SSCP技术分析不同废水处理系统中微生物群落结构

为研究不同废水处理系统中微生物群落结构以及认识群落结构与系统处理效能的关系,采用单链构象多态性技术(SSCP)分别对稳定运行的脱氮除磷反应器(N),中药废水处理反应器(P),啤酒废水处理反应器(W),糖蜜废水发酵制氢反应器(H)以及硫酸盐还原反应器(S)等5种废水处理系统中的微生物群落结构进行了解析.结果表明,处理同种废水且状态均一的反应器中微生物群落结构相似性最大;微生物种群多样性与废水中的有机质复杂性成正相关,中药废水由于含有较复杂的有机质成分,种群多样性最高,而人工配水的处理系统由于营养成分单一,种群多样性较低;与模式群落中微生物SSCP条带比较显示,某些功能微生物类群在整个系统中相对数量并非占优势,发酵产氢菌Ethanologenbacterium sp.在状态良好的制氢反应器中相对含量仅占5%,而脱硫弧菌Desulfovibrio sp.在硫酸盐还原反应器中的相对比例小于1.5%.SSCP指纹图谱技术能够揭示不同处理系统中微生物群落结构的差别,并对这些工艺中的部分功能微生物进行监测,进而为提高反应器的运行效果提供有益的指导.     

硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合工艺中微生物群落结构和多样性研究

为研究基于硫自养反硝化和厌氧氨氧化耦合工艺中微生物群落结构和多样性特征,从稳定运行的HABR厌氧折流板反应器中采集生物膜样品,利用PCR-DGGE技术分别对反应器中4个格室进行群落结构解析。结果表明,微生物群落变化与水质环境中的有机物、氮和硫的浓度有关,微生物群落结构在不同的格室中变化较大,4个格室中的细菌的Shannon-Wiener指数(H)由左至右依次减小,相邻格室的相似性较高。经过克隆测序分析,HABR反应器内的微生物多为硫自养反硝化菌和厌氧氨氧化菌,并且出现了Sulfurimonas菌种,该类菌种是同步脱硫反硝化作用的主要功能菌,它们对污水中硫及氮的去除发挥了重要的作用。     

常压供氢体系电场强化硫酸盐还原生物-电化学效应研究

针对氢气作为电子供体的硫酸盐生物还原速率缓慢的问题,设计生物电化学强化系统,采用附加直流电的方式,强化常压条件下供氢体系的硫酸盐还原过程.i≤1.50 mA时,随着电流的增大,硫酸盐还原速率增大,最佳电流强度为1.50 mA,平均还原速率是微生物单独作用的1.7～2.1倍.不同场强条件下电化学与生物学效应不同.当i≤1.50 mA时,电化学对生物过程的强化机制可能是电场/磁场促进硫酸盐还原菌（sulfate reducing bacteria,SRB）增殖、提高酶活性及代谢活性.当i>1.50 mA时,SRB活性受到电场的抑制,硫酸盐的代谢能力下降;当满足电势低于-0.69 V、 H₂分压为1.01×105 Pa时,体系发生以H₂为还原剂的电催化还原过程,但二者共同作用下的硫酸盐还原速率低于i=1.50 mA的情况.因此,基于能耗成本,施加低强度直流电场,利用电化学手段促进微生物的代谢,是强化常压供氢体系硫酸盐还原的重要途径.     

铁对反硝化脱硫运行效能影响

研究基于Fe2+可以刺激硫酸盐还原菌的活性,氢气又可以作为电子供体促进反硝化脱氮理论,考察了铁粉对同步反硝化脱硫运行技能的影响.在混养(主)、自养和异养(辅)条件下对比加入铁粉前后各种底物的代谢规律,结果表明:混养条件下加入铁粉前后,硫化物去除率均在99％以上,硝酸盐和乙酸盐的去除率分别为80％,90％和88％,62％.铁粉不影响碳、氮、硫的同步脱除,而且可以强化硫酸盐还原作用和反硝化作用,却使硫化物的去除时间延长2倍.经分析得知,铁粉的加入可以提高自养菌群的活性,进而提供氢气这种更容易被自养菌利用的电子供体将硝酸盐还原为氮气,使硫化物剩余.而且,Fe和H2O发生化学反应生成的Fe2+和氢气均能提高硫酸盐还原菌的活性,硫酸盐还原菌群和自养菌群之间可能存在一定的共生关系,Fe的加入会破坏这种共生关系.     

硫酸盐还原过程中乙酸型代谢方式的形成及其稳定性

通过产酸脱硫反应器处理高浓度硫酸盐废水的连续流试验,考察了不同试验阶段硫酸盐去除率和产气量稳定期,液相末端产物中挥发酸组成的变化、乙酸的分布特征、微生物种群组成和种群间关系.试验结果表明,各试验阶段液相末端产物中乙酸的分布比例高达50%～82%,微生物群体呈现特定的乙酸型代谢方式.乙酸型代谢方式本质上是产酸相反应器处理硫酸盐废水过程中,硫酸盐还原菌(SRB)与产酸菌(AB)建立起生物链式协同代谢关系,并通过非完全氧化型方式分解有机物,从而在末端产物中积累大量乙酸.乙酸型代谢方式的形成取决于利用乙酸的硫酸盐还原菌(ASRB)的竞争能力和它对乙酸的利用能力.乙酸型代谢方式可以为后续产甲烷相反应器提供适宜的底物,对提高硫酸盐废水处理系统的效率和运行稳定性具有重要意义.     

硫酸盐和Fe(Ⅱ)EDTA-NO/Fe(Ⅲ)EDTA厌氧还原过程特性及微生物群落分析

在生物法烟气脱硫技术(Bio-FGD)和络合吸收生物还原脱硝技术(BioDeNO_x)基础上,提出了生物结合络合吸收同步脱硫脱硝的工艺思路,该工艺利用加入Fe(Ⅱ)EDTA的碱性吸收液同时吸收烟气中的二氧化硫(SO_2)和一氧化氮(NO).本研究在厌氧反应器中实现烟气脱硫脱硝吸收产物硫酸盐和Fe(Ⅱ)EDTA-NO/Fe(Ⅲ)EDTA的同步去除.结果表明,水力停留时间为16 h,p H维持在7.0时,硫酸盐的平均去除率为95.16%,Fe(Ⅱ)EDTA-NO的平均去除率为96.61%.硫酸盐的还原产物主要以液相中硫离子和气相中硫化氢的形式存在,Fe(Ⅱ)EDTA-NO的最终还原产物为N2.反应运行的各个阶段均可实现Fe(Ⅲ)EDTA的还原,但还原率会随HRT降低而下降.第5阶段反应器中主要的硫酸盐还原菌为Desulfomicrobium,同时存在异养反硝化菌Pseudomonas与两种硫自养反硝化菌Sulfurimonas与Sulfurovum,并发现了两种具有还原单质硫功能的菌属Thermovirga与Mesotoga.     

产酸脱硫反应器中SRB种群的功能与地位

采用产酸脱硫反应器进行连续流试验,提出在“质” 的方面,SRB-硫酸盐还原菌-是产酸脱硫生态系统中氢的“消费者”和产酸菌-AB-酸性末端产物的“改造者”,并维持着群落“乙酸型代谢”的典型特征;在“量”的方面,SRB种群通过数量波动维持着“基质链”与“生物链”的动态平衡,并以种群动态为表征.SRB种群的功能决定了它在产酸脱硫系统中的实现生态位,并给出了由pH值、氧化还原电位-ORP-和碱度-ALK-制约的SRB种群的三维实现生态位图.     

MBR系统CANON工艺的快速启动及微生物种群特征

为了考察CANON工艺的快速启动策略及功能微生物的种群特征,在常温MBR反应器内接种普通活性污泥后间歇运行.启动策略为以调控曝气时间和曝气量作为主要方法,首先在限氧条件下启动亚硝化,之后进一步降低DO启动CANON工艺.在CANON工艺启动成功后,通过调整曝气时间和无机碳源浓度提高了总氮去除负荷,并采用PCR-DGGE技术分析了稳定运行的CANON工艺内功能微生物的种群特征.结果表明,CANON工艺经36d成功启动,NH4+-N去除率和总氮去除率最终稳定在99%和84%左右,氮去除负荷达到0.41kg/(m3·d).DGGE测序结果表明,Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis是反应器内的优势菌种,两种微生物协同作用,共同在MBR内完成了高效的自养脱氮.     

低温等离子体-生物法处理硫化氢气体研究

采用低温等离子体-生物法处理硫化氢恶臭气体,硫化氢的去除效率比单独等离子体提高83.4%~90.1%,而且可消除等离子体氧化硫化氢产生的二氧化硫等二次污染物,将其转化为硫酸根和水.采用PCR-DGGE技术研究低温等离子体臭氧对处理硫化氢恶臭气体的生物滴滤塔内微生物群落结构变化规律.结果表明,低温等离子体臭氧影响生物滴滤塔内微生物群落结构,会导致一部分菌群消失,同时产生一些新的菌群;塔内微生物由8个菌种变为9个菌种,3个脱硫作用的硫杆菌菌群消失,出现4个分别具有脱硫作用和嗜酸性的新菌种,5个分别具有脱硫和硫酸盐还原菌种不变.低温等离子体-生物法系统生物滴滤塔内主要有硫杆菌属(Uncultured Thiobacillus sp.,Acidithiobacillus thiooxidans strain dfI,Uncultured Thiobacillus sp.,Uncultured Acidiphilium sp.),黄单胞菌属(Uncultured Xanthomonadaceae bacterium clone SBLE6C12),δ-变形菌(Unculturedδ-Proteobacterium)及副球菌属(Paracraurococcus sp.1PNM-27).     

两相UASB反应器处理含高浓度硫酸盐废水

以人工合成硫酸盐废水为基质,采用硫酸盐还原--气提脱硫--甲烷化的串联工艺,考察了硫酸盐还原相反应器和气提脱硫反应器的处理效果,并探讨了整个串联工艺系统的最佳工艺条件.结果表明:(1)硫酸盐还原相中SO2-4负荷在回流比为15:1的情况下可达到10.5kg SO2-4/(m3·d),同时对SO2-4的还原率保持在80%...     

重金属对硫酸盐还原菌影响

含重金属硫酸盐废水是我国工业水污染的突出问题,利用硫酸盐还原菌的生物去除重金属的方法具有投资少、成本低、能耗少、去除率高,没有二次污染等优点而成为研究的热点。文章以混合培混养物作为接种污泥,考察不同浓度的重金属离子(Cu2+、Cd2+、Ni2+、Hg2+)对硫酸盐还原菌(Sulfate reducing bacteria,SRB)的抑制作用。研究表明:10 mg/L的Cu2+、Cd2+和20 mg/L的Hg2+对SRB还原硫酸盐的影响较小,硫酸盐最大去除率可分别达到94.1%、94.6%、91.3%,与空白(93.9%)相近;20 mg/L的Cu2+对SRB的抑制最为强烈,硫酸盐最大还原率仅为48.2%,剩余金属离子(Cd2+、Ni2+、Hg2+)都分别随着浓度的增大而对SRB的抑制作用增强;相同浓度的重金属离子对SRB的抑制顺序为Ni2+>Cu2+>Cd2+>Hg2+,抑制浓度分别为10、20、30、60 mg/L。最后阐述了各个反应器中硫酸盐还原率最大时,(WCOD/WSO42-)与硫酸盐还原率的关系。     

硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群驯化及其群落特征

甲烷的温室效应是二氧化碳的26倍,高浓度硫酸盐废水对水体、土壤和植物均有危害.硫酸盐为氧化剂的甲烷厌氧氧化是减少甲烷的主要途径之一.本研究以硫酸盐作为电子受体,驯化培养硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群,采用PCR-DGGE技术分析细菌和古菌菌群多样性和群落结构特征,并对其中的优势菌进行系统发育分析.DGGE指纹图谱结果表明,硫酸盐的加入使微生物群落结构和优势种群数量发生了明显的改变,其增强了甲烷氧化古菌和硫酸盐还原细菌的丰度,加入硫酸盐驯化的菌群,其细菌群落多样性增加而古菌群落多样性略微减少.典型条带测序结果显示,驯化后菌群的优势菌种主要包括螺旋体门(Spirochaetes),除硫单胞菌目(Desulfuromonadales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)和甲烷丝状菌属(Methanosaeta)等.驯化菌群的甲烷厌氧氧化研究结果显示,甲烷厌氧氧化的同时伴随硫酸盐的还原,甲烷的氧化产物为二氧化碳,硫酸盐的转化产物为硫化氢和硫单质.     

硫酸盐在厌氧生物过程中的行为 Ⅱ.硫酸盐还原行为及对体系抑制作用机理

采用半连续实验方法,研究了中温厌氧条件下硫酸盐的还原行为及产生抑制作用的机理.实验结果表明,SO_4~(2-)在厌氧体系中被硫酸盐还原菌(SRB)全部或部分还原为硫化物,其还原率与SO_4~(2-)累积加入浓度有关.还原产物的形态与体系中pH值有关,较高的pH值(7.6—8.4)使体系中H_3S含量下降.SO_4~(2-)对厌氧体系的抑制与SO_4~(2-)还原过程中SRB与产甲烷菌(MRB)的底物竞争及还原产物的毒性相关.前者受COD/SO_4~(2-)比值的影响,比值大于7,对厌氧体系只产生轻度抑制作用.而后者与沼气中H_2S含量有直接关系,沼气中H_3S含量小于40mg/L时,基本不产生抑制作用.     

硫酸盐在厌氧生物过程中的行为 Ⅱ.硫酸盐还原行为及对体系抑制作用机理

采用半连续实验方法，研究了中温厌氧条件了硫酸盐的还原行为及产生抑制作用的机理。实验结果表明，ＳＯ４＾２－在厌氧体系中被硫酸盐还原菌全部或部分还原为硫化物，其还原率与ＳＯ４＾２－累积加入浓度有关，还原产物的形态与体系中ｐＨ值有关，较高的ｐＨ值（７．６－８．４）使体系中Ｈ３Ｓ含量下降。ＳＯ４＾２－对厌氧体系的抑制与ＳＯ４＾２－还原过程中ＳＲＢ与产甲烷菌的底物竞争及还原产物的毒性相关。前者受ＣＯＤ／ＳＯ     

硫酸盐对Nitrate-DAMO反应过程影响及动力学特性

反硝化型甲烷厌氧氧化（Nitrate-/nitrite-denitrifying methane anaerobic oxidation,N-DAMO）技术是一种新型的同步脱氮除甲烷技术.我国环境水体和污水中普遍存在硫酸盐,为探明不同浓度硫酸盐对N-DAMO过程的影响,本研究通过短期和长期试验考察了硫酸盐对Nitrate-DAMO系统生物反应过程的影响,并分析了该过程的动力学及化学计量学特性的影响规律.结果表明,不同浓度梯度的硫酸盐（0~3.96 mmol·L^-1）对Nitrate-DAMO系统的短期影响呈先促进后抑制趋势,在浓度为0.42 mmol·L^-1时促进作用最明显;当浓度达到0.83 mmol·L^-1时,开始有明显的抑制作用,且长期和短期试验过程中均未出现硫酸盐消耗现象.0~0.42 mmol·L^-1和0.42~0.83 mmol·L^-1硫酸盐对Nitrate-DAMO系统脱氮性能影响的动力学过程分别符合非底物抑制方程和Haldane方程,通过拟合得出硫酸盐对Nitrate-DAMO系统的初始抑制浓度和令Nitrate-DAMO系统完全失去脱氮性能的硫酸盐浓度分别为0.81和4.06 mmol·L^-1.硫酸盐对Nitrate-DAMO系统甲烷氧化速率影响的动力学过程符合非底物抑制方程,实际的甲烷氧化速率与脱氮速率之比（5.03：8）符合理论值（5：8）.同时,硫酸盐还会影响N-DAMO微生物的生长周期.     

不同基质条件下透性处理对脱硫弧菌硫酸盐还原活性的影响

乙醇透性处理1株普通脱硫弧菌Desulfovibrio vulgaris Hildenborough(DvH)强化硫酸盐生物还原活性,研究不同基质条件下透性处理程度对其硫酸盐还原活性影响.当以H2为电子供体时,10%乙醇处理的DvH硫酸盐还原活性最强,其次为15%;当乙醇浓度>15%时,DvH硫酸盐还原活性显著降低.当以乳酸为电子供体时,最佳乙醇浓度为20%,其次为15%和10%,乙醇浓度达到25%时,DvH仍保持一定的还原活性.不同供体条件下DvH对透性处理程度的响应不同,是因为H2与乳酸在细胞内发生氧化的位置不同,从而胞内电子传递途径不同.确保供体与受体之间电子传递链的完整性是合理确定透性处理程度及透性技术应用的关键.     

渗滤液中有机物在不同氧化还原带中的降解机理与效率研究

通过土柱模拟实验研究了垃圾渗滤液中的有机污染物在地下环境中的降解机理和效率.结果表明,铁还原带对有机污染物的降解起重要作用,平均降解效率达86.24％,其次是氧还原带、硝酸盐还原带、硫酸盐还原带和产甲烷带,分别平均达到75.93％、79.81％、74.02％和65.09％;厌氧还原环境可能对苯并噻唑、安替吡啉、茚等物质的降解起重要作用;萘、环己酮、部分环烷烃等不易被微生物降解;不同污染物在不同氧化还原带中的最大降解效率也不同,如1,1,1-三氯乙烷和邻二甲苯在硫酸盐还原带中的降解效率最高,分别为80％和71.43％;三氯乙烯和MTBE则在硝酸盐还原带中的降解效率最高,分别为81.25％和92.58％;而苯在硫酸盐还原带和铁还原带中均被全部降解.     

硫酸盐还原作用对废水厌氧处理的影响

采用半连续流运行方式研究了硫酸盐还原作用对废水厌氧处理的影响。试验结果表明:当温度为35℃,pH为7.2～7.4时,进水COD/SO42-≥10,硫酸盐还原作用不致于对产甲烷菌产生严重抑制;进水COD/SO42-≥5,反应器能承受的COD负荷小于2.05kg/ (m3·d),超过这一负荷,反应器会发生严重抑制;进水COD/SO42-≥2,反应器能承受的COD负荷小于1.0kg/(m3·d)。进水COD/SO42-比值越小,反应器能承受的COD负荷越低。反应器污泥浓度高有利于硫酸盐废水的处理。      

厌氧酸化-好氧光合细菌法处理含硫酸盐高浓度有机废水

采用抑制硫酸盐还原的厌氧酸化工艺与两级好氧光合细菌工艺组合技术,处理含硫酸盐高浓度有机废水,实现了硫酸盐不转化状态下的污染物高效去除.结果表明,当连续流酸化反应器内挥发酸浓度达31112mgCOD/L以上时,硫酸盐还原将被完全抑制.酸化段采用CODCr为44251mg/L的较高进水浓度,容积负荷25.0kgCOD/(m³·d),出水经稀释后进入容积负荷为4.0kgCOD/(m³·d)的两级好氧膜法光合细菌反应器,最终COD_Cr去除率达99.0%,总氮去除率67.5%,而硫酸盐还原被完全抑制.在两级PSB反应器中,PSB2反应器主要起脱氮作用,较高的DO(5.0～6.0mg/L)有利于脱氮.