膜序批式生物反应器在废水处理中的研究进展

膜序批式生物反应器是将SBR与MBR结合,具有出水水质好,浊度低,生物浓度高,脱氮除磷效果好,减缓膜污染等优点。对膜序批式生物反应器的构造,特点及研究进展进行综述,并对未来研究前景进行展望。     

游离亚硝酸对好氧/延长闲置序批式反应器除磷性能的影响

以合成废水为研究对象,在好氧/延长闲置序批式反应器中研究不同浓度游离亚硝酸对系统除磷性能的影响.通过分析闲置期聚磷水解及微生物体内各储能物质的变化及不同反应器的除磷效果,探究其可能存在的影响机理.结果表明,游离亚硝酸浓度为5.13×10-5mg·L-1时对反应器除磷效果及沉降能力抑制不明显,而当游离亚硝酸浓度达到5.13×10-4mg·L-1时,磷的平均去除率降至40.5%,反应器中出现严重的污泥膨胀,污泥沉降指数值最高达310 mL·g-1.典型周期分析表明,游离亚硝酸可影响聚磷菌对碳源的吸收和胞内聚羟基脂肪酸酯的合成,进而影响好氧吸磷及闲置期聚磷水解.恢复试验表明,当游离亚硝酸浓度高于2.57×10-4mg·L-1时,撤销影响后系统的除磷能力和沉降性能虽有明显回升,但无法恢复至初始水平.     

4种反应器中厌氧氨氧化菌完整梯烷脂的特异性

完整梯烷脂是存在于厌氧氨氧化菌的厌氧氨氧化体膜上的一类特殊磷脂.分别从厌氧EGSB反应器、好氧SBR反应器、自养脱氮SBBR反应器、以及厌氧氨氧化EGSB反应器中提取了污泥样品中的磷脂混合物,利用高效液相色谱-电喷雾串联三重四级杆质谱法检测了污泥磷脂提取物中完整梯烷脂的种类,分析了完整梯烷脂的特异性,同时利用高通量测序技术测定了自养脱氮SBBR反应器和厌氧氨氧化EGSB反应器污泥中微生物的群落结构.完整梯烷脂的分析结果表明厌氧EGSB反应器和好氧SBR反应器的污泥磷脂提取物中未检测到完整梯烷脂,而自养脱氮SBBR反应器和厌氧氨氧化EGSB反应器的污泥磷脂提取物中检测到了完整梯烷脂.自养脱氮SBBR反应器的污泥磷脂提取物中检测到了5种完整梯烷脂,厌氧氨氧化EGSB反应器的污泥磷脂提取物中检测到了7种完整梯烷脂.高通量测序结果证实自养脱氮SBBR反应器含有Candidatus Brocadia属与Candidatus Jettenia属An AOB,厌氧氨氧化EGSB反应器含有Candidatus Kuenenia属与Candidatus Jettenia属An AOB.结果说明完整梯烷脂为厌氧氨氧化菌所特有的磷脂物质.     

青藏高原克鲁克-托素湖湿地系统微生物多样性

克鲁克湖(Keluke Lake)和托素湖(Tuosu Lake)是青藏高原重要的湿地和水禽自然保护区,其水体微生物的多样性有待研究。利用Illumina测序平台进行16S rRNA基因(V3-V4区)高通量测序,并分析两湖水体微生物的群落结构和多样性。结果表明淡水克鲁克湖和咸水托素湖的物种注释OTU数目分别为331和148,获得克鲁克湖的已知细菌种类为16门34纲66属;托素湖为9门19纲54属。克鲁克湖的微生物优势类群以变形菌门(Proteobacteria)为主,次为蓝菌门(Cyanobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),其优势种群是未确定种属的蓝细菌、弓形杆菌属(Arcobacter)和盐单胞菌属(Halomonas)。托素湖的优势类群以变形菌门为主,次为厚壁菌门(Firmicutes),优势种群是盐单胞菌属。克鲁克湖的微生物物种丰富度、多样性和分布均匀度均显著高于咸水托素湖,但托素湖的物种优势度明显高于克鲁克湖。两湖优势微生物的属群分布与环境因子存在明显的正相关,此为高原湿地生态系统的环境监测与保护提供参考依据。     

部分半硝化AGS-SBR工艺的启动及其种群结构分析

采用序批式污泥反应器(SBR),接种好氧颗粒污泥(AGS),以人工模拟低COD/N废水为进水水质,在pH 7.5~8.5,温度为30℃,DO浓度约为0.8 mg·L-1的条件下,通过逐步提高进水氨氮浓度的策略启动部分半硝化工艺.结果表明,通过逐步提高进水氨氮浓度方法,可在60 d内初步形成部分半硝化工艺.部分半硝化工艺运行期间,系统对NO_2~--N的积累率基本维系在80%以上,对TN的去除率平均为64.54%,出水亚硝态氮和氨氮(NO_2~--N/NH_4~+-N)比值平均达到1.16,符合厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应进水要求.同时,基于高通量测序技术分析了部分半硝化工艺启动后微生物种群结构组成,其主要优势菌属有:Candidate-division-TM7-norank(相对丰度68.63%)、Saprospiraceae-uncultured(8.26%)、Thauera(4.63%)、Denitratisoma(3.16%)、Anaerolineaceae-uncultured(1.63%)和Anaerovorax(1.39%).部分半硝化AGS-SBR系统中与脱氮功能相关的主要菌属为:Nitrosomonas、Thauera、Denitratisoma和Bacillus,该系统中存在自养脱氮、反硝化和厌氧氨氧化的多种脱氮途径.     

秦岭红桦林土壤细菌群落剖面分布特征及其影响因素

研究秦岭辛家山林区红桦林细菌群落在土壤剖面上的分布状况,对评估土壤细菌在森林生态系统土壤肥力调节、碳氮循环等作用至关重要.采用Illumina MiSeq高通量测序技术对土壤细菌16S r DNA V3~V4可变区进行测序,结合相关生物信息学分析,初步探讨了红桦林0~10、10~20、20~40和40~60 cm这4个土壤层细菌群落丰富度、多样性指数和细菌群落组成及丰度变化.结果表明,在红桦林土壤剖面上,OTUs、Chao1指数、Shannon指数均在0~10 cm处达到最大值,分别为1 688、2 314、8.66,土层间差异不显著.4个土壤层的优势菌门均为酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria),主要的优势菌属为Gp4、Gp6和Gp16.优势菌门的相对丰度在土层间并不相同,0~10 cm土壤层具有较高的变形菌门(Proteobacteria),其相对丰度为23.62%,而40~60 cm具有较高的酸杆菌门(Acidobacteria),相对丰度为62.88%.酸杆菌门(Acidobacteria)与全氮、土壤有机碳、C/N、可溶性有机碳显著相关,变形菌门(Proteobacteria)与土壤含水量、土壤有机碳、可溶性有机碳显著相关.经RDA分析证明,影响秦岭红桦林土壤剖面细菌群落分布的主要土壤因素是可溶性有机碳.这些研究结果表明在秦岭红桦林土壤4个土层均有较高的细菌多样性,为进一步认识森林土壤细菌多样性奠定了理论基础,在研究森林生态系统土壤剖面养分循环过程时应予以考虑.     

北偏西大风对北京冬季生物气溶胶的影响

生物气溶胶对大气成云过程、生态系统演化和人体健康都有着重要的影响,目前对生物气溶胶浓度、组成和活性的变化规律认识不足.因此,在2013年1月和2015年1月在北京市清华大学校园内进行了采样和观测,以分析气象条件对生物气溶胶浓度和组成的影响.生物气溶胶浓度用生物气溶胶在线检测器WIBS-4A(waveband integrated bioaerosol sensor)测定,生物气溶胶中细菌群落的组成用16S rDNA测序的方法来测定.结果表明,北京冬季生物气溶胶数浓度范围在2~150 L~(-1).风是影响生物气溶胶的浓度和组成的重要因素.主导风向为北偏西30°,风速大于4 m·s-1的大风天气时,生物气溶胶的数浓度升高1个数量级,生物气溶胶中细菌群落的组成也发生急剧的变化.大风天气过后,生物气溶胶中细菌群落的组成缓慢恢复到大风前的状态.     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥培养过程微生物群落变化

本实验利用生活污水培养具有同步脱氮除磷(simultaneous nitrogen and phosphorus removal,SNPR)功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS).采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序对AGS培养过程中细菌群落变化进行了研究,以期揭示污泥好氧颗粒化成因.采用实时荧光定量PCR对AGS培养过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms,PAOs)的丰度变化进行了研究.结果表明:历时100 d培养出的AGS质地紧实,具有良好的SNPR效果.AGS胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中多糖含量在培养过程中增加明显,而蛋白质含量保持稳定.AGS培养过程中,AOB的丰度略微下降,AOA的丰度明显下降,NOB的丰度无明显变化,而PAOs的丰度在AGS培养初期明显增加.在AGS培养过程中,细菌群落多样性呈现出先升高后降低的趋势,且细菌群落组成发生了明显的变化.持久型OTUs占样品总序列数的92.70%,其中变形菌门(Proteobacteria,31.07%~53.67%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,6.70%~16.50%)和绿弯菌门(Chloroflexi,7.84%~13.36%)是AGS培养过程中的细菌优势门.Candidatus competibacter属在AGS培养过程中大量富集(由种泥中的0.11%增加到35.33%),其可能会分泌胞外多糖,形成黏性EPS,促进絮状污泥团聚成为AGS.     

SBR系统外加磁场对微生物群落多样性和处理效果的影响

SBR反应器的应用越来越普遍,为进一步提高其处理效率,提出在SBR反应体系再外加一个磁场来提高其运行性能.研究了不同磁感应强度对反应系统污染物降解效率的影响,并采用Mi Seq高通量测序技术解析了磁场条件下活性污泥微生物群落多样性变化.结果表明,磁场的加入在一定程度上提高了SBR系统的运行性能,且当磁感应强度为7×10~(-2)T时效果最明显.其中,外加磁场对SBR反应系统中总氮去除效果的影响显著,在7×10~(-2)T时脱氮率从无磁场的65.69%提高到85.98%.外加磁场显著提高了污泥脱氢酶活性,因而也会对各种污染物的去除产生积极作用.通过对不同磁感应强度下活性污泥微生物群落多样性的比较发现,7×10~(-2)T磁场下活性污泥微生物丰度及多样性最高.实验SBR反应器中的细菌域共鉴定出14个门,主要以变形菌门Proteobacteria(25.3%~61.5%)、拟杆菌门Bacteroidetes(18.6%~46.2%)、放线菌门Actinobacteria(5.3%~47.2%)、酸杆菌门Acidobacteria(0.4%~4.0%)为主.重要的脱氮细菌:如α-Proteobacteria的Rhodoblastus、Paracoccus;β-Proteobacteria的Alicycliphilus、Comamonas、Xenophilus、Acidovorax、Dechloromonas、Thauera;δ-Proteobacteria的Desulfovibrio;Planctomycetes门等,在中等磁感应强度尤其是7×10~(-2)T时,丰度最高,与脱氮效率增加有内在的联系.典型的PAOs如Acinetobacter、Pseudomonas、Propionicimonas等,在中等磁场条件下含量较高,与除磷率变化趋势相同.活性污泥中细菌群落结构变化与污水处理效率存在一定相关性,外加磁场通过改变微生物群落结构影响污水处理效果.     

西安市典型景观水体水质及反硝化细菌种群结构

选取西安市区6个典型景观水体作为研究对象,在分析景观水体水质指标的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nirS型反硝化细菌种群结构和多样性进行诊断,以期探明景观微污染水体水质与反硝化细菌种群结构多样性的偶联机制.结果表明,丰庆公园和劳动公园水体属于劣V类水,而曲江池、木塔寺生态遗址公园、新纪元公园水体符合V类水质标准,永阳公园水体符合Ⅳ类水标准.总氮从1.21~6.50 mg·L~(-1)(P0.05),永阳公园水体总氮最低,丰庆公园最高.劳动公园水体总磷含量最高,为0.10 mg·L~(-1),曲江池总磷最低,为0.02 mg·L~(-1)(P0.05).劳动公园水体氨氮为曲江池和丰庆公园的4.44倍(P0.01).Illumina高通量测序结果表明6个景观水体中nirS型反硝化细菌优势种属差异显著,副球菌属(Paracoccus sp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、红长命菌属(Rubrivivax sp.)为优势菌群.主成分分析(PCA)表明来自新纪元公园和木塔寺公园水体的nirS型反硝化细菌种群结构主要受水体NH_4~+-N和高锰酸盐指数含量的调控,而NO_3~--N、NO_2~--N、TN、TP和DO对劳动公园和丰庆公园水体的nirS型反硝化细菌的种群结构影响显著;水体pH对永阳公园的nir S型反硝化细菌的种群结构影响显著.结果表明,西安市典型景观水体nir S型反硝化细菌的种群结构受不同水质指标的综合调控.