现代分子生物学技术在活性污泥微生物菌群多样性研究中的应用

以活性污泥技术为主体的好氧工艺是污水生物处理技术方面应用较为广泛的方法。随着现代分子生物学技术的不断发展,人们对活性污泥中微生物菌群多样性的认识逐渐深化,大量用传统方法未检测到,但在活性污泥中发挥关键作用的微生物逐渐引起研究学者的重视。现代分子生物学技术以FISH技术、实时荧光定量PCR技术、DGGE／TGGE技术、16SrRNA序列比较、T—RFLP技术、AFLP技术等为代表已成为研究微生物微观形态及种群结构特征的主要手段。文章就这些技术在活性污泥微生物菌群多样性研究中的应用进行了总结,为进一步研究污水处理领域活性污泥的微生物菌群多样性提供了必要的依据。     

氮素和水分对贝加尔针茅草原土壤酶活性和微生物量碳氮的影响

在内蒙古贝加尔针茅草原,分别设对照（N0）、1.5 g·m^-2（N15）、3.0 g·m^-2（N30）、5.0 g·m^-2（N50）、10.0 g·m^-2（N100）、15.0 g·m^-2（N150）、20.0 g·m^-2（N200）和30 g·m^-2（N300）（不包括大气沉降的氮量）8个氮素（NH4NO3）梯度和模拟夏季增加降水100 mm的水分添加交互试验,研究氮素和水分添加对草原土壤养分、酶活性及微生物量碳氮的影响。结果表明：氮素和水分添加对草原土壤理化性质和生物学特性有显著影响。随施氮量的增加土壤总有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮含量呈增加的趋势,相反,土壤pH值呈降低的趋势。土壤脲酶和过氧化氢酶的活性随施氮量的增加而升高,多酚氧化酶则随施氮量的增加呈下降的趋势。氮素和水分添加对草原土壤微生物量碳氮含量有显著影响,高氮处理（N150、N200和N300）显著降低了微生物碳含量,微生物氮含量随施氮量的增加呈上升趋势。水分添加能够减缓氮素添加对微生物的抑制作用,提高微生物量碳、微生物量氮含量。草原土壤养分、土壤酶活性及土壤微生物量碳氮含量间关系密切,过氧化氢酶与全氮、总有机碳、硝态氮呈显著正相关,多酚氧化酶与铵态氮、硝态氮、全氮呈显著负相关。微生物量氮含量与土壤全氮、铵态氮、硝态氮含量以及过氧化氢酶和磷酸酶活性呈显著正相关,与多酚氧化酶呈负相关;微生物量碳与过氧化氢酶呈负相关,与多酚氧化酶活性呈正相关。     

构建湿地中试系统基质剖面微生物活性的研究

对稳定运行的复合垂直流构建湿地中试系统基质进行分层采样,测定微生物数量,生物量氮,酶活性,硝化作用,反硝化作用以及呼吸作用等各项指标.结果表明,上行流和下行流池0～10cm的基质层中好氧微生物数量高出30～55cm的层面1～2个数量级;反硝化细菌除下行流池0～10cm的层面外其他基质层数量都达到10⁷个/g干土以上.0～20cm的基质层中脲酶活性明显高于30～55cm的层面;而0～10cm的层面中脱氢酶活性明显高出10～55cm的层面2～5倍.硝化反硝化作用广泛存在于基质中,硝化作用表现出一定的空间规律,0～10cm的基质硝化作用强度要比40～55cm层面的高出20%;反硝化作用的空间差别很小,其作用率最低也达到85.5%.     

Biofilm structure and its influence on clogging in drip irrigation emitters distributing reclaimed wastewater

Using reclaimed wastewater for crop irrigation is a practical alternative to discharge wastewater treatment plant effluents into surface waters.However,biofouling has been identified as a major contributor to emitter clogging in drip irrigation systems distributing reclaimed wastewater.Little is known about the biofilm structure and its influence on clogging in the drip emitter flow path.This study was first to investigate the microbial characteristics of mature biofilms present in the emitters and the effect of flow path structures on the biofilm microbial communities.The analysis of biofilm matrix structure using a scanning electron microscopy (SEM) revealed that particles in the matrix of the biofilm coupled extracellular polysaccharides (EPS) and formed sediment in the emitter flow path.Analysis of biofilm mass including protein,polysaccharide and phospholipid fatty acids (PLFAs) showed that emitter flow path style influenced biofilm community structure and diversity.The correlations of biofilm biomass and discharge reduction after 360 h irrigation were computed and suggest that PFLAs provide the best correlation coefficient.Comparatively,the emitter with the unsymmetrical dentate structure and shorter flow path (Emitter C) had the best anti-clogging capability.By optimizing the dentate structure,the internal flow pattern within the flow path could be enhanced as an important method to control the biofilm within emitter flow path.This study established electron microscope techniques and biochemical microbial analysis methods that may provide a framework for future emitter biofilm studies.     

芦苇酶解对氢气-甲烷联产过程微生物群落演替规律的影响

采用10 mg/g纤维素酶R-10预处理芦苇秸秆,研究了酶解预处理对芦苇厌氧产气潜力的影响,分析了氢气-甲烷联产过程中微生物群落结构演替规律. 结果表明:酶解预处理后,芦苇秸秆在产氢阶段的累积产气量和φ(H₂)分别达到42.5 mL/g和52.1%;在产甲烷阶段,累积产气量稳定上升,最高值可达137.5 mL/g,是对照组产气量的5倍. 由扫描电镜(SEM)观察可知,产氢阶段以短杆状和梭状菌为主,产甲烷阶段以长杆菌为主. PCR-DGGE(聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳)分析表明,芦苇在酶解预处理后,其厌氧联产过程中微生物群落呈规律性演替,产氢阶段的优势微生物分别为具有降解纤维素产氢气功能的嗜热纤维素菌Clostridium thermocellum(条带B20)、具有高效产氢潜力的兼性厌氧产气肠杆菌Enterobacter aerogenes(条带B28);在产甲烷阶段,其优势微生物为可利用氢营养途径合成甲烷的产甲烷古菌Methanoculleus bourgensis(条带A3)、Methanoculleus horonobensis(条带A13). 经纤维素酶预处理后,芦苇秸秆厌氧联产的累积产气量、φ(H₂) 提高显著,具有纤维素降解功能的细菌和可利用氢营养途径合成甲烷的古菌为主要优势微生物.      

微生物对饮用水典型消毒副产物前体物的降解效能及其群落特征

相对于CF（氯仿）等C-DBPs（含碳消毒副产物）,DCAN（二氯乙腈）等N-DBPs（含氮消毒副产物）具有更高的毒性.控制DBPs（消毒副产物）的前体物是抑制DBPs产生的最有效方法之一.为考察微生物降解DBPs前体物对生成DBPs的影响,分别选取C-DBPs和N-DBPs的典型代表物CF和DCAN及其相应的典型前体物Tyr（酪氨酸）和Asp（天冬氨酸）为研究对象,采用微生物培养前体物的方式,探究微生物对典型前体物Tyr和Asp的降解效果及其对生成CF和DCAN的控制效果.结果表明:①Tyr和Asp两种前体物经微生物降解后,DOC（溶解性有机碳）的去除率分别为94.0%和85.6%,DON（溶解性有机氮）的去除率分别为69.0%和81.0%.②在前体物经微生物降解后的水样中,氯化或氯胺化消毒后生成CF和DCAN的量较降解前均大大减少.以Tyr为前体物,水样经微生物降解、氯化消毒后生成CF和DCAN的量分别降低了56.1%和89.5%,氯胺化消毒后生成CF的量降低了68.5%;以Asp为前体物,水样经微生物降解、氯化消毒后生成DCAN的量最高可降低99.9%,经微生物降解、氯胺化消毒后生成的CF可降低50.7%.③对水样中微生物菌群分析发现,在门水平上的菌群主要有变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,在属水平上的菌属主要有伯克氏菌属（Burkholderia-paraburkholderia）、半角藻属（Haliangium）、分枝杆菌属（Mycobacterium）、沉积小杆菌属（Sediminibacterium）、norank_f_Chitinophagaceae和动胶菌属（Zoogloea）.研究显示,微生物降解对DBPs典型前体物Tyr和Asp的去除,以及对生成CF和DCAN的控制具有较大的潜力,变形菌和放线菌在降解DBPs前体物中起到了重要作用.      

农村污水处理强化ABR污泥流变及微生物种群特性研究

研究了强化厌氧折流板反应器（强化ABR）在稳定运行期对农村污水的处理效果以及反应器不同格室内污泥的表观形态、流变及微生物种群特性.结果表明：强化ABR对进水COD的平均去除率达81.05%,其中第1、2格室对进水COD去除起主要作用.反应器不同格室内污泥表观形态存在一定差异,第1、2格室污泥表面微生物以球菌和杆菌为主,第3、4格室则以丝状菌为主;不同格室内污泥剪切应力随剪切速率呈指数增加趋势,而黏度则随着剪切速率的增加而减小,且逐渐趋近一定值.反应器不同格室内的优势细菌以水解、酸化菌为主,而优势古细菌以乙酸型产甲烷菌和氢营养型产甲烷菌为主,优势细菌和古细菌在不同格室内的分布均存在一定差异.研究结果可为强化ABR在农村污水处理中的应用提供科学依据.     

垦殖对桂林会仙喀斯特湿地土壤养分与微生物活性的影响

选择桂林会仙喀斯特湿地不同垦殖方式的土壤为研究对象,通过研究原生沼泽湿地及其开垦21 a的水田和旱地0~40 cm不同深度的土壤理化性质、微生物数量、酶活性、微生物呼吸等变化趋势,以揭示垦殖对会仙喀斯特湿地土壤质量的影响.结果表明：①垦殖导致会仙喀斯特湿地土壤呈现偏酸性和养分含量降低的趋势,垦殖后土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、速效氮（AN）、全磷（TP）、速效磷（AP）、全钾（TK）和速效钾（AK）总体上趋于减小,并且表层土壤减小的趋势最为显著.②垦殖改变了土壤微生物数量分布的相对比例关系,水田土壤的细菌和放线菌数量最高,而土壤真菌数量则在旱地最高（P<0.001）.③垦殖降低了各土层蛋白酶、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性,在旱地的数值最低.④垦殖后土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）、基础呼吸（BR）、呼吸势（PR）和微生物熵（qMB）总体上均趋于减小,代谢熵（qCO₂）在湿地表现为先增大后减小的趋势,而在水田和旱地则一致表现为逐渐升高的趋势.各土层的MBC、MBN、BR、PR和qMB普遍呈现出湿地 > 水田 > 旱地的趋势.qCO₂在0~10 cm和10~20 cm土层表现为湿地 > 水田 > 旱地,而在20~30 cm和30~40 cm土层则表现为旱地 > 水田 > 湿地.综上,垦殖显著降低了土壤的微生物活性,土壤质量呈现下降趋势,对旱地土壤影响较为严重.在会仙喀斯特湿地生态恢复过程中,应减少垦殖旱地和水田的面积,退耕恢复湿地面积.     

反硝化脱硫微生物燃料电池的可行性研究

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)可在去除废水中污染物的同时回收电能.以S2-和NO-3-N分别作为阳极电子供体和阴极电子受体,研究了反硝化脱硫MFC的同步阳极除硫与阴极脱氮,分析了阳极进水S2-浓度对MFC产电性能及污染物去除情况的影响,探究了MFC阳极石墨纤维丝上的硫沉积情况及其对内阻的影响.结果表明,反硝化脱硫MFC在32 d内实现稳定的阳极除硫与阴极脱氮.外阻为100Ω时,电压稳定在(176.0±6.9)m V,相应的S2-和NO-3-N去除负荷分别为(0.94±0.04)kg·m-3NC·d-1和(11.1±0.6)g·m-3NC·d-1.MFC的产电能力随着阳极进水S2-浓度的增加逐渐增强,SO_2-4的生成率和NO-3-N去除负荷受S2-浓度影响较小.在试验S2-浓度下S2-的去除较彻底,SO_2-4的生成率均超过65%.NO-3-N去除负荷维持在12 g·m-3NC·d-1左右,出水NO-2-N浓度均低于0.01 mg·L-1.反硝化过程较完全.在运行过程中,MFC阳极的石墨纤维丝上会沉积颗粒硫,降低电极的有效面积,使MFC的内阻升高.     

Effect of seed sludge on characteristics and microbial community of aerobic granular sludge

Aerobic granular sludge was cultivated by using different kinds of seed sludge in sequencing batch airlift reactor.The influence of seed sludge on physical and chemical properties of granular sludge was studied;the microbial community structure was probed by using scanning electron microscope and polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis(PCR-DGGE).The results showed that seed sludge played an important role on the formation of aerobic granules.Seed sludge taken from beer wastewater treatment plant(inoculum A) was more suitable for cultivating aerobic granules than that of sludge from municipal wastewater treatment plant(inoculum B).Cultivated with inoculum A, large amount of mature granules formed after 35 days operation, its SVI reached 32.75 mL/g, and SOUR of granular sludge was beyond 1.10 mg/(g·min).By contrast, it needed 56 days obtaining mature granules using inoculum B.DGGE profiles indicated that the dominant microbial species in mature granules were 18 and 11 OTU when inoculum A and B were respectively employed as seed sludge.The sequencing results suggested that dominant species in mature granules cultivated by inoculum A were Paracoccus sp., Devosia hwasunensi, Pseudoxanthomonas sp., while the dominant species were Lactococcus raffinolactis and Pseudomonas sp.in granules developed from inoculum B.