菲反硝化降解菌群的富集及其群落结构解析

从潜在多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)污染的油田区域采集土壤样品,以菲为唯一碳源且添加硝酸根的培养基来富集土壤中的菲反硝化降解菌群.随后,通过定量PCR(Polymerase Chain Reaction)测定了获取的富集菌群中反硝化相关功能基因(硝酸还原酶基因nar G、亚硝酸还原酶基因nir S)的丰度,并通过Illumina Mi Seq测序对其中的细菌群落结构进行解析.结果表明,获取到的3个菌群(PDN-1、PDN-2和PDN-3)12 d内对菲的降解率分别为45.18%、34.04%和25.92%.各富集培养菌群中nar G的丰度均高于nir S,且菲降解率最高的PDN-1中的反硝化相关基因丰度较低.Illumina Mi Seq测序结果表明,菲降解率最高的富集菌群PDN-1同时也具有较高的细菌多样性指数,变形菌门(Proteobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是各富集菌群中的优势菌门,且Proteobacteria在3个富集菌群PDN-1(97.78%)、PDN-2(96.57%)、PDN-3(93.90%)中的比例均最高.变形菌门的Pseudomonas(γ-Proteobacteria)和Methylophilus(β-Proteobacteria)则是各富集菌群中最大的优势菌属,前者为公认的PAHs降解菌,而后者则为能够利用还原型"一碳化合物"的特殊菌属.细菌多样性与菲的降解率呈正相关,表明菲的反硝化降解可能是多种细菌参与的共同结果.上述结果可为揭示典型PAHs反硝化降解的微生物机制提供理论依据,同时为深入研究反硝化与菲代谢的偶联机理打下基础.     

萘厌氧降解菌群的富集及氧化还原介体的强化

为揭示氧化还原介体（ROMs）对萘厌氧降解的强化作用,以萘为唯一碳源富集到中温萘厌氧降解菌群.通过Illumina MiSeq测序对接种污泥和富集培养物进行了细菌群落结构解析,并考察了固定化蒽醌-2,6-二磺酸（AQDS）、蒽醌-2-磺酸（AQS）和腐殖酸强化萘厌氧降解的特征.Illumina MiSeq测序结果表明,Pseudomonas、Thauera、和Georgfuchsia是该富集培养物中的优势萘降解菌,其相对丰度分别为52.4%、13.8%和17.6%.在污泥接种量为0.23g/L和萘初始浓度10mg/L条件下,富集菌群9d内对萘的降解率约为64%.ROMs强化试验结果表明,3种ROMs对萘的厌氧降解均有一定的促进作用.其中,AQDS的强化效果最为显著,当AQDS浓度为0.8mmol/L,培养至第7d时,萘的去除率为92.0%,比同期的对照组高1.2倍.此外,硝酸盐对ROMs强化萘厌氧降解的影响研究结果表明,在NaNO₃浓度为0~0.8g/L范围内,萘的降解速率随着硝酸盐浓度增加呈现先增加后降低的趋势.当NaNO₃浓度为0.6g/L时,萘的去除率在第6d就达到了91.0%,比对照组提高了15.2%.由此可见,在厌氧条件下添加适量硝酸盐可提高ROMs对萘降解的强化效果.     

同时硝化与反硝化研究进展

同时硝化和反硝化工艺同传统的生物脱氮工艺相比，可以节约氧和碳源的耗量，大大降低设备运行费用，具有很大的发展前途。结合国内外研究，主要从生物、生物化学角度和微环境理论方面进行综述。对一些同时硝化反硝化新工艺进行了介绍。     

微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化实验研究

为探清微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化是甲烷好氧氧化偶联反硝化(AME-D),还是甲烷厌氧氧化偶联反硝化(ANME-D),本研究以污水处理厂厌氧污泥为接种物,在微氧条件下以甲烷为碳源进行硝酸盐和亚硝酸盐反硝化的富集培养,考察硝酸盐和亚硝酸盐的反硝化速率,并对富集培养物的微生物群落和甲烷单加氧酶功能基因进行分析.结果表明:微氧条件下硝氮/亚硝氮的还原主要以AME-D过程为主,稳定阶段硝氮和亚硝氮的平均去除速率分别为3.69 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计)和18.04 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计),富集培养物中的优势微生物为甲基球菌科(Methylococcaceae)中的甲基单胞菌属(Methylomonas),相对含量为21.86%.     

蠡河底泥中反硝化复合菌群富集及菌群结构研究

从无锡市滨湖区蠡河底泥中富集培养反硝化复合菌群,研究其在不同富集培养阶段TN、NO-3-N、NO-2-N、NH+4-N和COD动态变化,分析反硝化过程中气体释放总量、释放速率和成分,通过构建全长16S r DNA克隆文库研究其菌落结构.结果表明,反硝化复合菌群富集在阶段4时脱氮效果最佳,仅在9 h内,330 mg·L-1的TN负荷下,TN去除率达90.9%,NO-3-N去除率达100%,中间产物NO-2-N和NH+4-N积累量最少,分别为3.39 mg·L-1和16.64 mg·L-1,COD去除率达85%;释放气体260m L,气体主要成分为N2,同时还有少量的CH4和CO2等.富集培养反硝化复合菌群细菌属于Pseudomonadaceae科和Rhodocyclaceae科,为Proteobacteria门,OUT丰度分别为57.8%和31.6%,Pseudomonadaceae科是优势类群.     

甘油作为反硝化除磷碳源的运行效能与菌群结构研究

以甘油为SBR反硝化除磷的碳源,研究了甘油作为反硝化除磷碳源的可行性,以及不同初始pH与进水COD/P对反硝化除磷效果的影响。并采用高通量测序技术对反应器中驯化期与稳定期的菌群结构变化进行分析。结果表明,甘油作为反硝化除磷的碳源具有可行性,除磷效率达到79.2%,平均出水TP为0.98 mg/L。pH为7.6、COD/P=20左右时处理效果较好。以甘油为碳源驯化的除磷污泥中,在"目"级别上的主导菌群以红环菌目(Rhodocyclales)为主,从驯化到稳定,其比例由24.8%增加至42.4%。通过与已知除磷菌序列比对(BLAST),在序列相似度为97%条件下,种泥中除磷菌序列比例为0.71%,随着污泥驯化,除磷菌序列比例由驯化期的1.6%提高至稳定期的8.0%。     

复合式生物反应器硝化反硝化性能研究

复合式生物反应器填料内部存在多种多样的微环境类型,从而形成微观的好氧/缺氧/厌氧环境,造成同步硝化/反硝化反应的发生。在一定浓度范围内,硝化反应和反硝化反应的比基质消耗速率与基质浓度成零级动力学反应。好氧区悬浮污泥比NH3-N降解速率为0.236/d,反硝化速率为0.0627/d;缺氧区悬浮污泥比NH3-N降解速率为0.0973/d,反硝化速率为0.231/d。出水中可以检出大量的亚硝态氮和硝态氮,二者的浓度保持相同的变化趋势,其比值大约为1.78,出现了稳定的NO2--N的积累。     

AF反应器对芳香族化合物反硝化降解特性研究

以苯、联苯和萘为模型化合物,研究了厌氧滤池（AF）反应器在反硝化及连续运行条件下对含这几种芳香族化合物模拟废水的处理效果,并以葡萄糖为补充碳源,考察了不同C/N对有机物反硝化降解特性的影响.结果表明,在长期连续流运行及反硝化条件下,AF反应器对废水中几种典型芳香族化合物具有良好地去除效果,当进水COD浓度约为1?000mg/L,苯、联苯和萘总浓度为60mg/L时,出水COD去除率可达到90％,芳香族化合物的去除率可达到84％.苯比萘和联苯更易于反硝化降解.C/N在5～30范围内,苯的降解率均达到90%,C/N对苯的降解没有明显影响;COD、萘和联苯去除率受C/N影响较大,C/N为15时,COD、萘和联苯去除率最大,分别为90%、78%和82%.     

短程硝化反硝化技术在渗沥液处理系统中的试验

由于渗沥液处理出水标准逐步提高,同时增加了总氮标准,使得一级A/O技术很难达到出水要求。本文作者结合工作条件,充分利用渗沥液水质特点,通过调整生化系统的运行参数,在硝化和反硝化菌及厌氧氨氧化菌共存的情况下[1],将生化反应控制到短程硝化阶段。通过试验,可实现COD去除率90%,氨氮去除率95%以上,总氮去除率大大提高。由于受较多不可控因素影响,暂不能实现氨氧化细菌的稳定繁殖。     

低碳氮比生活污水短程硝化反硝化的快速启动研究

该文采用循环式活性污泥法(CAST)反应器,结合运行参数调控,考察了不同接种物对低碳氮比(C/N)生活污水短程硝化反硝化启动的影响。结果表明,在低温(9～13℃)、较高的溶解氧(DO 3.0～4.0 mg/L)条件下,接种常规活性污泥难以实现短程硝化反硝化。接种氨氧化菌剂,并调整DO(0.5～1.5 mg/L)、p H(8.0±0.1),第4天亚硝氮积累率达到96.69%,实现短程硝化;受进水低COD值影响,反硝化细菌难以快速繁殖,反硝化效果差,TN去除率仅为16.61%。接种反硝化菌剂,控制DO 0.5～1.5 mg/L、pH 7.8,第14天,亚硝氮积累率为88.49%,成功实现短程硝化反硝化;此外,生活污水进水波动较大,通过添加组合填料可有效提高CAST系统的抗冲击性能。该研究可为低C/N比生活污水短程硝化反硝化过程的快速启动提供参考。     

厌氧污泥降解萘动力学与生物多样性研究

为对工业废水中的萘进行高效的生物处理,采集某石油工业废水处理装置的厌氧活性污泥,以萘和萘与乳酸钠为电子供体进行驯化培养.当一个驯化周期中萘去除率达到90%以上时,研究间歇反应条件下分别以萘和萘与乳酸钠为电子供体时的降解动力学,并提取去除率高的污泥中微生物总DNA,构建16S rDNA基因片段克隆文库分析细菌群落结构.结果表明,以单一萘为电子供体时萘的降解率远远小于萘与乳酸钠共代谢时的降解率;两种驯化模式下萘浓度与时间符合一级反应动力学,动力学常数K分别为3.5×10-3h-1和16×10-3h-1.萘与乳酸钠共代谢污泥中细菌类群主要为Deltaproteobacteria、Thermotogae、Bacteroidetes、Chloroflexi和Unclassified bacteria,其中Deltaproteobacteria类细菌占主导地位.在成熟的厌氧活性污泥中Desulfobulbus sp.所占比例为24.2%;Kosmotoga占21.0%.此外,反应器中还存在Smithella、Syntrophobacter、Levilinea等细菌.对厌氧活性污泥中细菌多样性的研究有利于优化反应条件,从而提高污泥中萘的去除率.     

高效畜禽废水降解菌的选育及菌群的构建

从畜禽废水中分离到7株高效降解菌Y1、Y2、F1、G1、G2、J1、J2,经初步鉴定Y1、Y2为芽孢杆菌,F1为放线菌,G1、G2为光合细菌,J1、J2为酵母菌。初步研究了各菌株的特性,并选择COD与NH3—N去除率高菌株进行菌群构建。结果表明该构建方法操作简便,切实可行。反应25d后,在所有构建的菌群中,Y2G2F1的降解能力最好,猪场废水COD去除率可达89.8%,NH3-N去除率达83.6%。     

硝酸盐对土壤反硝化活性及蒽厌氧降解的影响

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)在土壤中的反硝化降解是其厌氧去除的重要途径之一,但严格厌氧条件下反硝化电子受体(硝酸盐)对土壤反硝化活性及PAHs降解影响的报道还不多见.通过添加硝酸盐和蒽的厌氧微宇宙培养实验,探讨厌氧条件下硝酸盐对土壤蒽的厌氧降解及反硝化活性的影响.设置了不添加(N0)和添加硝酸盐(N30:30mg·kg~(-1))的两组处理,每组处理分别含3个蒽浓度(A0:0 mg·kg~(-1)、A15:15 mg·kg~(-1)、A30:30 mg·kg~(-1)),共6个处理(N_0A_0、N_0A_(15)、N_0A_(30)、N_(30)A_0、N_(30)A_(15)、N_(30)A_(30)).厌氧条件下25℃黑暗培养45 d,并于第3、7、15及45 d测定土壤N2O和CO2的产生速率、反硝化相关功能基因(nar G、nir K、nir S)丰度及蒽含量.结果表明,在培养第3 d检测到较强的反硝化活性,且硝酸盐及蒽均能显著促进土壤的反硝化酶活性.随着培养时间的延续,各处理中土壤反硝化活性急剧下降,蒽对土壤反硝化活性却表现出明显的抑制作用.方差分析的结果也表明,硝酸盐、蒽及其交互作用均能显著影响土壤的反硝化活性.3种反硝化功能基因中,只有narG和nirS基因的丰度在培养期间呈现逐渐升高的趋势,且它们能够受到硝酸盐、蒽及其交互作用的显著影响.厌氧条件下土壤蒽的最终去除率在33.83%~55.01%之间,添加硝酸盐对土壤蒽的去除率和降解速率均无显著影响,但高蒽含量(N_0A_(30)、N_(30)A_(30))处理的降解速率显著高于低蒽含量(N_0A_(15)、N_(30)A_(15))处理(P0.05).综上,硝酸盐的添加能显著影响土壤的反硝化活性及与反硝化相关的narG和nirS基因的丰度,但对土壤蒽的厌氧降解无显著影响.     

ABS树脂废水有机物反硝化潜势及降解特性

为优化ABS树脂废水的生物脱氮工艺,测定了废水的反硝化潜势,分析了废水反硝化阶段有机物的降解特性. 结果表明,ABS树脂废水的反硝化碳源充足,并且含有易降解有机物和慢速降解有机物等具有不同反硝化速率的有机物. 在废水ρ(SCOD)(SCOD为溶解性化学需氧量)为755.4~1 043.3 mg/L,ρ(TN)为86.1~111.1 mg/L的情况下,总反硝化潜势为95.4~144.6 mg/L (以NO₃--N计),其中易降解有机物的反硝化速率为3.4~4.6 mg/(g·h) (以NO₃--N计),反硝化潜势为33.2~49.7 mg/L;2类慢速降解有机物的反硝化速率分别为2.2~3.2和0.4~0.9 mg/(g·h),反硝化潜势之和为62.2~94.9 mg/L. 反硝化过程中,废水SCOD的去除率为48.9%~62.8%,ON(有机氮)去除率为81.5%~95.7%. 腈类物质得到明显降解,并生成大量NH₄+-N,是反硝化碳源的重要组成部分. 三维荧光光谱表明,废水中的芳香族有机物苯环结构在反硝化条件下未得到有效降解,但在好氧条件下得到快速降解.      

1株异养硝化-好氧反硝化细菌DK1的分离鉴定及其脱氮特性

从某反应器活性污泥中分离筛选出1株假单胞菌属(Pseudomonas sp.)细菌,命名为DK1,并对该菌进行脱氮特性研究.在以葡萄糖为碳源,C/N量比为5时,分别以NaNO_3和NaNO_2为氮源,二者的好氧反硝化速率为4.09 mg·(L·h)-1和4.43mg·(L·h)~(-1).以二者同时为氮源脱氮率为100%;此外,菌株DK1具有异养硝化性能,NH_4~+-N平均去除速率为2.32mg·(L·h)-1.缺氧时以NO_2~--N为氮源菌株DK1可将一系列梯度浓度NO_2~--N(约100~300 mg·L-1)在36 h内降为0.当NO_3~--N和NO_2~--N同时存在时,菌株DK1会优先利用NO_3~--N进行反硝化.同时该菌株还具有同步硝化反硝化(SND)性能,可同时去除NH_4~+-N、NO_2~--N或NH_4~+-N、NO_3~--N,30 h内脱氮率分别达95.06%和94.69%.相同时间内在NH_4~+-N、NO_2~--N和NO_3~--N三者均存在时,脱氮效果最佳,达100%.菌株DK1的高效SND及反硝化性能表明其在处理含氮废水方面有一定的潜力和应用价值.     

1株筛自柴油污染土壤的铜绿假单胞菌对萘的降解特性研究

从柴油污染土壤中筛选分离出1株萘降解菌HD-5,经16S r DNA序列分析鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),对功能基因进行PCR扩增证实该菌株中含有萘双加氧酶基因nah.采用生物强化、生物刺激以及二者相结合的方式修复萘含量为0.5%的自配污染土壤,综合比较了在不同修复方式下土壤中萘的降解率,修复过程中土壤FDA水解酶活和脱氢酶活的变化,以及运用定量PCR的方法动态分析了总细菌基因拷贝数和nah基因拷贝数.结果表明,在生物强化(B)、生物刺激(S)以及生物强化与生物刺激相结合(BS)这3种修复方式下,31 d后萘去除率分别为71.94%、62.22%和83.14%,BS组在修复过程中土壤FDA水解酶活和脱氢酶活明显高于另外两组,31 d后BS组土壤中总细菌基因拷贝数和nah基因拷贝数分别增长了约2.67×1011g-1和8.67×108g-1.上述研究结果表明筛选得到的萘降解菌株在土壤中具有良好的定植特性,在生物刺激与该降解菌株的共同作用下,可以有效地实现土壤中萘降解,这对此类污染生物修复过程研究具有一定的指导意义.     

3DBER-S反硝化脱氮性能及其菌群特征

针对污水处理厂尾水TN去除问题,采用16S rDNA克隆文库法,探究了3DBER-S(三维电极生物膜耦合硫自养脱氮工艺)的强化脱氮机制及其菌群特征. 结果表明,I(电流)和HRT(水力停留时间)对3DEBR-S中氢自养和硫自养反硝化作用所占比例的影响较大,但对脱氮效率影响不显著. 当进水C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕为1、ρ(NO₃--N)为35 mg/L、I为300 mA、HRT为4 h时,NO₃--N和TN去除率可分别稳定在80%和74%以上. 16S rDNA克隆文库结果显示,反应器中β变形菌纲为优势菌群,占47.89%〔以OUT(操作单元)计〕. 在β变形菌纲中,与具有反硝化功能的陶厄氏菌属(Thauera)相似的细菌所占比例最大,为52.94%;与可分别利用硫和氢为电子供体进行反硝化脱氮的硫杆菌属(Thiobacillus)和食酸菌属(Acidovorax)相似的细菌分别占17.65%和14.71%. 3DBER-S中存在异养联合氢自养和硫自养反硝化协同去除硝酸盐氮的作用,可为反硝化脱氮提供充足的电子供体,节约了有机碳源消耗,并保证了稳定高效的脱氮效果.      

曝气生物滤池工艺脱氮性能及反硝化细菌群落结构特征研究

比较了两组不同填料组合的前置反硝化曝气生物滤池(biological aeration filter,BAF)脱氮工艺:陶粒-沸石BAF工艺(C-Z BAF)和沸石-陶粒BAF工艺(Z-C BAF),在不同C/N条件下的脱氮效果及滤料表面的反硝化细菌群落结构特征.结果表明,Z-C BAF对TN的平均去除效率高于C-Z BAF,且在低C/N条件下Z-C BAF的优势更加明显,当C/N为3.3时Z-C BAF的TN平均去除率比C-Z BAF高出20%.测定2种组合在不同C/N条件下的反硝化细菌群落结构发现,随着C/N的降低,2种组合反硝化细菌的物种丰度和多样性显著下降.低C/N条件下,Z-C BAF整个好氧滤池的nosZ基因优势T-RFs相对丰度>20%,而C-Z BAF好氧滤池顶端样品不能有效扩增到nosZ基因,可推断Z-C BAF的同步硝化反硝化功能优于C-Z BAF.在低C/N条件下Z-C BAF的脱氮效率明显高于C-Z BAF,因此Z-C BAF在低C/N且低浓度的有机废水处理方面更有潜力.