氯及氯胺消毒方式下管壁生物膜生长特性和群落功能研究

基于生物膜环状反应器,模拟培养氯消毒和氯胺消毒体系下的管壁生物膜,从生长特性、群落结构和功能丰度等方面探究管壁生物膜特性,研究不同消毒方式(氯和氯胺)胁迫下生物膜的特性差异。结果表明：与氯相比,氯胺消毒下生物膜的单位面积生物量更高,且活菌占比更大,表明在相同浓度水平下,氯比氯胺更能抑制管壁微生物的生长繁殖和细胞活性。氯胺消毒下生物膜的群落丰富度和多样性高于氯消毒,2种消毒方式下的生物膜群落结构和功能丰度存在显著差异。氯消毒下,γ-变形菌纲(平均相对丰度63.8%)占据主要优势,Nevskia属(32.9%)和嗜甲基菌属(20.4%)为优势菌属;氯胺消毒下,α-变形菌纲(53.8%)为最优势菌纲,慢生根瘤菌属(10.4%)为优势菌属。与氯胺相比,氯消毒下生物膜的新陈代谢功能丰度更具优势,尤其是在氨基酸代谢、碳水化合物代谢和脂类代谢关乎有机物利用的功能方面,分别增加36%、41%和48%,为供水管网中的微生物污染控制和以生物膜为前体物的副产物生成控制提供了一定理论基础。     

鸡粪和猪粪生物发酵过程中抗生素抗性基因的动态变化

畜禽粪便是储存和传播抗生素抗性基因(ARGs)的主要载体.为明确鸡粪和猪粪堆肥过程中ARGs和MGEs相对丰度的变化及影响其消减的关键环境因子,探索减少畜禽粪便堆肥中ARGs含量并降低其污染风险的有效方法,采用实时荧光定量PCR技术和16S rRNA高通量测序技术,测定了鸡粪和猪粪好氧堆肥75 d的过程中,不同阶段10种ARGs和7种可移动遗传元件(MGEs)的丰度变化和细菌群落变化,分析了ARGs和MGEs与细菌群落的相关性和堆体理化性质(温度、含水率、 pH和DOC)变化对ARGs和MGEs丰度的影响.结果表明,猪粪(PM)中ARGs和MGEs丰度显著高于鸡粪(CM).堆肥结束后,两种堆肥中9种ARGs和5种MGEs的相对丰度均显著降低,其中CM中3种ARGs(tetM、tetT和aacA)和4种MGEs(ISEcp1、IS1216、IS613和tnp614)的去除率达到99%; PM中9种ARGs[tetB(P)、tetL、tetM、tetO、tetT、aacA、aadD、aphA3和sat4]及4种MGEs(ISEcp1、IS26、IS1216和tnp614)去除率均达到99%...     

紫外线-茶多酚联用对供水管网的消毒效果

针对传统消毒技术的安全风险问题,以维护供水管网水质安全为目标,引入茶多酚作为辅助消毒剂和紫外线消毒联用,模拟供水管网系统探究不同管材和水力停留时间下紫外线-茶多酚联合消毒的消毒效果,分析管壁生物膜形貌和菌落分布的变化.结果表明,75mg/L是紫外线-茶多酚联合消毒时茶多酚的较优投加量,可保持48h消毒效果.模拟管网运行过程中整体水质较好,但管材对管网消毒效果的影响较大,30d内球墨铸铁和UPVC管网中细菌量超过100CFU/mL的频率分别为80%和0%,紫外线-茶多酚联合消毒在UPVC管网中消毒持续性较强.与紫外线消毒相比,紫外线-茶多酚联合消毒对管壁生物膜的破坏效果更明显,且对生物膜中的蓝藻菌和肠道致病菌杀灭效果更强,有利于保障管网水质的安全性.     

城市供水管网生物膜中氨氧化细菌对氯胺消毒效果的影响

供水管网中微生物生长和生物膜形成可对管网水质和运行造成重要影响.利用MPN-Griess方法检测了上海某供水系统生物膜中氨氧化细菌的数量,分析了管网中氨氧化细菌与管网水中硝化作用和消毒剂之间的相关性.通过室内实验分析了氨氧化细菌和异养菌对氯胺消毒剂的抗性和消耗影响.结果表明,管网中氨氧化细菌数量(以生物膜干重计)在1.0×102～4.3×１０⁵ MPN/g之间,与氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度的相关系数分别为-0.563、 0.603和-0.563;与总氯和一氯胺浓度的相关系数分别是-0.659和-0.571.氨氧化细菌对氯胺消毒剂的抗性明显高于异养菌,对氯胺消毒剂的消耗能力也强于异养菌.     

鸡粪与中药渣共堆肥对抗生素抗性基因的影响

畜禽粪便是抗生素抗性基因(antibiotic resistant genes,ARGs)进入环境的重要途径,为了削减畜禽粪便中的ARGs,在为期46 d的鸡粪与中药渣共堆肥后,对不同阶段ARGs和可移动基因元件(mobile gene elements,MGEs)的丰度通过实时定量PCR进行检测. 100种ARGs中检测到21种,以及2种整合酶基因(int I1和int I2)和3种转座酶基因(tnp A-01、tnp A-02和tnp A-03).结果表明,在堆肥过程中5种MGEs均显著降低,其中tnp A-01和tnp A-02去除效果最好,减少了两个数量级;氨基糖苷类抗性基因aac A/aph D和aad E显著性降低(P 0. 05);β-内酰胺类抗性基因bla OXA1与堆肥天数显著相关(P=0. 016),其去除率为78. 63%;林可酰胺类抗性基因均随堆肥时间显著降低,平均去除率为90. 39%;四环素类抗性基因的去除效果相差较大,tet G降低了99. 77%,tetR仅降低了31. 72%;喹诺酮类抗性基因qnr D去除率最高为99. 89%;磺胺类中sulⅢ的去除率高达99. 88%,而sulⅠ呈增长趋势. ARGs与MGEs相关性表明tnp A-01与ARGs之间具有显著相关性(P 0. 05). ARGs随堆肥时间的变化趋势表明,中药渣与鸡粪共堆肥可显著降低ARGs丰度,从而降低畜禽粪便在农田施用中ARGs扩散的风险.     

奶牛养殖粪水施用量对农田土壤中抗生素抗性基因赋存特征及微生物群落结构的影响

为探究奶牛养殖粪水施用对农田土壤中抗生素抗性基因(Antibiotics Resistance Gene, ARGs)赋存特征及微生物群落结构的影响,本研究以经氧化塘处理后的奶牛养殖粪水为研究对象,设置4组不同的养殖粪水施用量,分别为0、0.016、0.032和0.064 t·m^-2,在玉米农田连续施用2个玉米生长周期后采集土壤,利用荧光定量PCR技术和高通量测序分析土壤中ARGs的丰度及微生物群落结构.研究发现施用养殖粪水后土壤中ARGs总相对丰度显著(p<0.05)提高了0.85～5.41倍.土壤中ARGs和可移动基因元件(Mobile Genetic Elements, MGEs)的总相对丰度均与养殖粪水施用量呈显著正相关(p<0.05),tet C、sul2和erm B是影响ARGs总丰度变化的主导基因.相较于养殖粪水施用为0 t·m^-2时,养殖粪水施用量从0.016 t·m^-2增加到0.064 t·m^-2时,土壤中微生物群落的chao1指数分别增加了44.4%、47.5%和42...     

氯胺消毒对铜和不锈钢管壁生物膜的控制作用

以松花江为水源的哈尔滨某水厂出厂水为研究对象,采用生物膜培养反应器(rotating annular bioreactor, RAB)模拟给水管网系统,考察了氯胺对铜和不锈钢2种管材上生物膜的控制情况.结果表明,在无氯胺情况下运行时,铜和不锈钢挂片上的生物膜在第18d和21 d达到最大值,其生物量分别为5.5×１０³ CFU/cm²和2.5×１０⁵ CFU/cm²,生物膜达到稳定时生物量分别为1.0×１０³ CFU/cm²和1.3×１０⁵ CFU/cm²,铜挂片上的生物量明显低于不锈钢.反应器在有氯胺状态下运行时,铜和不锈钢挂片上最大生物量为5.0×10² CFU/cm²和5.0×１０⁴ CFU/cm²,分别低于无氯胺情况下1个数量级,达到稳定状态时,其生物量分别为10 CFU/cm²以下和3.5×１０⁴ CFU/cm²,说明氯胺对处于稳定状态的生物膜具有一定的控制作用,对铜挂片上的生物膜具有更明显的控制效果.对消毒剂投量、管材和管壁生物膜HPC进行分析可知,生物膜HPC与余氯胺具有良好的指数相关关系,增加氯胺投量可以降低生物膜HPC数量,氯胺和铜挂片对管壁上的生物膜具有协同灭菌作用.     

水源型水库抗生素抗性基因赋存特征研究

饮用水水源地中抗生素抗性基因会威胁生态安全和人类健康.为了探究抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)在金泽水源型水库中的赋存特征,以及水库净化措施对抗生素抗性基因的净化作用,选择微生物活性较高的夏季时期采集水样,采用高通量荧光定量PCR和16S rRNA实时荧光定量PCR进行研究.结果表明,该水库检出62种ARGs;多重抗药类、氨基糖苷类和磺胺类ARGs为水库内占主导的抗性基因.抗生素抗性基因绝对丰度从水库的预处理区至生态净化区,再至输水区呈逐渐降低的趋势,表明水库净化措施对削减ARGs含量有一定作用.抗性基因丰度与可移动基因元件(Mobile Genetic Elements,MGEs)丰度存在显著相关性(p0.05),表明MGEs对ARGs的水平转移、传播和富集具有重要作用.     

A/O-MBBR工艺处理生活污水性能及菌群结构

采用设计规模为100m³/d的一体化缺/好氧-移动床生物膜反应器(A/O-MBBR)处理实际生活污水,通过265d的中试研究考察了该工艺在多因素扰动下的除碳和脱氮性能,并对不同运行阶段微生物群落结构的动态变化进行了研究.结果表明,一体化A/O-MBBR系统具有良好的COD去除效果和脱氮性能.当好氧池溶解氧(DO)浓度和进水碳氮比(COD/N)分别为2.5~3.5mg/L和(7.9±2.0)时,COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别达到(93.3±5.4)%、(99.1±0.6)%和(67.9±10.5)%.Proteobacteria、Bacteroidetes和Chloroflexi在不同运行时期均有较高的相对丰度,保证了有机物的高效去除.A/O-MBBR系统脱氮功能菌在运行初期主要分布于活性污泥中,且相对丰度较低.长期运行后,生物膜与活性污泥中均同时检出大量硝化菌和反硝化菌.其中,相对丰度最高的硝化菌为Nitrospira,主要分布于生物膜上(19.48%~28.05%).反硝化菌则以Thauera、Terrimonas和Dokdonella等为主.     

升级A/O工艺污水处理系统中抗生素抗性基因的分布与去除研究

针对北方某采用升级A/O工艺的生活污水处理厂,使用实时荧光定量PCR技术,探究污水厂中ARGs的分布及各处理工艺段对ARGs的去除效果.结果表明:四环素抗性基因(tetA、tetC和tetM)、磺胺抗性基因(sul1和sul2)、大环内酯抗性基因(ermA和ermF)和喹诺酮抗性基因(parC和gyrA)在污水和污泥中均被检出.污水厂进水中ARGs的绝对丰度为2.65×10³～1.01×10⁶ copies·mL^-1,升级A/O工艺未能有效削减ARGs,出水中ARGs的绝对丰度为9.22×10³～1.15×10⁶ copies·mL^-1,污泥中ARGs的绝对丰度为8.07×10⁷～2.65×10¹¹ copies·g^-1.深度处理工艺对ARGs的去除效率对比结果显示,生物活性炭工艺对ARGs的削减效果优于紫外消毒.     

紫外氯胺组合消毒供水系统中病毒微生物的分布特征

为研究紫外氯胺组合消毒对供水系统中病毒微生物的影响特性,以生产规模紫外氯胺组合消毒供水系统为研究对象,应用宏基因组技术对供水系统中病毒微生物的迁移变化、群落结构和病毒宿主进行了分析.结果表明,紫外氯胺组合消毒工艺能降低病毒物种数(6.13％)和基因丰度(51.97％),但不能完全去除水中病毒微生物.对比美国环保署(US...     

Impact of disinfection on drinking water biofilm bacterial community

Disinfectants are commonly applied to control the growth of microorganisms in drinking water distribution systems. However, the effect of disinfection on drinking water microbial community remains poorly understood. The present study investigated the impacts of different disinfectants (chlorine and chloramine) and dosages on biofilm bacterial community in bench-scale pipe section reactors. Illumina MiSeq sequencing illustrated that disinfection strategy could affect both bacterial diversity and community structure of drinking water biofilm. Proteobacteria tended to predominate in chloraminated drinking water biofilms, while Firmicutes in chlorinated and unchlorinated biofilms. The major proteobacterial groups were influenced by both disinfectant type and dosage. In addition, chloramination had a more profound impact on bacterial community than chlorination.     

氯和紫外消毒过程中胞外抗性基因的产生特征

考察了城市污水氯和紫外消毒过程中不同物理形态的胞外抗性基因的产生行为与及微生物群落的关联特征.结果表明,氯消毒尽管使胞内抗性基因丰度下降,但使结合型胞外抗性基因丰度明显上升（0.7±0.1）log,而游离型胞外抗性基因丰度下降（0.2±0.1）log.紫外消毒也使胞内抗性基因下降,但使游离型胞外抗性基因显著上升（0.4±0.2）log,而结合型胞外抗性基因丰度下降（0.3±0.1）log.氯消毒后,结合型胞外DNA（a-eDNA）中变形菌门丰度下降而其他菌门的丰度上升,细菌多样性指数由4.2上升到4.7;而游离型胞外DNA（f-eDNA）中变形菌门上升了6.6%,多样性指数则从3.5降低到2.8.紫外消毒后,a-eDNA中变形菌门丰度下降了36.6%,多样性则上升到4.8,而f-eDNA中细菌丰度变化较小.分子生态网络分析揭示了抗性基因与细菌间广泛的寄存关系,tetA、tetX、sulI和sulII分别与17、15、15和5种菌属间存在共现性,表明抗性基因潜在宿主的变化是导致消毒后胞外抗性基因产生的关键原因.本研究表明氯和紫外消毒不能消除抗性基因风险,反而通过导致不同胞外抗性基因的大量产生,使风险的形式发生变化.     

紫色土丘陵区畜禽养殖场土壤中抗生素抗性基因分布特征

鉴于紫色土高垦殖丘陵区土壤中抗生素抗性基因的潜在生态环境风险,本研究采用高通量荧光定量PCR技术,分析了抗生素抗性基因在不同类型畜禽养殖场(养猪场、养鸡场和养牛场)土壤中的丰度和多样性.结果表明,3种养殖场土壤中共检出79种抗生素抗性基因和5种可移动基因元件,其中多重耐药类基因是养殖场土壤中丰度最高的耐药基因.不同养殖场土壤中抗生素抗性基因的丰度和多样性均表现为养鸡场和养猪场样品高于养牛场土壤,且3种养殖场土壤样品中的抗性基因表现出不同的类别分布特征.养殖场土壤中较高的可移动基因元件丰度,及其与抗生素抗性基因丰度显著的相关性(P0. 05)说明,可移动基因元件可能促进了抗生素抗性基因在养殖场土壤中的迁移和扩散.     

微塑料对河水抗生素抗性基因的影响

微塑料和抗生素抗性基因都是环境中的新型污染物,两者的复合污染引发了一定的生态环境风险,成为近年的研究热点.本文采集了城市郊区河水,添加不易降解微塑料(聚氯乙烯,PVC)和水溶性微塑料(聚乙烯醇,PVA)进行曝气培养实验,采用高通量定量PCR技术,研究微塑料对河水抗生素抗性基因的影响.结果表明,空白对照河水、添加PVC的河水和添加PVA的河水抗性基因种类数分别为71、 87和95种,微塑料的存在显著增加了河水抗生素抗性基因种类,进而可能增加河流生态风险;曝气培养的河水中抗性基因的种类数和丰度有所减少,但是相对于空白对照组(2.8×10⁹ copies·L^-1),添加具有水溶性的微塑料仍能显著增加河水抗性基因丰度(8.1×10⁹ copies·L^-1),并且抗生素抗性基因丰度与可移动遗传元件呈显著正相关关系,说明可移动遗传元件可能通过基因横向转移机制影响抗生素抗性基因的赋存与演变.     

Removal of antibiotic-resistant genes during drinking water treatment: A review

Once contaminate the drinking water source, antibiotic resistance genes (ARGs) will propagate in drinking water systems and pose a serious risk to human health. Therefore, the drinking water treatment processes (DWTPs) are critical to manage the risks posed by ARGs. This study summarizes the prevalence of ARGs in raw water sources and treated drinking water worldwide. In addition, the removal efficiency of ARGs and related mechanisms by different DWTPs are reviewed. Abiotic and biotic factors that affect ARGs elimination are also discussed. The data on presence of ARGs in drinking water help come to the conclusion that ARGs pollution is prevalent and deserves a high priority. Generally, DWTPs indeed achieve ARGs removal, but some biological treatment processes such as biological activated carbon filtration may promote antibiotic resistance due to the enrichment of ARGs in the biofilm. The finding that disinfection and membrane filtration are superior to other DWTPs adds weight to the advice that DWTPs should adopt multiple disinfection barriers, as well as keep sufficient chlorine residuals to inhibit re-growth of ARGs during subsequent distribution. Mechanistically, DWTPs obtain direct and inderect ARGs reduction through DNA damage and interception of host bacterias of ARGs. Thus, escaping of intracellular ARGs to extracellular environment, induced by DWTPs, should be advoided. This review provides the theoretical support for developping efficient reduction technologies of ARGs. Future study should focus on ARGs controlling in terms of transmissibility or persistence through DWTPs due to their biological related nature and ubiquitous presence of biofilm in the treatment unit.     

尾矿库水体环境抗生素抗性基因的分布特征

抗生素抗性基因是近年来人们普遍关注的新型环境生物污染物,也是科学家们研究的热点.为了探究尾矿库水体环境抗生素抗性基因的污染特征,揭示尾矿库水体环境抗生素抗性基因的影响因素,本文采用超高通量定量PCR 技术(HT-qPCR),研究了某尾矿库的4 个点位的水体抗生素抗性基因的多样性、丰度和驱动机制.结果表明,尾矿库水体环境...