自然生境中厌氧氨氧化功能微生物生态学研究进展

自然生境中发生的厌氧氨氧化过程是继反硝化和好氧氨氧化后的又一条氮损失途径,对全球生态系统氮循环具有重要意义,但不同自然生态系统中存在不同种类的厌氧氨氧化微生物.通过阐述厌氧氨氧化反应发生的生理机制,并对不同自然环境中发现的厌氧氨氧化功能微生物进行梳理,分析了厌氧氨氧化菌分布的空间异质性成因.结果表明,适量的无机氮可以促进厌氧氨氧化的发生,有机碳含量低和低氧条件更有利于厌氧氨氧化菌的生存且厌氧氨氧化的活性较高,这与厌氧氨氧化菌的化能自养代谢途径有着紧密的联系,低养分条件下反硝化菌的活性受到短暂抑制,促进了厌氧氨氧化的发生.同时,适当的高盐环境会提高厌氧氨氧化活性并促进厌氧氨氧化菌群落结构转变,高盐度环境下Scalindua属占优势,低盐度环境下Brocadia属更占优势.厌氧氨氧化菌对温度变化有很好的适应性,大部分厌氧氨氧化菌（如Scalindua属、Kuenenia属和Brocadia属）对于极端环境均有较强的环境适应性;此外,悬浮颗粒物浓度、含水量等因素也会影响厌氧氨氧化菌的分布及其代谢活性.建议今后从基因组学、蛋白组学和转录组学相结合的角度对自然环境中的厌氧氨氧化菌开展生理生态机理的研究,并探明厌氧条件下Fe3+、Mn4+、SO₄2-等电子受体与厌氧氨氧化过程的生物化学联系,以更好地应用于工程技术研究,并为生态环境修复提供理论依据.      

污水磷回收新产物——蓝铁矿

渐行渐近的磷危机使磷回收从理论已经走向实践.磷回收产物形式很多,但经济、具有高附加值的产物才能驱动企业自愿实施.在污水处理生物污泥中新近发现的蓝铁矿(Vivianite,Fe_3(PO_4)_2·8H_2O)沉淀物因潜在的特殊用途以及经济价值而备受关注.自然界,蓝铁矿广泛存在于地表水体沉积物中,是一种非常稳定(K_(sp)=10~(-36))的磷铁化合物.决定蓝铁矿生成的条件除富铁、富磷之内在因素外,还需要环境中存在合适的还原性条件(ORP-300 mV)以及中性上下的pH条件(6～9).实践中,污水或污水处理过程中有时刚好存在蓝铁矿形成的内、外在条件,荷兰污水处理厂在生物污泥中便检测发现有蓝铁矿物质的存在.为推动蓝铁矿基础及其应用研究,本文综述蓝铁矿化学性质、经济价值及回收潜力;分析pH、ORP、微生物、硫化物等环境影响因素;辨析其在生物污泥中的生成路径;提出从污泥中分离、提纯蓝铁矿的研发思路.     

污泥停留时间对餐厨垃圾与剩余污泥中温厌氧混合发酵系统的影响

采用连续搅拌釜式反应器(CSTR)成功启动了餐厨垃圾与剩余污泥混合发酵平行系统,重点探究了不同污泥停留时间(SRT)缩减幅度对于餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统的影响.结果表明,较大幅度地缩减SRT( 8. 3 d)提升反应器运行负荷,不利于反应器的稳定运行;随着反应器运行负荷的增加,SRT缩减幅度应逐渐降低(5～0. 9 d),能够取得餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统的高负荷稳定运行.经过282 d的运行,CSTR混合发酵系统能够在SRT为9. 1 d,进料负荷(以COD计)为(12. 9±1. 5) g·(L·d)~(-1)的条件下稳定运行,相应的甲烷产量为3. 94～4. 25 L·(L·d)~(-1),甲烷产率(以COD计)为288～302 m L·g-1,p H和挥发性脂肪酸(VFA,以COD计)分别稳定在7. 80～7. 83和0. 32～0. 39 g·L-1.此外,还探究了高负荷条件下餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵污泥特性,结果表明,餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统甲烷转化途径以乙酸转化途径为主,具有较高的乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的产甲烷活性和辅酶F420的质量摩尔浓度.     

焦化污染场地土壤多环芳烃的生物强化协同降解工艺研究

以某废弃焦化厂的多环芳烃（PAHs）污染土壤为研究对象,通过耦合表活淋洗、生物降解、化学氧化等技术设计了4种修复工艺,并进行了试验验证。结果表明：针对该实际焦化污染土壤,单一的生物泥浆降解工艺21 d后PAHs可实现58.64%的降解率;采用表活增溶＋化学氧化＋生物泥浆的降解工艺,26 d降解率可达到65.68%,但前置的化学氧化会抑制生物降解效果;采用干筛分+表活分批淋洗+化学氧化的降解工艺降解率可达到85.36%,有效缩短降解时间到13 d内,但土壤中残留的PAHs与土壤颗粒结合紧密,化学氧化降解率仍难以满足大于90%的要求;采用湿筛分+表活分批淋洗+生物泥浆+化学氧化的生物强化协同降解工艺,29 d降解率可达到95.32%,实现了土壤的修复目标。生物强化协同降解工艺路线,综合了多种修复技术的优点,实现了修复技术组合优化,为焦化污染土壤中多环芳烃降解修复提供了可行的工艺路径。

     

稻田微氧层和还原层土壤有机碳矿化对氮素添加的响应

田间条件下,淹水稻田由于上覆水中溶解氧的扩散作用,使其表层土壤存在约1 cm厚的微氧层,这个特殊层次中碳氮转化的特征尚未明晰.以亚热带典型稻田土壤为对象,采用100 d室内模拟培养试验,结合¹³C稳定同位素示踪和磷脂脂肪酸(PLFA)分析技术,研究稻田土壤微氧层(0～1 cm)和还原层(1～5 cm)外源新鲜有机碳(¹³C-水稻秸秆)和原有土壤有机碳矿化对氮肥施用[(NH₄)₂SO₄]的响应规律及其微生物过程.结果表明,氮素添加使土壤总CO₂和¹³C-CO₂累积排放量分别提高11.4%和12.3%;培养结束时,氮素添加下还原层比微氧层土壤总有机碳含量和¹³C回收率分别降低2.4%和9.2%.培养前期(5 d),氮素添加提高还原层微生物总PLFAs,且细菌和真菌PLFAs响应一致,但对微氧层微生物丰度无显著影响;氮素添加对微氧层和还原层总¹³C-PLFAs丰度均无显著影响...     

Isolation and characteristics of a novel biphenyl-degrading bacterial strain, Dyella ginsengisoli LA-4

A novel biphenyl-degrading bacterial strain LA-4 was isolated from activated sludge. It was identified as Dyella ginsengisoli according to phylogenetic similarity of 16S rRNA gene sequence. This isolate could utilize biphenyl as sole source of carbon and energy, which degraded over 95 mg/L biphenyl within 36 h. The major metabolites formed from biphenyl, such as 2-hydroxy-6-oxo-6-phenylhexa-2,4-dienoic acid (HOPDA) and benzoic acid, were identified by LC-MS. The crude cell extract of strain LA-4 exhibited the activity of 2,3-dihydroxybiphenyl 1,2-dioxygenase (2,3-DHBD) and the kinetic parameters were Km= 26.48 μmol/L and Vmax= 8.12 μmol/mg protein. A conserved region of the biphenyl dioxygenase gene bphA1 of strain LA-4 was amplified by PCR and confirmed by DNA sequencing.     

Isolation of marine benzo[a]pyrene-degrading Ochrobactrum sp. BAP5 and proteins characterization

A bacterial strain BAP5 with a relatively high degradation ability of benzo[a]pyrene (BaP) was isolated from marine sediments of Xiamen Western Sea, China and identified as Ochrobactrum sp. according to 16S rRNA gene sequence as well as Biolog microbial identification system. Strain BAP5 could grow in mineral salt medium with 50 mg/L of BaP and degrade about 20% BaP after 30 d of incubation. Ochrobactrum sp. BAP5 was able to utilize other polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) (such as phenanthrene, pyrene and fluoranthene) as the sole carbon source and energy source, suggesting its potential application in PAHs bioremediation. The profile of total soluble protein from Ochrobactrum sp. BAP5 was also investigated. Some over- and special-expressed proteins of strain BAP5 when incubated with the presence of BaP were detected by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis, and found to be related with PAHs metabolism, DNA translation, and energy production based on peptide fingerprint analysis through matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight mass spectrometry.     

来自Bacillus circulans WZ-12的二氯甲烷脱卤酶基因dcmR的克隆和表达

通过PCR方法从Bacillus circulans WZ-12中分离到二氯甲烷脱卤酶基因dcmR,构建具T7强启动子的pET28b(+)-dcmR质粒,电击转化Escherichia.coli BL21(DE3),构建了二氯甲烷生物降解基因工程菌BL21[pET28b(+)-dcmR].重组菌经IPTG诱导后,表达蛋白占总蛋白的32%.表达蛋白的酶活最高可达25.78 U/mL,酶的比活(以蛋白计)为88.86 U/mg.重组菌周质中酶活2.92 U/mL,胞内酶活22.86 U/mL.重组菌产生的酶的活力和比活较原降解菌株高1~2倍.对工程菌的生长特性和降解特性的研究表明,工程菌在LB培养基中的生长特性与原始菌株没有差别,生长至对数期A600 nm值都可达2.4左右.重组菌株dcmR-1在25 h的降解率达90%以上,降解效率比原降解菌株有明显提高.该基因工程菌的构建对二氯甲烷生物降解机制研究以及复合污染环境的生物修复和工程应用具有实际意义.     

高氮渗滤液缺氧/厌氧UASB-SBR工艺低温深度脱氮

在低温条件下,采用缺氧/厌氧UASB-SBR组合工艺处理实际垃圾填埋场渗滤液.结果表明,该工艺可实现有机物和氮的同步、深度去除.在进水COD平均为11950.2mg/L,NH4+-N为982.7mg/L的条件下,出水分别为390.1mg/L和2.9mg/L,去除率分别为96.7%和99.7%.同时,缺氧UASB1反应器的最大COD负荷达到13kg/(m3×d),最大COD去除速率为12.39 kg/(m3×d),具有高效缺氧反硝化和高效厌氧降解有机物反应的双重功效, 在SBR反应器的缺氧段和缺氧UASB,反应器内获得了99%以上的反硝化率.对于冬季水温分别为14.9,14.1,13.5,11.05℃的低温条件下,SBR反应器实现了完全硝化和反硝化,出水TN分别为4.1,5.7,14.1,16.5mg/L,达到了深度脱氮的目的.此外,在上述温度范围内,温度对反硝化速率(rN)的影响大于对硝化速率 (rDN)的影响, rN/rDN比值相对恒定.     

镍对厌氧消化过程的抑制作用研究

采用混合式厌氧反应器,以酒糟废水为基质,在相同条件的不同反应器中每日加入不同浓度的镍离子（以硝酸镍形式加入）,研究不同浓度的镍离子对厌氧体系的抑制作用,以及体系中溶解态的镍离子含量与抑制程度的关系。结果表明,日加入镍量低于３６．４ｍｇ／Ｌ时,对体系无影响;在４０－６０ｍｇ／Ｌ时,产生轻微的抑制;超过８０ｍｇ／Ｌ时,对体系造成严重的抑制。当体系中溶解态镍离子浓度低于２．５ｍｇ／Ｌ时,体系不受影响。厌