超声波-缺氧／好氧污泥消化反应器中氨氧化细菌群落结构的演变

为了揭示超声波-缺氧／好氧污泥消化反应器中氨氧化细菌群落结构多样性的演变过程，采用变性梯度凝胶技术（PCR—DGGE）研究不同运行时期氨氧化细菌群落结构的变化。DGGE分析表明，反应器中氨氧化细菌群落比较丰富。在反应器运行的不同时期，氨氧化细菌的群落结构发生了一定的变化，反映了种群的动态演变。UPGMA聚类分析将DGGE图谱分为3大类群并对应于各自的运行时期。测序结果表明，反应器中的优势种群属于变形菌门（Proteobacteria），包括α-proteobacteria，β-proteobacteria，γ-proteobacteria和ε-proteobacteria4个纲，其中β-proteobacteria占45％，γ-proteobacteria占40％。在始终保持明显优势地位的种属中，5株为反硝化细菌，它们对提高反应器脱氮效率具有重要作用。     

底物流加-间歇运行方式下氨氧化细菌富集培养的效果及影响因素分析

富集培养氨氧化细菌(AOB)可为污水处理工艺提高氨氮氧化速率、促进亚硝酸盐积累提供物质基础。在(20±2)℃下,采用底物流加-间歇运行方式进行氨氧化细菌富集培养,重点考察了游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)、溶解氧(DO)等因素的影响,并对富集前后活性污泥样品中的AOB进行了定性定量分析。结果表明:第15天左右AOB增殖进入稳定生长期,比氨氮氧化速率由接种时的4.45 mg·(g·h)~(-1)升高至57.22 mg·(g·h)~(-1);通过pH、底物流加速率和实际反应速率关系的联合控制,可以实现整个反应过程中FA和FNA在预期范围内波动;即使在极低的DO条件下,高纯度的AOB也可进行氨氮氧化。高通量测序结果表明,体系内Nitrosomonas属的AOB大幅度增长,可由0.23%上升至54.18%,亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的生长得到了有效抑制,培养结束时仅为0.12%。荧光定量PCR对AOB功能基因amoA的绝对含量结果表明,富集前后平均拷贝数由2.67×10~5 copies·g~(-1)升至最大,可达9.67×10~9 copies·g~(-1),AOB成为活性污泥中的优势菌。本研究结果可为常温条件下快速富集AOB提供参考。     

以游泳馆污水为处理对象的SBR中不同污泥负荷下氨氧化菌群落的演变

为了研究污泥负荷对SBR系统内活性污泥微生物中氨氧化菌群落结构的影响,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,对不同污泥负荷条件下SBR处理经投加葡萄糖调节的游泳馆污水的活性污泥中氨氧化菌进行了分析。研究结果表明,氨氧化菌的群落结构在不同污泥负荷条件下变化明显,在有机碳源较低的情况下生长旺盛,随着污泥负荷的提高其DGGE图谱条带数量逐渐减少,亮度逐渐减弱;在高污泥负荷环境下,氨氧化菌受到严重抑制,多样性指数大幅下降,并从系统中消失。SBR系统内氨氧化菌大部分为不可培养的变形菌,最常见的氨氧化菌是β变形菌中的亚硝化螺菌和亚硝化单细胞菌。     

接种不同污泥源条件下厌氧氨氧化菌的特性

2组ASBR接种污泥源分别为好氧硝化污泥、好氧硝化污泥和厌氧氨氧化污泥按2：1比例}昆合的混合污泥。在相同条件下，经过驯化培养均实现了厌氧氨氧化的稳定运行。接种好氧硝化污泥的反应器的适应期为29d，经过105d的培养反应器成功启动；接种混合污泥的反应器的适应期为13d，经过49d反应器启动成功。从2组ASBR污泥中提取细菌总DNA，经过厌氧氨氧化菌特异引物Pla46rc／Amx820对污泥样品进行PCR扩增、克隆和测序等分析。实验结果表明，接种不同污泥源条件下的反应器中厌氧氨氧化菌的特性存在差异，接种污泥源为好氧硝化污泥的反应器中存在的厌氧氨氧化菌种为CandidatusKuenenia，而接种混合污泥的反应器中存在的厌氧氨氧化菌种为CandidatusAnammox—oglobus，与最初接种的混合污泥中的厌氧氨氧化菌相同。当接种污泥中存在厌氧氨氧化菌时，该菌株经过长时间的驯化可成为优势菌种，而当接种污泥中无厌氧氨氧化菌存在时，CandidatusKueneniasp．可以在反应器中占主导，具有更强的竞争优势。     

磺胺嘧啶对纯膜MBBR氨氧化性能及氨氧化菌群的影响

通过向NH4+-N质量浓度为30 mg·L-1的合成废水中投加不同剂量磺胺嘧啶(SDZ)(0、1、3、5、7和10mg·L-1),比较了SDZ浓度对一台60 L单级纯膜移动床生物膜反应器(pure MBBR)的氨氧化速率、amoA基因丰度和氨氧化细菌(AOB)种群结构的影响,揭示了磺胺嘧啶对纯膜MBBR系统中氨氧化作用的影响机制.结果 表明:1～3 mg·L-1的SDZ显著提升了纯膜MBBR系统的氨氧化速率(P＜0.05),出水NH4+-N质量浓度可降低至(0.19-±0.10) mg·L-1;5～10 mg·L-1的SDZ仍能促进NH4-N去除,但氨氧化速率变化相对平缓.相比于氨氧化古菌(AOA),AOB为纯膜MBBR氨氧化的主导者,AOB amoA基因丰度是AOA amoA基因丰度的12.2～168.5倍.1～10 mg·L-1的磺胺嘧啶暴露显著抑制了AOB amoA基因丰度(P＜0.05),但能有效刺激AOA amoA基因丰度上调(P＜0.05).高通量测序结果表明,添加磺胺嘧啶改变了AOB的种群多样性及结构,且1～3 mg·L-1的SDZ能显著促进AOB种群多样化和亚硝化螺菌属(Nitrosospira)生长(P＜0.05).SDZ对氮源的补充、对AOB与AOA丰度占比的改变、对微生物耐药性的促进以及对AOB种群结构的干扰是其影响纯膜MBBR氨氧化过程的主要机制.     

厌氧氨氧化菌接种污泥的选择培养过程研究

厌氧氨氧化菌的2种不同接种污泥培养实验表明,厌氧消化污泥和好氧硝化污泥均可成功启动厌氧氨氧化过程.接种厌氧消化污泥比好氧硝化污泥培养的厌氧氨氧化菌启动快,但后者去除效果较好.接种好氧硝化污泥的反应器的厌氧氨氧化速率随着氨氮基质进水浓度的增加呈线性增加.进水氨氮浓度为280 mg/L时的氨氮平均去除率达91%;而接种厌氧消化污泥的相应氨氮平均去除率仅为52%.厌氧氨氧化过程以接种好氧硝化污泥来启动为宜.     

pH和C:N对厌氧氨氧化耦合短程反硝化脱氮性能的影响

以低DO和逐渐降低亚硝态氮浓度的方式运行厌氧氨氧化(ANAMMOX)上流式污泥床(AUASB)反应器,第57天实现稳定运行,氨氮去除率保持在85%以上,采用高通量测序技术分析发现ANAMMOX污泥中主要功能菌转变为Candidatus kuenenia,丰度为8.85%,好氧氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas的丰度为1.48%,短程反硝化菌Thauera丰度为0.66%。将AUASB反应器中污泥接种在ANAMMOX序批式反应器(ASBR)后,通过外加有机碳源的方式使ASBR拥有了短程反硝化的能力,然后研究了不同C:N(质量比)和不同pH条件下亚硝态氮积累情况和氮素转化特性,结果表明:当C:N为3.2:1.0时,亚硝态氮积累率最高为84%,但有部分亚硝态氮被还原。当pH为7.8时,ANAMMOX菌活性最高,氨氮去除率为95%。扫描电子显微镜(SEM)观察到ANAMMOX菌为球状,短程反硝化菌为短杆状。     

金属离子对厌氧氨氧化污泥脱氮效能影响

通过接种厌氧氨氧化污泥研究不同浓度Fe~(3+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)对厌氧氨氧化污泥的脱氮效能影响,以及在其最适金属离子浓度下对厌氧氨氧化污泥的长期影响。实验结果表明,进水Fe~(3+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)质量浓度分别为0～10、0～2、0～4mg/L对厌氧氨氧化污泥活性有促进作用;当进水Fe~(3+)质量浓度为10～40mg/L时,厌氧氨氧化污泥活性未受到较大影响,而进水Cu~(2+)和Zn~(2+)质量浓度分别为1～30、4～30mg/L时,随着金属离子浓度升高,脱氮效能逐渐下降,浓度越高,对厌氧氨氧化污泥活性的抑制效果越明显。分别在最适Fe~(3+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)质量浓度为6、1、4mg/L的条件下,对厌氧氨氧化污泥进行2个月的长期影响实验发现,加入Fe~(3+)对厌氧氨氧化污泥活性一直有良好的促进效果,而加入Cu~(2+)和Zn~(2+)分别在第19天和第21天开始出现明显的活性下降现象,并且在停止投加金属离子后,短期内活性也未能恢复,混合组未发现明显的抑制或促进现象。     

NaCl盐度对耐盐脱氮污泥硝化功能的影响

利用序批式活性污泥反应器(SBR)研究NaCl盐度对耐盐脱氮污泥硝化功能的影响,在此基础上考察瞬时盐度冲击对氨氧化细菌(AOB)、亚硝酸氮氧化细菌(NOB)的抑制及恢复情况。实验结果表明,当废水中NaCl浓度为0~50g/L时,AOB几乎没有影响,NOB影响较小。当NaCl浓度为60 g/L时,AOB影响较小,NOB受到一定程度的抑制。当NaCl浓度为70 g/L时,AOB、NOB均受到严重的抑制;耐盐脱氮污泥能够适应NaCl浓度50 g/L的瞬时冲击,盐度降低有利于AOB、NOB的恢复。当耐盐脱氮污泥受到NaCl浓度60 g/L的瞬时冲击时,系统发生"中毒"现象,盐度降低至0 g/L时,AOB、NOB均有不同程度恢复。     

改良型UASB厌氧氨氧化反应器运行效能对比

为探究组合启动模式实现厌氧氨氧化反应器高效启动和稳定运行的可行性,分别采用接种短程硝化污泥结合提高进水基质(A)和接种厌氧氨氧化污泥结合缩短水力停留时间(B)2种组合方式启动改良型UASB厌氧氨氧化反应器,对反应器启动效果进行研究,并通过改变进水基质比和低温冲击探究启动成功后的反应器性能。结果表明:A反应器启动成功时的总氮去除负荷(NRR)为0.520 kg·(m~3·d)~(-1)、亚硝化单胞菌Nitrosomonas相对丰度大幅下降、主要厌氧氨氧化菌属由Candidatus Kuenenia转化为Candidatus Brocadia;而B反应器NRR达到1.950 kg·(m~3·d)~(-1)、Candidatus Kuenenia始终为优势菌属。随着进水基质比的提高,B反应器的NRR和上升幅度始终高于A反应器,具有更强的抗负荷能力。当温度由35℃下降至15℃时,A和B反应器污泥对基质的降解速率分别下降92.94%和81.38%;温度恢复至35℃后,A反应器污泥降解速率的回升率大于B反应器污泥。因此,接种厌氧氨氧化污泥和缩短水力停留时间的组合方式更有利于改良型UASB厌氧氨氧化反应器的高效启动和稳定运行。     

有机碳源条件下厌氧氨氧化SBBR中的微生物多样性

研究有机碳源对SBBR厌氧氨氧化菌群等微生物的影响。采用16S rDNA序列与PCR-DGGE分析技术相结合的方法,对稳定运行的反应器内的活性污泥和生物膜样品,进行细菌多样性图谱分析,同时采用巢式PCR-DGGE技术对浮霉状菌属(Planctomycetes)细菌进行分析。结果表明,在有机碳源反应系统细菌条带数和多样性指数均高于无机系统,与活性污泥相比,生物膜表尤为明显。当进水不含有机碳源时,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB),厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia oxidizing bacteria,ANAMMOX)为优势功能菌;当进水含有机碳源时,系统中存在的AOB以亚硝化单胞菌(Nitrosomonas sp.)为优势菌群,同时存在反硝化菌,如索氏菌(Thauera sp.)以及厌氧氨氧化菌,它们共同作用完成N的去除。此外,与无机碳源系统相比,有机碳源的存在,有利于浮霉状菌的积累,但压缩了ANAMMOX的生存空间。本研究可为厌氧氨氧化工艺处理低C/N比有机废水提供了理论依据。     

污泥好氧颗粒化过程中微生物群落结构的演变与分析

为了揭示颗粒污泥形成过程中微生物群落结构多样性的演变过程,以人工配水为进水,在SBR中采用厌氧/好氧循环的手段成功培育出具有聚磷特性的颗粒污泥,利用基于16S rDNA的PCR-DGGE技术获得了微生物群落的DNA特征指纹图谱,对条带进行了统计分析和切胶测序,并建立了系统发育树。结果表明,污泥沉降性能的改善要先于颗粒污...     

Simazine biodegradation and community structures of ammonia-oxidizing microorganisms in bioaugmented soil: impact of ammonia and nitrate nitrogen sources

The objective of the present study was to investigate the impact of ammonia and nitrate nitrogen sources on simazine biodegradation by Arthrobacter sp. strain SD1 and the community structures of ammonia-oxidizing archaea (AOA) and bacteria (AOB) in non-agricultural soil. Soil microcosms with different treatments were constructed for herbicide biodegradation test. The relative abundance of the strain SD1 and the structures of AOA and AOB communities were assessed using quantitative PCR (q-PCR) and terminal restriction fragment length polymorphism (TRFLP), respectively. The co-existence of two inorganic nitrogen sources (ammonia and nitrate) had certain impact on simazine dissipation by the strain SD1. Bioaugmentation could induce a shift in the community structures of both AOA and AOB, but AOA were more responsive. Nitrogen application had significant impacts on AOA and AOB communities in bioaugmented soils. Moreover, in non-bioaugmented soil, the community structure of AOA, instead of AOB, could be quickly recovered after herbicide application. This study could add some new insights towards the impacts of nitrogen sources on s-triazine bioremediation and ammonia-oxidizing microorganisms in soil ecosystem.     

SBR中SRT对总细菌群落结构的影响研究

为了揭示序批式反应器不同污泥停留时间(SRT)下总细菌群落结构的异同及SRT变化对总细菌群落结构的影响,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)进行研究。通过克隆测序发现,不同的SRT条件下生物多样性和种群结构会有所差异,既存在各SRT条件下相同的优势菌群(Escherichia coli和Aeromonas sp.),也存在某些SRT下特有的优势菌群(Uncultured Peptostreptococcaceae),SRT为40 d时检测到以降解硫酸盐获得能源的优势微生物。研究还表明,SRT为40 d时多样性指数取得最大值,各SRT条件下微生物的种群相似性差别较大。     

实时荧光定量PCR对A2/O短程硝化系统内氨氧化菌的定量分析

通过控制好氧区低DO浓度以及缩短好氧实际水力停留时间(actual hydraulic retention time,AHRT),在处理低C/N比实际生活污水的A2/O工艺中,成功启动并维持了短程硝化反硝化;系统亚硝酸盐积累率稳定维持在90%左右,氨氮去除率在95%以上。通过提取富集氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)的基因组DNA,经两次常规PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳,以纯化回收的DNA扩增片段作为实时荧光定量PCR检测AOB数量的DNA标准品,建立了检测AOB数量的实时荧光定量PCR标准曲线。利用实时荧光定量PCR技术比较了A2/O系统在不同运行条件及亚硝酸盐积累率情况下AOB菌群数量。结果表明,随着系统亚硝酸盐积累率的上升,系统内AOB菌群数量也大幅上升。全程硝化和短程硝化时,系统内的AOB菌群数量分别为5.28×109cells/g MLVSS和3.95×1010cells/g MLVSS。此外,亚硝酸盐积累率的下降相对于AOB菌群数量的下降有一定的滞后性。     

A+OSA污泥减量工艺的微生态特性

采用16S rDNA序列与PCR-DGGE(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis)分析技术相结合的方法,研究了A+OSA(the anoxic+oxic-settling-anaerobic)污泥减量工艺在不同工况下的减量效果及其微生态特性。结果显示,在自然条件下,A+OSA工艺可有效减少剩余污泥27%左右。分子生物研究表明,解耦联池的插入可以明显改变系统微生物的群落结构,且随着解耦联池水力停留时间的延长,系统中部分微生物被"淘洗",微生物丰富度和多样性指数均有所降低。相似性分析表明,参照系统和A+OSA工艺分属于2个不同的集群,但在A+OSA工艺内部各反应池样品间具有较高的相似性,且各反应池在HRT为5.16 h和7.14 h时,表现为显著相似。通过上述研究可为该工艺优化及调控提供理论指导。     

间歇运行式生物滴滤池处理油漆废气中试研究

为研究间歇运行式生物滴滤池对油漆生产厂废气净化能力，建立一座中试规模生物滴滤池（BTF），接种降解菌群，采用8 h/d运行方式净化某油漆厂包装车间废气，并用PCR-DGGE技术揭示BTF细菌群落结构与工艺运行条件间的联系。油漆厂包装车间废气中挥发性有机物（VOCs）主要为甲苯、乙苯、混合二甲苯（间、对和邻二甲苯），BTF对甲苯、乙苯、混合二甲苯最大去除率分别为88.8%、83.7%和86.3%。DGGE分析显示，BTF稳定运行时，主要优势菌相对丰度较为稳定（F，P>0.05），其细菌多样性显著低于启动期（F，P>0.05）；同时，下层填料细菌多样性高于上层填料，其细菌结构变化也较上层明显；另外，提升培养液浓度至2倍和4倍对菌群结构亦无显著影响。     

间歇好氧硫酸盐废水处理系统微生物区系解析

应用PCR-DGGE(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis)技术和16S rDNA序列测定对间歇好氧硫酸盐废水处理工艺的微生物群落结构进行了研究.采集味精厂好氧池原始污泥以及实验室内间歇好氧工艺驯化后不同条件下的活性污泥样品,通过基因组DNA的提取、PCR扩增和DGGE分离,初步分析了各污泥样品的微生物群落多样性,结果表明,PCR-DGGE方法可以在一定程度上反映工艺以及操作条件对微生物群落结构的影响.通过DGGE反复分离纯化及割胶回收,DGGE检验为单一条带后进行测序并提交到GenBank数据库比对,结果表明,间歇好氧硫酸盐系统中优势菌株大多数为未培养细菌,来源于不同的污染环境,具有重要污染物降解的生态功能,其中包括与硫酸盐还原菌(Desulfobulbus propionicus)在系统发育上非常接近的菌株.     

Biofilm formation and microbial community analysis of the simulated river bioreactor for contaminated source water remediation

Background, aim, and scope

The start-up pattern of biofilm remediation system affects the biofilm characteristics and operating performances. The objective of this study was to evaluate the performances of the contaminated source water remediation systems with different start-up patterns in view of the pollutants removal performances and microbial community succession.

Methods

The operating performances of four lab-scale simulated river biofilm reactors were examined which employed different start-up methods (natural enrichment and artificial enhancement viadischarging sediment with influent velocity gradient increase) and different bio-fillers (Elastic filler and AquaMats? ecobase). At the same time, the microbial communities of the bioreactors in different phases were analyzed by polymerase chain reaction, denaturing gradient gel electrophoresis, and sequencing.

Results and discussion

The pollutants removal performances became stable in the four reactors after 2 months?? operation, with ammonia nitrogen and permanganate index (COD_Mn) removal efficiencies of 84.41?C94.21% and 69.66?C76.60%, respectively. The biomass of mature biofilm was higher in the bioreactors by artificial enhancement than that by natural enrichment. Microbial community analysis indicated that elastic filler could enrich mature biofilm faster than AquaMats?. The heterotrophic bacteria diversity of biofilm decreased by artificial enhancement, which favored the ammonia-oxidizing bacteria (AOB) developing on the bio-fillers. Furthermore, Nitrosomonas- and Nitrosospira-like AOB coexisted in the biofilm, and Pseudomonas sp., Sphaerotilus sp., Janthinobacterium sp., Corynebacterium aurimucosum were dominant in the oligotrophic niche.

Conclusion

Artificial enhancement via the combination of sediment discharging and influent velocity gradient increasing could enhance the biofilm formation and autotrophic AOB enrichment in oligotrophic niche.     

微氧折流反应器中产甲烷菌的分布与群落结构分析

为了研究微氧条件下折流反应器处理生活污水的微生物学机理,针对产甲烷菌的MCR基因采用实时荧光定量PCR和构建克隆文库的方法,对反应器中的关键功能微生物产甲烷菌的分布特点与群落结构变化进行了分析。结果表明,微氧条件下折流反应器的环境条件可以保证产甲烷菌的增长,不同格室的产甲烷菌丰度均要高于接种污泥(1 720 copies/ng),其中经过微氧曝气处理的1#(2 864 copies/ng)和2#(2 282 copies/ng)格室产甲烷菌丰度低于厌氧状态的3#(3 508copies/ng)格室;微氧处理后折流反应器产甲烷菌的群落结构发生了明显的变化,接种污泥的产甲烷菌多属于Methanomicrobiales目的 Methanoregulaceae属(6/9),而保持微氧状态的1#格室中产甲烷菌多隶属于Methanomicrobiales目(6/10)的其他类群,2#格室的产甲烷菌则多隶属于Methanobacteriales目(5/10),保持厌氧状态的3#格室的产甲烷菌主要属于Methanomicrobiales目(3/10)和Methanosarcinales目(3/10);产甲烷菌MCR基因的多样性指数表明微氧曝气的引入降低了活性污泥中产甲烷菌的生物多样性。