采油废水厌氧处理系统的微生物群落特征

为了深入认识石油烃的厌氧降解过程,利用分子生物学技术分析了大庆油田采油废水处理系统厌氧池和进水中的微生物群落特征。基于DGGE和克隆文库的分析结果均表明,厌氧生物膜中存在的古菌源自于采油废水。厌氧生物膜和采油废水中的古菌主要是产甲烷菌,包括嗜甲基的Methanomethylovorans thermophila和利用氢和甲酸的Methanolinea tarda。值得注意的是,氢营养型的M.tarda在厌氧生物膜中得到了富集。进水和厌氧生物膜中的细菌群落结构明显不同。进水中的主要细菌类群为Epsilonproteobacteria,而生物膜中的主要类群为Nitrospira和Deltaproteobacteria。在厌氧生物膜中发现许多与产甲烷古菌(尤其是氢营养型产甲烷菌)协同降解石油烃类物质的细菌相关克隆:其中一个克隆与Syntrophus具有较高的同源性,该类菌是产甲烷菌介导的厌氧烃降解微生物区系中的关键细菌;许多Deltaproteobacteria克隆属于group TA类群,该类群细菌主要参与芳香族化合物产甲烷菌介导的厌氧降解过程。这些结果表明,在大庆油田采油废水厌氧处理系统中已经建立起由产甲烷菌所介导的厌氧石油烃降解的微生物区系。     

亚硝态氮对同时产甲烷反硝化工艺处理畜禽粪水的影响

为进一步提高同时产甲烷反硝化反应对畜禽粪水化学需氧量(COD)和氮的去除效率,应用畜禽粪水于接种颗粒污泥的厌氧混合式反应器,进行不同COD与亚硝态氮浓度比值(COD/NO-2-N)对同时产甲烷反硝化反应的影响研究。通过实时监测反应器内COD、凯氏氮(TKN)、辅酶F420、β-葡萄糖苷酶、产气率、pH和氧化还原电位(ORP)等指标得出,COD/NO-2-N为30/1、40/1时,COD去除率、辅酶F420和β-葡萄糖苷酶含量与空白无亚硝态氮的变化规律一致,亚硝态氮几乎未对糖类水解菌及产甲烷菌活性产生抑制作用;而COD/NO-2-N为10/1、20/1时,COD去除率、辅酶F420和β-葡萄糖苷酶含量较低,糖类水解菌及产甲烷菌活性受到抑制。     

长江口沉积物甲烷产生潜力与产甲烷菌群落特征

采用室内培养与高通量测序技术,研究了长江口沉积物产甲烷潜力及其产甲烷菌群落组成特征.结果表明,研究区沉积物甲烷排放速率为4.15～7.12 nmol·g~(-1)·d~(-1),且表现出厌氧区高、丰氧区低的特点.甲烷产生潜力为丰氧区大于厌氧区,说明甲烷在水体中氧化是减少甲烷排放的重要环境过程.研究区沉积物中产甲烷菌群落组成具有明显的差异.厌氧区沉积物产甲烷菌的优势群落为Methanococcoides(拟甲烷球菌属)、Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)和Methanosaeta(甲烷鬃菌属),丰氧区沉积物为Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)、Methanosaeta(甲烷鬃菌属)和Methanocella(甲烷胞菌属),因而缺氧过程会对产甲烷菌群落产生重要的影响.通过估算发现,研究区甲烷的排放量为2487～6819 t·a~(-1),表明长江口是甲烷排放的净产生源.因此,由缺氧过程导致的河口环境因子变化会影响甲烷的代谢循环过程及其微生物群落组成,进而对河口生态系统甲烷排放产生重要的影响.     

产甲烷微生物研究概况

甲烷是仅次于CO2的第二大温室气体,因此环境中甲烷来源的研究在环境保护方面具有重要意义.大气中甲烷的浓度(体积分数)约为1.7×10-6,其中约有75%来源于产甲烷菌的代谢.产甲烷菌是一类厌氧古生菌,其分类主要依据为16S rRNA以及其他生化指标.产甲烷菌主要以乙酸、H2和CO2及甲基类化合物为底物并以甲烷为终产物.产甲烷菌生命活动过程深受自然环境的影响.本文从产甲烷菌的发现、形态、分类、代谢机制、生态学研究方面介绍产甲烷菌的研究概况.     

上向流厌氧滤池(UAF)处理城市生活污水的运行效能

采用上向流厌氧滤池(UAF)处理实际生活污水,研究中温条件下水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对系统运行效果及优势产甲烷菌群的影响.结果表明,在35℃,HRT为24 h条件下,系统启动28 d后化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率可达75%以上. HRT由24 h降至2. 5 h的过程中,COD去除率呈现先上升后下降的趋势,在HRT为5h时最高,平均去除率为81. 71%,最高可达87. 18%,当降至2. 5 h后,COD去除率降至75. 12%.甲烷产率(每消耗单位质量底物产生的甲烷的量,以CH4/CODre计)及甲烷体积分数随HRT的降低而增高,HRT为2. 5h时为0. 30 L·g-1,甲烷体积分数维持在73%左右,经能耗核算后可得系统产能可满足蠕动泵能耗需求.对系统内主要的产甲烷菌进行定量分析表明,乙酸营养型产甲烷菌Methanosarcinales丰度最高,为优势菌群,随着HRT的逐渐降低,乙酸营养型和氢营养型产甲烷菌的丰度都有大幅度提高.     

氨氮和硫酸盐对谷氨酸厌氧生物降解性能的抑制及机理

采用连续运行1119d的上流式厌氧污泥床（UASB）反应器,研究了最佳有机负荷条件下氨氮和硫酸盐对模拟废水中谷氨酸降解性能的抑制作用.结果表明,有机负荷为8.0g COD/（L·d）时,COD去除率达到最高值为（97.94±0.28）%.逐步提高进水氨氮浓度,起初对谷氨酸降解性能的影响不大;但升到2000mg/L时COD去除率和甲烷产率明显降低,继续升至4000mg/L时即达到半抑制状态.逐步提高进水硫酸盐浓度至4000mg/L,甲烷产率和溶液中游离硫化氢（FS）浓度分别呈现一直下降和升高趋势,但COD去除率均能维持在90%以上.进水中的氨氮和硫酸盐分别因离解平衡和生物还原作用形成游离氨（FAN）和FS,进而抑制了产甲烷菌的活性;前者因FAN扩散到细胞内部破坏质子平衡从而过多消耗ATP,后者还因硫酸盐还原菌的增殖存在底物竞争抑制作用.     

序批式生物反应器填埋场特性的研究

序批式生物反应器填埋场是近年来发展较快的生物反应器填埋场之一。文中通过模拟试验探讨了序批式生物反应器填埋场在不同操作条件下的产甲烷情况、COD、pH值的变化趋势及填埋场的沉降情况。实验证明通过交叉回灌，新垃圾中产生的渗滤液中的有机物可以在老填埋区得到降解，而老填埋区成熟的产甲烷菌在引入到新填埋区后，加快了新垃圾的降解，缩短了降解时间，使填埋区可以快速地进入成熟期，加速了填埋场的稳定。     

产甲烷菌的生理生化特性

目前已经分离鉴定的产甲烷菌已有200多种,Fe、Co、Ni、Mo、Se,维生素B2,维生素B12等微量元素对其活性有促进作用;然而,无机毒性物质(重金属离子、Na+、K+、pH、氧化还原电位等)、有机毒性物质(硝化物、抗生素、氰化物和氯仿、芳香族化合物等)、氨氮,氮氧化物等对产甲烷菌活性有抑制作用。已建立了产甲烷微生物利用H2/CO2、甲醇和醋酸为基质的产甲烷生化代谢模型,产甲烷菌含有氢化酶、辅酶F420、辅酶M、甲基呋喃、四氢甲基喋呤等独特的酶。     

Microbial community structures in an integrated two-phase anaerobic bioreactor fed by fruit vegetable wastes and wheat straw

The microbial community structures in an integrated two-phase anaerobic reactor（ITPAR）were investigated by 16 S r DNA clone library technology. The 75 L reactor was designed with a 25 L rotating acidogenic unit at the top and a 50 L conventional upflow methanogenic unit at the bottom, with a recirculation connected to the two units. The reactor had been operated for 21 stages to co-digest fruit/vegetable wastes and wheat straw, which showed a very good biogas production and decomposition of cellulosic materials. The results showed that many kinds of cellulose and glycan decomposition bacteria related with Bacteroidales,Clostridiales and Syntrophobacterales were dominated in the reactor, with more bacteria community diversities in the acidogenic unit. The methanogens were mostly related with Methanosaeta, Methanosarcina, Methanoculleus, Methanospirillum and Methanobacterium; the predominating genus Methanosaeta, accounting for 40.5%, 54.2%, 73.6% and 78.7% in four samples from top to bottom, indicated a major methanogenesis pathway by acetoclastic methanogenesis in the methanogenic unit. The beta diversity indexes illustrated a more similar distribution of bacterial communities than that of methanogens between acidogenic unit and methanogenic unit. The differentiation of methanogenic community composition in two phases, as well as pH values and volatile fatty acid（VFA） concentrations confirmed the phase separation of the ITPAR. Overall, the results of this study demonstrated that the special designing of ITPAR maintained a sufficient number of methanogens, more diverse communities and stronger syntrophic associations among microorganisms, which made two phase anaerobic digestion of cellulosic materials more efficient.     

碱度类型及浓度对剩余污泥中温厌氧消化的影响

为了探究不同碱度物质（Na₂CO₃、KHCO₃、NaHCO₃）和浓度范围（2000,3000,4000mg/L）（以CaCO₃计）对中温厌氧消化系统的影响,采用了密封的半连续搅拌反应器进行批次试验.综合反应器运行与微生物高通量测序分析,结果表明在3种不同碱度类型中Na₂CO₃能推进水解酸化过程,而在产气减量方面NaHCO₃表现更为突出,说明在调节系统碱度时,Na₂CO₃更易促进水解酸化这一限速阶段,而NaHCO₃能使水解酸化细菌与产甲烷菌之间保持平衡,保证甲烷产量;在不同NaHCO₃浓度情况下,增加投加碱度的浓度使水解能力增强,相应会导致脱水性能恶化,而系统中挥发性脂肪酸含量变化不大,过量碱度将使得系统产气和减量能力下降.