氮效果以及细菌群落结构的影响.结果表明,A/O系统的除碳和脱氮效果不随溶解氧(DO)的降低而降低,在低溶解氧(0.5 mg·L-1)条件下,系统仍具有很好的除碳和脱氮效果,即化学需氧量(COD)、氨氮(NH+4-N)和总氮(TN)的去除率分别为89.7%、98.3%和88.0%.通过PCR-DGGE方法,对系统中的细菌群落结构随DO浓度的变化规律进行了分析,结果表明,微生物群落结构随DO浓度的变化有所不同,高DO和低DO环境中的细菌群落结构差异较大,但是与高DO条件下系统内的细菌群落相比,在低DO条件下系统内细菌群落仍具有较高的生物多样性.在低DO条件下,系统内的优势细菌主要被鉴定为Proteobacteria.     

不同盐度下活性污泥中微生物群落变化规律及其处理模拟染料废水

通过逐渐提高SBR反应器中活性污泥的盐度,探索不同盐度下活性污泥的活性、性质及其微生物群落变化,并研究结晶紫废水以及纳米四氧化三铁对微生物群落的影响.结果表明,随着盐度的增加,活性污泥的COD、氨氮去除率以及污泥体积指数SVI值均降低,在质量分数2%的盐度下,COD、NH_4~+-N的去除率为80%和75%,SVI值不足35 mL·g~(-1);随着盐度的增加微生物的多样性逐渐减少,系统中革兰氏阴性菌优势菌种的位置逐渐被真菌和放线菌取代,而革兰氏阳性菌依然为优势菌;加入结晶紫染料的活性污泥与盐度为2%的活性污泥样品相比发现:红细菌属、丽水菌属含量有所增加,产黄杆菌、农杆菌属含量减小.加入MNPs的结晶紫-活性污泥与不加MNPs的结晶紫活性污泥对比:酸胞菌属、产黄杆菌含量增加,红细菌属、农杆菌属含量减小.     

低温下活性污泥膨胀的微生物群落结构研究

采用水质参数指标测定和高通量测序技术,探讨了郑州某污水处理厂冬季间歇性污泥膨胀机制.结果表明该厂活性污泥的污泥容积指数(SVI值)的变化与季节温度变化有显著的负相关性,1~4月及12月易发生污泥膨胀,但是不影响出水水质.高通量测序技术分析发现污泥膨胀月份泥样的微生物群落结构要显著不同于未膨胀月份.该厂发生丝状菌污泥膨胀的优势丝状菌为腐螺旋菌科Saprospiraceae和黄杆菌科Flavobacterium.因此,低温导致活性污泥微生物群落结构变化是引起该厂活性污泥膨胀的原因.     

中药废水污泥群落结构解析中PCR-DGGE引物的选择与评价

在中药废水生物活性污泥群落DGGE解析过程中,为了探讨16S rDNA通用引物的扩增效率和对污泥细菌群落的表征能力,选用包括简并性引物在内的11对通用引物扩增16S rDNA序列的4个可变区,并应用DGGE图谱评价不同引物的扩增效率和微生物种群多样性.结果表明,采用不同引物对进行DGGE分析时,微生物种群多样性存在着显...     

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.     

引物选择对污泥微生物多样性分析的影响

研究不同引物对PCR-DGGE和PCR-RFLP技术分析污泥群落结构的影响,选取8对通用引物扩增16S rDNA不同可变区序列并对细菌多样性进行DGGE分析,也选取11对通用引物扩增16S rDNA片段并对细菌多样性进行RFLP分析.通过分析PCR产物琼脂糖凝胶电泳图谱、DGGE图谱和酶切图谱,评价不同引物的扩增效果及其对污泥群落多样性的表征能力.结果表明,采用不同引物进行污泥群落结构DGGE分析或RFLP分析时,污泥群落多样性差异显著.PCR-DGGE分析中,引物B341F/B534R(V3区)分析效果较好,条带较丰富,能够充分反映污泥群落多样性.PCR-RFLP分析中,引物27f/8f和1500R扩增效果较好,酶切位点较多,酶切图谱条带丰富,差异性显著,能够充分表征污泥群落多样性.因此,活性污泥细菌多样性分析时,PCR-DGGE分析较优的引物为B341F和B534R,PCR-RFLP分析较优的引物为27f/8f和1500R.     

不同16SrDNA靶序列对DGGE分析活性污泥群落的影响

为探讨不同通用引物扩增16S rDNA靶序列对活性污泥微生物群落分析的影响,更合理的利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术分析活性污泥样品.从连续流搅拌槽式反应器(CSTR)中获取活性污泥,以3对通用引物341f/534r、968f/1 401r和341f/926r扩增16S rDNA序列,用DGGE分离PCR扩增产物.研究表明采用不同引物对进行DGGE分析时,群落多样性和动态存在显著的差异.341f/534r和968f/1 401r的靶序列分离效果较好,341f/926r的靶序列分离效果较差.引物341f/534r和341f/926r DGGE图谱显示S2和S3相似性高,引物968f/1 401r DGGE图谱显示S1和S2相似性高.由此可见采用不同引物对进行DGGE分析时,群落结构之间的相似性和动态是不一致的.341f/534r的DGGE图谱中条带丰富,多样性最好,968f/1 401r的DGGE图谱次之,341f/926r DGGE图谱条带最少,多样性也较差.因此,在利用DGGE分析活性污泥样品时采用引物341f/534r和968f/1 401r是比较适宜的.     

不同16SrDNA靶序列对DGGE分析活性污泥群落的影响

为探讨不同通用引物扩增16S rDNA靶序列对活性污泥微生物群落分析的影响,更合理的利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术分析活性污泥样品.从连续流搅拌槽式反应器(CSTR)中获取活性污泥,以3对通用引物341f/534r、968f/1 401r和341f/926r扩增16S rDNA序列,用DGGE分离PCR扩增产物.研究表明采用不同引物对进行DGGE分析时,群落多样性和动态存在显著的差异.341f/534r和968f/1 401r的靶序列分离效果较好,341f/926r的靶序列分离效果较差.引物341f/534r和341f/926r DGGE图谱显示S2和S3相似性高,引物968f/1 401r DGGE图谱显示S1和S2相似性高.由此可见采用不同引物对进行DGGE分析时,群落结构之间的相似性和动态是不一致的.341f/534r的DGGE图谱中条带丰富,多样性最好,968f/1 401r的DGGE图谱次之,341f/926r DGGE图谱条带最少,多样性也较差.因此,在利用DGGE分析活性污泥样品时采用引物341f/534r和968f/1 401r是比较适宜的.