Biofilm formation and microbial community analysis of the simulated river bioreactor for contaminated source water remediation

Background, aim, and scope

The start-up pattern of biofilm remediation system affects the biofilm characteristics and operating performances. The objective of this study was to evaluate the performances of the contaminated source water remediation systems with different start-up patterns in view of the pollutants removal performances and microbial community succession.

Methods

The operating performances of four lab-scale simulated river biofilm reactors were examined which employed different start-up methods (natural enrichment and artificial enhancement viadischarging sediment with influent velocity gradient increase) and different bio-fillers (Elastic filler and AquaMats? ecobase). At the same time, the microbial communities of the bioreactors in different phases were analyzed by polymerase chain reaction, denaturing gradient gel electrophoresis, and sequencing.

Results and discussion

The pollutants removal performances became stable in the four reactors after 2 months?? operation, with ammonia nitrogen and permanganate index (COD_Mn) removal efficiencies of 84.41?C94.21% and 69.66?C76.60%, respectively. The biomass of mature biofilm was higher in the bioreactors by artificial enhancement than that by natural enrichment. Microbial community analysis indicated that elastic filler could enrich mature biofilm faster than AquaMats?. The heterotrophic bacteria diversity of biofilm decreased by artificial enhancement, which favored the ammonia-oxidizing bacteria (AOB) developing on the bio-fillers. Furthermore, Nitrosomonas- and Nitrosospira-like AOB coexisted in the biofilm, and Pseudomonas sp., Sphaerotilus sp., Janthinobacterium sp., Corynebacterium aurimucosum were dominant in the oligotrophic niche.

Conclusion

Artificial enhancement via the combination of sediment discharging and influent velocity gradient increasing could enhance the biofilm formation and autotrophic AOB enrichment in oligotrophic niche.     

纤维素降解细菌筛选及降解特性分析

基于获得高效纤维素降解细菌的目的,通过LB培养基的培养以及刚果红培养基的筛选,从牛粪堆肥中筛选获得2株高效纤维素降解细菌。经鉴定,分别为枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)和地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)。所筛选得到的菌种具有很高的滤纸降解能力,可在6d内使滤纸剧烈崩溃,振摇成均匀糊状;其中,地衣芽胞杆菌的羧甲基纤维素钠酶活峰值在发酵第4天达到峰值(237U/g)。     

三氯乙烯在苯酚菌中的共代谢降解性能研究

通过生物降解实验考察三氯乙烯(TCE)在苯酚驯化微生物中的共代谢降解性能,并进行动力学分析。结果表明,苯酚是TCE-苯酚共代谢过程必不可少的共代谢基质;TCE的共代谢降解与苯酚和TCE初始浓度有关。TCE在降解初期会出现一个短暂的迟滞期,TCE的大量降解要在苯酚被利用后才发生;高质量浓度TCE(>9mg/L)对共代谢降解有抑制作用。苯酚/TCE(质量比)在10～15以上时,苯酚菌对TCE的去除率较大。Haldane模型能够很好地拟合苯酚和TCE的比降解速率。动力学分析表明,微生物对苯酚的亲和力要大于TCE,苯酚对TCE共降解具有竞争性抑制作用,TCE对微生物存在毒性抑制作用;结果证实了生物降解实验的结论。     

铁炭微电解工艺处理采油废水的研究

随着采油废水产生量的逐渐增大以及排放标准的日益严格,寻找一种经济、高效的处理方法显得十分必要。采用铁炭微电解技术对冀东油田采油废水进行了处理。考察了铁屑粒径、pH值、Fe/C质量比和反应时间对COD去除率的影响并设计了正交实验,结果表明,影响微电解工艺的因素主次关系为:pH>Fe/C质量比>反应时间,在最佳条件pH=5,Fe/C质量比为7∶1,反应时间50 min下,原水COD由170 mg/L降至95.6 mg/L,去除率达43.85%,出水满足国家二级排放标准。     

稀硫酸预处理对稻草厌氧消化的影响

以稻草为对象,研究了热稀硫酸预处理后对厌氧消化过程中的COD、pH、挥发性脂肪酸(VFA)、产气量及产气速率的影响。结果表明,以1.0%、1.5%和2.0%稀硫酸溶液预处理后,稻草厌氧消化系统总产气量分别提高了34%、125%和66%,甲烷产量分别提高了61.5%、215.1%和113.9%,挥发性固体(VS)去除率分别提高了15.5%、22.4%和17.6%,COD去除率分别提高了47.1%、57.4%和53.9%。浓度1.5%稀硫酸预处理对稻草厌氧消化效果最佳。     

脂肽类生物表面活性剂液体发酵条件的响应面优化

通过Plackett-Burman和Box-Behnken实验对解淀粉芽孢杆菌XZ-173液体发酵生产表面活性素进行了响应面优化研究。首先使用Plackett-Burman实验对影响表面活性素产量的17个因素进行显著性筛选,结果表明,MnSO4、CuSO4、温度和转速为显著性因素。再运用Box-Behnken实验对这4个显著因素的取值进一步优化,得到各因素优化后的数值分别为4.4 mg/L(MnSO4)、0.18 mg/L(CuSO4)、29℃(温度)和163 r/min(转速)。响应面分析结果表明:该菌株产生表面活性素的最佳培养基为:葡萄糖15 g/L,蛋白胨5 g/L,L-谷氨酸钠6 g/L,KH2PO40.8 g/L,MgSO40.4 g/L,KCl 0.4 g/L,酵母提取物3 g/L,L-苯丙氨酸2.5 mg/L,MnSO44.4 mg/L,CuSO40.18 mg/L,FeSO40.12 mg/L;最适培养条件:pH 7.5,温度29℃,转速163 r/min,接种量5%,装液量50 mL/250 mL,摇床培养36 h。在优化后的条件下,表面活性素实际产量为336 mg/L,实际实验结果与模型预测结果相一致。表面活性素采用HPLC技术分离,发现其在浓度仅为50 mg/L时EI24就可达到70%以上,反映了表面活性素优异的乳化活性以及广阔的应用前景。     

人工浮床对汾江河水质净化的研究

对佛山市汾江河内布置浮床的水域的7个断面进行采样监测,分析了布置浮床侧与未布置浮床侧各水质指标的差异,以考察人工浮床对汾江河水质的净化效果。同时比较了圆币草、水罂粟、梭鱼草、狐尾草、美人蕉和鸢尾6种浮床植物的生物量和氮磷吸收量。结果表明,布置人工浮床一侧的水质TN、TP、COD和NH4＋-N含量均显著低于未布置浮床一侧的水质,表明人工浮床对水体水质的有净化效果。总面积约4 900 m2的浮床植物经过3个月的生长,从水体中共吸收了192.5 kg的氮和76.1 kg的磷。6种浮床植物中,狐尾草的净增生物量最高,达到64.2 kg/m2;圆币草次之,为62.2 kg/m2。狐尾草和圆币草对氮磷的吸收能力在6种植物中处于较高水平,每平方米狐尾草和圆币草从水体中分别吸收了51.61g氮、19.79 g磷和46.90 g氮、22.93 g磷。综合比较得出,狐尾草和圆币草在生物量和氮磷吸收量上均保持在较高水平,是较好的浮床植物。本研究为人工浮床在南方类似河流中的应用及植物选择提供了参考依据。     

实时荧光定量PCR对A2/O短程硝化系统内氨氧化菌的定量分析

通过控制好氧区低DO浓度以及缩短好氧实际水力停留时间(actual hydraulic retention time,AHRT),在处理低C/N比实际生活污水的A2/O工艺中,成功启动并维持了短程硝化反硝化;系统亚硝酸盐积累率稳定维持在90%左右,氨氮去除率在95%以上。通过提取富集氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)的基因组DNA,经两次常规PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳,以纯化回收的DNA扩增片段作为实时荧光定量PCR检测AOB数量的DNA标准品,建立了检测AOB数量的实时荧光定量PCR标准曲线。利用实时荧光定量PCR技术比较了A2/O系统在不同运行条件及亚硝酸盐积累率情况下AOB菌群数量。结果表明,随着系统亚硝酸盐积累率的上升,系统内AOB菌群数量也大幅上升。全程硝化和短程硝化时,系统内的AOB菌群数量分别为5.28×109cells/g MLVSS和3.95×1010cells/g MLVSS。此外,亚硝酸盐积累率的下降相对于AOB菌群数量的下降有一定的滞后性。     

新型活性污泥的培养及其处理高盐有机废水

在好氧反应器中,将海泥通过海水和营养物质培养成新型的活性污泥,在处理含盐废水时有较好的活性和沉降性能,对这种新型的活性污泥我们称其为海洋活性污泥。通过10周的培养,海泥的污泥体积指数（SVI）从最初的19 mL/g升高到70 mL/g,对有机废水处理12 h后高锰酸盐指数（CODMn）降解率达到90%,氨氮降解率达到45%。在污泥培养时,营养物质投加频率为一日一次最有利于污泥的培养,又葡萄糖比淀粉更有利于污泥的培养。对于含盐有机废水的处理,海洋活性污泥也比传统活性污泥有优势,甚至对于含盐量6%的高盐有机废水,处理12 h后能达到CODMn降解率达为70%,氨氮降解率达到30%。当NaCl浓度高于6%,海洋活性污泥仍具有一定的活性,但仍能观察到明显的抑制作用。此外,海洋活性污泥具有比传统活性污泥更强的盐度变化抗性,甚至在低盐度下盐浓度变化时,海洋活性污泥的氨氮降解稳定性也优于传统活性污泥。     

螺、蚌对污水处理厂再生水环境的改善稳定作用

通过选用昆明市第五污水处理厂的一级A标出水和水处理厂外排污泥作为静态实验环境,研究不同混养密度下铜锈环棱螺、椭圆背角无齿蚌对污水处理厂再生水环境的净化性能,筛选出净化效果较好的放养密度。结果表明:放养30 d,铜锈环棱螺、椭圆背角无齿蚌对污水处理厂再生水环境的水质、底质均有一定的净化作用,扣减空白对照影响,水中COD、TP、NH3-N及底泥有机质平均去除率分别为22.26%、26.10%、25.60%和25.69%,底泥厚度平均减少3.8 cm;与对照相比,放养螺蚌45 d内水均能清澈见底,透明度均>70 cm,能明显稳定水体透明度,改善水环境。综合螺蚌生长适应性和净化效果考虑:污水处理厂再生水静态环境中,螺蚌混养密度应≤3 000 g/m3,在2 000～2 500 g/m3为宜,其中铜锈环棱螺的最适放养密度在400 g/m3,椭圆背角无齿蚌为1 600～2 100 g/m3。