静态磁场对生物滴滤池强化的研究——以三氯乙烯废气的去除及细菌群落结构研究为例

构建了实验室规模磁场强化的生物滴滤池（MF-BTF）,并设对照生物滴滤池（S-BTF）,以火山石为载体,接种活性污泥,处理目标废气三氯乙烯（TCE）.研究了不同磁场强度下,2种生物滴滤池在稳定运行期间对TCE的去除效果,并采用高通量测序技术对滴滤池中细菌群落结构与功能进行了分析.实验结果表明：在好氧条件下,当空床停留时间（EBRT）为202.5s,苯酚浓度为0.20g/L,TCE浓度范围为53.6~337.1mg/m³时,对TCE的去除效果依次为MF-BTF（60.0mT） > MF-BTF（30.0mT） > S-BTF（0.0mT） > MF-BTF（130.0mT）,其去除率（RE）和最大去除容量（EC）分别为92.2%~45.5%,2656.8mg/（m³×h）;89.8%~37.2%,2169.1mg/（m³×h）;89.8%~29.8%,1967.7mg/（m³×h）;76.0%~20.8%,1697.1mg/（m³×h）.高通量测序结果表明：磁场强度为60.0mT时,细菌群落均匀度（Shannon index,Simpson index）及丰富度（OTUs,Chao1,ACE）均小于0.0mT的情况;但是60.0mT下优势门、纲、属为Proteobacteria,Gammaproteobacteria,Acinetobacter,丰度明显大于0.0mT,丰度分别为73.3%,36.8%,34.7%;69.6%,18.2%,10.9%.实验结果表明合适的磁场强度可以增大优势菌群的丰度,提高对TCE的去除效果.本实验为提高生物滴滤池的工业废气处理效果提供了有效的借鉴,具有广泛的应用前景.     

太湖不同湖区冬季沉积物细菌群落多样性

为了探究太湖不同营养水平湖区冬季沉积物细菌群落多样性,利用高通量测序对太湖水草区、湖心区和河口区共9个采样点表层沉积物细菌的16S rRNA基因进行序列测定.结果发现：不同湖区的物种丰富度和均匀度为水草区 > 湖心区 > 河口区;不同湖区优势细菌群落组成存在差异.其中,硝化螺旋菌门（Nitrospirae）和酸杆菌门（Acidobacteria）2类门水平优势细菌以及厌氧绳菌纲（Anaerolineae）和硝化螺菌纲（Nitrospira）2类纲水平优势细菌在不同湖区之间差异显著.冬季太湖沉积物细菌优势类群为绿弯菌门（Chloroflexi）、变形菌门（Proteobacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）;在属分类水平上,主要优势类群为unidentified_Chloroplast和微囊藻属（Microcystis）.Cyanobacteria和Microcystis在所有采样点均有检出,平均丰度均以湖心区最高.对沉积物细菌群落与环境因子的关系进行冗余分析,结果表明：营养盐水平、水温和pH值均能影响沉积物细菌群落结构,NO₃^--N和水温是Microcystis的主要影响因子.     

给水管网中余氯浓度对颗粒物表面细菌附着的影响

为解析余氯浓度对颗粒物表面细菌附着的影响,以给水管网细菌为研究对象,开展其在不同余氯浓度条件下的附着实验.结果表明,低浓度氯(0~0.5 mg·L~(-1))会促进细菌在针铁矿表面的附着,而高浓度氯(0.5~3.0 mg·L~(-1))抑制了细菌的表面附着.通过定量测定及激光共聚焦显微镜的观测发现,当氯浓度为0.5 mg·L~(-1)时,聚集体总细菌数、胞外聚合物(EPS)含量均达到最大.研究结果揭示了余氯浓度调控着细菌EPS的分泌,进而影响细菌在给水管网中颗粒物表面的附着.     

丛枝菌根真菌及猪炭对多氯联苯污染土壤的联合修复作用

选用玉米(Zea mays L.)为供试植物,采用盆栽试验研究了接种丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌(Funneliformis mosseae)和添加不同粒径猪炭对多氯联苯(Polychlorinated biphenyls,PCBs)污染土壤的联合修复效应及其对土壤微生物的影响.结果表明,接种AM真菌(10%接种量)及添加2.5%猪炭对土壤有效磷含量提高具有显著的协同效应,猪炭还显著提高了土壤有机碳、速效钾含量和pH值(p0.05);猪炭显著促进了菌根真菌侵染率,但对玉米根系生物量具有抑制作用.接种AM真菌的同时添加猪炭提高了细菌16S rDNA丰度,且接种AM真菌同时添加粒径0.25 mm猪炭显著促进了土壤PCBs降解率.AM真菌与猪炭改变了土壤微生物种群的相对丰度,其中,Planctomycetes与土壤三氯联苯降解显著相关(r=0.049,p0.05),而Acidobacteria与五氯联苯降解显著相关(r=0.008,p0.01).AM真菌及猪炭提高了土壤有效养分含量,促进了植物生物量和土壤PCBs降解,对PCBs污染土壤具有较好的修复潜力.     

应用好氧生物菌剂深度处理消化污泥

为评估应用好氧生物菌剂-地衣芽孢杆菌深度处理消化污泥的可行性,比较了不同接种比（分别为2.7×10^-3,2.7×10^-2和2.7×10^-1,以总固体之比计）条件下,菌解处理过程中消化污泥液相的溶解性有机碳DOC,溶解性总氮DN,氨氮,荧光性有机物浓度和消化污泥絮体中的蛋白质,氨氮浓度,以及以模化CST值表征的脱水性能的变化,同时分析了机械破碎法和菌解法对消化污泥再次厌氧消化产气性能的影响.结果表明,需要达到较高的接种比,投加地衣芽孢杆菌才能显著促进消化污泥胞内物质溶出,大幅提高消化污泥的生物可降解性.接种比为2.7×10^-1时,菌解过程中消化污泥的液相DOC,DN,氨氮和消化污泥絮体中的氨氮含量达到最大值,分别是对照组的6.23,2.83,5.93和4.94倍;并且,消化污泥絮体的蛋白质平均降解速率最高;同时,消化污泥的产甲烷潜力优于其它接种比,是机械破碎处理后消化污泥产甲烷潜力的5.96倍.但是,在菌解处理结束后,消化污泥的模化CST值是对照组的2.69倍,说明经菌解后消化污泥的脱水性能有所劣化.     

反硝化菌群的萘代谢与反硝化偶联机制

为探寻反硝化与萘代谢过程的偶联机制,从潜在PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbons)污染的土壤中富集获取了萘的反硝化降解菌群.通过Illumina Mi Seq测序对其细菌群落结构进行了解析,并研究其萘代谢过程中反硝化电子受体[硝酸根(NO_3~-)、亚硝酸根(NO_2~-)]浓度、气态还原产物[氧化亚氮(N_2O)、氮气(N_2)]产生速率及反硝化微生物相关的nar G(periplasmic nitrate reductase gene)和nir S(cd1-nitrite reductase gene)基因丰度的动态变化.Illumina Mi Seq测序结果表明,变形菌门中的Pseudomonas是该富集菌群中丰度最高的菌属.富集获取的萘反硝化降解菌群9 d内对萘的降解率为49.11%,培养初期(1~3 d)及末期(7~9 d)萘的降解速率无差异,但它们均显著高于培养中期(3~7 d)的降解速率(P0.05).培养期间,培养液中NO_3~-浓度呈逐渐下降趋势,而NO_2~-积累出现在第1~3 d.培养的3~9 d,NO_2~-浓度迅速下降,但在培养中期(3~7 d)未检测到气体产生,只在培养末期(7~9 d)检测到明显的N2O[3.39μg·(L·h)-1]和N2[8.97μg·(L·h)-1]的产生.在培养期间nar G及nir S基因的丰度均随培养时间而上升,表明该富集菌群中反硝化微生物丰度的逐渐增加.综上,NO_3~-还原过程及随后的NO_2~-还原过程等产气过程均可能与萘的厌氧降解过程相偶联,该结果可为进一步深入探讨萘的反硝化代谢机制打下基础.     

旅游活动对岩溶洞穴地下水中细菌群落的影响:以重庆丰都两个洞穴为例

为了深入了解岩溶洞穴地下水中细菌群落结构特征以及评估旅游活动对细菌群落的影响,对重庆丰都雪玉洞(旅游洞穴)和水鸣洞(未开发洞穴)洞穴地下河水进行了采样,利用16S rDNA高通量测序技术对地下水样品中的细菌进行了定性和定量分析.结果表明,两个洞穴地下水中细菌群落以变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主,但细菌群落组成存在差异.雪玉洞地下河上游和下游的变形菌门分别占总群落的62%和64%,拟杆菌门分别占11%和16%;水鸣洞地下水中细菌优势群落除变形菌门(38%)和拟杆菌门(19%)外,绿菌门(Chlorobi)占24%,两个洞穴地下水中变形菌门的纲分类均为γ-变形菌纲.γ-变形菌纲(γ-Proteobacterium)和拟杆菌为两个洞穴地下水的优势种类但其主要细菌存在差异:雪玉洞主要细菌是不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌科(Flavobacteriaceae),属于致病菌;水鸣洞主要细菌是未培养的甲基球菌科(Methylococcaceae-uncultured)、甲基单胞菌属(Methylomonas)以及甲基杆菌属(Methylobacter),属于甲烷氧化细菌.多样性指数分析结果显示:受旅游活动的强烈影响,雪玉洞群落多样性明显高于水鸣洞并且存在更多的致病菌群落,地下水细菌群落与环境因子多元直接梯度分析(RDA)证明群落分布规律受游客数量与洞穴空气CO_2影响且呈正相关,两种环境因子的Spearman相关性分析进一步表明游客数量对地下水细菌群落结构的影响更明显并导致大量原生细菌消失.     

含油污泥石油烃在生物强化堆肥处理中降解特性研究

为提高含油污泥的生物降解效率,通过混合菌剂强化堆肥法处理含油污泥的小试试验,采用GC-MS图谱分析技术对石油烃中正构烷烃、藿烷、甾烷的降解规律进行分析.结果表明:7%的油泥经微生物强化堆肥处理49 d后降解率在85%以上.石油烃中3种系列的降解难易顺序为正构烷烃>藿烷>甾烷,从降解规律来看,微生物降油复合菌剂对高碳数正构烷烃的平均降解率（75.55%）大于对低碳数正构烷烃的平均降解率（62.98%）,说明总石油烃中降解率最大的是正构烷烃.微生物降油复合菌剂对藿烷的降解率在90%以上,其对22S-31,32,33,34-四升藿烷的降解率最高.微生物降油复合菌剂能够促进孕甾烷的转化,且对重排甾烷的降解效果较明显,对甾烷类化合物中4-甲基-24-乙基-胆甾烷的降解效果最好.微生物降油复合菌剂对正构烷烃的奇偶碳降解优势不明显;藿烷的立体构型转化参数大于甾烷的立体构型转化参数,这也解释了藿烷的降解易于甾烷的原因.研究显示,微生物降油复合菌剂对石油烃中正构烷烃、藿烷、甾烷的降解效果均较好.      

常州市春季PM2.5中细菌群落特征及影响因素

为研究常州市春季PM_2.5中细菌群落特征,利用高通量测序对PM_2.5中细菌的16S rRNA基因进行研究.测序获得的有效序列数为600150,以97%的相似水平划分,各样品的OTUs为1890~6519,同时样本的Coverage指数较高,表明测序结果可以准确地代表样本中的空气细菌群落.物种注释结果表明：常州春季PM_2.5中相对丰度> 1%的有11个细菌门、14个细菌纲和12个细菌属,其中变形菌门（Proteobacteria）、蓝藻细菌门（Cyanobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）是排名前3的优势细菌类群,占总基因丰度的80.88%.属水平优势细菌主要有拟甲色球藻属（Chroococcidiopsis,6.03%）、Rubellimicrobium（5.95%）、微囊藻属（Microcystis,4.86%）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas,3.16%）,但在属水平上未能进行分类的基因序列比例高达81.11%.基于PM_2.5中细菌群落组成进行来源分析,发现常州市春季PM_2.5中细菌的环境来源多变,其主要环境源可能为淡水,其次是土壤、植物和人为源.利用冗余分析探讨环境因子与细菌群落的关系,结果表明,NH₄⁺、NO₃^-、O₃、SO₄^2-、OC、气压和CO是常州市春季PM_2.5中细菌群落的主要影响因子,同时不同环境因子对不同细菌类群影响不同.     

A LONG‐TERM,WATERSHED‐SCALE,EVALUATION OF THE IMPACTS OF ANIMAL WASTE BMPs ON INDICATOR BACTERIA CONCENTRATIONS1

ABSTRACT: Driven by increasing concerns about bacterial pollution from agricultural sources, states such as Virginia have initiated cost sharing programs that encourage the use of animal waste best management practices (BMPs) to control this pollution. Although a few studies have shown that waste management BMPs are effective at the field scale, their effectiveness at the watershed scale and over the long term is unknown. The focus of this research was to evaluate the effectiveness of BMPs in reducing bacterial pollution at the watershed scale and over the long term. To accomplish this goal, a 1,163 ha watershed located in the Piedmont region of Virginia was monitored over a ten‐year period. Fecal coliforms (FC) and fecal streptococci (FS) were measured as indicators of bacterial pollution. A pre‐BMP versus post‐BMP design was adopted. Major BMPs implemented were manure storage facilities, stream fencing, water troughs, and nutrient management. Seasonal Kendall trend analysis revealed a significant decreasing trend during the post‐BMP period for FC concentrations at the watershed outlet, but not at the subwatershed level. Implementation of BMPs also resulted in a significant reduction in the geometric mean of FS concentrations. FC concentrations in streamflow at the watershed outlet exceeded the Virginia primary standard 86 and 74 percent of the time during pre‐BMP and post‐BMP periods, respectively. Corresponding exceedances for the secondary standard were 50 and 41 percent. Violations decreased only slightly during the post‐BMP period. The findings of this study suggest that although BMP implementation can be expected to accomplish some improvement in water quality, BMP implementation alone may not ensure compliance with current water quality standards.