矿化垃圾中氧化甲烷兼性营养菌的筛选与生物特性研究

从填埋了10 a的矿化垃圾中分离得到1株能以甲烷为碳源和能源生长的菌株DH,经NCBI比对发现,该菌株的16S rDNA序列与微杆菌(Microbacterium sp.)3个菌株的同源性在99%以上.目前该菌株已经在中国典型培养物保藏中心申请了专利保藏,保藏号为M2010099.微杆菌DH具有极强的温度耐受性,最佳培养pH为6.5,以甲烷为碳源可实现高密度生长,菌液D560 nm值可达到1.1～1.2.微杆菌DH对甘露糖、果糖和葡萄糖3种单糖以及蔗糖和乳糖2种双糖的利用效果较好.当以蔗糖和甘露糖为碳源时,菌液D560 nm值分别达到了0.758和0.742.与对照组相比,喷洒DH菌液可以提高矿化垃圾的甲烷氧化率1倍以上.微杆菌DH的发现克服了专一营养甲烷氧化菌难于扩大培养、活性低等工程应用问题,为该类细菌在实际工程应用提供了生物学基础.     

HN-AD菌生物强化接触氧化工艺处理猪场沼液

针对养猪废水采用传统工艺经厌氧发酵处理后,形成高氨氮低碳氮比沼液,导致脱氮效果差、工艺流程复杂、启动周期较长等问题.本研究以异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)菌为生物强化剂,以PAN活性炭纤维作为填料的生物接触氧化池(BCO)为生物膜反应器,形成生物强化BCO工艺处理猪场沼液.前期污泥驯化阶段发现,NH_4~+-N浓度高于500 mg·L~(-1)时,污染物去除率明显降低,经HN-AD菌剂生物强化后,耐受NH_4~+-N浓度可高于600 mg·L~(-1)且能保持污染物的高效去除.采用HN-AD生物强化的BCO工艺处理真实猪场沼液,对NH4+-N、TN和COD的平均去除率分别为86. 9%、70. 5%和74. 4%,分别高于传统处理工艺的57. 6%、50. 3%和50. 0%,出水浓度均低于相关污染物排放标准.采用高通量测序技术研究了功能菌富集过程中微生物群落结构的变化规律,结果表明,生物膜内属于HN-AD菌的优势菌由Alcaligenes这一种菌属增加为生物强化后的Diaphorobacter、Acinetobacter和Thauera等多种菌属,且Acinetobacter菌属的相对丰度明显高于接种菌剂.扫描电子显微镜结果也进一步证实了生物强化的存在,紧密附着在填料上的生物膜层表面富集了以杆状和球状为主的HN-AD功能菌.     

生物甲烷抑制剂缓释扩散模型推导与优化

以石蜡和松香为缓释基质,以碳化钙为生物甲烷抑制材料,对有效抑制组分——乙炔的扩散规律进行了研究.以T.Higuchi方程为基础,针对复杂基质的气体缓释进行了修正,得到缓释抑制剂的扩散机制模型,该模型可以有效预测乙炔的扩散系数De.同时考察了基质优化对扩散系数的影响,如果缓释基质的硬度不够,碳化钙与水反应产生的热量可导致缓释抑制剂内部膨胀从而影响缓释效果.当基质中松香的质量分数为20%,基质与碳化钙的质量比为1/1时,缓释基质的硬度和致密度提高,乙炔的扩散系数达到2.2849×10-8cm2/min(R2=0.9901),该缓释抑制剂可以有效地解决生活垃圾填埋场等人为源生物甲烷的减排问题.     

填埋场覆盖土微生物好氧/厌氧共代谢降解氯乙烯的特性、贡献度及微生态研究

填埋场已成为氯乙烯污染的重要来源,明晰覆盖层土壤中氯乙烯的降解特性及功能微生物群落组成对氯乙烯污染控制具有重要意义.基于填埋场覆盖土系统开展了典型氯乙烯的好氧/厌氧共代谢降解研究.结果显示,好氧和厌氧条件下CH₄均可发生降解,二氯乙烯（DCE）只能在好氧条件下被降解,净降解速率为50μg·h^-1·L^-1;三氯乙烯（TCE）可同时发生好氧共代谢和厌氧共代谢转化,净降解速率分别为38和5μg·h^-1·L^-1;四氯乙烯（PCE）只能发生厌氧共代谢,降解速率为0.77μg·h^-1·L^-1,发现好氧共代谢速率远高于厌氧共代谢速率.构建了覆盖层中氯乙烯的分布模型并评估了CH₄及氯乙烯好氧/厌氧共代谢贡献度,CH₄好氧和厌氧降解贡献度分别为59%～70%和30%～41%,TCE好氧和厌氧共代谢降解贡献度分别为73%和27%.对氯乙烯厌氧/好氧共代谢降解过程的微生物群落组成及潜在功能菌属进行了分析,发现好氧...     

生物强化方式对生物转盘处理养殖废水效果及生物多样性的影响

畜禽养殖废水污染物浓度高、生物毒性大,导致传统生物处理工艺难以满足达标排放要求.为探究高效的畜禽养殖废水处理工艺,采用生物转盘作为主体工艺,利用异养硝化-好氧反硝化菌（简称"HN-AD菌"）为生物强化菌剂,对比了强化污泥挂膜和菌剂挂膜两种不同生物强化方式下该工艺在启动时间、碳耗、能耗、真实废水处理效果及微生物多样性方面的差异,以确定最佳生物强化方式.结果表明:①模拟废水试验中,菌剂挂膜反应器启动时间（19 d）明显短于强化污泥挂膜（33 d）,参数优化后发现,在相同处理效果下,前者碳耗、能耗较后者分别低48.22%、33.33%.②真实废水处理试验中,菌剂挂膜反应器的COD_Cr、NH₄+-N、TN平均去除率较后者分别高7.11%、26.97%、29.14%.③在微生物多样性方面,菌剂挂膜体系中Comamonas（丛毛单胞菌属）相对丰度是强化污泥挂膜体系的10倍左右,推测Comamonas可能是在异养硝化好氧反硝化过程中发挥关键作用的菌属.④SEM观察发现菌剂挂膜生物转盘盘片上的生物膜更薄,但HN-AD优势菌富集程度更高.研究显示,菌剂挂膜反应器对模拟废水、真实废水的处理效果均优于强化污泥挂膜反应器,且效果更稳定.      

MABR快速富集HN-AD菌强化处理高氨氮废水

对比研究贯通式、闭端式2种膜组件形式的膜曝气生物膜反应器（MABR）对高氨氮模拟废水的处理性能。结果表明:MABR在8 d内实现菌液快速挂膜,且贯通式MABR的生物附着量、脱氮效率均高于闭端式。贯通式MABR对高氨氮废水中NH₄+-N、TN、COD的去除率均比闭端式高出20%左右,具有更好的脱氮除碳效果。高通量测序分析显示,贯通式MABR于挂膜阶段实现了HN-AD菌快速富集,并在处理高氨氮废水过程中仍保持其较高丰度（不动杆菌属Acinetobacter占22.1%、假单胞菌属Pseudomonas占43.2%）,但闭端式MABR未优势富集HN-AD菌。贯通式MABR相比闭端式MABR具有更高DO条件促进HN-AD菌富集,从而强化了对高氨氮废水的处理效果。     

填埋场覆盖土对典型氯代烃的吸附特性

覆盖土吸附能力的有效评估对填埋场中挥发性氯代烃（VCHs）污染物的控制有重要意义.全面考察了二氯甲烷（DCM）、三氯甲烷（TCM）、1,1,2-三氯乙烷（1,1,2-TCA）、四氯化碳（CT）、顺-1,2-二氯乙烯（c-1,2-DCE）、三氯乙烯（TCE）、四氯乙烯（PCE）和氯苯（CB）8种VCHs在填埋场覆盖层中的吸附特性.结果显示,氯代烷烃和氯代芳烃在覆盖层土壤中吸附等温线符合Freundlich模型（R²=0.65~0.87）,氯代烯烃在覆盖层土壤中吸附等温线符合Langmuir模型（R²=0.87~0.96）.基于拟合结果预测了覆盖土对VCHs的吸附能力,结果表明VCHs的吸附速率随氯取代数的增多而增大;具有相同氯原子取代数目的氯代烃,覆盖土对氯代烯烃和氯苯的吸附量大于氯代烷烃.因此,在填埋场运行管理中,VCHs中浓度较高的氯代烷烃应该是优先治理的污染物之一.覆盖土中VCHs的吸附平衡时间约为20h,吸附速率变化范围为26~250 μg/（g_soil·h）,远高于文献报道中覆盖土对VCHs的最大降解速率.可以推断,强化覆盖土的生物氧化活性可更有效减少VCHs对环境的不利影响.     

典型生活垃圾填埋场覆盖土微生物群落分析

采用第二代高通量测序技术Illumina MiSeq对典型生活垃圾填埋场覆盖土样(山东莱芜,SD;广东深圳,GD;上海老港,SH;重庆长生桥,CQ)进行16S rDNA V3~V4区高通量测序,并分析了Alpha多样性、物种组成和丰度、菌群结构及环境因子对群落结构的影响.结果表明:取自垃圾填埋场GD土样的物种种类多于其他土样,GD、SD、SH、CQ土样的Shannon指数分别为5.52±0.026、4.76±0.030、4.89±0.037、3.43±0.027;所有覆盖土样的优势菌为Alphaproteobacteria(α-变形杆菌纲)和Betaproteobacteria(β-变形杆菌纲),所占比例范围分别为12.67%~25.54%,14.35%~18.88%;SD、GD和SH三种覆盖土样的优势菌为Sphingomonas(鞘氨醇单胞菌属),分别占7.25%、10.67%、11.30%; Deltaproteobacteria(德耳塔变形杆菌纲)和Gammaproteobacteria(γ-变形菌杆纲)的相对丰度分别与TN(r=1.00,P<0.001)和TP(r=1.00,P<0.001)呈正相关关系,且结合RDA图,TN、TP和OM含量可能是SD土样区别于其他土样群落组成的主要因素.