厌氧氨氧化启动过程细菌群落多样性及PICRUSt2功能预测分析

细菌群落是实现厌氧氨氧化系统高效脱氮的核心,而厌氧氨氧化启动过程细菌群落多样性及其功能特征仍未被充分阐明.本研究采用升流式厌氧污泥床（UASB）反应器进行厌氧氨氧化系统启动,利用16S rRNA基因高通量测序技术并结合PICRUSt2功能预测分析,研究启动过程不同时间（d0、d30、d60和d90）细菌群落多样性及功能动态变化特征.结果表明,启动过程共检测到48个门、111个纲、269个目、457个科、840个属和1497个种;Candidatus_Brocadia和Candidatus_Kuenenia为检测到的厌氧氨氧化菌,且它们的相对丰度在启动过程不同时间存在显著差异（P<0.05）.启动过程,细菌群落α多样性指数整体呈现显著的降低趋势（P<0.05）,细菌群落结构呈现出明显的空间分异特征,且差异显著（R=0.846,P<0.01）.PICRUSt2功能预测分析表明,启动过程,细菌群落具有丰富的功能多样性,一级功能层表现为有机系统和代谢方面较为活跃,二级功能层子功能基因丰度在厌氧氨氧化启动过程发生明显变化;细菌群落涉及49个参与氮素代谢的相关功能基因,且不同时间阶段参与硝化、反硝化、厌氧氨氧化、硝酸盐同化/异化还原和亚硝酸盐同化/异化还原过程的相关功能基因丰度发生明显变化.     

Dynamics of bacterial communities during a seasonal hypoxia at the Bohai Sea: Coupling and response between abundant and rare populations

Marine bacterial community plays a vital role in the formation of the hypoxia zone in coastal oceans. Yet, their dynamics in the seasonal hypoxia zone of the Bohai Sea(BHS) are barely studied. Here, the 16S r RNA gene-based high-throughput sequencing was used to explore the dynamics of their diversity, structure, and function as well as driving factors during the gradual deoxygenation process in the BHS. Our results evinced that the bacterial community was dominated by Proteobacteria, followed b...     

低DO下AGS-SBR处理低COD/N生活污水长期运行特征及种群分析

本研究在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),构成AGS-SBR系统,研究其在低DO(0.5~1.0mg·L~(-1))条件下,处理低COD/N比(4.0)生活污水同步脱氮除磷的长期稳定运行特性,并解析反应器的主要菌群构成.结果表明,在反应器运行的180d里,AGS-SBR系统表现出了良好且稳定的除污能力,反应器对水体中COD、NH~+_4-N、TN和TP平均去除率分别达到87.17%、95.21%、77.05%和91.11%.好氧颗粒污泥沉降性能一直很好,污泥始终保持着完整的颗粒外观和密实紧凑的结构,并没有出现明显的颗粒污泥解体的现象.同时,高通量测序结果表明,变形菌门、厚壁菌门、绿菌门、绿弯菌门和拟杆菌门为SBR-AGS反应器中主要优势菌群.Denitratisoma、Planctomycetaceae、Thauera、Comamonas、Nitrosomonas和Nitrospira是反应器中与脱氮有关菌群;Clostridium和Anaerolinea是除磷相关细菌.     

好氧颗粒污泥培养及不同阶段除污性能的研究

以某味精污水处理厂厌氧池的厌氧颗粒污泥作为接种污泥,采用人工模拟配水,通过控制运行条件在序批式反应器(SBR)中成功培养出了好氧颗粒污泥。研究表明,该好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能及除污性能。好氧颗粒污泥的形成阶段的粒径为0.1～0.5 mm,成熟后的平均粒径为2 mm。形成阶段SBR中MLSS为5 000～6 000 mg/L,对COD和NH3-N的去除率分别达到了88.1%和87.6%。成熟后SBR中MLSS为10 000 mg/L左右,对COD和NH3-N的去除率分别达到了94%和97.5%。通过电镜分析可知,好氧颗粒污泥表面主要聚集了球状菌,中部主要以丝状菌和杆状菌为主,内部为无机核心。这种明显的分层现象,充分说明了好氧颗粒污泥沿半径方向由于溶解氧的梯度分布,微生物呈层状分布,这种层状分布的结构为好氧颗粒污泥同步硝化反硝化提供了可能。     

冬季低温下MBR与CAS工艺运行及微生物群落特征

研究了在冬季低温条件下,膜生物反应器(MBR)与传统活性污泥法(CAS)工艺运行效果及微生物群落特征的差异,对工艺出水水质和微生物活性进行了分析,并借助454焦磷酸高通量测序法对微生物群落组成和结构进行了解析.结果表明,三套对比工艺(MBR两套:高污泥浓度R1和低污泥浓度R2,CAS工艺R3)的出水总氮平均去除率分别为85.2%、56.1%、58.8%;NH+4-N的平均去除率分别为99.7%、99.7%、59.7%,比硝化速率由大到小依次为R2、R1、R3,比反硝化速率由大到小依次为R3、R1、R2,高浓度MBR污泥具有较好的耐寒特性和氨氮去除效果;从454焦磷酸测序结果看,相似性为97%时,菌群丰富度:R2>R3>R1,多样性:R2>R1>R3;MBR污泥微生物菌群的组成和丰度与CAS系统有较大不同;R1、R2、R3中主要的硝化菌为Nitrospira菌属,总相对度依次为:1.22%、1.64%、0.15%,主要的反硝化菌为Zoogloea菌属、Thauera菌属、Comamonadaceae菌属及Comamonas菌属,总相对丰度依次为:5.8%、4.52%、15.21%;低温环境下,泥龄长、污泥浓度高、TN负荷低的MBR系统有利于硝化、反硝化细菌累积,提升生物脱氮效果.     

UASB反应器对印染废水中碳、氮、硫的协同去除研究

采用"UASB-缺氧好氧-混凝沉淀"组合工艺对印染废水进行中试处理研究.结果发现,UASB反应器不仅可以解决印染废水可生化性低、色度高的问题,还对废水中的碳、氮、硫具有协同去除作用,优化条件下UASB可将废水B/C从0.18~0.26提高至0.4以上,对色度、COD、TN、SO_4~(2-)、S~(2-)平均去除率分别为77.0%、36.4%、38.5%、77.5%、60.1%.同时,为了探究碳、氮、硫协同去除机理,对优化条件下的运行数据进行了分析并采用454高通量测序技术进行菌种鉴定.结果表明,UASB反应器内存在硫酸盐还原、厌氧氨化、同步脱硫反硝化和硝化反硝化4种作用,从而造成了碳、氮、硫的同步去除.菌种鉴定未发现产甲烷菌,说明产甲烷菌受到了抑制,UASB反应器很好地停留在了水解酸化阶段.进一步结合小试研究得出,硫酸盐还原是促使硝化反硝化、脱硫反硝化产生的原因,同时也促进了有机物去除.总体而言,硫酸盐还原促进了碳、氮、硫的协同去除.     

厌氧/好氧运行方式对颗粒污泥形成的影响

序批式反应器(SBR)饱食-饥饿的运行方式对颗粒污泥的形成具有一定的促进作用,为考察该作用的大小,采用小试SBR装置,按照厌氧/好氧(An/O)交替的方式运行,考察了强化饱食-饥饿效应对颗粒污泥形成的影响.研究发现,An/O方式运行的第7d,反应器内即有微颗粒出现,30d后该颗粒污泥系统趋于稳定.通过对典型周期内厌氧和好氧末期污泥中胞外聚合物(EPS)的测定分析,发现厌氧末期的胞外多糖(PS)由最初的13mg/g-VSS逐渐上升到后期的55mg/g-VSS,且厌氧饱食阶段的PS含量一直高于好氧饥饿段.在颗粒形成初期,好氧饥饿阶段胞外蛋白质(PN)的平均含量为10mg/g-VSS,大于厌氧饱食段的6mg/g-VSS;而在颗粒成熟阶段,好氧末期PN为13mg/g-VSS,厌氧末段为20mg/g-VSS.在整个颗粒污泥的形成过程中,PS含量一直高于PN.由此可见,PS所具有的黏性作用在颗粒的形成中起到了比较重要的作用. An/O交替的运行方式会对SBR所特有饱食/饥饿效应起到强化作用,刺激微生物分泌大量的EPS,同时筛选出具有厌氧储存有机物能力的微生物,从而促进了颗粒污泥的形成.     

不同季节尾水排放对河道细菌群落结构的影响

为探究不同季节尾水排放对河道细菌群落结构及多样性的影响,以常州市深水城北污水处理厂尾水、排放河道为例,利用Illumina Miseq高通量测序技术分析细菌群落结构,并分别讨论了不同季节尾水对河道水质、细菌群落结构及多样性的影响,分析细菌群落结构与水质的相关性.结果表明:①尾水增加了夏季、秋季河道的NO₃--N、TN浓度.②由于尾水的排放,使夏季、秋季河道细菌多样性下降.③共检测到43个门,其中变形菌门（Proteobacteria）为最优势菌门,平均占比为60.11%,其次为放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,尾水主要影响夏季、秋季河道Proteobacteria的相对丰度,其中假单胞菌属（Pseudomonas）夏季增加49.14倍,秋季减少0.95倍;鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）夏季增加6.63倍,不动杆菌属（Acinetobacter）秋季减少0.98倍.④TN浓度对细菌菌属分布影响最大,其与微球菌属（Micrococcaceae）、Hgcl_clade呈负相关;与盐单胞菌属（Halomonas）呈正相关.研究显示,尾水排放对河道的影响主要表现在夏季和秋季,使NO₃--N、TN浓度显著上升,而使细菌多样性下降,对河道Proteobacteria下的Pseudomonas、Acinetobacter、Sphingomonas相对丰度影响较大,水中的细菌分布主要受TN浓度影响.      

厌氧氨氧化启动过程及微生物群落结构特征

采用UASB反应器以体积比1∶2接种实验室培养的具有厌氧氨氧化(ANAMMOX)功能的厌氧污泥和城市污水厂的好氧污泥,耗时17 d成功启动ANAMMOX反应,启动阶段分为菌体水解期、活性提高期和稳定运行期.稳定运行后,逐步提高反应器容积负荷富集厌氧氨氧化菌,当容积负荷由0.10 kg·(m~3·d)~(-1)增至0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,总氮(TN)去除负荷也随之由0.09 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.42 kg·(m~3·d)~(-1),反应器污泥逐渐由浅红色加深,粒径大于0.2 mm的污泥所占比例由10.90%增至38.37%.采用高通量测序对接种污泥和负荷提高期的污泥进行检测,其中绿曲挠菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、WWE3门、放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)等占据主导.随着厌氧氨氧化菌富集程度的增大,脱氮功能菌中的变形菌门所占比例逐渐减少,从21.60%降至14.20%,而浮霉菌门随之增多,相对丰度由0.73%升至15.50%.当反应器的容积负荷增到0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,浮霉菌门中,Candidatus Brocadia属、Candidatus Jettenia属和Candidatus Kuenenia属是主要菌属,Candidatus Brocadia属占13.40%,是主要的厌氧氨氧化菌属.     

聚磷生物膜的快速启动及微生物特性研究

在同步去除并富集磷的基础上,探究采用前期不排泥、后期排泥的挂膜方式对聚磷生物膜反应器的运行效能、微生物特征及群落结构的影响.结果表明,经过驯化运行,聚磷生物膜的蓄磷能力明显提升.在挂膜阶段,生物膜厚度及EPS含量出现一定程度的增长;PN/PS上升至3.12,PN/PS比值增加有利于微生物粘附在填料上.在好氧出水达标的情况下,富集液中磷酸盐浓度提升至89.5 mg·L~(-1),达到了鸟粪石回收标准.高通量测序结果表明,经过富集培养,微生物群落多样性呈下降趋势,群落组成变化明显.优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),其丰度从33.6%增长至75.3%;反应器中的聚磷菌属丰度明显增加,从11.8%上升至23.2%,红环菌属(Rhodocyclaceae)、UKL 13-1为反应器中的优势聚磷菌.