温度对FBAR反应器的运行特性及古菌微生物群落影响

为探讨固定床厌氧反应器（FBAR）在不同温度下的运行特性及微生物群落变化,比较了高温（50℃）、中温（35℃）、低温（4℃）3个温度阶段反应器产甲烷特性及古菌群落变化.结果表明;绝对产气量由大至小依次为高（50℃）、中（35℃）、低温（4℃）,单位负荷产气量依次为中温（2.84L/OLR）,低温（2.5L/OLR）,高温（1.8L/OLR）;甲烷含量依次为低温（74.5%）、中温（63.5%）,高温（57.3%）,不同温度阶段对挥发性有机酸含量变化有一定的影响.克隆文库分析表明：不同温度条件下固定床厌氧反应器内部微生物群落的丰富性存在很大的差异.定量PCR分析表明：甲烷鬃毛菌是中温和高温反应器内的优势菌,低温4℃炭纤维载体和污泥中的优势菌都是甲烷微菌.从能耗、经济效益角度分析低温条件更适合沼气发酵,而主要是以嗜氢产甲烷菌代谢途径为主.     

温度对ABR反应器处理效果和微生物群落结构的影响

采用厌氧折流板反应器(Anaerobic baffled reactor, ABR)工艺处理模拟养猪场废水,考察低温(15±1)℃、中温(35±1)℃、高温(50±1)℃等3个温度条件对ABR处理效果和微生物群落结构的影响.同时,在水力停留时间HRT为24 h,进水COD为2000 mg·L^-1的条件下,考察了不同温度条件对ABR系统出水COD、pH、挥发性脂肪酸(Volatile fatty acid, VFA)的影响.最后,采用扫描电镜和荧光原位杂交技术(Fluorescence in situ hybridization, FISH)分别考察了不同温度条件对污泥微生物形态、种群结构和相对丰度的影响.结果显示,中温条件下系统的COD去除率最高,保持在96%以上,而低温和高温条件下系统的COD去除率均在70%左右;温度变化对反应器内pH值的影响不大;VFA含量在中温条件下最低,表示反应器运行最稳定;FISH结果显示,中温条件下系统真细菌和古细菌的总相对丰度最高,比低温和高温条件下分别高出12%和27%.     

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.     

德国分散式污水处理系统微生物群落结构及功能

以德国分散式污水处理系统为研究对象,通过16S rRNA测序,研究2个反应器中微生物群落结构,利用PICRUSt软件对其功能进行推演.结果表明,冬季,污水厌氧膜生物反应器（AnMBR）内温度20℃,进水COD 712mg/L时,出水可获得52%的COD平均去除率,产气率为122L/kgCOD;固体废物厌氧反应器（PSD）内温度37℃,反应器内COD 3007mg/L时,可获得374L/kgVSS的产气率.2个反应器具有相似的微生物组成,对细菌,Synerigistaceae科的相对丰度最高（AnMBR：24.0%±10.0%;PSD：11.0%±3.1%）;对古菌,Methanobacteriaceae科的相对丰度最高（AnMBR：0.6%±0.3%;PSD：13.8%±1.8%）;2个反应器的功能基因组成也相似,产甲烷都以H₂还原CO₂的通路为主.PSD反应器中H₂还原CO₂通路相关基因、F420合成相关基因、辅酶M合成相关基因的相对丰度都高于AnMBR反应器.     

温度对一体式厌氧流化床膜生物反应器运行效能及微生物群落结构的影响

本研究采用一体式厌氧流化床膜生物反应器（integrated anaerobic fluidized-bed membrane bioreactor,IAFMBR）处理含苯并噻唑的高浓度合成废水,考察了温度变化（35、25和15℃）对反应器运行效能,膜污染情况和微生物群落结构的影响.结果表明,温度下降对反应器运行效能和膜污染情况产生不利影响.当温度从35℃下降到15℃时,COD去除率下降7.4%,苯并噻唑去除率下降49.2%,挥发酸总量上升225.66 mg·L^-1,甲烷产率（以CH₄/COD_removed计）下降0.118m³·kg^-1.膜污染周期从5.2 d下降到2.5 d.对于滤饼层而言,达到膜污染时,SMP（soluble microbial product）的质量浓度从42.47 mg·L^-1上升到70.62 mg·L^-1,EPS（extracellular polymeric substance）的含量（以VSS计）从46.30 mg·g^-1上升到82.22 mg·g^-1;对于混合液而言,SMP的质量浓度从36.46 mg·L^-1上升到69.35 mg·L^-1,EPS的含量从47.47 mg·g^-1上升到81.63 mg·g^-1.蛋白质是EPS和SMP的主要成分,约占总成分的80%.微生物群落结构表明,Firmicutes（厚壁菌门）和Chloroflexi（绿弯菌门）始终是最优势的菌门,占全部菌门相对丰度的42.6%~61.0%.随着温度的下降,优势菌属分别是Clostridium（13.7%）,Levilinea（15.2%）和Lactococus（17.9%）.产甲烷古菌的优势菌属始终是Methanosaeta.     

温度对自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液性能及微生物群落的影响

通过运行4个不同温度条件下(30、25、20和15℃)的自养型同步脱氮反应器,研究了不同温度下自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液的性能差异及其微生物机制.结果表明,30℃条件下反应器脱氮性能最佳.当温度由30℃降为25℃时,反应器总氮去除率从73%降低到66%,总氮去除速率从2. 29 kg·(m~3·d)~(-1)降低到1. 72 kg·(m~3·d)~(-1),污泥的形态和粒径变化不明显(SMD由80. 85μm降为79. 95μm).当温度低于20℃时,总氮去除率降低到42%,总氮去除速率降低到1. 18 kg·(m~3·d)~(-1),同时发现污泥出现解体现象,粒径减小(SMD为63. 21μm).而当温度为15℃时,总氮去除率降低至37%,总氮去除速率低至1. 00 kg·(m~3·d)~(-1),反应器运行困难.微生物群落结构分析表明,温度对厌氧氨氧化细菌的影响明显大于氨氧化细菌,因此低温条件下反应器脱氮性能下降的主要原因是厌氧氨氧化细菌对温度更敏感.     

不同外碳源对尾水极限脱氮性能及微生物群落结构的影响

投加外碳源是污水厂尾水深度脱氮的重要手段.为充分对比多种碳源在极限脱氮条件下的性能及经济性,以及碳源对微生物种群结构的影响,选取甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸钠这4种单碳源,并采用反应速率较高的乙酸钠和乙醇与价格便宜的葡萄糖配制成4种复合碳源进行研究.结果表明,所有系统均能满足出水ρ（NO_x^--N）≤1.0mg·L^-1的要求.单碳源系统,乙醇反应速率最快,投加量最省,费用最低.复合碳源系统,乙酸钠/葡萄糖（1：1）在COD/ρ（N）为6时,与乙酸钠/葡萄糖（1：3）、乙醇/葡萄糖（1：1）和乙醇/葡萄糖（1：3）在COD/ρ（N）为9、10和10时的效果相当,且乙酸钠/葡萄糖（1：1）系统反应速率最快且经济性最好.Illumina MiSeq高通量测序显示,经70 d左右的运行,微生物群落结构发生根本性变化.在与葡萄糖相关的系统,常规脱氮系统不常见的菌门Candidatus Saccharibacteria,丰度从种泥的1.16%提高到47.37%;相应地,在属水平Saccharibacteria_genera_incertae_sedis成为绝对优势菌种.研究结果可为污水厂尾水极限脱氮的碳源选择提供更全面的对比,也为碳源在微生物菌群驯化方面的作用提供更多参考和借鉴.     

温度对并联式AA-MBBR工艺中微生物群落结构及代谢途径的影响

高原生活污水中碳氮比(C/N)较低,为了更加充分利用碳源,本试验采用并联式AA-MBBR作为处理工艺,探究温度变化对并联式AAMBBR工艺中污染物去除效率、微生物群落结构、代谢途径及功能基因的影响.结果表明,COD、TN、TP的去除效率得到了有效提升,不同温度工况下污染物去除效果优劣不同.相关功能微生物丰度在各温度工况间表现出显著差异性,反硝化菌在高于13℃的环境中,随温度的上升而受到抑制作用,反硝化基因变化趋势相同,PAOs的相对丰度在9℃时最高;PHV通过Ethylmalonyl pathway途径和甲基丙二酰辅酶A诱导产生,参与碳代谢的TCA循环和EMP途径的相关功能基因的相对丰度受温度的影响最大.     

利用T-RFLP技术对温榆河微生物群落结构研究

利用T-RFLP技术(综合运用PCR技术、DNA限制性酶切技术和DNA序列自动分析技术)对温榆河不同尺度、不同时期的微生物群落结构进行了研究.从微生物的种类数、物种丰度、优势菌落、群落结构稳定性等方面特征着手,找出其优势群落;利用两种多样性指数(香侬一威勒多样性指数、辛普森多样性指数)探讨各种微生物群落结构的多样性以及同一群落随时间而发生的变化;比较了微生物指标与水质指标COD之间的变化关系.结果表明,温榆河不同尺度、不同时期的微生物具有明显变化,说明季节性变化对水体中微生物群落产生了明显的影响;T-RF67bp、151bp、440bp、481bp、488bp所代表的微生物群落体现其为优势种群; T-RF为135bp、151bp、440bp的微生物群落对于外界反映最敏感,验证其有可能能作为环境变化的指示性生物;微生物指标与COD呈现明显的正相关.     

UASB反应器中产甲烷菌对温度胁迫的响应

采用间歇培养方式探讨了升流式厌氧污泥床(UASB)反应器中不同营养类型产甲烷菌对温度胁迫的响应规律.研究结果表明,产甲烷螺旋菌(Methanospirillum)是该反应器的主要氢营养型产甲烷菌,而主要乙酸营养型产甲烷菌为产甲烷丝状菌(Methanosaeta).在35℃条件下,氢营养型和乙酸营养型产甲烷菌的累计甲烷产量分别为24.7,11.7mL,而最大产甲烷速率分别为0.74,0.18mL/h.当温度从35℃分别降低至30,25,20,15℃时,导致氢营养型产甲烷菌的累计产甲烷量分别减少了14.2%,34.0%,47.0%,57.5%,而乙酸营养型产甲烷菌的累计产甲烷量分别减少了5.1%,23.9%,45.3%,95.7%.由此可见,在20~30℃时氢营养型产甲烷菌对温度胁迫更加敏感,而在15℃以下时乙酸营养营养型产甲烷菌对温度胁迫更加敏感.     

填充床快速启动厌氧氨氧化反应器及其脱氮性能研究

以城市污水厂二沉池污泥为种泥,以悬浮填料填充床生物膜反应器为厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器,采用高负荷培养法和好氧预挂膜低负荷培养法分别培养与富集厌氧氨氧化菌,并研究其脱氮性能.结果表明,好氧预挂膜低负荷培养法可以在较短时间内(90 d左右)快速启动厌氧氨氧化反应器,稳定期反应器出水氨氮和亚硝氮保持稳定,去除率均接近100%,总氮去除率在75%以上,高负荷培养法因高浓度氨氮和亚硝氮的抑制作用而启动失败(190d).启动过程中pH变化表明,厌氧氨氧化反应器出水pH略高于进水,pH值可用作厌氧氨氧化反应器启动进程的指示参数.上流式厌氧填充床ANAMMOX反应器具有高负荷和高效率的优点,当反应器进水氨氮和亚硝氮浓度低于800 mg/L时,其去除率几乎达100%,低于国家一级标准.     

常温下ABR处理生活污水抗冲击负荷能力的试验研究

试验采用厌氧折流板反应器(ABR)处理生活污水,研究了在有机冲击负荷和水力冲击负荷发生变化时,ABR各格室所受到的影响,并对该反应器耐受抗冲击负荷的能力进行了分析.结果表明,ABR适宜于生活污水处理.     

基于mcrA基因的厌氧颗粒污泥产甲烷菌群分析

基于mcrA基因对阿维菌素废水处理工业化UASB厌氧颗粒污泥中产甲烷菌群进行分析,并与基于16S rRNA基因的产甲烷菌群分析结果进行比较.结果表明,基于2种目标基因PCR产物的DGGE图谱存在差异,但根据图谱计算所得产甲烷菌群Shannon多样性指数、Margalef丰富度指数和Berger-Parker优势度指数没有差异,表明基于2种目标基因的产甲烷菌群多样性分析基本一致.基于不同目标基因的优势产甲烷菌群系统发育种属的分析结果大体相似,产甲烷杆菌目和产甲烷八叠球菌目是厌氧颗粒污泥样品中的优势产甲烷种群;同时,分析结果的差异表明2种目标基因的检测特异性不完全相同.基于2种目标基因的产甲烷菌群FISH杂交区域具有很高的一致性,但杂交区域面积有所差异.基于mcrA基因FISH检测的产甲烷菌群平均相对丰度为24.25%±6.47%,低于基于16S rRNA基因FISH检测结果(33.42%±2.34%).以上结果表明,基于mcrA基因与基于16S rRNA基因的的产甲污泥菌群分析结果具有较高的相似度,mcrA基因可以作为16S rRNA基因的替代目标基因.     

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.     

玉米秸秆厌氧降解复合菌系的微生物群落结构

以不同来源具有木质纤维素降解能力的环境样品为接种物,以玉米秸秆为唯一碳源,进行了秸秆厌氧降解微生物的驯化培养,构建了8组复合菌系.复合菌系的产气周期为30～50 d,玉米秸秆的总固体(TS)去除率在30%～40%之间.其中6组的甲烷产量(以TS计)为62.1～118.4 mL.g-1,发酵液中挥发性有机酸主要为乙酸、丙酸及丁酸(100～500 mg.L-1),发酵终产物pH为6.5～6.7;而另外2组的甲烷产量较低,在8.5～9.7 mL.g-1之间,但乙酸浓度较高(1 200 mg.L-1左右),发酵终产物pH为5.6～5.9.通过16S rRNA基因克隆文库方法对复合菌系中细菌及古菌的群落结构进行了多样性解析,结果表明细菌主要分为8个不同的类群,其中厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、互养菌门(Synergistetes)及热袍菌门(Thermotogae)为优势菌群,分别占细菌克隆总数的37.8%、34.3%、11.6%和6.4%;古菌属于甲烷微菌纲(Methanomicrobia)和甲烷杆菌纲(Methanobacteria),分别占古菌克隆总数的61.1%和38.9%.对主要功能菌群在秸秆厌氧降解产甲烷过程中发挥的作用进行了探讨.     

基于16S rDNA不同靶序列对厌氧ABR反应器微生物多样性分析的影响

在反硝化抑制硫酸盐还原菌的研究中,探讨了不同引物扩增16S rDNA靶序列对厌氧ABR反应器的活性污泥DGGE图谱多样性的影响,从反应器中提取污泥总DNA,以4对通用引物341F/534R、968F/1401R、63F/534R、341F/926R扩增16S rDNA序列,对指纹图谱的分辨率和种群多样性进行分析.研究表明,采用PBS洗涤污泥和超声振荡有利于硫酸盐还原污泥总DNA提取;不同引物DGGE图谱分析,群落多样性存在显著的差异,341F/534R和968F/1401R的靶序列分离效果较好,341F/926R分离效果一般,63F/534R分离的效果最差.341F/534R的DGGE图谱中条带丰富,多样性最好,968F/1401R的DGGE图谱次之,341F/926R的DGGE图谱条带一般,63F/534R图谱条带最少,多样性也较差.建议DGGE分析厌氧活性污泥样品时,同时采用引物341F/534R和968F/1401R是比较适宜的.     

ABR处理大豆蛋白废水的效能及微生物群落动态分析

为考察厌氧折流板反应器(ABR)处理大豆蛋白生产废水的效能及其运行特征,采用有效容积为28 L的四格室ABR,通过为期100 d的运行,研究了基于进水COD浓度提高的有机负荷(OLR)改变对其处理效能的影响,并以真细菌的通用引物SRV3-2P和BSF8/20,通过单链构象多态性(SSCP)和UPGMA群落聚类分析,对反应器运行过程中微生物菌落结构的动态变化进行了研究.结果表明,以啤酒厂二沉池排放的好氧剩余污泥为种泥.在污泥接种量MLVSS为18.0 g·L-1、进水COD浓度2 000mg·L-1、HRT 39.5 h、(35±1)℃等条件下,可在31 d内成功启动ABR并达到初步稳定运行,COD去除率达到96%左右;ABR具有较强的抗OLR冲击能力,当OLR由1.2 kg·(m3·d)-1逐步提高到6.0 kg·(m3·d)-1时,ABR仍能实现安全稳定运行,其COD去除率可以稳定在98%左右;OLR的改变,对ABR内微生物群落的结构以及不同微生物类群在各格室中的分布具有显著影响,随着OLR的逐步提高,ABR各格室微生物的遗传距离逐渐拉大.特异性随之增加,表现出显著的生物相分离特征.     

不同温度下异波折板反应器处理生活污水的研究

本实验采用64．8L的厌氧异波折流板反应器处理生活污水,研究了低温对异波折流板反应器运行效能的影响。结果表明,温度从30℃降至20℃反应器运行15d达到稳定后,COD去除率仅从83．6％T降至76．9％。各隔室的VFA浓度均有所上升,前面隔室升幅较大,比甲烷活性略有下降;当温度从20℃下降至10℃时,产氢产乙酸茵和产甲烷菌等受到较大影响,在反应器运行达到稳定后COD去除率从76．9％T降至45％-55％,出水水质受影响较大,比甲烷活性下降幅度较大。     

克隆文库方法分析厌氧氨氧化反应器中细菌群落结构

为了认识低基质浓度污水厌氧氨氧化(ANAMMOX)脱氮过程的生物学机制,为ANAMMOX脱氮工艺的优化提供理论依据,通过构建细菌16S rDNA(约1 500 bp)克隆文库和浮霉菌特有16S rDNA(约830 bp)克隆文库对ANAMMOX脱氮反应器中活性污泥的细菌群落结构进行分析。从细菌16S rDNA克隆文库中随机挑选到160个克隆子,共31个分类单元(OTU),与GenBank数据库比对结果表明,厌氧颗粒污泥中的细菌群落具有丰富的多样性,包括:变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidete)、硝化螺旋菌门(Nitrospira)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、Candidate division OP10、浮霉菌门(Planctomycetes)和未知菌,其中,变形菌门和拟杆菌门为优势菌群,分别占41.9%和34.2%。在浮霉菌特有16S rDNA克隆文库的40个克隆子中,34个克隆子属于CandidatusKuenenia属的厌氧氨氧化细菌,它们是ANAMMOX脱氮过程的主要功能菌。