基于Miseq的好氧反硝化菌源水脱氮的种群演变

为了研究好氧反硝化菌源水脱氮过程中水体微生物群落的演变,利用Miseq高通量测序法对投菌和对照两系统水体样本的微生物信息进行统计,并对两组样品进行了优化序列统计,OTU分布统计和分类学分析的基础分析;以及细菌群落结构,PCA,Rank-Abundance,Hcluster,Specaccum和OTU分布的高级分析.结果显示,投加贫营养好氧反硝化菌的源水系统的氮素得到有效去除,脱氮效果明显;层次聚类和主成分分析显示两系统内的群落结构发生变化,投菌系统与对照系统主要表现为变形菌和拟杆菌门;细菌主要门类和水质参数的相关性分析得出,水质指标对两系统群落变化作用明显;与此同时,投菌系统中有关氮循环的细菌有上升的变化过程. Miseq高通量测序研究源水脱氮过程的微生物种群演变可行,为研究原位生物脱氮过程的水体微生物群落演变提供技术支撑.     

煤化工废水除氟及尾水脱氮除磷性能

为了实现将水体中F-浓度降至1mg/L以下的目标,采用多步除氟法,优化药剂投加顺序及剂量控制成本.对除氟尾水进行脱氮除磷处理,并利用16S r RNA高通量测序技术分析微生物群落结构.结果表明,在最优除氟方案下能将F-浓度从119.73～138.56mg/L降至0.33mg/L,除氟成本为6.13元/t.除氟尾水的硝化和反硝化负荷分别达到0.12和0.13kg/(m³·d).硝化过程从批次八实现稳定的短程硝化,平均亚硝酸盐积累率(NAR)>80%,这由前期游离氨(FA)抑制和后期游离亚硝酸(FNA)抑制造成.脱氮过程中观察到反硝化除磷作用,磷的吸收率可达到84.10%～89.75%.高通量测序结果表明,经过20个批次的驯化,污泥微生物群落结构发生显著变化.驯化污泥中好氧反硝化菌(Paracoccus和Pseudomonas)、异养反硝化菌(Flavobacterium和Thauera)和反硝化聚磷菌(Paracoccus、Pseudomonas和Thauera)得到富集.     

异养型同步硝化反硝化处理微污染水源水

针对微污染水源水营养贫乏特点,从富集驯化的底泥中筛选出3株异养硝化细菌和3株好氧反硝化细菌,3株异养硝化细菌对铵氮的去除率分别为97.02%、100%和100%,3株好氧反硝化细菌对总氮的去除率为98.52%,98.55%和98.6%,利用固定化微生物技术将异养硝化菌、好氧反硝化菌固定于海绵球型填料上,强化生物接触氧化处理水源水,试验结果表明:在水温25°C、溶解氧4mg/L左右、水力长期停留的条件下,经过17d的运行,铵氮去除效率可以达到100%,总氮去除率达到42%。     

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。     

耐冷好氧反硝化菌脱氮技术研究进展

耐冷好氧反硝化菌因其独特的生长特性与同步异养硝化好氧反硝化的功能,为解决天然水体中氮素的去除提供了新的技术思路。综述了好氧反硝化作用机理研究进展,包括耐冷好氧反硝化菌的富集-驯化-筛选方法,已分离的耐冷好氧反硝化菌的类群及其生长特性,耐冷好氧反硝化菌的生物脱氮影响因素及其应用领域。耐冷好氧反硝化菌在低温环境生物脱氮方面具有明显的优势。因此,对耐冷好氧反硝化菌的脱氮作用机理和实际工程应用进行展望。     

雄安新区-白洋淀冬季冰封期水体好氧反硝化菌群落空间分布特征及驱动因素

为了定向精准地完成适于白洋淀低温期水体水质的好氧反硝化菌的筛选和分离,本文结合水质调查和好氧反硝化功能基因(napA)高通量测序技术,进行了水体水质、微生物群落α多样性、β多样性分析以及微生物网络分析.结果表明,该时期白洋淀不同采样点的水体水质存在显著差异,入淀河口区的氮素最高;各采样点α多样性存在显著差异(P<0.05),藻苲淀(ZZD)和瀑河(BH)的菌群丰富度和多样性最低;与此同时,该时期水体的OTU主要属于变形菌门(Protebacteria)中的α-Proteobacteria纲、β-Proteobacteria纲和γ-Proteobacteria纲;韦恩图分析(Venn)表明各采样点水体好氧反硝化菌群组成存在明显差异;膨胀因子分析(VIF)和RDA分析显示,温度、溶解氧、氨氮、硝氮、溶解性总磷以及氧化还原电位是影响菌群组成的主要环境因子;网络分析表明,该时期微生物网络中物种间以共生关系为主;Mantel test分析得出温度、氧化还原电位、硝氮、氨氮、溶解性总磷以及铁锰是影响模块群落结构演变的关键环境因子.综上可知,基于好氧反硝化功能基因(napA)进行高通量测序来研...     

岗南水库沉积物好氧反硝化菌群落时空分布特征

为研究岗南水库沉积物中好氧反硝化菌群的时空分布特征,运用好氧反硝化功能基因(napA)高通量测序技术,进行了α-多样性分析、微生物群落组成分析、微生物群落差异分析以及微生物网络分析.结果表明,α-多样性分析显示Chao1指数、Observed species指数和Shannon指数秋冬季均高于春夏季,即秋冬季采样点丰富...     

异养硝化-好氧反硝化菌的筛选及脱氮性能的实验研究

通过极限稀释和显色培养基相结合筛选的方法,从畜禽养殖废水样品中筛选到1株同时具有异养硝化-好氧反硝化双重功能的细菌CPZ24.该菌株革兰氏染色呈阳性,杆状,菌落颜色为橙红色.经形态、生理生化特性,16S rDNA序列分析,初步鉴定该菌为嗜吡啶红球菌(Rhodococuus pyridinivorans).对该菌进行异养硝化功能和好氧反硝化功能进行研究,结果表明,在异养硝化过程中,该菌可将培养基中的氨氮全部去除,其中对总氮的去除率可达98.70%;在好氧反硝化过程中,该菌对硝酸盐氮的去除率可达到66.74%,总氮的去除率达到64.27%.此高效脱氮降解菌可实现自身同步硝化-反硝化脱氮功能,能够独立完成生物脱氮的全过程.     

生物膜层DO浓度对MABR中异养硝化-好氧反硝化的影响

高浓度氨氮（NH₄+-N）废水的好氧生物处理是一个高氧需求过程.膜曝气生物膜反应器（membrane aerobic biofilm reactor,MABR）因其高氧利用率、低能耗优势在高氨氮废水处理中具有重要应用潜力.通过启动贯通式MABR接种异养硝化-好氧反硝化（heterotrophic nitrification and aerobic denitrification,HN-AD）脱氮混合菌液处理高氨氮模拟废水,调节进气量实现生物膜层不同溶解氧（DO）浓度,考察生物膜层DO浓度对MABR脱氮性能、HN-AD菌多样性及其脱氮功能基因的影响.结果表明:①MABR中仅生物膜内层DO浓度随进气量的增加而提升,生物膜外层DO浓度始终保持为0 mg/L;高DO浓度下反应器NH₄+-N、总氮（TN）去除率相比低DO浓度分别增加了28.15%和24.18%,提高生物膜内层DO浓度强化MABR脱氮性能.②高通量测序分析表明,HN-AD菌是MABR中的脱氮功能微生物,研究获得假黄褐藻属（Pseudofulvimonas）、脱氮副球菌属（Paracoccus）、鞘氨醇杆菌属（Sphingobacterium）和不动杆菌属（Acinetobacter）等共13种HN-AD菌属,其总相对丰度在低、中和高DO浓度下分别为12.97%、19.05%和22.01%,说明提高生物膜内层DO浓度促进了HN-AD菌属的富集.③PICRUSt1功能基因预测发现,MABR中HN-AD菌的好氧反硝化功能基因（napA、napB）总相对丰度在低、中和高DO浓度下分别为0.000 13‰、0.019‰和0.060‰,说明提高MABR生物膜内层DO浓度加快了HN-AD菌的好氧反硝化进程,促进了MABR中HN-AD过程的实现.研究显示,通过调节进气量实现生物膜内层不同DO浓度,可以强化MABR脱氮性能,提高HN-AD菌属富集程度,促进MABR中HN-AD过程的实现.      

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

HN-AD菌强化3D-RBC处理养猪废水及微生物特性研究

针对现有养猪废水处理工艺中普遍存在的高氨氮（NH₄⁺-N）生物毒性大、工艺流程长、运行成本高和脱氮效果差等问题,采用耐受性强的异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌挂膜启动三维结构生物转盘（3D-RBC）预处理养猪废水,仅需15d就完成了3D-RBC反应器的快速挂膜.采用调节盘片线速度和C/N的方式,仅65d实现了HN-AD菌在反应器中的富集及养猪废水预处理工艺的启动.采用该工艺对实际养猪废水进行处理,结果表明,HN-AD菌剂挂膜的3D-RBC工艺耐受高氨氮性能强,原水中COD、NH₄⁺-N、TN的去除率高达69.8%、87.9%和79.5%,污染物削减效果明显优于传统工艺.采用高通量测序技术研究了功能菌优势化构建过程中微生物群落结构的变化规律,结果表明,生物膜内具有HN-AD功能的优势菌由盐单胞菌属（Halomonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）逐渐变为丛毛单胞菌属（Comamonas）、嗜氢菌属（Hydrogenophaga）等,且后者的相对丰度逐渐上升.扫描电子显微镜结果显示,生物膜以丝状菌为骨架,紧密附着在盘片上的生物膜层表面聚集了以杆状和球状为主的微生物,这与生物多样性分析得出的结论较一致.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

异养硝化/好氧反硝化菌生物强化含海水污水的SBR短程硝化系统初探

研究了异养硝化-好氧反硝化菌应用于短程硝化系统的可行性.采用生物强化技术将4株高效异养硝化-好氧反硝化菌投入耐盐短程硝化污泥中,考察了其对含海水污水的SBR短程硝化系统的强化效果,并比较了强化系统与原系统的差异性.结果表明,强化系统的NO2--N最大积累量比原系统降低34.92%,而且到达NO2--N最大积累量的时间比原系统提前2h.强化系统的TN和COD在硝化段中后期持续降低,硝化结束时其TN和COD去除率比原系统高出15.24%和5.39%,NH4+-N去除率和亚硝化率比原系统高出6.85%和14.47%.强化系统的pH比原系统高0.46,而ORP低25.84mV.强化系统的性能提升是由强化菌的异养硝化作用和好氧反硝化作用引起的.当受到70%海水盐度冲击时,强化系统的稳定性高于原系统,强化菌的加入有效地抑制了系统从短程硝化向全程硝化转变的趋势.在强化系统与原系统运行的各阶段,强化菌种的数量发生了变化,且随着系统排泥强化菌大量流失.本研究为异养硝化-好氧反硝化菌应用于短程脱氮系统的可行性提供了理论参考.     

具有铁氧化和好氧反硝化功能的Achromobacter denitrificans strain 2-5对序批式反应器生物脱氮性能及群落结构的影响

对1株具有铁氧化和好氧反硝化功能的反硝化无色杆菌2-5(Achromobacter denitrificans strain 2-5)强化SBR反应器脱氮性能与细菌群落结构的影响进行研究。结果表明:在SBR反应器中,添加Fe0和Achromobacter denitrificans strain 2-5能提高SBR反应器对NH₄+-N和TN的去除效果,与普通SBR反应器相比,NH₄+-N和TN的平均去除率分别提高了4.13%、15.73%。通过高通量测序分析,发现各反应器微生物群落结构组成存在差异。从门水平来看,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)为优势菌门。添加Fe0和Achromobacter denitrificans strain 2-5使反应器中具有好氧反硝化功能的细菌多样性增加,强化了SBR反应器的脱氮效果,研究结果为Fe0促进好氧反硝化菌生长,强化污水脱氮提供了依据,有利于好氧反硝化菌的实际应用。     

养殖废水处理系统中微生物菌群结构及动态变化

采用高通量测序技术对养猪场废水处理系统的细菌群落组成进行分析,同时对细菌群落、污水水质和抗生素含量相关性进行分析.研究结果表明,污水各处理单元中的菌群结构存在显著差异,且细菌菌群结构随处理进程逐步改变,其中集污池与厌氧反应器的细菌菌群优势门类为Firmicutes、Bacteroidetes和Proteobacteria,曝气池的细菌菌群优势门类变为Firmicutes、Verrucomicrobia、Bacteroidetes、Proteobacteria和Candidatus Saccharibacteria,氧化塘的细菌菌群优势门类为Firmicutes、Proteobacteria、Chloroflexi、Euryarchaeota和Bacteroidetes.相关性分析结果表明,污水中的细菌群落与水质环境因子之间存在显著相关（P<0.05）.其中,种属Acinetobacter、Bacteroides、Prevotella、Lachnospiracea_incertae_sedis与COD、TN、NH₄⁺-N呈显著正相关,Clostridium sensu strict、Methanothrix与TN、NH₄⁺-N呈显著负相关,Petrimonas、Lachnospiracea_incertae_sedis、Clostridium XlVa、Tissierella与磺胺甲恶唑、磺胺间甲氧嘧啶、强力霉素、土霉素呈极显著正相关,Acinetobacter、Bacteroides、Prevotella与恩诺沙星、四环素呈显著正相关,Prevotella、Lachnospiracea_incertae_sedis与环丙沙星呈显著正相关,Clostridium sensu stricto、Petrimonas与氧氟沙星呈显著正相关.     

A/O工艺中污泥浓度对微生物群落结构的影响

采用A/O工艺处理淀粉厂区废水,结合Miseq高通量测序技术研究了不同污泥浓度（MLSS）对A/O工艺脱氮效果及微生物群落结构的影响.结果显示,当污泥浓度为4066mg/L时（1号池）,氨氮（NH₄⁺-N）平均去除率高达90.2%;而污泥浓度为2985mg/L时（2号池）,去除率仅为67.2%.两池体中优势菌门均为变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和厚壁菌门,其中变形菌门和拟杆菌门平均丰度分别为40.65%、30.28%和25.25%、33.27%,其相对丰度比例差异较大.在功能基因层面,两池体中所有8个功能基因类别（KEGG,京都基因与基因组百科全书）排序相同,氮代谢相关基因中,硝化酶、反硝化酶、氨化酶的相关功能基因均在1号池中含量高.该工艺中污泥浓度对菌群结构影响显著,高污泥浓度有利于形成高效脱氮菌群结构.     

利用高通量测序对封存CO2泄漏情景下土壤细菌的研究

全球CO2浓度不断升高的背景下,地质封存CO2为控制大气CO2浓度上升提供了全新的思路,但封存CO2潜在的泄漏风险也对生态系统产生重大威胁.土壤微生物与土壤健康密切联系.鉴于目前地质封存CO2泄漏对土壤微生物影响的研究鲜有报道,本研究通过模拟地质封存CO2泄漏情景,利用Miseq平台Illumina第二代高通量测序土壤细菌16S rRNA基因,结合相关生物信息学分析,初步探讨了封存CO2泄漏情景下农田土壤细菌群落丰富度、多样性和群落结构的变化.试验共获得15个土壤样本的43 017个OTU共486 645条读数,生物学分析结果表明,封存CO2泄漏通量和时间不同的情景下,农田土壤细菌丰富度和细菌群落多样性的变化存在差异,初步推测CO2泄漏量增大和泄漏时间持续更长的情景下,土壤细菌丰富度和多样性下降幅度较大,土壤细菌群落中优势菌群向若干细菌集中,其中土壤酸杆菌门细菌相对增多可能作为地质封存CO2泄漏对土壤生态系统影响的生物监测指标.     

多孔生物质基材用于城镇污水处理厂尾水深度净化的试验研究

为探讨城镇污水处理厂尾水的深度净化技术,以农林秸秆生物质发电后的废料制成的生物质基材为填料,考察填料对城镇污水处理厂尾水的处理效果,并借助Miseq高通量测序技术对移动床生物膜反应器（MBRR）中的悬浮填料,多孔生物质基材中生物膜的微生物群落组成和结构进行了解析。结果表明:多孔生物质基材能够深度净化市政污水处理厂尾水,对MBBR出水NH₄+-N、TN、COD和TP的平均去除率分别提高了0.9%、19.0%、7.1%和10.5%。此外,由于多孔生物质基材的微生物物种丰度和多样性高于MBBR,其微生物群落结构中反硝化相关菌属占优势（24.2%）,并含有一定比例的聚磷菌（4.6%）和自养硝化菌（1.3%）,因此多孔生物质基材更利于脱氮除磷等功能菌群的富集和生长,可对污水的强化处理起关键作用。该结果可为城镇生活污水处理厂尾水深度净化过程中强化脱氮除磷的工程化应用提供依据和参数。