不同进水有机物浓度下移动床生物膜反应器(SBMBBR)脱氮除磷特性

考察了不同进水有机物浓度下厌氧/好氧序批式移动床生物膜反应器（SBMBBR）污染物去除特性,实验结果表明,SBMBBR能够实现低碳源污水中氮和磷的同步去除,在进水TN和TP浓度分别为116.7 mg.L-1和11.5 mg.L-1、COD浓度为456 mg.L-1的条件下,TN和TP去除率分别达到94.3%和92.2%以上.反应器除磷是基于常规生物除磷和反硝化除磷过程实现的,脱氮主要是基于好氧段发生的同时硝化反硝化（SND）作用而完成.由于生物膜内部存在的DO扩散梯度,在好氧阶段混合液DO浓度不断提高的条件下反应器内具有良好SND反应的发生.进水COD浓度由149 mg.L-1提高至456 mg.L-1的过程中,反应器硝化效果不变,反硝化和除磷效果改善.反应器在好氧阶段pH值基本维持在7.0—7.1之间,为各类菌群的生长创造了条件.碱度变化较pH值更能反映硝化和反硝化反应发生的程度.反应器中微生物相丰富,生物膜以丝状菌为骨架,其上附着大量的球状菌和杆状菌,而悬浮活性污泥中丝状菌较少,形成了由细菌、真菌到原生动物和后生动物的复杂的生态体系,为系统取得稳定的污水处理效果提供了有效的保证.     

A/SMBBR处理生活污水效能研究及生物膜菌群结构分析

采用SDC-03作为生物载体,考察特异性移动床生物膜法对生活污水中有机污染物的去除效果,并运用Illumina Hiseq高通量测序技术对微生物进行分析.实验结果表明,COD、氨氮和总氮的平均出水浓度分别为25.65 mg·L~(-1)、5.14 mg·L~(-1)、14.55 mg·L~(-1),平均去除率分别为91.05%、92.39%、83.44%.该工艺能适应较低温度,最佳HRT和DO浓度分别为10—12 h、3—4 mg·L~(-1)之间.采用Chao1指数、Shannon指数、Simpson指数及PD whole tree值等指数对微生物种群多样性进行分析.对反应器的微生物从门和属两个科目进行分析,得出门水平丰度前10的微生种和属的物种组成.门水平前十的物种分别为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、Saccharibacteria、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospira)、酸杆菌门(Acidobacteria)、Thermomicrobia.变形菌门和拟杆菌门大量存在于在好氧池中,芽单胞菌门和厚壁菌门有助于反硝化反应的进行;在属水平中得知未知的菌属占大部分.     

单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的微生物学机理

近年来,单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的现象引起了人们的普遍关注,本文对这种现象的微生物学机理及研究现状进行了阐述,主要是儿类细菌的单独脱氮或者它们之间的协同脱氮,包括自养(亚)硝化菌单独脱氮、好氧反硝化菌单独脱氮、(亚)硝化菌和好氧反硝化菌的协同脱氮以及(亚)硝化菌和厌氧氨氧化菌的协同脱氮.与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比,这些脱氮新途径具有不可比拟的优越性,对于强化污水生物脱氮具有重要意义.图8参53     

曝气量对微生物燃料电池脱氮的影响

实验构建生物阴极双室微生物燃料电池,探究在微氧条件下曝气量对其产电性能和阴极脱氮的影响.以乙酸钠为碳源,氯化铵为氮源.实验在25℃温度下,阴极持续曝气,并控制反应器内为微氧状态,富集培养短程硝化反硝化菌群.实现了在特定曝气量条件下生物阴极短程硝化反硝化脱氮.实验结果表明,在曝气量为1.64 mL·min-1的条件下,短程硝化反硝化脱氮效果最好.亚硝态氮积累率为81.70%,总氮去除率达到69.66%,最大稳定电压达0.47 V左右,库伦效率为43.8%,产电效能较好.针对实际污水处理开展相关实验,MFC阴极短程硝化反硝化总氮去除率可达到81.93%,优于全程硝化反硝化.在短程硝化反硝化的微生物群落中,Betaproteobacteria纲和Thauera菌属在短程硝化反硝化中得到了有效的富集,有利于生物脱氮,并且Nitrosomonas菌是主要的氨氧化菌属.     

滨海含水层咸-淡水过渡带反硝化性能与控制因素研究

滨海含水层受沿海人口规模、工农养殖业发展以及污染物排放等原因的影响,来自陆地的地下水常向沿海输入硝酸盐造成严重的硝酸盐污染问题,反硝化作为去除地下水中硝酸盐污染物的典型反应,探究其对滨海硝酸盐污染防治、生态系统稳定和生物多样性具有重要科学意义。以地下水和含水介质为原料,设计微生物培养试验,利用硝态氮(NO₃^--N)、溶解氧(DO)、酸碱度(p H)和溶解性有机碳(DOC)的变化综合评价研究区反硝化性能,并通过高通量测序揭示微生物培养试验过程中细菌群落结构组成和多样性变化,最后利用响应曲面法探究碳氮比(C/N)、电导率(EC)和DO的交互作用对硝酸盐反硝化性能的影响。结果表明：在微生物培养试验中,硝态氮去除率可达80%以上,p H值维持在7.0左右,DO值维持在6.0-6.5,DOC最大利用率可达65%;高通量测序发现,随着试验的运行,微生物丰富度下降、多样性降低,与反硝化有关的微生物以好氧反硝化菌(假单胞菌属,Pseudomonas;芽胞杆菌属,Bacillus)和有机碳分解菌(福格斯氏菌属,Vogesella)为主;根据响应曲面分析可得,硝...     

间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的影响

间隙灌溉模式下控释肥施用可减缓稻麦轮作系统CH_4和N_2O排放交互排放效应,从而降低综合温室效应,然而有关间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物的影响鲜有研究。通过采集稻麦轮作系统田间原位试验新鲜土样,采用核酸定量技术研究间隙灌溉和控释肥施用耦合措施下稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的变化,以探讨此耦合措施降低稻麦轮作系统降低CH_4和N_2O排放的微生物机理。结果发现,除古菌外,稻季土壤细菌、产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌群落丰度均高于麦季;间隙灌溉显著影响稻田产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌数量的季节变化;与尿素相比,施用控释肥增加了稻麦轮作系统细菌、古菌和产甲烷菌数量,降低了甲烷氧化菌、氨氧化菌、反硝化菌数量。稻季CH_4和N_2O的排放量与土壤微生物丰度之间存在显著相关性:CH_4排放量与古菌、产甲烷菌和甲烷氧化菌数量均呈极显著正相关关系(P0.01),而与氨氧化菌数量呈显著负相关关系(P0.05);N_2O排放量与氨氧化菌、甲烷氧化菌、nirK型和nosZ型反硝化菌数量均呈显著正相关关系(P0.05),而与nir S型反硝化菌无显著相关性。研究表明,间隙灌溉和控释肥施用耦合措施通过影响稻麦轮作系统相关功能微生物的群落丰度进而减缓CH_4和N_2O气体的交互排放效应。     

给水生物预处理反应器的细菌种群多样性和群落结构

提取一生产性规模的给水生物预处理反应器中生物膜样品的总DNA,构建细菌16S rDNA克隆文库,并通过16S rDNA序列的系统发育分析,对生物膜中的细菌种群多样性和群落结构进行了研究.实验结果表明,给水生物膜反应器中的细菌种群多样性十分丰富;生物膜中的细菌分别属于10个主要类群,其中α-Proteobacteria是克隆文库中的最大细菌类群,占克隆子总数的32.28%,其次是β-Proteobacteria;与Rhodobacter系统关系密切的细菌是克隆文库中所占比例最大的一个菌属,占克隆子总数的12.6%;反应器中与硝化作用有关的是Nitrosomonas和Nitrospira属的细菌.研究结果表明,给水生物预处理反应器中的细菌群落结构和废水生物处理反应器中的细菌群落结构是有所差异的.图1表1参13     

富营养化太湖沉积物中微生物群落及对环境因子的响应

沉积物是水生态系统重要的组成部分,研究沉积物中的微生物多样性及群落结构有助于从侧面了解水体的水质状况.采集太湖中具有不同富营养化水平的梅梁湾(ML)与湖心区(HX)表层沉积物(0--2 cm),测定沉积物样品中的总有机碳(TOC)、总氮(TN)、无机氮(NH4+-N与NO3--N)、pH、氧化还原电位(Eh)与溶解氧(DO),利用基于16S rRNA基因的Illumina Miseq宏基因组测序技术研究沉积物样品中的微生物群落结构,并分析沉积物中微生物群落结构与环境因子的潜在关系.从太湖两处采样点6个沉积物样品中共获得234 408条有效序列,Sobs指数在1 811-2 442之间,Shannon指数在6.16-6.49之间,Coverage值在96.2%-97.7%之间,说明序列信息量足够大且微生物多样性较高.沉积物中细菌相对丰度为99%以上,共检测到48个门118个纲.其中变形菌门(Proteobacteria)为优势菌门,在ML和HX沉积物中的相对丰度分别为40.5%和35.4%,主要包括δ-proteobacteria和β-proteobacteria纲.其他较为丰富的门类包括绿弯菌门(Chloroflexi)、硝化螺菌门(Nitrospirae)和拟杆菌门(Bacteroidetes)等.将沉积物中纲水平微生物群落组成与理化因子进行Spearman相关分析可知,Eh、DO、pH、NH4+-N和TOC含量能显著影响纲水平优势微生物类群(OTU1%),且以Eh影响的微生物类群种类最多.上述研究表明,太湖沉积物中微生物资源丰富,不同富营养湖区理化因子是影响其中微生物群落结构的重要因素.(图4表3参42)     

一种新的好氧反硝化菌筛选方法的建立及新菌株的发现

利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌,通过形态学特征、生理生化反应及16SrDNA同源性比较对筛得菌株进行鉴定,并对其好氧反硝化相关基因napA进行扩增并测序比较.筛选到一株可以柠檬酸钠为碳源,硝酸钾为氮源,进行好氧反硝化的细菌.在溶解氧(DO)为(9.0±0.5)mg/L的培养基中,该菌株5 d内将硝态氮由282.0 mg L-1降解至149.2 mg L-1,其硝态氮去除率为46.47 ng mg-1min-1,同时亚硝态氮仅有少量的积累.经鉴定,初步判定它为假单胞菌属,命名为Pseudomonas sp.Y2-1-1.从其基因组中扩增出与好氧反硝化相关的周质硝酸盐还原酶(NAR)的亚基napA基因,并与已报道的napA基因进行Blast比较,发现具有较大差别.利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌是非常有效的.初步认为Pseudomonas sp.Y2-1-1是一株新的好氧反硝化菌.图6表3参12     

纤毛状生物膜脱氮除磷工艺调试研究

纤毛状生物膜脱氮除磷工艺(CNR)是一种高效的生物脱氮除磷工艺.好氧池中纤毛状生物膜填料的添加,固化了大量世代时间长的硝化菌,提高了硝化反应速度,而且成功地解决了好氧段硝化菌与聚磷菌的泥龄矛盾.通过对天津某污水处理厂进行CNR工艺中试,得出结论如下:填料比表面积大,微生物附着量高达1 350～1 500g·m~(-2);填料容易挂膜、脱膜,无堵塞现象,更不需要反冲洗,维护管理简单;填料上形成的生物膜中,微生物体系稳定,种群丰富,微生物相包括钟虫(vorticella)、轮虫(rotaria)、表壳虫(arcella)、吸管虫(tokophrya)等;采用CNR工艺对污水处理,常规项目的去除率均达到80%以上,出水水质除总氮达到一级B标准,其他均达到<城镇污水处理厂污染物排放标准>(GB 18918-2002)的一级A排放标准.     

高氨氮废水处理系统中功能微生物的检测

利用16S rDNA分子检测技术对高氨氮废水处理系统中的氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化细菌等难分离培养微生物进行了分析检测.从实验室处理高氨氮废水的生物流化床硝化系统生物膜中提取细菌总DNA,以其为模板,利用氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的16S rDNA特异性引物进行多聚酶链式反应(PCR)扩增,获得AOB和NOB的特异片段.将特异片段与pGEM-T载体连接并转化到E.coli DH5α中获得重组子,对阳性重组子进行酶切分型,AOB可分为8种不同类型.选取AOB的8种类型代表以及随即选取8个NOB克隆进行测序.经GenBank搜索以及同源性分析,发现所获得的8个AOB类型来自不同的菌株,处理系统中以Nitrosomonas sp.和Nitrosococcus sp.为氨氧化细菌的优势菌属;8株NOB重组子中有7株来自不同的菌株,系统中Nitrobacter sp.和Afipia sp.为亚硝酸盐氧化细菌的优势菌属.图6表1参14     

黄海西部海域沉积物细菌群落及其对环境因子的响应

黄海是西太平重要的边缘海。微生物群落在有机污染物生物地球化学循环中起着十分关键的作用,它们的群落结构、多样性及变化一定程度上反映了沉积物质量的变化。宏基因组学能够在整体水平解析微生物群落结构,真实地揭示原位环境中微生物群落的复杂性和多样性。2016年10月对黄海西部海域19个监测站位的微生物群落及环境因子开展了深入调查。应用Illumina MiSeq宏基因组高通量测序技术,共鉴定海域沉积物中微生物41门266属,变形菌门为明显的优势门类,其相对丰度占总数的47%。其他较为丰富的门类包括酸杆菌门(Acidobacteria),放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes),浮霉菌门(Planctomycetes)和沈微菌门(Verrucomicrobia)。各站位细菌多样性非常高,但站位间差异较大。其中Chaol指数均值为7 365.3;Shannon指数平均为9.65;Simpson指数平均为0.995。应用Past软件,采用CCA分析法研究细菌群落与环境因子的相关性,结果显示总磷和沉积物粒径对微生物门水平的群落分布具有显著性影响。计算细菌与环境因子间Pearson相关系数并绘制热图分析,发现酸杆菌、衣原体(Chlamydiae)和硝化螺旋菌(Nitrospirae)与总磷呈较明显的负相关。     

碳氮比对晚期垃圾渗滤液自养脱氮的影响

采用缺氧/好氧(A/O)短程硝化与升流式厌氧污泥床(UASB)厌氧氨氧化组合的自养脱氮系统处理实际晚期渗滤液,重点考察了碳氮比(C/N)对该系统的综合影响.在较低C/N范围内(1.45到1.95),氨氮去除率变化不显著,当C/N达到2.46以上时,硝化和厌氧氨氧化活性恶化导致其去除率从97.7%降为83.3%.化学需氧量和总氮去除率整体随C/N的提高而呈现先增加后减少的趋势.适度反硝化补充的碱度不仅为硝化菌提供充足的无机碳源,且有利于保障较高的p H和游离氨以维持稳定的短程硝化,亚硝积累率随C/N的提升呈现小幅上升.种群结构分析表明高C/N与厌氧氨氧化菌群所占的比例呈反比关系,从1.65%降为0.31%,维持厌氧氨氧化菌和反硝化菌的动态平衡是保证系统正常运行的关键因素.C/N为1.95时系统整体性能最优.     

硝化作用微生物的分子生物学研究进展

回顾了硝化作用微生物的分子生物学研究进展 ,主要介绍了硝化作用微生物的种类 ,包括氨氧化菌、亚硝酸氧化菌、异养氨氧化菌和厌氧氨氧化菌 .这些微生物的系统发育分析表明亚硝化菌的系统发育相对简单 ,而硝化细菌则要复杂许多 .还介绍了在硝化作用微生物生态学研究中应用的分子生物学技术 ,如PCR、变性梯度胶电泳 (DGGE)、原位荧光杂交 (FISH)等 ,以及不同类群细菌中与硝化作用相关的酶类及其基因 .文章的最后还提出了一些研究展望 .图 3参 35     

生物电化学脱氮技术研究进展

生物电化学系统(BES)因兼有污染物去除与能量回收等优点,近年来已成为环境污染治理领域的关注热点.对生物电化学技术在脱氮方面的基本原理、含氮污染物的转化途径进行综述,主要的生物脱氮过程包括阴极反硝化、阳极氨氧化以及阴极同步硝化反硝化等,而非生物脱氮过程包括NH_3/NH_4~+的跨膜转移、氨气逃逸等.总结已报道的BES中主要脱氮微生物及其脱氮机制,BES中多数反硝化菌属于变形菌门(Proteobacteria);硝化细菌主要是亚硝化菌属(Nitrosomonas)和硝化杆菌属(Nitrobacter);在同步硝化反硝化过程中,电极上的硝化、反硝化菌有明显的分层现象.最后阐述了生物电化学脱氮技术在生活污水、渗滤液、地下水处理等领域的最新应用研究,通过改变反应器构型以及运行模式等条件构建不同BES处理各类污水,以达到去除污染物同时回收电能或资源的目的.基于目前BES的优势,认为减少脱氮中间产物(NO_2~--N、N_2O)的积累及扩大BES规模对电能输出和污染物去除效果的影响将是未来的研究方向.     

好氧反硝化菌及其在生物处理与修复中的应用研究进展

好氧反硝化菌因其生长特性与同步异养硝化好氧反硝化功能,为环境生物脱氮提供了崭新的技术思路.综述了已分离获得的好氧反硝化菌类群及其生长特性,重点阐述了好氧反硝化菌生物脱氮性能、影响因素与好氧反硝化机理,探讨了好氧反硝化在环境生物修复领域的应用.已有研究表明,好氧反硝化菌在环境生物脱氮方面具有明显的技术优势,但有关好氧反硝化反应机理、影响因素等仍待解析,以期为好氧反硝化菌固定化、活性持留以及受污染环境水体修复等研究提供理论依据.     

曝气复氧对底泥氮素生物地球化学循环影响的作用机制研究

通过分析底泥氮污染物释放规律和转化过程,以及底泥生境、氮形态变化和氮循环功能微生物群落结构变化的规律,探讨了不同曝气复氧条件影响底泥氮生物地球化学循环的生物代谢、物理化学联合作用的机制。结果表明：曝气复氧对底泥中氮的生物地球化学循环影响是一个包括微生物代谢作用和物理化学作用的复杂联合作用过程。水体好氧环境的改变主要引起参与底泥氮循环的硝化、亚硝化和反硝化功能菌群群落结构的演变,对异养菌和氨化菌的影响不大,证明环境好氧条件的改变对底泥有机质生物分解产生氨氮的微生物代谢过程影响不大,主要对底泥释放的氨氮硝化、反硝化等生物转化过程产生大的影响。不同溶解氧条件下,底泥释放的氮素在微生物作用下主要以NH4＋-N和NO3--N的形式进入试验体系,并在特定的氧化还原电位（临界值-200 mV）和pH（临界值6.70）条件下通过物理化学作用在底泥中以离子交换态氮（IEF-N）、碳酸盐结合态氮（CF-N）、铁锰氧化态氮（IMOF-N）及有机态和硫化物结合态氮（OSF-N）等不同形态氮相互转化,同时,在氮的转化和循环过程中部分输入上覆水体。在低溶解氧组实验条件下[ρ（DO）〈0.5 mg.L-1],底泥向水体输出氮总量为底泥可转化态氮的19.7%,主要为氨氮,最大释放速率达到289.13 mg.m-2.d-1,释放的质量浓度可达到18.8 mg.L-1;好氧条件下（DO饱和）,底泥向水体输出氮总量为底泥可转化态氮的1.8%;好氧-缺氧条件下为11.7%,主要以N2的形式释出系统。     

四川彭州大蒜根腐病发病土壤细菌与真菌群落结构

为了解土壤微生物群落与大蒜根腐病之间的关系,采集四川省彭州市不同地点大蒜正常生长和发病土壤样品,采用Illumina MiSeq测序技术分析土壤细菌与真菌的群落结构变化.结果显示,供试土壤的优势细菌主要为变形菌门和绿弯菌门,优势真菌主要为子囊菌门和担子菌门;与正常土壤相比,发病土壤细菌多样性减少,真菌多样性和丰富度增加,其中硝化螺菌属、Nitrosomonadaceae-uncultured、芽孢杆菌属和鞘氨醇单胞菌属等有益细菌及青霉属、木霉属和热霉属等有益真菌丰度降低,匐柄霉属和镰刀菌属等病原真菌丰度增加.Spearman分析结果显示,匐柄霉属和镰刀菌属等病原真菌的相对丰度与土壤pH呈负相关,与土壤速效钾含量呈正相关.本研究表明彭州大蒜根腐病发病与土壤微生物群落结构改变、土壤微生态失衡有关,结果对探明病害的发生机理具有现实意义,可为有效防治大蒜根腐病提供理论依据.(图2表5参36)     

盐度对鱼鸟河上覆水细菌群落结构的影响

针对烟台市牟平区入海河流鱼鸟河生态系统,利用原位调查和室内模拟方法研究河道不同盐度(2.5‰、5‰、12‰和20‰)条件下细菌群落结构,通过高通量测序技术探究海岸带地区盐度梯度变化对细菌群落结构的影响。结果显示,河道不同盐度条件下浮游细菌和附生细菌的优势菌隶属于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和蓝藻门(Cyanobacteria)。变形菌门相对丰度最高;蓝藻门次之,且蓝藻门相对丰度随着盐度增加而降低。具有氨氧化功能的亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)和具有氧化亚硝酸盐功能的嗜盐菌Candidatus Nitrotoga为优势浮游细菌,参与水体氮循环过程。耐盐菌产卟啉杆菌(Porphyrobacter)为优势附生细菌,在藻华暴发点下游其相对丰度变化趋势与微囊藻属相似。模拟实验也得到类似结果,不同处理组优势菌如变形菌门、蓝藻门和拟杆菌门等,与原位样品相同盐度条件下的细菌群落组成相似。相关分析和主成分分析表明盐度显著影响细菌群落多样性和丰富度。研究结果可为了解盐度对海岸带菌群结构功能的影响及耐盐功能菌的应用提供理论支持。     

低溶解氧条件下生物脱氮研究中的新现象

活性污泥法中 ,曝气主要起供氧和扰动混合的作用 ,曝气提供的氧被微生物用来氧化有机物并合成细胞 .反应器中的溶解氧 (DO)浓度是重要的运行参数 ,曝气池中DO偏低 ,好氧微生物不能正常生长和代谢 ;DO过高 ,不仅能耗增加 ,而且细菌的活力也会降低 .一般要求曝气池中DO不低于 2mgL-1的水平 ,但在实践中常常会出现曝气强度过高的情况 .因而有必要通过有效手段将DO控制在适当的水平 ,既不影响微生物的正常生长和有机物的去除 ,同时又避免过多能耗 .传统观点认为 ,低DO条件会促进丝状菌生长 ,破坏污泥絮体的沉降性能 ;使胞外多聚物的产生量…