白腐真菌木质素降解酶的反应器发酵

为了获得更高的白腐真菌木质素降解酶的产量和相应的控制策略,应用5L搅拌罐生物反应器对氮限制下(C/N=56/2.2)P.chrysosporium产木质素降解酶进行了放大研究.结果表明,在分批发酵试验中,锰过氧化物酶(MnP)和漆酶(Lac)分别在培养第6d和第7d达到峰值,其酶活随时间的变化规律与摇瓶试验基本相同;而采用氮限制液体培养基进行补料没有获得更高的酶活,因此,可以得出采用发酵液体培养基作为补料液不利于白腐真菌持续产酶.另外,在分批发酵和分批补料发酵过程中,均发现体系pH值变化与白腐真菌生长和次生代谢产酶具有较好的相关性,当白腐真菌进入次生代谢阶段开始产酶时,体系pH值开始下降,随着发酵后期酶活的降低,pH值下降的幅度也逐渐变小,当体系酶活接近为0.0U/L时,pH值基本不再变化.因此,在实际发酵过程中,可以依据体系pH的变化间接了解白腐真菌的生长和产酶情况,而分批补料策略还有待于进一步研究.     

非灭菌条件下白腐真菌在反应器中的形态特征变化

揭示白腐真菌(Phanerochaete chrysosporium)在反应器中的形态变化有助于了解白腐真菌反应器难以连续运行问题的本质. 在耦合臭氧单元的反应器对酸性蓝45连续降解的过程中,考察了非固定化和固定化菌丝系统中白腐真菌的形态特性变化. 结果表明,在接种量为1 700 mg/L的非固定化系统中,染菌量为7.1×105 CFU/mL,平均脱色率为19%;但菌丝球形态不稳定,运行8~12 d时出现破裂、菌丝脱落、内容物大量流失,污染微生物的生长加剧. 在固定化系统中,接种量为1 700 mg/L时,染菌量降至8.4×104 CFU/mL,平均脱色率升至22%;接种量为4 300 mg/L时,染菌量降至4.7×104 CFU/mL,平均脱色率达29%. 在固定化菌丝系统中,白腐真菌的形态相对稳定,但21 d后,其稳定性降低,也出现了菌丝脱落现象,这与菌丝球或固定化菌丝的内部菌丝老化和自溶有关,可以考虑通过设计新载体从生物膜的内部和外部同时供给营养物和氧气解决该问题.      

白腐真菌批式发酵动力学模型研究

为了进一步认识白腐真菌发酵产酶机理并指导相关发酵工艺设计,在一系列试验研究的基础上,建立了描述黄孢原毛平革菌批式发酵过程的动力学模型,并采用自由悬浮和固定化2种培养条件下的试验数据分别回归了模型各参数.模拟计算结果表明,生物量、葡萄糖、氨氮、木质素酶浓度的的计算值与实测值的偏差在15%以内.对比2种培养条件下的模型参数发现,二者得到的最大生物量浓度均为1.78 g/L;固定化培养菌体的比增长速率值(0.668 3 d-1)大于自由悬浮培养值(0.514 4d-1);自由悬浮培养中绝大部分葡萄糖消耗于非生长菌体代谢,固定化培养中则部分葡萄糖用于菌体生长,且氨氮消耗更快;菌体的产酶过程与生长无关;自由悬浮培养条件下,菌丝小球可合成MnP(231 U/L),其MnP合成能力为115.8 U·(g·d)-1,且高峰后依然可以保持26.1 U·(g·d)-1,适合采用补料-分批发酵的模式提高MnP的产量及其发酵效率;固定化培养条件下,菌体可同时合成MnP(410 U/L)和LiP(721 U/L),但其LiP和MnP合成能力在酶活高峰之后明显下降,分别由248.9 U·(g·d)-1和80.1 U·(g·d)-1下降到0 U·(g·d)-1和6.04 U·(g·d)-1,故而在考虑补料-分批发酵模式时,补料时机应选择在培养中期的LiP与MnP峰值之前.     

白腐真菌生物过滤塔处理氯苯气体的研究

以竹子为填料,构建新型的白腐真菌Phanerochaete chrysosporium生物过滤塔,考察该过滤塔在不同操作条件下对氯苯的去除性能.结果表明,白腐真菌生物过滤塔对氯苯表现出较好的去除效果,在进口浓度200～1 500 mg/m3,空塔停留时间122 s的条件下,最大去除率接近80%,平均去除率约50%.过滤塔的去除速率与进口负荷和去除率有关,在进口浓度500～1 500mg/m3,流量0.5 m3/h的条件下,最大去除速率可达94 g/(m3·h),平均去除速率为60 g/(m3·h).过滤塔去除速率对进口负荷变化的响应幅度与流量有关,在低流量条件下随进口负荷的变化率较大.过滤塔中氯苯浓度的沿程分布呈现出非线性下降的特征,造成这一现象的原因可能与过滤塔内生物量的分布情况有关.     

真菌降解技术中载体固定和表面活性剂的作用

采用载体固定技术和加入表面活性剂的方法，以乙基橙和比布列希猩红为底物，建立黄孢原毛平霸菌－染料共培养体系。实验结果表明：聚乙烯泡沫小块和玻璃棉，可有效地固定菌体细胞，加速染料的脱色降解；在接种的同时加入０．１％～０．２％Ｔｗｅｅｎ８０，能有效地保护降解酶的性；培养方式、菌团大小、培养体系的生理特性等，和解体系的反应效率均有明显的影响。采用本方法能克服动培养系统对真菌反应体系的破坏，乙基橙和比布列希     

气液环境下白腐真菌Phanerochaete chrysosporium在载体表面的附着性能研究

以白腐真菌Phanerochaete chrysasponum为研究对象，考察了该菌种在液相和气相环境中在陶粒、颗粒炭、玻璃珠、竹子、聚丙稀多面空心球、沸石上的附着和生长情况．研究结果表明，在液相环境中，白腐真菌Phanerochaete chrysosporium对竹子、沸石、陶粒、聚丙稀多面空心球有较好的附着能力，但菌体的生长量和形态特征受载体的影响而产生明显差异．在有玻璃珠和颗粒炭存在的液相环境中，均出现一定数量的菌丝小球。但在载体表面无附着现象．将附有菌体的载体置于气相环境中，发现白腐真菌在载体表面能够形成气生菌丝层．同时．显微镜下观察发现，菌体在沸石、陶粒和多面空心球表面呈绒毛状，质地松散，在竹子表面的菌体有明显的交织结构．     

交替处理不同废水对白腐真菌处理体系的影响研究

白腐真菌反应器的连续运行是否与木质素过氧化物酶系直接相关是其用于处理难降解有机废水的关键问题。针对此问题,构建白腐真菌处理体系对垃圾渗滤液和焦化废水被交替处理（序批式运行）,考察交替处理过程中白腐真菌处理体系的变化。结果显示：在交替处理过程中,黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)好氧丝状生物膜并未出现明显的适应期,能够连续合成木质素过氧化物酶（56～376 U/L）;每批废水的pH都表现为由碱性向酸性变化;COD、氨氮和磷酸盐的去除未受废水交替处理的影响,且在垃圾渗滤液中分别达到43%～44%、70%～71%和17%～25%的去除率,在焦化废水中分别达到26%、33%和57%的去除率。表明基于P. chrysosporium好氧丝状生物膜构建的难降解有机废水处理体系是以木质素过氧化物酶系为基础,可能与难降解废水的种类无关。     

黄孢原毛平革菌对6种染料的脱色降解

在黄孢原毛平革菌与6种染料的液体静培养体系中,不同浓度的染料均发生脱色降解。共培育30 d时,刚果红、直接冻黄G和活性翠蓝KN－G达到92%～99％的脱色率。10,50,100 mg/L活性翠蓝KN－G,50,100 mg/L金莲橙O与天青蓝A,100 mg/L活性艳蓝KN－R的降解率达70%以上;18个样品中60%的降解率超过50%。生物吸附和生物降解是2个重要过程。研究表明,黄孢原毛平革菌对各种染料类群具有广谱有效的脱色降解能力。      

黄孢原毛平革菌对三苯甲烷染料的生物脱色降解

利用黄孢原毛平革菌对代表性三苯甲烷染料进行处理。菌的3种品系BKM-F-767．ME446和OGC101对10．50．100mg／L不同浓度的碱性紫5BN，碱性副品红、甲酚红．溴酚蓝和孔雀绿等5种染料具有不同程度的脱色降解能力。碱性副品红和溴酚蓝最为敏感．低浓度(10～30mg／L)孔雀绿的脱色降解效果最好．碱性紫5BN则一般．而甲酚红似乎抵御菌的进攻。紫外一可见光测定表明：碱性紫5BN在BKM-F-1767的作用下。培养液发生吸收峰朝短波方向的移动．标志着染料分子结构发生变化。     

白腐真菌发酵中胞外蛋白酶对MnP的产生及其稳定性的影响

在摇瓶试验中通过投加4种对应不同蛋白酶的抑制剂,研究了白腐真菌 Phanerochaete chrysosporium 固定化发酵过程中所产的胞外蛋白酶对其MnP的产生以及稳定性的影响.在培养1d后投加 Pepstatin A 可使MnP峰值提高且提前1d出现,而投加PMSF、EDTA后MnP峰值出现时间不变但峰值皆下降;培养4d后投加 PMSF 和Pepstatin A可使MnP酶活提高且稳定性增强;培养过程中投加 HgCl2 均会抑制菌体生长,使 MnP酶活水平较低.在培养1d后直接补人初级蛋白酶浓缩液.MnP 峰值酶活稍有提高.且第3d补入初级蛋白酶浓缩液会使MnP提前1d出现.在离体条件下,EDTA 和 HgCl2均可抑制MnP酶活;初级蛋白酶和次级蛋白酶均会导致MnP不稳定,但投加 PMSF 和 Pepstatin A 后,MnP稳定性增强.以上结果表明,在培养过程中初级蛋白酶部分组分对MnP的产生过程具有促进作用;初级蛋白酶和次级蛋白酶会导致离体MnP迅速失活,且证实其中2种组分--丝氨酸蛋白酶和天冬氨酸蛋白酶--可导致离体MnP不稳定.     

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.     

炭膜曝气生物膜反应器硝化作用及其微生物群落结构分析

采用炭膜曝气生物膜反应器处理无机含氮废水,通过改变进水氨氮浓度和水力停留时间,研究了反应器硝化性能、氧利用情况以及氨氮去除负荷,并对生物膜表面特性和硝化菌优势菌种进行分析.结果表明, 在膜内气压0.017 MPa,进水NH⁺₄-N 50 mg/L,HRT为8 h条件下,NH⁺₄-N去除率达到96%,出水NO^-₂-N平均为17 mg/L,一定程度上实现了短程硝化,炭膜所供给氧气被生物膜全部消耗;系统比表面氨氮最大去除速率为9.7 g/(m²·d),炭膜表面有限的生物量制约了去除速率的进一步提高; 荧光原位杂交技术分析揭示生物膜内亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）和亚硝化螺菌（Nitrosospira）为亚硝化细菌优势菌种,分别占细菌总菌数的19%和21%,硝化螺菌（Nitrospira）为硝化细菌优势菌种,占总菌数的20%,未检测到硝化杆菌（Nitrobacter）的存在.     

沸石悬浮填料生物移动床的亚硝化特性

本研究以沸石为重要原料研制新型沸石悬浮填料,并将其用于启动沸石悬浮填料移动床反应器(ZMBBR),与装填普通陶粒的陶粒悬浮填料移动床(CMBBR)对比考察其亚硝化性能.结果表明:通过游离氨(FA)抑制的方法快速实现两种反应器的稳定亚硝化,两个反应器出水亚硝酸氮积累率均能达到90％以上;沸石对铵离子的吸附解吸作用使ZMB...     

MBR处理腈纶废水的效能及微生物群落结构分析

采用序批式膜生物反应器(SBMBR)处理腈纶聚合废水和丙烯腈废水,考察了不同废水比例和运行条件下反应器的运行效果,并采用PCR-DGGE技术分析了反应器内微生物群落结构的变化.结果表明,SBMBR对腈纶废水具有较好的处理效果,碳源和碱度不足是影响脱氮效果的两个主要因素;在水力停留时间为24 h,90 min缺氧/150 min好氧交替运行的条件下,COD、NH+4-N和TN的平均去除率分别为82.5%、98.7%和74.6%,出水水质可以稳定达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)的一级标准;PCR-DGGE分析结果表明,反应器内微生物多样性与进水水质和运行条件密切相关,微生物群落呈现出较明显的演替过程;通过克隆测序,从9个污泥样品中成功鉴定获得22种微生物的16S r DNA序列,并筛选出7种降解腈纶废水的优势菌种.     

SCAR处理城市生活污水的效能及其微生物群落动态分析

利用强化循环厌氧反应器(SCAR)处理模拟城市生活污水,研究不同负荷条件下的反应器运行特征、污泥特性及微生物种群结构.结果表明,水力停留时间(HRT)为6 h可以作为反应器高效运行的关键控制参数,该条件下污水化学需氧量(COD)去除率达到75%以上.随着反应器容积负荷的逐渐提高,颗粒污泥中辅酶F420和产甲烷活性(SMA)逐渐增加,胞外聚合物(EPS)含量也不断提高,其中紧密黏附EPS(TB-EPS)含量的增加尤其明显.厌氧颗粒污泥性状和反应器对污染物的去除效率同时受到污泥负荷和HRT的影响,微生物的群落结构及其在反应器中的空间分布也受到污泥负荷的影响,不同代谢特征微生物在反应器不同空间位置的相对丰度随着污泥负荷的调整而改变.     

不同DN与PN-ANAMMOX耦合工艺处理中晚期垃圾渗滤液的微生物群落分析

为了推进厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation, ANAMMOX)脱氮工艺在垃圾渗滤液处理方面的应用,在某垃圾填埋场建立了不同反硝化(denitrification, DN)与短程硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification-ANAMMOX, PN-ANAMMOX)耦合模式的中试反应器处理垃圾渗滤液,探讨其耦合模式对脱氮及微生物群落结构的影响.结果表明DN+(PN-ANAMMOX)工艺可以将DN耦合入PN-ANAMMOX进行脱氮,但随着渗滤液中有机物浓度的增加,DN+(PN-ANAMMOX)工艺的PN区的需氧量增加,Nitrosomonadaceae科菌的富集受到限制.而NO^-₂-N的供给不足进一步导致ANAMMOX区Brocadiaceae科微生物的富集也受到限制,总氮去除速率(total nitrogen removal rate,TNRR)停留在0.44 kg·(m³·d)^-1.而在DN-(PN-ANAMMOX)工艺中,具有反硝化能力的Saprosp...     

耦合短程硝化反硝化的垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理系统构建及微生物群落分析

本研究从某垃圾填埋场计划将现有的垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮工艺改造为短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的实际需求入手,以短程硝化反硝化污泥作为接种污泥,在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中完成厌氧氨氧化启动.探究反应器运行中的脱氮效能、氮容积负荷和氮去除负荷情况,并利用16S rRNA基因序列分析技术对长期运行条件下系统中微生物群落结构演替进行分析.结果表明,反应器经历了149 d后成功启动厌氧氨氧化,稳定运行后的进水总氮容积负荷达到4 000. 00 mg·(L·d)-1,总氮容积平均去除速率达到3 885. 76 mg·(L·d)-1,系统氨氮和亚硝酸盐氮的平均去除率均超过了95%.运行第250 d时,系统的生物多样性减少,门水平上厌氧氨氧化主要菌群Planctomycetes的丰度达到了54. 94%;属水平上Candidatus Kuenenia为主要菌属,其相对丰度达到了49. 66%.结果证明,在短程硝化反硝化基础上耦合厌氧氨氧化实现垃圾渗滤液深度处理的升级改造工艺具有可行性.     

温度对ABR-MBR复合工艺处理生活污水的影响及其微生物群落分析

将厌氧折流板反应器(ABR)与膜生物反应器(MBR)优化组合(CAMBR)用于处理实际生活污水,研究温度对该反应器处理效能的影响,并采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对其内部微生物群落结构进行分析.试验水力停留时间为7.5 h、混合液回流比R1为200%,R2为50%、pH为6.5~8.5、溶解氧3 mg·L-1左右.控制3个温度梯度:中温(25℃±5℃),低温(10℃±5℃),高温(35℃±5℃).结果表明系统稳定运行后,温度对系统去除COD的影响很小,COD的去除效果很好.中温和高温环境,系统出水水质较好,TN平均去除率为70%,出水平均浓度为9 mg·L-1,TP平均去除率为73%,出水平均浓度低于0.8 mg·L-1.低温环境,TN平均去除率仅为57%,出水平均浓度为15 mg·L-1;TP平均去除率降至67%,出水平均浓度为1 mg·L-1.DGGE图谱表明,整个试验过程,系统内微生物类群保持多样性分布,同时优势菌群突出;在同一时期内,各反应池菌群相似性较高,但各隔室微环境的改变使得ABR和MBR内微生物菌群结构仍存在明显差异,强化了ABR和MBR的各自功能,有效保证了系统脱氮除磷效果.     

O池溶解氧水平对石化废水A/O工艺污染物去除效果和污泥微生物群落的影响

以实际石化废水为处理对象,研究溶解氧浓度对A/O反应器生物降解特性的影响.A、B两组反应器平行运行以进行对比,O段的溶解氧浓度分别控制在2~3 mg·L-1和5~6 mg·L-1.反应器稳定运行近半年的结果表明:在HRT为20 h时,A组反应器出水的COD(72.5 mg·L-1±14.8 mg·L-1)略高于B组(68.7 mg·L-1±14.6 mg·L-1),COD平均去除率分别为67.0%和68.8%;出水氨氮的平均浓度和去除率为0.8 mg·L-1和95%左右.出水的BOD5均低于5 mg·L-1.表明A/O反应器对有机物的生物降解比较彻底,溶解氧浓度对其没有显著影响.对O段污泥进行454高通量测序结果表明:变形菌门、浮霉菌门和拟杆菌门细菌所占比例较高,在A、B组反应器中的比例分别为58.7%和59.2%、14.7%和12.7%以及10.8%和12.4%.高溶解氧运行的反应器B具有较高的菌群丰度和多样性,氨氧化菌Nitrosomonas、亚硝酸氧化菌Nitrospira和专性好氧菌如Planctomyces的比例较高.厌氧反硝化菌如Azospira和Acidovora在反应器A中的含量较高.在属的水平,鉴定出的Novosphingobium、Comamonas、Sphingobium和Altererythrobacter属细菌具有降解多环芳烃、氯代硝基苯、农药和石油化合物的功能,有利于石化废水的降解.