Molecular approaches for the detection and monitoring of microbial communities in bioaerosols: A review

Bioaerosols significantly affect atmospheric processes while they undergo long-range vertical and horizontal transport and influence atmospheric chemistry and physics and climate change. Accumulating evidence suggests that exposure to bioaerosols may cause adverse health effects, including severe disease. Studies of bioaerosols have primarily focused on their chemical composition and largely neglected their biological composition and the negative effects of biological composition on ecosystems and human health. Here, current molecular methods for the identification, quantification, and distribution of bioaerosol agents are reviewed. Modern developments in environmental microbiology technology would be favorable in elucidation of microbial temporal and spatial distribution in the atmosphere at high resolution. In addition, these provide additional supports for growing evidence that microbial diversity or composition in the bioaerosol is an indispensable environmental aspect linking with public health.     

Study on the mechanism of copper–ammonia complex decomposition in struvite formation process and enhanced ammonia and copper removal

Heavy metals and ammonia are difficult to remove from wastewater, as they easily combine into refractory complexes. The struvite formation method (SFM) was applied for the complex decomposition and simultaneous removal of heavy metal and ammonia. The results indicated that ammonia deprivation by SFM was the key factor leading to the decomposition of the copper–ammonia complex ion. Ammonia was separated from solution as crystalline struvite, and the copper mainly co-precipitated as copper hydroxide together with struvite. Hydrogen bonding and electrostatic attraction were considered to be the main surface interactions between struvite and copper hydroxide. Hydrogen bonding was concluded to be the key factor leading to the co-precipitation. In addition, incorporation of copper ions into the struvite crystal also occurred during the treatment process.     

缓蚀剂在流动条件下的缓蚀性能研究进展

为了延长管道寿命、降低生产成本,在油气集输过程中往往会添加缓蚀剂抑制管道的内腐蚀,但流动条件下的缓蚀剂性能并不理想。简要介绍了有机缓蚀剂的作用机理以及研究缓蚀性能的常用方法,对砂、流速、流型、油相等因素对缓蚀性能的影响和作用机理进行了综述和讨论,并对以后的研究方向做了展望。     

开闭路条件下沉积物微生物燃料电池阳极细菌群落差异解析

采用Solixa高通量测序技术对比了沉积物微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFCs)开闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构差异.SMFCs开路条件下启动阳极生物膜获得优化序列3 936条,经过97%相似度归并后得到1 581个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs);SMFCs连接5 kΩ电阻闭路启动阳极生物膜获得优化序列3 930条,聚类归并后产生1 551个OTUs,α多样性指数分析表明开路条件下启动阳极生物膜菌群多样性相对更丰富.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜优势菌均为Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,它们在开路下阳极生物膜中的含量分别为59.79%、12.54%和9.02%,而在闭路条件下分别为63.02%、10.01%和3.60%,SMFCs闭路条件下运行,地杆菌Geobacter在阳极生物膜中含量高达16.55%.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构的差异说明SMFCs启动过程电子的传递影响电极生物膜微生物群落结构.     

市政污泥接种焦化废水好氧降解能力及微生物群落演替的响应分析

焦化废水是毒性很大的典型工业废水,生物处理过程中需要微生物具备很强的适应能力.以探讨焦化废水对微生物的毒性抑制以及微生物对焦化废水的适应过程为目的,通过于焦化废水原水中接种市政污泥,在考察COD、苯酚、氨氮和硫氰化物等主要污染物指标降解的基础上,运用Illumina高通量测序平台分析降解过程微生物群落组成及多样性变化的响应关系.结果表明,接种了市政污泥的焦化废水培养16 h后COD开始下降,40 h时苯酚降解了97.14%,72 h时硫氰化物开始降解,96 h时硫氰化物浓度低于检测限,氨氮浓度随着硫氰化物的降解而升高.群落测序分析表明,不同培养阶段污泥中微生物表现出群落结构及丰度上的差异:在苯酚降解阶段,苯酚优势降解菌Acinetobacter、Pseudomonas的丰度增大,48 h总相对丰度为13.04%;在硫氰化物降解阶段,Sphingobacterium、Brevundimonas、Lysobacter、Chryseobacterium为主导菌属,96 h时其总相对丰度为16.13%;在144 h阶段,优势菌属则变为Fluviicola、Stenotrophomonas和Thiobacillus,总相对丰度为22.45%.由此认为,市政污泥克服了焦化废水中毒性成分的抑制作用之后能迅速适应环境,表现出微生物群落结构随着废水降解成分的变化而改变,环境因子和降解功能菌之间的竞争是群落结构演变的主要因素.     

分层型水源水库沉积物需氧量特性

为探明分层型水源水库沉积物需氧量(SOD)特性及其影响因素,选取西安金盆水库主库区上覆水体流速较低的库心区及流速较高的入库口两处沉积物进行对比实验,估算水体不同扰动条件下沉积物需氧量,利用Biolog-Eco平板和三维荧光光谱(EMMs)技术从底栖微生物群落代谢活性和沉积物有机质两方面对取样点沉积物需氧量的差异性进行分析.结果表明,静止条件下,入库与库心沉积物在较高溶解氧时(约5 mg·L-1)的沉积物面积需氧量SOD5area分别为0.13 g·(m2·d)-1和0.36g·(m2·d)-1,库心约为入库的2.69倍.动态条件下,沉积物-水界面上覆水扰动增加使沉积物需氧量增加,沉积物耗氧动力学由一阶动力学方程逐渐向零阶动力学方程转变.入库与库心沉积物有机质含量分别为44.43 mg·g-1和45.12 mg·g-1,库心沉积物的可溶解性有机质(DOM)的总荧光强度约为入库的1.5倍.有机质含量更高的库心沉积物细菌群落代谢活性(以AWCD表征)更强,表明高含量有机质和较强细菌代谢活性是引起库心沉积物需氧量大的主要因素.将深层水库水体耗氧过程的研究结果与现有充氧曝气技术进行结合,可为提高曝气器充氧效率提供科学依据.     

氮磷失衡下膨胀污泥性能及膨胀菌群落结构变化

采用高通量测序技术（16S rRNA）、高效液相色谱（HPLC）等方法,重点比较了不同氮磷失衡条件下膨胀污泥性能及群落结构（含膨胀菌）的变化.结果表明,以膨胀污泥为接种污泥（A/O工艺）,经过一段时间培养单独限氮（R_N）组的沉降性能可恢复到SVI<150 mL·g^-1,单独限磷（R_P）组SVI指数呈现相对较弱的改善趋势;正常C/N/P（100：5：1）条件的R₀会导致污泥SVI指数最高（SVI=1496 mL·g^-1）,其次为同时限制氮磷组（R_NP）.正常营养条件下膨胀污泥脂多糖相对含量（LPS/MLVSS）与沉降性能SVI的皮尔逊相关性分析结果存在显著负相关（r=-0.625,P<0.05）;营养限制条件下污泥（膨胀期）LPS对生物量的指示性更为准确.Thiothrix为4组反应器中主导膨胀菌,PCoA的结果显示Ⅱ、Ⅲ阶段中存在氮限制的组（R_NP、R_N）群落迁移变化较大,RDA结果显示Thiothrix与污泥沉降性能及比耗氧速率呈现显著相关.     

CuO强化MFC活化过硫酸盐降解偶氮染料废水及同步产电研究

利用CuO强化微生物燃料电池(MFC)活化过硫酸盐(PDS),提高MFC对偶氮染料的降解率及同步产电性能.考察初始pH、CuO浓度、PDS浓度等因素对降解率及同步产电的影响.实验结果表明,最佳反应条件:初始pH为3.0,CuO浓度为0.6 mmol·L~(-1),PDS浓度为2 mmol·L~(-1)时,反应4 h后MO降解率达到99.3%.比未投加CuO时MO降解率提高12.8%;MFC最大输出功率密度从53.0 mW·m~(-2)增大到103.5 mW·m~(-2),输出功率密度提高1.95倍;对应的表观内阻从484.1Ω减小到318.6Ω,下降幅度达到34.1%.降解机理研究表明,MO降解过程中的主要活性物质为SO~-_4·和少量·OH.反应前后水样的紫外-可见光谱对比显示,MO降解过程中偶氮键率先断裂,然后生成含苯环类的中间产物,最终得到矿化.     

亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化过程强化新视角:排泥及其微生物机制研究

亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化(Nitrite-dependent anaerobic methane oxidation, n-DAMO)是微生物在厌氧条件下利用甲烷还原亚硝酸盐的过程.本研究通过排泥的策略对n-DAMO过程进行强化,并比较分析了反应器中微生物的群落结构及功能微生物数量.结果发现,与对照组相比,排泥后实验组反应器的脱氮速率从17.00 mg·L~(-1)·d~(-1)提高到73.10 mg·L~(-1)·d~(-1).排泥后反应器中n-DAMO细菌的相对丰度从38.3%上升到67.7%,功能微生物的基因拷贝数由1.404×10~8 copies·g~(-1)增长到4.854×10~8 copies·g~(-1),污泥比活性提高了2.95倍.与之相反,初始反应器中其余优势微生物Unclassified_GCA004、Unclassified_Rhodocyclaceae、Unclassified_Fimbriimonadaceae与Methylosinu相对丰度分别下降为原来的27.66%、32.65%、4.35%、20.27%.结果表明,排泥可以有效地强化n-DAMO过程,同时促进功能微生物的生长,主要原因在于排泥排出了非目标微生物,使得目标微生物大量生长.本研究为强化n-DAMO过程及加快n-DAMO微生物的富集提供了一条新思路,并为进一步推动n-DAMO过程的工程应用提供了理论基础.     

单室空气阴极微生物燃料电池硝酸根去除系统的建立和性能研究

本文以单室空气阴极微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)处理含不同浓度硝酸根的模拟废水,研究了NO~-_3-N初始浓度和开闭路培养方式对单室MFC的启动、硝酸根去除性能和产电性能的影响.结果表明,随着NO~-_3-N初始浓度的提高,MFC的NO~-_3-N平均去除速率达到稳定值所需时间增加,NO~-_3-N平均去除速率提高.当NO~-_3-N初始浓度为200 mg·L~(-1)时,闭路组MFC的NO~-_3-N平均去除速率达到(3.52±0.28) kg·m~(-3)·d~(-1),高于相近条件下许多传统生物反应器的NO~-_3-N平均去除速率.硝酸根去除过程主要发生在MFC运行周期的前期.硝酸根对阳极生物膜中主要产电菌Geobacter的生物量没有影响.当基质充足时,所有闭路组MFC的最大功率密度相近(～27 W·m~(-3)).闭路组MFC比开路组MFC具有更高的NO~-_3-N去除速率,可能与其阳极生物膜具有电化学还原亚硝酸根能力和Thauera易在其阳极上富集有关.