A/O工藝中污泥濃度對微生物群落結構的影響

采用微生物培養(yǎng)方法及高通量測序技術,綜合分析了污泥好氧堆肥過程中微生物群落結構的變化,結果顯示,細菌和真菌對溫度的敏感度要高于放線菌,在堆肥的高溫期生長受限。細菌和真菌的高通量測序結果顯示,不同的堆肥時期,堆肥微生物群落中的優(yōu)勢菌菌數(shù)是有規(guī)律變化的。其為污泥堆肥微生物的分離選育及相關微生物種群結構分析提供技術參考。

采用缺氧-好氧膜生物反應器(a/ombr)組合工藝對校園生活污水進行試驗研究,每24h對系統(tǒng)內的活性污泥進行取樣觀察,記錄不同時期污泥的微生物群落結構及種群組成,同時對系統(tǒng)的出水和污泥的各項指標進行監(jiān)測,分析系統(tǒng)運行階段mbr內生物群落結構的動態(tài)變化與codcr,nh4+-n和tp去除率的相關情況。結果表明:系統(tǒng)運行期間,污泥的絮粒結構在緊密—疏松—緊密—出現(xiàn)膨脹之間變化,絲狀菌的數(shù)量也逐漸增加,從0級,±級,+級到++級;鐘蟲屬、輪蟲屬和累枝蟲屬數(shù)量的變化與系統(tǒng)內部污泥的結構有關,可作為判定系統(tǒng)內部污泥膨脹的指示生物及確定試驗的污泥排泥時間點。微型動物的種群數(shù)量和優(yōu)勢種群隨水質變化而波動,無柄鐘蟲屬數(shù)、孢囊數(shù)、累枝蟲屬數(shù)可作為出水codcr優(yōu)劣的指示生物。nh4+-n,tp的去除率與微型動物群落動態(tài)的關系并不顯著。

為了研究城市污水廠(a/o工藝)活性污泥中微生物群落結構及其動態(tài)變化,分別在運行不同時期從曝氣池中提取活性污泥,通過細胞裂解直接提取活性污泥中的細菌基因組dna,以細菌16srdna通用引物f357/r518,對活性污泥中提取的細菌基因組進行擴增,長約230bp的擴增產物經(jīng)變性梯度凝膠電泳(dgge)分離,獲得微生物群落的dna特征指紋圖譜。結果顯示,城市污水廠(a/o工藝)活性污泥中的微生物群落非常豐富,在不同時期存在一些各自的特有種屬和共有種屬,細菌群落結構的演替與系統(tǒng)負荷存在一定的相關性。整體來說,微生物群落演替不明顯,微生物群落相似性較高,群落結構較為穩(wěn)定。

為了揭示顆粒污泥形成過程中微生物群落結構多樣性的演變過程,以人工配水為進水,在sbr中采用厭氧/好氧循環(huán)的手段成功培育出具有聚磷特性的顆粒污泥,利用基于16srdna的pcr-dgge技術獲得了微生物群落的dna特征指紋圖譜,對條帶進行了統(tǒng)計分析和切膠測序,并建立了系統(tǒng)發(fā)育樹。結果表明,污泥沉降性能的改善要先于顆粒污泥的形成,而污泥粒徑的演變對其沉降性能影響較小。微生物群落結構演變較為平緩,shannon多樣性指數(shù)隨著顆粒污泥形成逐漸上升;顆粒污泥形成期間,聚磷菌candidatusaccumulibacter始終保持較為穩(wěn)定的優(yōu)勢地位,以candidatusnitrospiradefluvii和thauera為代表的種群逐漸得到強化,而擬桿菌綱在前期占有優(yōu)勢地位,在后期逐漸消亡。

[目的]本文探討了尖裸鯉因水霉菌病變死亡后的微生物群落結構變化特征.[方法]采用illumina-miseq高通量測序技術對尖裸鯉健康個體和因水霉菌病變死亡個體的表皮皮膚粘液及腸道內容物的微生物多樣性進行分析.[結果]尖裸鯉因水霉菌病變死亡后其表皮皮膚和腸道中細菌群落多樣性減少,而其真菌多樣性增加.尖裸鯉病變死亡后其表皮皮膚粘液中pseudomonassp.、vagococcussp.、providenciasp.、morganellasp.、pleosporales、mucorales、tremellales和agaricomycetes等8種優(yōu)勢微生物菌群減少,而acinetobactersp.、proteussp.、carnobacteriumsp.和malasseziasp.等4種優(yōu)勢微生物菌群增加.同時,尖裸鯉病變死亡后其腸道中acinetobactersp.、flavobacteriumsp.、vagococcussp.、carnobacteriumsp.、bacillussp.和malasseziasp.等6種優(yōu)勢微生物菌群減少,而pseudomonassp.、tremellales和agaricomycetes等3種優(yōu)勢微生物菌群增加.[結論]細菌和真菌的群落結構變化是尖裸鯉病變死亡的主要原因.

為深入了解自然水體生物膜微生態(tài)群落系統(tǒng)中微生物群落的組成與結構。采集松花江吉林江段自然水體生物膜為研究對象,對其中微生物的總dna進行了提取；之后利用高通量測序技術對生物膜中細菌的16srdna基因進行了序列測定。分析了自然水體生物膜中微生物群落組成鑒定和相對豐度。物種分類顯示,細菌種類隸屬于15個門、31個綱、58個目、80個科和148個屬,其中優(yōu)勢類群為變形菌門(proteobacteria),其相對豐度分為63.50%。

采用聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電泳技術(pcr-dgge)研究了序批式活性污泥法(sbr)處理紅霉素生產廢水過程中從厭氧處理階段到好氧處理階段的微生物群落結構變化,并對微生物群落的部分優(yōu)勢細菌進行了克隆測序和系統(tǒng)發(fā)育樹分析。結果表明,微生物群落豐富度隨sbr處理進程呈遞增趨勢;微生物群落的相似性在相鄰的處理階段間相對較高,相隔越遠的處理階段間則越低;6種優(yōu)勢菌的同源性均在95%以上,其中有4種細菌均為厭氧和好氧處理階段的優(yōu)勢菌,有1種細菌僅為好氧處理階段的優(yōu)勢菌。

構建了2個裝載不同填料的厭氧污泥床(uasb)反應器(r1:載活性炭的k3填料;r2:普通k3填料),對比研究了2種厭氧氨氧化系統(tǒng)的啟動特征、脫氮性能,分析了r1反應器的微生物群落結構變化規(guī)律,并對r1不同高程的基質去除特征和微生物群落組分進行了解析。結果發(fā)現(xiàn),r1在第86天啟動成功,短于r2的100d,長期運行后r1和r2的最大氮容積負荷(nlr)分別為2.156和2.122g·(l·d)~(-1),最大氮去除負荷(nrr)分別達到1.855和1.815g·(l·d)~(-1)。在r1中,內部基質濃度隨高度增加而降低,進水nh_4~+-n濃度較低時(50、100mg·l~(-1))和較高時(350、450mg·l~(-1)),基質的去除分別集中在反應器高度0~7cm和17~37cm處,而且厭氧氨氧化菌含量與氮去除率間呈正相關關系。另外,r1運行過程中厭氧氨氧化優(yōu)勢菌種由candidatusbrocadia(20d)變?yōu)閏andidatusjettenia和candidatuskuenenia的混合菌種(134d)。

為了研究de氧化溝工藝中微生物群落結構及其動態(tài)變化,分別從de氧化溝工藝中好氧區(qū)、缺氧區(qū)、厭氧區(qū)取活性污泥,通過細胞裂解直接提取顆粒污泥細菌基因組dna。通過pcr-dgge技術對de氧化溝工藝中的微生物多樣性進行分析,以細菌和古細菌16srrna基因通用引物530f/1490r對de氧化溝活性污泥中提取的細菌基因組dna進行pcr擴增,擴增產物經(jīng)純化后用于變性梯度凝膠電泳(dgge)分析。結果顯示,de氧化溝工藝中活性污泥的微生物群落非常豐富,在好氧區(qū)微生物的種屬達到12種,缺氧區(qū)為16種,厭氧區(qū)為14種;de氧化溝工藝不同單元都有一些各自的特有種屬和共有種屬,工藝中的微生物群落演替不明顯,微生物群落相似性為64.7%,群落結構較為穩(wěn)定。

通過利用生物強化技術提高水解酸化處理模擬印染廢水的處理效果,包括共基質強化和菌劑強化兩個方面。菌劑和共基質強化結果表明,菌劑a和菌劑b的加入將脫色率分別提高了2.33%和7.20%,當不加碳源時,脫色效果比較差（低于6.00%）,而蔗糖的加入能提高脫色率至45.29%。利用pcr-dgge技術追蹤生物強化前后微生物群落結構信息,結果表明,菌劑和共基質的加入都對水解酸化池的微生物群落結構有較大影響。菌劑a和b強化后,水解酸化池的微生物多樣性指數(shù)h（shannonweaver）由2.38分別增長到2.56和2.69,而共基質調控使得h由2.94增加到3.16。菌劑強化后,優(yōu)勢菌厚壁菌（firmicutes）得到強化。通過共基質強化,優(yōu)勢菌擬桿菌（bacteroidetes）和厚壁菌（firmicutes）得到強化,它們可能在染料降解中起到重要作用。

為了研究處理規(guī)模對污水處理系統(tǒng)中微生物群落結構的影響,該文采用針對氨氧化菌(aob)功能基因氨單加氧酶(amoa),及針對細菌16srrna基因的末端限制性片段長度多態(tài)性技術(t-rflp),分析了北京市一個實際污水處理系統(tǒng)和一個中試反應器中aob及細菌的群落結構,并探討了處理規(guī)模對微生物群落結構的影響。t-rflp指紋圖譜表明:2個污水處理系統(tǒng)中aob的優(yōu)勢末端限制性片段(t-rf)均為291和354bp,細菌的優(yōu)勢t-rf為106、115、117、166、423、455、468、471、482、739、777和782bp等。t-rflp指紋圖譜分析表明:處理規(guī)模對系統(tǒng)中aob群落結構沒有顯著影響,而對系統(tǒng)中細菌的多樣性有一些影響。2個污水處理系統(tǒng)中優(yōu)勢aob均屬于nitrosomonaseuropaeacluster和nitrosomonasoligotrophaculster。

采用活性污泥缺氧-好氧膜生物反應器(a/o-mbr)和固定化缺氧-好氧膜生物反應器(i-a/o-mbr)工藝處理。含抗生素污水,考察了不同污泥齡(srt)和水力停留時間(hrt)對兩種工藝處理含抗生素污水性能的影響以及反應器內微生物種群結構的變化情況。試驗結果表明:在較長的srt條件下,a/o-mbr的運行受hrt的影響較小,在較長srt時,對cod、nh+4-n和六種典型抗生素的去除率可分別達到96.4%、96.9%和84.4%以上;當srt減小到3d時,對cod、nh+4-n和六種典型抗生素的去除率有明顯下降。i-a/o-mbr受hrt變化的影響較大,在hrt較低時,污染物的去除效果不佳。srt和hrt分別對兩種工藝中的微生物種群結構具有明顯影響,隨著srt和hrt的降低,系統(tǒng)內優(yōu)勢種群種類減少,類似enterobactersp.具有抗生素抗藥性的微生物在含抗生素污水的處理過程中發(fā)揮了重要作用。srt降低促使a/o-mbr系統(tǒng)內總細菌數(shù)量明顯下降,抗生素抗性基因的占比增加,而hrt的降低則使總細菌數(shù)量略微升高;i-a/o-mbr反應系統(tǒng)內總細菌和抗生素抗性基因的數(shù)量受hrt變化影響較小,固定化顆粒內由于固定化材料的保護作用使總細菌和抗生素抗性基因數(shù)量保持穩(wěn)定。但在較低的hrt條件下,微生物與污水中污染物接觸時間短是導致i-a/o-mbr處理效果下降的主要原因。

為提高石油化工污水廠厭氧—好氧(a/o)工藝凈化效能,應用聚合酶鏈式反應—變性梯度凝膠電泳(pcr-dgge)與常規(guī)技術相結合的方法分析了石化廢水處理系統(tǒng)生化池中微生物群落結構變化與污染負荷和主要污染物降解效果變化的關系。結果表明:在每天2次,連續(xù)6天的監(jiān)測中,待處理廢水中cod負荷在424.92mg/l和559.10mg/l之間波動,nh3-n在63.60mg/l和100.87mg/l之間變化;工藝對cod和nh3-n的去除率較低,分別為69.42%和31.2%,且生化池各段對cod和nh3-n的去除率變化并非呈單一遞減趨勢,這與微生態(tài)細菌種類隨污水濃度的變化呈非單一的遞減趨勢相一致;pcr-dgge圖譜中各處理單元的細菌條帶數(shù)量變化很大,相似性系數(shù)最高為36.11%,最低為6.25%,微生物群落結構相似性很低。

以某城市生活污水處理廠為研究對象,通過高通量測序技術解析功能單元（氧化溝）內微生物群落結構。試驗時,該污水處理廠出水水質滿足一級b排放標準（gb18918—2002）。高通量測序獲得有效序列28561條,經(jīng)分析得到文庫覆蓋率為0.90,微生物α指數(shù),即ace、chao1、shannon和simpson指數(shù)分別為20653.8、12148.4、6.6和0.005。在屬（genus）水平,豐度在1%以上的優(yōu)勢微生物共有19種,其中1%-2%的菌屬有pseudomonas、phycisphaera、methylocystis、gemmata、gp7、singulisphaera、isosphaera、parachlamydia、haliea和tm7generaincertaesedis,所占比例分別為1.91%、1.91%、1.90%、1.75%、1.64%、1.55%、1.47%、1.33%、1.2%和1.17%,這部分比例之和為15.83%。豐度在2%以上的優(yōu)勢菌屬有zavarzinella、gp4、planctomyces、aciditerrimonas、blastopirellula、pasteuria、neochlamydia、gemmatimonas和simkania,所占比例分別為10.02%、4.66%、4.44%、2.66%、2.56%、2.33%、2.31%、2.25%和2.23%,這部分共計33.46%。所占比例高于0.01%的菌屬共有355類,表明該城市污水處理廠含有豐富的微生物資源,它們是污水處理的微生物基礎。

研究了處理含銅、鉻與鎳廢水的三階段波形潛流人工濕地中微生物群落結構和酶活性的空間變化.用稀釋平板菌落計數(shù)法研究了微生物的數(shù)量變化,用pcr-dgge結合測序研究了微生物群落結構變化,并用比色法測定了土壤酶活性.結果表明,在人工濕地中,細菌數(shù)量為(4.10±0.72)×106～(1.61±0.10)×107,真菌數(shù)量為(7.21±1.60)×104～(1.29±0.02)×105;放線菌數(shù)量為(1.41±0.27)×106～(3.38±0.11)×106.回收自dgge凝膠中的8個不同的條帶均為特異的16srrna序列或18srrna序列,說明微生物群落結構發(fā)生了顯著變化.最大的脲酶活性[(0.67±0.2)mg/(g.24h)]、蔗糖酶活性[(40.15±0.14)mg/(g.24h)]和堿性磷酸酶活性[(1.03±0.16)mg/(g.2h)]分別出現(xiàn)在第1、第3和第1階段.相關性分析表明,真菌數(shù)與全量鉻含量、有效態(tài)鉻含量和鉻的活化率均呈顯著負相關,蔗糖酶活性與全量銅、全量鎳和有效態(tài)鎳也均呈顯著負相關.

以德國分散式污水處理系統(tǒng)為研究對象,通過16srrna測序,研究2個反應器中微生物群落結構,利用picrust軟件對其功能進行推演.結果表明,冬季,污水厭氧膜生物反應器(anmbr)內溫度20℃,進水cod712mg/l時,出水可獲得52％的cod平均去除率,產氣率為122l/kgcod;固體廢物厭氧反應器(psd)內溫度37℃,反應器內cod3007mg/l時,可獲得374l/kgvss的產氣率.2個反應器具有相似的微生物組成,對細菌,synerigistaceae科的相對豐度最高(anmbr:24.0％±10.0％;psd:11.0％±3.1％);對古菌,methanobacteriaceae科的相對豐度最高(anmbr:0.6％±0.3％;psd:13.8％±1.8％);2個反應器的功能基因組成也相似,產甲烷都以h2還原co2的通路為主.psd反應器中h2還原co2通路相關基因、f420合成相關基因、輔酶m合成相關基因的相對豐度都高于anmbr反應器.

以德國分散式污水處理系統(tǒng)為研究對象,通過16srrna測序,研究2個反應器中微生物群落結構,利用picrust軟件對其功能進行推演.結果表明,冬季,污水厭氧膜生物反應器(anmbr)內溫度20℃,進水cod712mg/l時,出水可獲得52%的cod平均去除率,產氣率為122l/kgcod；固體廢物厭氧反應器(psd)內溫度37℃,反應器內cod3007mg/l時,可獲得374l/kgvss的產氣率.2個反應器具有相似的微生物組成,對細菌,synerigistaceae科的相對豐度最高(anmbr:24.0%±10.0%；psd:11.0%±3.1%)；對古菌,methanobacteriaceae科的相對豐度最高(anmbr:0.6%±0.3%；psd:13.8%±1.8%)；2個反應器的功能基因組成也相似,產甲烷都以h_2還原co_2的通路為主.psd反應器中h_2還原co_2通路相關基因、f420合成相關基因、輔酶m合成相關基因的相對豐度都高于anmbr反應器.

以實際石化廢水為處理對象,研究溶解氧濃度對a/o反應器生物降解特性的影響.a、b兩組反應器平行運行以進行對比,o段的溶解氧濃度分別控制在2~3mg·l-1和5~6mg·l-1.反應器穩(wěn)定運行近半年的結果表明:在hrt為20h時,a組反應器出水的cod(72.5mg·l-1±14.8mg·l-1)略高于b組(68.7mg·l-1±14.6mg·l-1),cod平均去除率分別為67.0%和68.8%;出水氨氮的平均濃度和去除率為0.8mg·l-1和95%左右.出水的bod5均低于5mg·l-1.表明a/o反應器對有機物的生物降解比較徹底,溶解氧濃度對其沒有顯著影響.對o段污泥進行454高通量測序結果表明:變形菌門、浮霉菌門和擬桿菌門細菌所占比例較高,在a、b組反應器中的比例分別為58.7%和59.2%、14.7%和12.7%以及10.8%和12.4%.高溶解氧運行的反應器b具有較高的菌群豐度和多樣性,氨氧化菌nitrosomonas、亞硝酸氧化菌nitrospira和專性好氧菌如planctomyces的比例較高.厭氧反硝化菌如azospira和acidovora在反應器a中的含量較高.在屬的水平,鑒定出的novosphingobium、comamonas、sphingobium和altererythrobacter屬細菌具有降解多環(huán)芳烴、氯代硝基苯、農藥和石油化合物的功能,有利于石化廢水的降解.

為了分析啤酒廠廢水處理系統(tǒng)活性污泥運行狀態(tài),選取了啤酒廠污水處理系統(tǒng)中不同階段的微型生物群落結構作為研究對象。本文利用16srdna及18srdna特異性引物作為分子標記,通過pcr擴增污水處理系統(tǒng)中的環(huán)境生物群落dna,以變性梯度凝膠電泳(dgge)技術分離檢測pcr產物獲得微生物群落的dna指紋圖譜。研究結果顯示,經(jīng)過活性污泥處理的啤酒廠廢水中細菌群落和真核生物群落結構發(fā)生了明顯的改變。其中在細菌群落dgge圖譜中檢測到21條特異性條帶,而在真核生物dgge圖譜檢測到10條。upgma聚類分析顯示,進水與活性污泥中的細菌及真核群落結構十分相似(相似性>0.67),而與出水的差異較大(相似性<0.41),這表明了進水對活性污泥生物群落結構的重要影響。

通過構建16s/18srdna基因文庫，分析自由表面流人工濕地污水處理系統(tǒng)春季空氣細菌和空氣真菌群落結構特征.結果表明，空氣細菌分布在變形菌門（proteobacteria）、放線菌門（actinobacteria）、浮霉菌門（planctomycetes）、藍藻門（cyanophyta）、綠彎菌門（chloroflexi）、擬桿菌門（bacteroidetes）和厚壁菌門（firmicutes），主要為β-變形菌綱（71.04%）、γ-變形菌綱（12.03%）、α-變形菌綱（3.83%）、藍藻綱（4.38%）、芽孢桿菌綱（3.28%）和鞘脂桿菌綱（2.19%），優(yōu)勢菌屬是馬賽菌屬（massilia66.66%）、假單胞菌屬（pseudomonas4.37%）、藍絲細菌屬（cyanothece3.83%）和沙雷氏菌屬（serratia3.28%）.空氣真菌主要類群為座囊菌綱（dothideomycetes61.18%），其次是接合菌綱（zygomycetes16.47%）、盤菌綱（discomycetes14.12%），優(yōu)勢菌屬是核腔菌屬（pyrenophora48.31%）、被孢霉屬（mortierella15.7%）、緣刺盤菌屬（cheilymenia12.4%）、boothiomyces（4.5%）.人工濕地空氣微生物中未檢測出大腸桿菌（escherichiacoli）、沙門氏菌（salmonellaspp.）和產氣莢膜梭菌（clostridiumperfringens），但存在粘質沙雷氏菌（s.marcescens）、惡臭假單胞菌（p.putida）、表皮葡萄球菌（staphylococcusepidermidis）等致病菌或條件致病菌.

大浪淀水庫建成后,因營養(yǎng)物質過剩,于1997年發(fā)生水華,水體失去飲用功能。經(jīng)過研究分析,水生生物群落對水質有著直接的影響。通過合理配置和調控水生生物種群結構組成和數(shù)量,使水體得到凈化。為控制或治理水體富營養(yǎng)化,提高水體質量,保護水資源提供科學依據(jù),文中對大浪淀水庫水生生物群落分布、種類、生物量的變化及對水質的影響進行了較為詳盡的分析。

針對mbr在長污泥齡下運行時,由高污泥濃度引起的出水水質惡化問題,開發(fā)了smf-mbr工藝進行污泥濃度分區(qū),從而實現(xiàn)膜區(qū)在較低污泥濃度下運行,在保證出水水質的前提下,減緩膜污染。以中濃度生活污水(cod為500mg/l)為處理對象的試驗結果表明,smf組件具有良好的污泥濃度分區(qū)效果,有效地減緩了污泥濃度對膜污染的影響。該工藝的除污效果良好,對cod、nh3-n、tn的平均去除率分別為95.9%、99.2%和73.7%,出水平均濃度分別為20.1、0.24和10.43mg/l,達到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(gb18918—2002)的一級a標準。