处理不同废水MBR系统中微生物群落结构的比较

为了研究膜生物反应器中微生物群落结构与系统处理效能的关系.为工艺改进提供依据,从4种处理不同水质的MBR污泥中提取细菌总基因组DNA,采用PCR-DGGE和克隆测序技术对系统中的微生物群落结构进行了解析,根据序列数据进行同源性分析并建立了系统发育树.结果表明,在长期稳定运行后不同MBR中形成了各自特有的生态群落,进水水质对总细菌的群落结构有着较大的影响,处理含有较复杂成分废水的反应器中,种群多样性较高,Shannon指数分别为0.77和0.78.总细菌中,主要优势种群以Proteobacteria纲(8个OUTs)和Bacillus属(2个OUTs)为主.不同反应器中氨氧化菌群结构较为相似,存在着相同的顶级优势群落;测序结果表明MBR中存在着多种亚硝化菌属,其中以亚硝化单胞菌属最为普遍,并鉴定出2株反硝化菌属UncuItured Achromobacter sp.和Uncultured denitrifying bacterium,说明反应器中可能同时存在多种硝化和脱氮途径.     

MBR活性污泥培养驯化过程中生物多样性研究

以MBR反应器启动调试阶段的活性污泥为主要研究对象,系统考察了传统活性污泥法(Conventional activated sludge,CAS)污泥接种至MBR反应器内污泥培养驯化过程中生物多样性情况及微生物群落结构的演变规律.同时,在传统污水污泥检测指标的基础上,对各阶段污泥中总细菌基因组DNA进行提取,应用PCR-DGGE分子生物学技术获得了相应的凝胶电泳图谱并进一步分析了菌群间的相似性.结果表明,以CAS污泥为接种污泥在MBR反应器内培养驯化过程中微生物的多样性变化突出,细菌群落结构演替明显,不同阶段菌群间的相似性说明了各阶段菌群的演变关系:污泥培养驯化是一个逐步有序的过程,微生物随反应器内不同时期及环境的变化而调整,逐渐演变成适应MBR工艺的群落结构.     

环丙沙星对膜生物反应器中微生物群落及抗性基因的影响

用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理含环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的合成废水,考察了不同CIP进水浓度(0、5、10、15 mg·L-1)下MBR的微生物群落特征和抗性基因丰度的变化.结果表明,随着进水中CIP浓度从0 mg·L-1增加至15 mg·L-1,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)仍保持为优势菌门,相对丰度比例分别为57.5%和12.7%;红环菌科(Rhodocyclaceae)、Chitinophagaceae和丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)被选择成为优势菌科,比例分别为29.96%、5.44%和6.60%;Methyloversatilis、Ferruginibacter、动胶菌属(Zoogloea)和丛毛单胞菌属(Comamonas)被选择成为优势菌属,比例分别为21.70%、7.56%、5.24%和4.15%;Chao1、ACE、Shannon指数逐渐降低和Simpson指数逐渐升高,表明MBR污泥中微生物丰富度和多样性均降低;亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)、产碱菌属(Alcaligenes)和硝化杆菌属(Nitrobacter)相对丰度减少,使得氨氮去除率降低.CIP抗性基因(CIP-ARGs)分析表明,当MBR在CIP投加浓度为5 mg·L-1下运行至第33 d时,反应器中的gyr A、gyr B和par C基因相对丰度较CIP投加初期增加,加大了抗药风险.     

膜生物反应器降解对氨基苯磺酸的性能及微生物群落特征

为研究MBR(膜生物反应器)降解SA(对氨基苯磺酸)的性能,构建一套连续流MBR,针对ρ(SA)为25 mg/L的模拟废水进行处理,并通过高通量测序对MBR运行过程中微生物群落特征变化进行生物学层面的分析.结果表明:经过31 d的启动驯化后,SA基本可以完全降解,COD_Cr、NH₄+-N、TN和TP的去除率分别为87.63%±5.95%、91.94%±8.80%、32.38%±11.6%和85.69%±13.82%.对驯化及稳定运行阶段的污泥进行微生物菌群分析结果表明,在“门”水平上主要的微生物菌群为拟杆菌门、变形菌门和绿弯菌门,其中拟杆菌门是处理含SA废水的优势菌群.在“科”水平上,噬几丁质菌科、腐螺旋菌科、红环菌科、丛毛单胞菌科和拜叶林克氏菌科为主要的微生物菌群,随着反应器的长期驯化和运行,噬几丁质菌科逐渐成为反应器中优势菌群.研究显示,MBR对SA、COD_Cr、NH₄+-N和TP都有很好的去除效果,拟杆菌门和噬几丁质菌科分别为处理SA的优势“门”和“科”.      

硫酸盐还原反应器污泥驯化过程中微生物群落变化分析

采用PCR-DGGE技术,对硫酸盐还原反应器UASB污泥驯化过程中微生物群落的变化进行了分析.结果表明,污泥驯化过程中,微生物群落生物多样性与反应器硫酸盐及COD去除率呈明显的正相关,微生物群落Shannon指数大于3.45时,反应器硫酸盐去除率稳定在95%左右;对DGGE图谱中优势条带进行回收克隆并测序表明,污泥中微生物群落主要包含Firmicutes、Proteobacteria、Deinococcus-Thermus和Chloroflexi这4大类群,分别占总数的50.0%、28.6%、14.3%和7.1%;其中厌氧发酵细菌Clostridium sp.在驯化全过程中均占优势,但优势菌群的种类发生变化;厌氧细菌Chloroflexi sp.、Geopsychrobacter sp.等在污泥驯化过程中曾成为优势菌群但之后消亡;厌氧细菌Geobacter sp.则在污泥驯化过程中逐渐成为优势菌群;Desulfovibrio sp.在污泥驯化的最后2个阶段成为优势菌.     

不同污泥龄膜生物反应器内微生物的群落结构特征

为研究不同污泥龄MBR(膜生物反应器)内的微生物群落结构特征,构建了SRT(污泥龄)分别为10、20、40和80 d的4个平行的MBR,通过PCR-DGGE技术获得各MBR内微生物的DNA指纹图谱,并对条带进行切胶测序. 结果表明,SRT不影响MBR对废水的处理效果,不同SRT下MBR对NH₄+-N和COD_Cr的去除率均能达到90%以上. DGGE结果表明,在运行过程中,各MBR内的微生物群落结构均发生了明显变化,并且不同SRT的MBR内总细菌群落结构变化特征相同;SRT影响同一微生物在各MBR中的出现速率;总细菌Shannon-Wiener多样性指数和丰富度指数均随着SRT的增加而升高,SRT为80 d的MBR内Shannon-Wiener多样性指数最高. 测序结果表明,不同SRT的MBR内的优势种属不同,其中Arcobacter sp.、beta proteobacterium及Thiothrix sp.为不同SRT的MBR中共同存在的关键菌属,对MBR的运行起着重要作用.      

制药废水处理系统中耐盐微生物的种群动态及多样性分析

采用A/O反应器模拟处理高盐度、高COD制药废水,并用PCR-TGGE技术对耐盐微生物驯化过程中微生物种群动态及多样性进行检测。结果表明:A/O反应器的可培养优势菌经16S r DNA序列分析,分别为Klebsiella(克雷伯氏杆菌属)、Morganella(摩根氏菌属)、Aeromonas(气单胞菌属)和Rhodococcus(红球菌属);反应器中微生物种群丰富,可通过驯化得到耐高盐高COD的优势菌群;缺氧池的菌群抗盐度冲击负荷不如好氧池强,不同盐度下缺氧池菌群相似性比好氧池更高,好氧菌和兼氧菌在高盐废水处理中较厌氧菌具有更高的优势地位。     

不同MBR反应器中硝化菌群落结构的研究

采用PCR-DGGE技术研究了正常运行工况下6个不同MBR反应器中的硝酸菌和反硝化菌的群落结构.结果表明,不同的MBR反应器好氧段中硝酸菌之间的相似性较高,相似性数值为78.7%~92.1%,但环境条件、进水水质及运行参数等因素的不同导致了不同MBR反应器硝酸菌群落的差异.MBR反应器中有5种硝酸菌和3种反硝化菌,其中优势硝酸菌种以α-变形细菌(Alpha proteobacteria)、生根瘤菌(Bradyrhizobium)、维氏硝酸菌(Nitrobacter winogradskyi)为主,反硝化菌以好氧反硝化菌-产碱杆菌属(Alcaligenes)、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、红球菌属(Rhodococcus)为主,说明反应器内同时存在好氧反硝化菌,推断MBR反应器内可能同时存在多种硝化和脱氮途径.     

驯化对餐厨垃圾厌氧消化系统微生物群落结构的影响

为研究驯化对餐厨垃圾厌氧消化系统微生物群落结构的影响,在单相完全搅拌式(CSTR)反应器内,以农村户用沼气池污泥为接种污泥,进行了餐厨垃圾中温厌氧消化.反应器在3 g·L-1·d-1(以VS计)的负荷下成功启动,并连续45 d维持性能稳定,表明驯化成功.期间采用454焦磷酸测序技术分析了驯化前后系统内的微生物群落结构.结果表明,微生物群落结构与底物密切相关,驯化后细菌及古菌群落都发生明显变化.从细菌群落看,与复杂有机物降解相关的菌类显著下降(如梭菌纲(Clostridia)和(vadin HA17),而易降解碳水化合物发酵菌(如Petrimonas)和脂肪降解菌(如Erysipelotrichia)显著增加.这与餐厨垃圾易降解有机物含量高,且富含淀粉和脂肪相关.丰富的易降解有机物还使得反应器内总挥发性脂肪酸(VFA)浓度((2203±174)mg·L-1)远高于种泥水平((222.0±0.3)mg·L-1),这导致了产甲烷菌由乙酸型的甲烷鬃菌属(Methanosaeta,占85.01%)绝对主导转向氢营养型的甲烷螺菌属(Methanospirillum,占35.35%)、甲烷囊菌属(Methanoculleus,占9.89%)与之(46.97%)共同主导的局面.然而,驯化后Methanosaeta在非最优条件下依然保持主导地位,可见接种污泥的群落组成对厌氧消化系统群落结构的塑造也具有重大影响.     

硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群驯化及其群落特征

甲烷的温室效应是二氧化碳的26倍,高浓度硫酸盐废水对水体、土壤和植物均有危害.硫酸盐为氧化剂的甲烷厌氧氧化是减少甲烷的主要途径之一.本研究以硫酸盐作为电子受体,驯化培养硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群,采用PCR-DGGE技术分析细菌和古菌菌群多样性和群落结构特征,并对其中的优势菌进行系统发育分析.DGGE指纹图谱结果表明,硫酸盐的加入使微生物群落结构和优势种群数量发生了明显的改变,其增强了甲烷氧化古菌和硫酸盐还原细菌的丰度,加入硫酸盐驯化的菌群,其细菌群落多样性增加而古菌群落多样性略微减少.典型条带测序结果显示,驯化后菌群的优势菌种主要包括螺旋体门(Spirochaetes),除硫单胞菌目(Desulfuromonadales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)和甲烷丝状菌属(Methanosaeta)等.驯化菌群的甲烷厌氧氧化研究结果显示,甲烷厌氧氧化的同时伴随硫酸盐的还原,甲烷的氧化产物为二氧化碳,硫酸盐的转化产物为硫化氢和硫单质.     

MBR和CAS工艺污泥在贫营养培养条件下的微生物群落结构研究

采用聚合酶链式-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术,研究了膜生物反应器（MBR）和传统活性污泥工艺（CAS）反应器中微生物在贫营养条件下的总细菌群落结构.结果表明,在培养过程中,污泥的微生物种群经历了一个比较明显的变化过程,且以CAS污泥微生物种群的变化更为明显,演替过程中既有原始优势种群的消亡,又有新的优势种群...     

膜生物反应器系统中原生动物的群落特征

与常规生物处理工艺相比,膜生物反应器(MBR)系统由于污泥停留时间长、污泥浓度高等特点,因此反应器内微生物种群结构呈现不同的特点.通过对MBR系统中原生动物的群落结构进行为期近2年连续的监测结果表明,过长的污泥龄对系统中原生动物的种类与数量均有负面的影响.研究发现:①在长期不排泥的MBR系统中,当环境温度从11℃上升到25℃,原生动物的多样性呈显著上升趋势;②当污泥龄从350 d下降到30 d,MBR系统中原生动物的种类与数量明显增加.特别在较低的环境温度条件下,系统中原生动物的种类与数量随着污泥龄的缩短呈显著的上升趋势;③与相同污泥龄(SRT=30d)的氧化沟(TOD)系统相比,MBR的污泥中原生动物的种类与数量均低于TOD.     

不同短程硝化系统中微生物群落结构的对比分析

为探讨有机碳源对短程硝化系统中微生物群落结构的影响,采用构建克隆文库的方法对模拟无机城市生活污水和模拟实际城市生活污水短程硝化系统中的微生物群落结构进行对比分析.实验结果表明,变形菌门(Proteobacteria)和未培养菌(uncultured bacterium)是两系统中的优势菌群.两系统中的菌群结构存在差异,但优势菌群及其所占比例相似.两系统中的主要脱氮菌类群也相似,但由于有机碳源浓度的不同其菌属及比例有所差异.无机短程硝化系统中的脱氮菌群包括亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化螺菌属(Nitrospira)和Denitratisoma,其中自养硝化菌的比例高于其在有机短程硝化系统中的比例,但仍低于异养菌在该系统中的比例.有机短程硝化系统中的脱氮菌群主要包括β-Proteobacteria中的一些反硝化细菌和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),其中亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)的含量很少.     

高密度微阵列基因芯片技术在微生物分子生态学研究中的运用

应用基于16S rDNA 的高密度微阵列基因芯片(Microarray)技术对膜生物反应器内的微生物多样性进行研究.结果表明,膜生物反应器具有较高的微生物多样性,Microarray共检测到1 019种微生物.Proteobacteria是其中的优势种,共含有657种微生物,占总种群数量的64.5%左右.gamma Proteobacteria是Proteobacteria中的优势种,占35.8%左右,但相对含量一般并不高.beta Proteobacteria虽然种群数量稍少,但其在荧光强度最高的前25种和50种微生物中比重最大,分别占40%和36%左右.通过比较微生物的相对荧光强度,发现Clostridia是系统中的优势微生物种属.一些常见的硝化细菌如Nitrosomonadaceae、Nitrospiraceae等也具有较高的含量.Microarray作为一种实时、高效、准确的分子生物学手段,可应用于废水处理中的微生物多样性研究.     

异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中微生物种群演变特征——典型城市景观水系

为了研究不同异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中水体微生物群落的演变,利用Miseq高通量测序法对景观水系沉积物富集驯化样本的微生物信息进行统计,对其微生物群落的α多样性以及β多样性进行分析,同时基于微生物属的信息进行了微生物网络分析.结果显示,两种类型培养基在富集驯化完成后氮素得到有效去除,脱氮效果明显;富集驯化过程中的OUT主要属于7个,分别是变形菌门（Protebacterice）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）,与此同时,富集驯化过程中有关氮循环的细菌有上升的变化过程;主成分分析（PCA）,非度量多维尺度分析（NMDS）以及主坐标分析（PCoA）表明异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中不同温度压力下的细菌群落组成存在明显差异,而培养基的类别带来的影响相对较小;网络分析显示模块核心和网络核心均为低丰度的稀有物种;膨胀因子分析（VIF）和冗余分析（RDA）得出温度、氨氮和硝酸盐氮是影响群落结构演变的关键环境因子.综上可知,Miseq高通量测序研究异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中微生物种群演变可行,为实现微生物菌剂"定向-精准-高效"的筛选提供技术支撑.     

厌氧氨氧化菌富集培养过程微生物群落结构及多样性

为深入理解厌氧氨氧化菌富集培养过程微生物群落变化特征,采用ASBR反应器进行厌氧氨氧化菌富集培养,考察了不同培养时间微生物群落组成、多样性及物种网络关系.结果表明,通过逐步提高基质浓度,实现了厌氧氨氧化菌富集,NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率分别为97.6%和95.4%,总氮去除率为84.9%.高通量测序发现,整个培养过程优势菌门(相对丰度> 5%)为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、浮霉菌门(Planctomycetes)、装甲菌门(Armatimonadetes)和放线菌门(Actinobacteria);富集培养获得的主要厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia,相对丰度从1.42%增长到24.66%;培养过程,微生物群落优势菌群组成未发生变化,但相对丰度呈现显著差异(P <0.05).富集培养过程不同时间,微生物群落α多样性呈现先升高后降低的趋势,且存在显著差异(P <0.05)...     

好氧颗粒污泥耐受PFOS的结构稳定性及微生物响应

以好氧颗粒污泥为接种污泥,通过全氟辛烷磺酸(PFOS)长期驯化实现耐PFOS颗粒的培养,考察不同驯化时期的污泥基本特性,并结合微生物群落演替过程、微生物表型分布以及功能途径的变化情况,以揭示其耐受机制.结果表明,好氧颗粒污泥经历解体、再形成和成熟3个阶段后可在PFOS暴露下稳定维持.驯化成熟后的好氧颗粒污泥表面丝状菌减少,并且被大量胞外聚合物(EPS)所包裹,结构更加致密.驯化期间颗粒污泥中存在大量抗性细菌以及维持颗粒稳定相关细菌,主要包括unclassified＿f＿＿Comamonadaceae、Defluviicoccus、Dongia、Rhodoplanes、Flavobacterium、Thauera、Azospira、Candidatus＿Competibacter、Azoarcus和norank＿f＿＿A4b,且部分菌属间存在显著的正相关性.群体感应途径和细菌趋化途径相关基因丰度在解体期上调,在颗粒形成和成熟期恢复至初始水平,说明细菌的群体感应效应和趋化性能够在颗粒应激过程中起重要作用.因此,好氧颗粒污泥可以通过特定菌群积极响应、促进细菌趋化作用和群体感应作用、提高EPS...     

Analysis of key microbial community during the start-up of anaerobic ammonium oxidation process with paddy soil as inoculated sludge

A sequencing batch reactor(SBR)-anaerobic ammonium oxidation(anammox) system was started up with the paddy soil as inoculated sludge. The key microbial community structure in the system along with the enrichment time was investigated by using molecular biology methods(e.g., high-throughput 16 S r RNA gene sequencing and quantitative PCR). Meanwhile,the influent and effluent water quality was continuously monitored during the whole start-up stage. The results showed that the microbial diversity decreased as the operation time initially and increased afterwards, and the microbial niches in the system were redistributed. The anammox bacterial community structure in the SBR-anammox system shifted during the enrichment, the most dominant anammox bacteria were Candidatus Jettenia. The maximum biomass of anammox bacteria achieved 1.68 × 10~9 copies/g dry sludge during the enrichment period, and the highest removal rate of TN achieved around 75%.