反硝化硫氧化工艺中功能菌株的筛选、识别及验证

反硝化硫氧化工艺是处理含硫含氮有机废水生物处理技术中最具潜力的污水处理技术之一。为了解反硝化硫氧化工艺中发挥主要功能的菌属信息,同步运行3个膨胀颗粒污泥床反应器,测定反硝化硫氧化效能,解析活性污泥微生物群落结构变化,分离筛选出活性污泥中的菌株并进行功能验证。结果表明：3个反应器稳定运行后均可实现100 mg/L NO^-₃-N和100 mg/L Ac^--C的100%去除,最高可以去除90%的200 mg/L S^2-;16S rRNA分析表明：稳定运行反应器活性污泥的微生物群落结构和多样性中,相对丰度较高的5个菌属为Azoarcus、Pseudomonas、Thauera、Arthrobacter和Desulfomicrobium;采用平板分菌和流式分选2种分菌方式共得到分属于19个菌属的50株菌,综合活性污泥群落结构和碳氮硫污染物的去除率,初步确定Azoarcus、Thauera、Pseudomonas、Acinetobacter和Agrobacterium为反硝化硫氧化工艺的功能菌属。     

微电解耦合同步硝化反硝化工艺强化煤化工废水脱氮效能及微生物群落结构研究

研究探讨微电解耦合同步硝化反硝化(ICME-SND)工艺对煤化工废水氮去除的强化效能及机理.结果表明,在ICME-SND工艺中,煤化工废水的COD、氨氮和总氮的去除率分别为85.99％、85.81％和75.59％,SND效率达到83.06％,显著高于非强化SND工艺.同时,ICME-SND工艺中活性污泥与微电解反应释放...     

硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合工艺中微生物群落结构和多样性研究

为研究基于硫自养反硝化和厌氧氨氧化耦合工艺中微生物群落结构和多样性特征,从稳定运行的HABR厌氧折流板反应器中采集生物膜样品,利用PCR-DGGE技术分别对反应器中4个格室进行群落结构解析。结果表明,微生物群落变化与水质环境中的有机物、氮和硫的浓度有关,微生物群落结构在不同的格室中变化较大,4个格室中的细菌的Shannon-Wiener指数(H)由左至右依次减小,相邻格室的相似性较高。经过克隆测序分析,HABR反应器内的微生物多为硫自养反硝化菌和厌氧氨氧化菌,并且出现了Sulfurimonas菌种,该类菌种是同步脱硫反硝化作用的主要功能菌,它们对污水中硫及氮的去除发挥了重要的作用。     

同时产甲烷反硝化颗粒污泥中微生物群落结构

在UASB成功运行同时产甲烷反硝化小试基础上,针对反应器内颗粒污泥,通过构建古菌和细菌的16SrDNA基因文库、RADAR遗传变异分型和测序比对等技术进行了微生物系统发育关系和群落结构分析.结果表明,在颗粒污泥的古菌中,产甲烷髦毛菌和产甲烷杆菌是主要菌群,随机选出的88个古菌克隆子,这两类古菌的16SrDNA序列分别占古菌总量71.59%和22.73%;而颗粒污泥中细菌的多样性要高于古菌,低GC革兰氏阳性菌和ε变型菌纲分支的细菌是细菌的主要菌群,在随机选出的133个细菌克隆子中,这2类细菌的16SrDNA序列分别占细菌总量的49.62%和12.03%.     

厌氧氨氧化耦合反硝化工艺的启动及微生物群落变化特征

为了解厌氧氨氧化耦合反硝化启动过程中脱氮除碳性能与微生物群落的关系,通过逐步提高进水COD浓度研究了SAD启动过程中脱氮除碳性能和微生物群落变化.结果表明,随着进水COD浓度增加,出水NH_4~+-N和NO_2--N的浓度保持稳定,平均去除率均在98%以上; TN去除率逐渐升高,第3阶段TN平均去除率为95. 6%,比厌氧氨氧化理论TN去除率高6. 8%;ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N明显下降,从0. 15～0. 17逐步降至0. 03～0. 07;厌氧氨氧化脱氮贡献率逐渐下降,反硝化脱氮贡献率逐渐上升,COD去除率逐步增加.污泥活性分析表明SAD启动后污泥反硝化活性明显增加,厌氧氨氧化活性略微降低.高通量测序结果表明,反应器内微生物的优势菌门为绿弯菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、装甲菌门和变形菌门,微生物群落特征与SAD脱氮除碳性能密切相关,与脱氮除碳有关的功能微生物主要有厌氧氨氧化菌、厌氧消化菌和反硝化菌,SAD启动后反应器内厌氧氨氧化菌丰度减少,厌氧消化菌和反硝化菌丰度明显增加.     

抗生素对耐药型反硝化菌反硝化过程及微生物群落结构的影响

城市污水中部分抗生素通过常规工艺处理的去除率较低,导致自然水环境中微生物耐药性增强.为降低抗生素对城镇受纳水体的生态危害,提出了利用耐药型反硝化菌的共代谢作用降解微量抗生素的风险控制技术.采用乙酸钠为电子供体,并保持氧氟沙星(OFLX)浓度为1μg·L^-1,逐步提高抗生素降解菌的优势生长,分别培养获得仅有乙酸钠和氮元素存在条件下的反硝化菌群(DnB₁)、微量抗生素与乙酸钠、氮元素同时存在条件的反硝化菌群(DnB₂).考察了抗生素通过反硝化共代谢的降解效果,抗生素对耐药型反硝化菌脱氮过程的影响,以及微生物群落结构的变化情况.结果表明DnB₂相比于DnB₁,对OFLX具有明显降解作用, DnB₁和DnB₂对OFLX的降解量分别为0.31μg·g^-1和16.14μg·g^-1.OFLX浓度的提高,会在短期内抑制DnB₁反硝化活性.DnB₂反硝化过程受OFL...     

运行模式对同步短程硝化反硝化脱氮及微生物群落特征的影响

采用复合序批式生物膜反应器（HSBBR）处理高盐废水,实现了同步短程硝化反硝化脱氮。考察了运行模式对同步短程硝化反硝化系统COD去除和脱氮性能的影响,利用高通量测序技术分析了微生物群落的变化。结果表明:当反应器以缺氧/好氧交替模式运行时（缺氧/好氧时间比为2.0 h/4.5 h）,NH₃-N、总无机氮（TIN）和COD去除率分别为95.00%、84.83%和86.72%,出水中含有NO₂--N和NO₃--N。以完全好氧模式运行时（缺氧/好氧时间比为0.0/6.5 h）,NH₃-N去除率达到100.00%,TIN和COD去除率分别为85.94%和89.46%,出水中只含有NO₂--N。高通量测序结果表明:在门水平上,2种模式下生物膜和悬浮污泥中的优势菌均为变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）;Nitrosomonas是本研究检测出的唯一氨氧化菌（AOB）属,当反应器由缺氧/好氧交替模式转换为完全好氧模式时,悬浮污泥和生物膜中Nitrosomonas的相对丰度均增加;悬浮污泥和生物膜中优势反硝化菌属相似,包括Candidatus_Competibacter、Paracoccus、Thauera和Denitratisoma,在完全好氧模式下,悬浮污泥和生物膜中Candidatus_Competibacter和Thauera的相对丰度较低,而Paracoccus和Denitratisoma的相对丰度较高。多种反硝化菌与氨氧化菌的共同作用,使反应器能够实现高效同步短程硝化反硝化脱氮。     

葡萄糖对硫自养反硝化性能及微生物群落的影响

文章在圆柱状填充床生物反应器中成功启动硫自养反硝化过程,系统运行稳定后,第60天,在反应器进水中加入适量的葡萄糖(C/N=5∶1)将自养条件改变为混养条件,NO_3~--N去除率由75%提升到95%以上,并消除NO_2~--N积累现象。通过分析高通量测序结果发现:葡萄糖的加入对系统的微生物群落有很大的影响,变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)丰度减少,酸杆菌门(Acidobacteria)和Latescibacteria几近消失,而拟杆菌门(Firmicutes)和硬壁菌门(Bacteroidetes)的丰度却有较大的提升。从属水平的分析结果对比发现:硫酸杆菌属(Thiobacillus)和硫磺菌属(Sulfurimonas)在硫自养反硝化系统中占比高达33.7%和16.9%,加入葡萄糖后丰富度分别降到11.7%和9.6%,而unclassified_f_Enterobacteriaceae,Gemmobacter,明串珠菌属(Trichococcus)以及假单胞菌属(Pseudomonas)等异养或者混养反硝化菌属丰度明显增加。     

异养硝化-好氧反硝化菌Burkholderiasp.YX02强化连续流反应器中微生物群落结构解析

为揭示生物脱氮反应器中微生物群落结构随时间变化的动态演替过程,以投加包埋固定化异养硝化-好氧反硝化菌Burkholderia sp.YX02建立的连续流反应器为研究对象,利用PCR-DGGE技术获得了不同阶段下微生物群落结构的DNA特征图谱并对图谱进行了多元统计分析,同时考察了微生物群落结构的变化与反应器中p H、NH+4-N、NO-2-N、NO-3-N及COD等环境因子的相关性.结果表明,反应器在18 d的运行期间微生物群落较为丰富,各阶段群落结构的相似性并不随着反应器的运行而有序递减,相邻阶段群落结构的相似性先下降后上升,反应器内的菌群经演替最终形成了稳定的菌群结构.Shannon-Wiener多样性指数变化与反应器的运行显著关联,不同阶段多样性指数差异明显,整体上呈先下降后上升的趋势,运行后期出现了新的菌群.UPGMA聚类分析大致将反应器的运行过程划分为3个时期,且不同时期存在一定的演变关系.对DGGE图谱进行主成分分析(principal component analysis,PCA)表明,随着反应器的运行,劣势菌被大量淘汰、优势菌株常驻,运行后期形成以包埋菌Burkholderia sp.YX02为代表的新的菌群结构.对微生物的群落结构与环境因子的相关性进行典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)表明,NO-2-N对微生物群落结构的影响最大,其次为NO-3-N、NH+4-N和COD,p H影响最小.     

硫自养反硝化过程中含硫副产物产生规律及微生物群落结构的空间分布

为探究硫自养反硝化过程中含硫副产物的产生规律,建立了上流式硫自养固定床生物反应器,考察HRT（水力停留时间）对水中NO₃--N去除的影响,运用零级和1/2级反应动力学模型对NO₃--N还原过程进行拟合,通过测定与理论计算分析含硫副产物的产生趋势及规律,利用高通量测序技术（high-throughput sequencing）测定微生物群落结构空间分布特征.结果表明:①当进水NO₃--N浓度为（30.45±0.38）mg/L,HRT为4和1 h时,NO₃--N去除率达到98%以上.硫自养反硝化过程符合1/2级反应动力学模型,1/2K_1/2V（1/2级反应动力学速率常数）为5.69 mg1/2/（L1/2·h）.②出水SO₄2-的产生量接近理论值,S2-在反应器中部出现微量的积累,在出水口处浓度进一步降低（< 0.5 mg/L）.③HRT的缩短改变了反应器内部微生物群落α多样性的变化规律;Proteobacteria成为了最主要的优势菌群,各阶段所占比例均大于59%,Sulfurimonas为最常见的反硝化菌,在HRT为1 h时,反应器中部其丰度达到36%,成为反应器中的优势菌属;Desulfurella为SRB（硫酸盐还原菌）,其丰度的增加与反应器内部S2-的积累一致.研究显示,硫自养反硝化过程中产生的SO₄2-与理论值接近,S2-产生量沿反应器高度方向呈现先增加后降低的趋势,微生物群落结构分布情况与反应器高度有关.      

溶解氧对碳氮硫共脱除工艺中微生物群落影响解析

为了研究溶解氧对碳氮硫共脱除工艺中微生物群落的影响,探索供氧条件下提高单质硫转化率的机制,实验采用基因芯片GeoChip技术来解析不同曝气量下采集的污泥样品中的微生物群落结构特征.研究结果表明,微量的溶解氧能显著影响工艺中的微生物群落结构(P<0.001),相对较高浓度的溶解氧可以增加微生物的多样性但是却抑制了对溶解氧比较敏感的反硝化微生物的活性,导致工艺硝酸盐去除率下降.与反硝化微生物相比硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)能抵抗更高浓度的溶解氧,因此工艺的硫酸盐还原过程未受到影响,一直保持较高的硫酸盐去除率.当曝气量为20 mL·min-1时单质硫的转化率最高,通过对sox(sulfur-oxidation)基因丰度分析和聚类分析发现,在该曝气量条件下sox基因的丰度最高,与厌氧条件相比有极其显著的差异.此外,GeoChip还检测到一些硫氧化细菌(sulfur-oxidizing bacteria,SOB)的丰度明显提高,证明适量的溶解氧能够刺激一部分SOB的生长与代谢.     

低浓度氨氮废水单级自养脱氮EGSB反应器的快速启动

将单级自养脱氮生物膜污泥作为种泥接种于膨胀颗粒污泥床反应器中,并对该反应器进行启动.在温度为(30±2)℃,p H值为7.8~8.2,DO为0.2~1.1 mg·L~(-1),上升流速为2.0~4.0 m·h~(-1)的条件下,进行了低浓度氨氮(60~100 mg·L~(-1))废水的单级自养脱氮工艺快速启动研究.结果表明,经过83 d的运行,反应器历经适应期、提高期和稳定期后,稳定运行阶段NH_4~+-N、TN去除率分别达到99.4%和80.7%.通过控制回流比和提高进水氨氮负荷维持了稳定的低DO状态,有效抑制了硝化细菌的生长,而部分亚硝化反应和厌氧氨氧化反应为主导反应并能保持高效、稳定的脱氮效果,成功实现了在膨胀颗粒污泥床反应器中单级自养脱氮过程的启动.颗粒污泥平均粒径从174μm增大到296μm.扫描电镜显示颗粒污泥表面光滑,微生物以球菌、短杆菌为主.FISH结果显示亚硝化细菌分布在颗粒污泥表面,厌氧氨氧化菌分布在颗粒污泥内部.反应器中构建了稳定的自养脱氮颗粒污泥系统.     

ABR-MBR耦合工艺启动及优化反硝化除磷性能

探究ABR-MBR耦合工艺在无污泥回流及在ABR各隔室接种高浓度(25g·L^-1,以MLSS计)活性污泥条件下启动反硝化除磷性能的可行性以及反硝化除磷隔室内微生物群落特征.结果表明,通过逐步提升硝化液回流比(R)由0%至200%成功启动反硝化除磷性能.稳定运行过程中,系统对COD、 PO^3-₄-P和TN的平均去除率分别为88.28%、 54.45%和61.93%.在ABR进水容积负荷(以COD计,下同)为0.8 kg·(m³·d)^-1、R为150%、 ABR和MBR的水力停留时间(HRT)分别为9h和3.3 h时,VFA平均产量为80.58mg·L^-1、回流硝化液的ρ(NO^-₂-N)/ρ(NO^-₃-N)平均为1.68,PO^3-₄-P和TN的平均去除率分别为64.94%和62.95%,实现短程硝化和反硝化除磷耦合.批次实验证明反...     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥培养过程微生物群落变化

本实验利用生活污水培养具有同步脱氮除磷(simultaneous nitrogen and phosphorus removal,SNPR)功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS).采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序对AGS培养过程中细菌群落变化进行了研究,以期揭示污泥好氧颗粒化成因.采用实时荧光定量PCR对AGS培养过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms,PAOs)的丰度变化进行了研究.结果表明:历时100 d培养出的AGS质地紧实,具有良好的SNPR效果.AGS胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中多糖含量在培养过程中增加明显,而蛋白质含量保持稳定.AGS培养过程中,AOB的丰度略微下降,AOA的丰度明显下降,NOB的丰度无明显变化,而PAOs的丰度在AGS培养初期明显增加.在AGS培养过程中,细菌群落多样性呈现出先升高后降低的趋势,且细菌群落组成发生了明显的变化.持久型OTUs占样品总序列数的92.70%,其中变形菌门(Proteobacteria,31.07%~53.67%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,6.70%~16.50%)和绿弯菌门(Chloroflexi,7.84%~13.36%)是AGS培养过程中的细菌优势门.Candidatus competibacter属在AGS培养过程中大量富集(由种泥中的0.11%增加到35.33%),其可能会分泌胞外多糖,形成黏性EPS,促进絮状污泥团聚成为AGS.     

不同培养条件厌氧氨氧化颗粒污泥性质及微生物群落结构差异

采用膨胀颗粒污泥床(EGSB)和上升式厌氧污泥床(UASB)反应器在不同运行条件下培养厌氧氨氧化颗粒污泥,对比分析颗粒污泥性质和微生物群落的差异性.研究表明接种厌氧氨氧化絮状污泥经过EGSB和UASB反应器运行384 d后,均能实现颗粒化,颗粒污泥平均粒径分别达到1.17 mm和1.21 mm,各范围(<0.2、 0.2～1.5、 1.5～3和>3 mm)的粒径占比为6.06%、 60.05%、 25.25%和8.64%, 7.40%、 58.90%、 32.04%和1.66%.扫描电镜结果表明不同运行条件下的污泥菌群均以短杆菌、球型菌为主.高通量测序结果表明,Shannon指数EGSB反应器为7.52高于UASB反应器为7.18;变形菌门(Proteobacteria)是两个反应器各阶段污泥的主要菌门,浮霉菌门(Planctomycetes)从接种时的3.30%增到第384d的12.30%(EGSB)和13.30%(UASB).EGSB反应器中的主要厌氧氨氧化菌属为Candidatus Brocadia占7.53%,其次为Candidatus Kuenenia属占1.61...     

两次污泥颗粒化过程中微生物群落的动态变化

利用序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)培养好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS),在此期间发生了AGS破碎现象,后经培养,破碎污泥再次变为成熟的AGS.因此,采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序技术研究了两次污泥颗粒化过程中微生物群落结构变化的差异,以期揭示有利于AGS形成的优势菌属;此外,利用实时定量聚合酶链式反应(quantitative polymerase chain reaction,q PCR)探究了两次污泥颗粒化过程中硝化微生物的动态变化.结果表明,在两次污泥颗粒化过程中,胞外蛋白质和胞外多糖的含量均增加;氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)在第一次污泥颗粒化过程以及AGS成熟过程丰度增加,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)虽然在第一次污泥颗粒化过程中丰度降低,但是在AGS培养过程中其丰度都一直高于AOA;微生物群落多样性随着AGS的形成而降低;变形菌门(Proteobacteria)相对丰度明显增加,分别增加了12.29%和5.90%;某些属于变形菌门的属其相对丰度也增加,其中,Candidatus Competibacter在两次污泥颗粒化过程中相对丰度增加最明显,并且在成熟的AGS中呈现很高的相对丰度,达到14.20%.总的来说,胞外蛋白质和胞外多糖含量的增加,可能促进了污泥颗粒化;AOA和AOB可能共同参与了AGS的氨氧化作用;Ca.Competibacter的富集可能有利于AGS的形成.     

污水生物处理工艺低温下微生物种群结构

构建有针对性的运行控制策略是我国城市污水生物处理工艺冬季低水温条件下高效稳定运行的重要保证.以我国北方低温期(8～15℃)稳定运行的4个典型污水生物处理工艺为对象,利用高通量测序方法系统解析了活性污泥中的微生物群落及碳、氮、磷去除等关键功能种群结构,阐明了重要功能种群在低温影响下的动态变化及与污染物去除性能间关系,为控制策略的有效建立提供了坚实的科学数据基础.尽管存在着不同工艺形式,但结果表明低温期活性污泥均具有较为良好的种群丰富度,其中放线菌门(Actinobacteria)在低温期优势地位提升;关键功能种群中硝化种属Nitrosomonas受温度影响较大,而作为核心种群的反硝化种属则因分布广泛及多样性高,整体丰度受温度变化影响较小,工艺的反硝化性能仅与回流比具有相关性;Tetrasphaera在4个工艺中广泛存在但仅在厌氧/好氧交替条件下承担主要除磷功能;低温下4个工艺中多种丝状菌优势生长并诱发污泥膨胀,但对出水水质影响较小.     

EGSB反应器处理链霉素有机废水工业性试验研究

本文介绍了在厌氧中温发酵 (35± l℃ )条件下 ,采用膨胀颗粒污泥床 (EGSB)反应器日处理 2 0 0 t链霉素有机废水的工业性试验研究。试验结果表明 :在控制低浓度进料 ,COD在 2 0 0 0～ 70 0 0 mg/L、COD/SO2 - 4=7～ 1 0的条件下 ,有效地降低了毒性物质的抑制作用 ,使反应器成功启动并培养出颗粒污泥 ;当进料 COD在 70 0 0～ 1 30 0 0 mg/L,HRT为 3～ 5h,p H值为 6.8～ 7.2时 ,COD去除率可达75% ,反应器容积负荷最高可达 1 5.8kg COD/(m3.d) ,而 SO2 - 4去除率可有效地控制在 60 %～ 70 % ,实现了 EGSB反应器对链霉素废水中有机物和硫酸盐的有效去除。     

厌氧氨氧化启动过程及微生物群落结构特征

采用UASB反应器以体积比1∶2接种实验室培养的具有厌氧氨氧化(ANAMMOX)功能的厌氧污泥和城市污水厂的好氧污泥,耗时17 d成功启动ANAMMOX反应,启动阶段分为菌体水解期、活性提高期和稳定运行期.稳定运行后,逐步提高反应器容积负荷富集厌氧氨氧化菌,当容积负荷由0.10 kg·(m~3·d)~(-1)增至0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,总氮(TN)去除负荷也随之由0.09 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.42 kg·(m~3·d)~(-1),反应器污泥逐渐由浅红色加深,粒径大于0.2 mm的污泥所占比例由10.90%增至38.37%.采用高通量测序对接种污泥和负荷提高期的污泥进行检测,其中绿曲挠菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、WWE3门、放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)等占据主导.随着厌氧氨氧化菌富集程度的增大,脱氮功能菌中的变形菌门所占比例逐渐减少,从21.60%降至14.20%,而浮霉菌门随之增多,相对丰度由0.73%升至15.50%.当反应器的容积负荷增到0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,浮霉菌门中,Candidatus Brocadia属、Candidatus Jettenia属和Candidatus Kuenenia属是主要菌属,Candidatus Brocadia属占13.40%,是主要的厌氧氨氧化菌属.