淀粉废水处理系统中活性污泥的微生物群落结构及多样性分析

为探究淀粉废水处理活性污泥中微生物的群落结构及多样性,基于Illumina MiSeq高通量测序方法,分析了不同运行阶段的A/O处理系统中活性污泥的微生物群落与多样性组成.结果表明,A/O系统中处理淀粉生产废水的活性污泥在同一种废水下微生物群落结构总体比较稳定,优势细菌主要为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)等;最重要优势细菌类群为变形菌门(45. 66%～66. 30%),其中γ-亚纲细菌是其主要成员,占比36. 38%～66. 65%.优势拟杆菌门主要成员鞘脂杆菌纲在污泥沉降性能较好时其占比下降,但绿弯菌门主要成员厌氧绳菌纲在污泥沉降性能较好时其占比明显增加,变化趋势正好相反,或许它们二者之间的耦合变化与污泥沉降性能变化密切相关.活性污泥样品中存在大量特殊功能菌群,它们在活性污泥的污染物分解和氮磷去除中发挥重要作用.     

养猪微生物发酵床垫料细菌多样性分析

为揭示养猪微生物发酵床垫料细菌群落的多样性,明确发酵程度对垫料细菌群落结构的影响.本研究基于高通量测序技术分析了微生物发酵床3个发酵等级垫料的细菌群落特征.测序共获得1198467条序列,包括33个门、73纲、272科,600属的细菌,发酵床垫料细菌多样性与发酵等级相关.其中中度发酵垫料细菌数量最多,深度发酵垫料细菌种类最多.拟杆菌门、变形菌门、放线菌门和厚壁菌门是优势菌类群.随着发酵等级的增加,垫料中的葡萄球菌科和皮杆菌科细菌含量减少,说明发酵床可以抑制致病菌,保护养殖健康.在3个发酵阶段,微生物发酵床中起主要降解作用的细菌不同.在轻度发酵时期,黄单胞杆菌科和间孢囊菌科细菌是主要的降解菌群;在中度发酵时期,变形菌门的腐螺旋菌科、拟杆菌门的黄杆菌科、放线菌门的棒状杆菌科和异常球菌-栖热菌门的特吕珀菌科起主要降解作用;在深度发酵时期,厚壁菌门梭菌目瘤胃菌科、拟杆菌门的紫单胞杆菌科、变形菌门的产碱菌科和假单胞菌科起降解作用.随着垫料等级的增加,粪便中的指示菌——瘤胃菌含量增加,可作为垫料更换的信号.PICRUSt分析显示随着发酵等级增加,细菌代谢水平下降.本研究可为发酵床猪粪的生物降解提供理论依据,同时为发酵床垫料的管理与维护提供参考.     

4种浮床栽培植物生长特性及吸收氮磷能力的比较

选取美人蕉、风车草、菖蒲和香根草4种常见的浮床植物为研究对象,对其生长特性及吸收氮磷的能力进行比较研究.结果显示,4种植物的成活率均在90%以上,移栽后60-100d为植物的快速生长期.经过4个月的生长.4种植物水面上部生物量均明显高于下部;除香根草外,其它3种植物体内的氮磷含量均呈叶>根>茎的分布;植物体内的氮、磷累积量大小依次为美人蕉>风车草>菖蒲>香根草.植物吸收占浮床系统氮去除的比例均低于40%,占浮床系统磷去除的比例均高于55%.4种植物中,美人蕉对水体中氮磷的吸收能力最强,可以将其作为三峡库区次级河流的浮床栽培植物进行推广.     

空心菜浮床+仿生植物系统对污染物去除效果

通过空心菜浮床,空心菜+仿生植物复合系统以及仿生植物3组不同的水处理系统对城市重污染河道水体主要污染物的去除效果研究,试图阐明浮床+仿生植物复合系统在水质净化中的强化作用。结果表明,空心菜浮床+仿生植物复合系统对污染水体中的TN,NH4+-N,TP,高锰酸盐指数均具有较好的去除效果,相对于单独的空心菜浮床系统,复合系统对TN,NH4+-N,TP以及高锰酸盐指数的去除率提高了28.50%、20.03%、33.43%、18.02%;相对于单独的仿生植物系统,复合系统对TN,NH4+-N,TP以及高锰酸盐指数的去除率提高了14.98%、20.29%、53.38%、26.96%,且其对污染物的去除率远高于对照(p<0.05),表明空心菜生态浮床+仿生植物复合系统可实现对污染水体的强化净化,同时可有效抵抗空心菜植物腐烂对系统带来的冲击,确保复合系统的长期稳定运行。     

典型生物滞留池细菌群落结构及多样性特征

为了解生物滞留池的细菌群落多样性特征,选取珠海市3个典型生物滞留池为样点,采集19个土壤样本,基于16S rRNA基因高通量测序技术,分析了生物滞留池的细菌群落结构及多样性,探讨了细菌群落与土壤因子的关系及生态功能。结果表明：珠海市生物滞留池的优势菌门(相对丰度>5%)为变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria),还含有大量厚壁菌门(Firmicutes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、糖化细菌门(Saccharibacteria)、蓝菌门(Cyanobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)等细菌群落。生物滞留池细菌群落的多样性和丰富度较高,细菌群落结构受生物滞留池中植被类型的影响显著,受土壤深度的影响不显著。土壤因子分析发现,总有机碳(TOC)、总硫(TS)、总氮(TN)、铵氮(NH⁺₄-N)和硝酸盐氮(...     

湿地植物-沉积物微生物燃料电池阳极微生物群落多样性研究

阳极微生物种类及群落结构都会对微生物燃料电池的产电及底泥修复效果产生显著影响,因此,对微生物燃料电池阳极微生物群落多样性进行研究分析显得尤为重要.本研究利用风车草(Clinopodium Urticifolium)或短叶茳芏(Cyperus Malaccensis)两种植物结合受污染河涌底泥构建了湿地植物-沉积物微生物燃料电池(P-SMFC),同时构建无植物的沉积物微生物燃料电池(SMFC)作为对照,共3个电极处理组,每组3个平行.系统运行7个月后,分析其产电特性,并利用高通量测序对3个电极处理组生物膜微生物群落多样性进行分析,以探讨P-SMFC产电特性、阳极生物膜群落多样性及不同处理组之间群落结构的差异.结果表明,3个处理组中微生物群落结构存在明显差异,风车草和短叶茳芏两种植物的引入均会对微生物燃料电池系统中的细菌及古菌群落结构产生影响.植物的存在一方面有助于阳极生物膜各类细菌及古菌的生长,另一方面植物也有助于产电系统中阳极生物膜细菌及古菌群落多样性的增加,且风车草相比短叶茳芏而言,更能增加系统的古菌群落的多样性.在细菌群落分析中,3个处理组中都以变形菌门Proteobacteria为优势菌群,其次为绿弯菌门Chloroflexi,在所有菌属中以土杆菌属Geobacter的相对丰度最高,分别为PSM1处理组11.50%、SM处理组14.33%、PSM2处理组8.53%,为其优势菌属,但P-SMFC中该菌属的丰度相对较低.在古菌群落分析中,3个处理组中都以广古菌门Euryarchaeota的相对丰度最高,分别为PSM1处理组79.83%、SM处理组80.20%、PSM2处理组81.67%,成为优势菌门,其中以甲烷八叠球菌目Methanosarcinales的Methanosaeta属、甲烷杆菌目Methanobacteriales的Candidatus Methanoregula属的相对丰度最高,为其优势菌属.且Methanosaeta的相对丰度分别达到PSM1处理组21.43%、SM处理组25.00%、PSM2处理组23.16%,P-SMFC处理组的丰度相对较低;Candidatus Methanoregula的相对丰度分别为PSM1处理组13.05%、SM处理组11.73%、PSM2处理组16.02%,P-SMFC处理组的丰度相对较高.     

4种浮床植物吸收水体氮磷能力试验研究

选取美人蕉、黄菖蒲、再力花和千屈菜4种常见植物作为研究对象,建立淀山湖富营养化防治植物浮床试验工程,对其生长特性和氮磷吸收能力进行试验研究. 结果表明,采用上下层尼龙网固定种植方式有利于浮床植物的快速生长繁殖,美人蕉和再力花的成活率均为83.33%,高于千屈菜的76.67%和黄菖蒲的53.33%. 11月收割时美人蕉和再力花的分蘖数分别达到64株和78株,生物量（鲜重）分别为32.0 kg/株和38.6 kg/株. 美人蕉和再力花体内氮磷含量分布均为茎叶>根系,美人蕉茎叶和根系单位干物质量中氮、磷含量比分别为1.40和1.21,再力花则分别为1.59和1.08. 植物体内的氮磷累积量差异主要来自于生物量的差异,再力花对氮的吸收能力最强,收割时氮获得量达到457.11 g/m²,美人蕉对磷的吸收能力最强,收割时磷获得量达到41.29 g/m²,美人蕉茎叶氮、磷吸收量分别为根系的2.17倍和1.86倍;再力花分别为1.73倍和1.17倍. 美人蕉和再力花可以作为淀山湖水体富营养化防治的浮床栽培备选植物来进行推广应用.     

空心菜浮床对鱼塘水质和微生物多样性的影响

为从环境微生物的角度探讨生物浮床的水质调节机理,采用宏基因组学测序技术和生物信息学手段,分析了环境微生物和根系微生物群落的多样性.研究结果表明,鱼菜共生模式下优势菌门是变形菌门（Proteobacteria）、蓝细菌门（Cyanobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和厚壁菌门（Firmicutes）等,主要菌属是聚球藻属（Synechococcus）、hgcI_clade、CL500-29_marine_group、芽孢杆菌属（Bacillus）和分支杆菌属（Mycobacterium）等;空心菜根系微生物群落中最丰富的优势菌门是变形菌门和蓝细菌门,主要菌属是红细菌属（Rhodobacter）、噬氢菌属（Hydrogenophaga）和聚球藻属等.研究结果还表明低覆盖率（3.5%）的空心菜生物浮床能够增加水体的溶解氧含量,降低水体中含氮化合物的浓度和改善养殖环境中的微生态平衡,提高有益菌和氮循环细菌的含量.     

再生水湿地香蒲根内生细菌群落多样性及其水质特征分析

以北京白河人工湿地再生水补水河段香蒲根为研究对象,采用16S rDNA克隆文库技术对香蒲根内生细菌群落多样性进行分析,得出该克隆文库包括4大类群细菌,最优势类群为变形杆菌门Proteobacteria,其中包括Gammaproteobacteria、Betaproteobacteria、Epsilonproteobacteria、Alphaproteobacteria;其次为厚壁菌门Firmicutes、疣微菌门Verrucomicrobia、拟杆菌门Bacteroidetes;另外还包括部分非培养未确定种属的细菌.结合研究区再生水排放口与湿地下游水质数据,得出TN、TP、NO₃^-去除率达到了42.15%、47.34%、28.56%,表明湿地对再生水中的TN、TP、NO₃^-具有明显去除机制,说明香蒲根内生细菌克隆文库中菌株与湿地氮、磷等生物地球循环关系密切.     

4种浮床植物吸收湖泊水体氮磷能力试验研究

选取美人蕉、黄菖蒲、再力花和千屈菜4种常见植物作为研究对象,建立淀山湖富营养化防治植物浮床试验工程,对其生长特性和氮磷吸收能力进行试验研究。结果显示：采用上下层尼龙网固定种植方式有利于浮床植物的快速生长繁殖;美人蕉和再力花生长繁殖能力和成活率均高于黄菖蒲和千屈菜,11月份美人蕉和再力花的分蘖数分别达到64株和78株,收割时生物量（鲜重）分别为移栽前的364倍和585倍;植物体内的氮磷累积量差异主要来自于生物量的差异,美人蕉和再力花对氮磷的吸收能力显著高于黄菖蒲和千屈菜,两者体内氮磷含量分布均为茎叶〉根系;再力花对氮的吸收能力最强,植物收割氮获得量达到457．11g／m^2,美人蕉对磷的吸收能力最强,达到4129g／m^2,美人蕉和再力花可以作为淀山湖水体富营养化防治的浮床栽培植物来进行推广应用。     

不同碳硫比条件下底物类型对硫酸盐去除的差异性

为探索底物和碳硫比（COD_Cr/SO₄^2-）对硫酸盐去除的影响,分别以乙醇、乳酸、丙酸、丁酸、乙酸为底物,采用静态试验考察了不同COD_Cr/SO₄^2-条件下利用不同底物去除硫酸盐的差异性。结果表明,在35  ℃条件下,COD_Cr/SO₄^2-为2.0时,硫酸盐还原菌（SRB）对乙醇的适应性最好;COD_Cr/SO₄^2-为2.5时,以乳酸、乙醇、丙酸为底物的系统中硫酸盐去除率分别可达90.29%、81.27%和80.69%;COD_Cr/SO₄^2-为3.0也可维持较高的硫酸盐去除率,以丁酸、乙酸为底物的系统中硫酸盐去除率分别可达88.78%和73.69%。研究表明,CODCr/SO42-对SRB可利用的底物类型影响较大,根据底物类型选择最优的COD_Cr/SO₄^2-,能够显著提高硫酸盐的去除效果,可为缩短厌氧脱硫反应器的启动时间提供新的思路。     

污泥干化芦苇床渗滤液中CODCr和TP浓度预测模型

为便于水质管理,在大连开发区污水处理厂设立了1个传统污泥干化床和2个污泥干化芦苇床,根据系统出水ρ(COD_Cr)和ρ(TP)检测数据的平稳系列特点,采用ARIMA时间序列分析模型对出水ρ(COD_Cr)和ρ(TP)进行模拟和预测. 结果表明:ARIMA(1,0,0)模型可较好地模拟和预测出水ρ(COD_Cr)的变化,R2达0.577以上,预测相对误差在-10%~19%之间,实测值和预测值之比处于0.8~1.2之间;ARIMA(6,0,0)模型能较好地模拟和预测污泥处理湿地渗滤液出水ρ(TP)的变化,R2在0.487以上,预测相对误差在-4%~16%之间,实测值和预测值之比处于0.8~1.2之间. 研究显示,所构建的ARIMA模型可用于污泥处理湿地系统运行过程中渗滤液出水ρ(COD_Cr)和ρ(TP)的预测.      

生活污水中BOD5与CODCr关系的区域性差异分析

生活污水含有大量可降解有机物,在厌氧条件下可以产生温室气体.IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)指南提供的计算温室气体的方法中,BOD₅和COD_Cr是计算CH₄排放的重要参数.以BOD₅和COD_Cr生化构成特性和数学模型为基础,对2005年347家城镇污水处理厂的ρ(BOD₅)和ρ(COD_Cr)数据进行分析,研究生活污水中ρ(BOD₅)与ρ(COD_Cr)关系的区域性差异.结果表明,生活污水中ρ(BOD₅)与ρ(COD_Cr)间的相关关系存在明显的区域特征,这种区域性差异主要由污水的来源和其理化特性决定.总体来看,ρ(BOD₅)/ρ(COD_Cr)值基本在0.4～0.5之间.在省级温室气体估算过程中,各省区可采用本地特有的ρ(BOD₅)/ρ(COD_Cr)值,进行源自生活污水的CH₄排放计算.      

复合人工湿地-池塘养殖生态系统细菌多样性研究

于2009年8至10月对比调查研究了由人工湿地-池塘养殖复合构成的池塘循环水养殖系统和传统池塘养殖系统中水体理化和生物特征,并利用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)分析了两系统中的细菌多样性。研究结果表明:试验期间各池塘水温和溶氧随月份呈下降趋势,对照塘NH4+-N和TP显著高于循环塘(P＜0.05),而循环塘间无显著差...     

皂素工业废水CODCr排放限值的研究

皂素工业是近几年来迅速发展的一个重要生物医药化工行业,我国皂素主产区位于南水北调中线工程水源汉江上游,其排放的大量高浓度含酸有机废水给水源保护带来严重威胁,急需制定我国的皂素工业水污染物排放标准.采用三段式两相厌氧为核心的二级生化组合工艺技术从实验室试验、现场工业性试验和示范工程三方面对皂素工业废水COD_Cr排放限值进行了研究,皂素废水二级生化处理出水中残留COD_Cr总量(以质量浓度计)约为400～500 mg/L,其中溶解性微生物代谢产物(SMP)质量浓度约为240～280 mg/L.综合考虑技术可达性和经济可行性,将现有企业COD_Cr排放限值规定为400 mg/L;为引导企业对废液综合利用,推进皂素行业清洁生产,规定新建企业和现有企业的第二时段的限值为300 mg/L.提出了丹江库区相应的COD_Cr总量指标及皂素规模限额.执行该标准后,全国每年可削减COD_Cr 71　400 t,其中南水北调中线工程水源汉江上游至少可削减60　690 t,可以满足中线调水水源区的环境保护要求.      

动态水流条件下河流底泥污染物(CODCr)释放研究

为了研究不同水深、流速等水动力条件对底泥中污染物释放强度的影响,以苏州河底泥为例,通过水槽试验,分析了动态水流条件下河流底泥中污染物释放及其对上覆水体水质的影响.结果表明,CODCr释放率随时间的增大而增大,但CODCr释放强度随时间的增大而减小.底泥中污染物释放率与水深和流速有关,在相同水深的条件下,底泥的释放率随着流速的增加而增大;在相同流速的条件下,底泥的释放率随着水深的增大而减小.在水深10cm、流速0.10m.s-1的动态水流条件下,底泥向上覆水体释放CODCr的释放强度与时间的关系为:C=1.06C0e-0.06t.     

基于水资源消耗和CODCr排放双调控的我国工业分类研究

从水资源消耗和COD_Cr排放双调控出发,利用2005年各工业部门有关统计数据,基于万元产值水资源消耗和COD_Cr排放强度,将40个工业部门划分为低水资源消耗-低污染工业、高水资源消耗-低污染工业和高水资源消耗-高污染工业3类.基于该分类方案,利用2001—2005年统计数据,对3类工业水资源消耗和COD_Cr排放进行统计分析,结果表明:占工业生产总值30%的高水资源消耗-高污染工业,排放了接近85%的COD_Cr有机物;占工业生产总值40%的高水资源消耗-低污染工业,水资源消耗接近75%;而占工业生产总值30%的低水资源消耗-低污染工业,水资源消耗不到2%,COD_Cr的排放量也低于4%.基于该工业分类方案,建立起工业生产与水资源消耗量和COD_Cr排放量之间的双向联系.      

COD消解装置在测定印染废水CODCr中的应用

针对重铬酸钾回流法测定COD消解时间长,分析费用高等不足,研究了COD消解装置在测定印染废水CODcr中的应用.通过对消解时间和催化剂用量的选择,确定了COD消解装置测定絮凝处理前后印染废水CODcr的最佳条件,并且测定结果与回流法一致.该方法具有操作简便,分析费用低,消解时间短及精密度好等特点.     

脱硫脱硝技术展望

论述了脱硫脱硝技术现状 ,通过分析比较得出 :湿法脱硫投资和运行成本高 ,产生的副产品无法进行再利用 ;电子束烟气脱硫脱硝技术投资和运行比湿法脱硫低20%～30%,但需要严格庞大的放射线防护设施 ,电子加速器昂贵 ,电子能量损失大。笔者提出强电离放电可以将烟气中的SO₂ 氧化 ,然后生成固体微粒 (NH₄)₂SO₄,提高反应速率 ,简化流程 ,有望真正解决我国的SO₂ 和NO_x。      

O2、NO-3、NO-2为电子受体的生物除磷比较

通过平行运行3个分别以O₂、NO^-₃、NO^-₂为电子受体的SBR除磷系统,探讨了反硝化除磷区别于好氧除磷的工艺特征及其内在微生物竞争机制.NO^-₂不会对经驯化后反硝化聚磷菌（DPAO）的缺氧吸磷产生直接抑制作用,但其作为反硝化除磷电子受体的效能远低于NO^-₃;具备利用NO^-₃而缺乏NO^-₂反硝化酶系的DPAO（DPAO₅）流失及聚糖菌（GAO）增殖是根本原因.而NO^-₃是一种高效电子受体,其反硝化除磷效能与以O₂为受体的好氧除磷系统相当,两者在除磷计量学和功能菌群构成上十分接近.作为聚磷菌（PAO）的竞争者,GAO在3个研究系统中均大量存在.基于对不同电子受体的利用能力,PAO包含P_O、P_N、P_n、P_Nn、P_ON、P_ONn等6个种类.P_ON和P_ONn等兼性PAO是生物除磷的主体,其在污泥中比例越高,系统的除磷负荷也越大,即SBR_o＞SBR_n5＞SBR_n3.