基于细菌群落结构和病原菌定量检测的尾水环境安全研究

采用454高通量测序和实时荧光定量PCR技术对污水处理厂待排尾水的微生物群落结构和典型致病菌数量进行分析,结果表明尾水中微生物分布在18个菌门、70个菌纲.共检出146种菌株,相对丰度大于0.1%的有75种,主要分布在18个菌门、47个菌纲、58个菌属中.其中35种菌株属于变形菌门(Proteobacteria),占29.30%,其次是厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes),分别占28.10%和11.60%.在纲水平上,β-变形菌纲(β-proteobacteria)占绝对优势(16.26%),其余各纲数量均低于10%.相对丰度大于0.1%的75种菌株中与氮循环相关的13种,与氯循环相关的4种,与硫循环相关的3种.研究还发现虽然尾水已达到污水处理排放国家一级A标准,但其中存在的致病菌或潜在致病菌的种类和数量仍较多,因此必须重视尾水微生物安全.     

输水管道生物膜的生长过程及其对水质的影响

运用生物膜反应器(BAR)模拟实际原水输水管道,研究了管道运行时间对生物膜微生物群落结构及出水微污染物浓度的影响。结果表明,随着BAR反应器运行时间的延长,出水p H值和CODMn浓度变化较小,溶解氧、氨氮和总氮浓度逐渐降低,运行180 d时,对氨氮和总氮的去除率最高,分别为41.3%和30.3%,浊度呈曲线变化;采用454高通量测序对运行90、120、180和240 d的四个生物膜样品中微生物群落结构进行分析,发现其微生物群落结构存在较大差异,90d的生物膜的微生物多样性最高,而240 d的生物膜具有最高的微生物丰度;BAR系统水质影响生物膜微生物的群落结构,同样,生物膜中的微生物净化了出水。     

城市污水脱氮除磷系统的活性污泥菌群结构特征

为表征我国城市污水处理厂活性污泥微生物的群落结构特征,并了解污水处理工艺、进水水质和地域环境等因素对其分布的影响,采用Miseq高通量测序技术对9座城市污水处理厂生物脱氮除磷系统的活性污泥群落结构进行了分析。结果表明,这些活性污泥系统中的优势微生物种群均以变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主,而且变形菌主要分布在β-Proteobacter纲,最大比例达到了约24%;脱氮除磷菌属主要为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和Accumulibacter Phosphatis,最大比例分别为4.69%和7.51%;活性污泥微生物的多样性和丰度指数受进水水质的影响较为明显,而不同样品的相似度则受到工艺类型和地理位置等因素的影响。     

BAF工艺深度处理四环素类制药废水研究

针对市政污水处理厂、制药厂和医院污水处理厂出水中的抗生素残留,采用曝气生物滤池（BAF）工艺进行深度处理。分别建立了两组曝气生物滤池实验装置,研究不同抗生素残留浓度、不同水力停留时间条件下对污染物降解及微生物菌群变化规律。长期实验结果表明,在进水抗生素浓度低于1 mg/L的情况下,COD、氨氮的去除效果稳定,在水力停留时间为10 h时,四环素类抗生素的去除率均在82.5%以上。对BAF中微生物群落的分析表明：投加抗生素后,BAF中微生物种群多样性明显降低。Proteobacteria（变形菌门）是主要的菌群,且丰度变化最大;Alphaproteobacteria（α-变形杆菌纲）、Flavobacteriia（黄杆菌纲）和Betaproteobacteria（β-变形杆菌纲）丰度增加,该菌属可以适应抗生素废水;Acidovorax（嗜酸菌属）和Flavobacterium（黄杆菌属）丰度增加,具有反硝化作用的菌属可优势生长。     

备用水源原水管道水质及生物膜群落结构变化

备用水源原水管道较为封闭，原水停留时间过长会导致溶解氧(DO)浓度降低，管道环境由好氧变为缺氧甚至厌氧，从而引起水质恶化。实验室模拟M、N两种不同水源条件在原水管道的备用状态，以DO降至2 mg/L确定停留时间，探究相应的水质变化以及原水的化学稳定性和管壁微生物群落多样性。结果表明，DO在水质较差水源条件下的衰减时间明显短于水质较好的水源。两种水源水都具有严重腐蚀性，出水pH、总碱度和钙硬度均显著升高。M装置进水水质相对较差，微生物存在水平高，对有机物的去除率更高，COD_Mn和UV₂₅₄的去除率分别为27.8%和22.9%，而N装置分别为24.6%和21.4%;M装置中的硝化作用更强，NO₃^--N生成率为23.4%，而N装置为16.2%。两组装置管壁生物膜中的优势菌门基本相同，但丰度较高的菌门差异较大，而丰度较低的菌门差异不明显。较高的NH₄⁺-N浓度有利于增加硝化螺旋菌门的丰度，从而促进硝化作用。良好的水质可以增加管道内的微生物多样性，更有利于管道内生态...     

池塘鱼菜立体种养系统的微生物群落结构分析

为了解池塘鱼菜立体种养系统中微生物的群落结构特征,探究池塘鱼菜立体种养系统不同组成之间的相互关系,采用Illumina MiSeq高通量测序方法对系统不同组成的微生物16S rRNA V3～V4区进行测序,比较分析了水体、底泥、蕹菜Ipomoea aquatica Forsk根际与根表、暗纹东方鲀Takifugu obscures肠道及凡纳滨对虾Litopenaeus vanname肠道微生物群落多样性及差异。结果表明:池塘鱼菜立体种养系统的6组样品细菌分布于62门1 503属,优势菌门包括变形菌门Proteobacteria (27.71%)、放线菌门Actinobacteria (16.37%)、蓝细菌门Cyanobacteria (16.05%)和拟杆菌门Bacteroidetes (10.07%),主要优势菌属包括红球菌属Rhodococcus、葡萄球菌属Staphylococcus、弓形杆菌属Arcobacter、红杆菌属Rhodobacter、硫杆菌属Thiobacillus和支原体属Mycoplasma;水体的优势菌门为放线菌门、变形菌门、蓝细菌门和拟杆菌门,底泥的优势菌门为变形菌门和拟杆菌门,蕹菜根际及根表的优势菌门为变形菌门、蓝细菌门和拟杆菌门,暗纹东方鲀肠道的优势菌门为厚壁菌门Firmicutes、Epsilonbacteraeota、蓝细菌门和拟杆菌门,凡纳滨对虾肠道的优势菌门为放线菌门和变形菌门;池塘鱼菜立体种养系统中的功能性细菌分布略有不同,蕹菜根表硝化细菌的相对丰度显著高于水体、鲀肠道和虾肠道(P<0.05),蕹菜根际反硝化细菌的相对丰度显著高于其他各组(P<0.05),水体和蕹菜根际固氮菌的相对丰度显著高于虾肠道、底泥和鲀肠道(P<0.05)。研究表明,池塘鱼菜立体种养系统的不同组成(底泥、水体、蕹菜根际与根表、养殖对象肠道)由于功能不同微生物群落结构存在较大差异,在蕹菜根际及根表包含有相对丰度较高的硝化细菌、反硝化细菌、固氮菌,有助于促进氮循环,提高系统中氮的利用率,而养殖对象肠道中既有有益菌也有致病菌属。     

城市污水双泥龄复合脱氮工艺的脱氮机理分析

基于部分厌氧氨氧化的双泥龄复合脱氮工艺能实现自养脱氮和异养脱氮的耦合，在城市污水低成本高效脱氮方面表现出良好的应用潜力。为进一步探究该工艺的脱氮机理，对运行2年的中试反应器开展了脱氮途径解析与优化、主要脱氮功能菌活性测定以及微生物群落结构分析。结果表明，间歇曝气可以促进短程硝化和厌氧氨氧化过程的耦合，当曝气量为20 mL/min[DO为（0.18±0.03） mg/L]时，脱氮效率最高；厌氧氨氧化菌（AnAOB）主要分布在生物膜上，活性为44.60mg/（gVSS·d），检测到的AnAOB为Candidatus Brocadia，相对丰度为0.28%；氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）主要分布在悬浮污泥中，活性分别为61.53、86.95 mg/（gVSS·d），检测到的AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira，相对丰度分别为0.10%、2.10%。     

混凝土排水管道内部腐蚀研究

排水管道是城市的基础设施,也是城市经济健康发展的强大保障。混凝土管道因具有良好的抗腐蚀性能和承载性能,以及适用于大口径等特点,是排水管道中应用最为广泛的一种。然而随着使用年限的增长,污水中微生物诱导产生的硫化氢被污水液面以上的管壁吸收,并被硫化物氧化菌氧化成硫酸,对混凝土管道形成腐蚀,影响管道的使用性以及安全性。从污水管道的腐蚀机理和腐蚀模型方面展开研究,采用不同的腐蚀模型进行了实际管道腐蚀深度的预测,通过预测结果与实测结果的比对,确定了具有普适性的预测模型。并进一步采用COMSOL MULTIPHYSICS软件对管道的腐蚀现象进行了数值模拟,模拟结果可在一定程度上预测混凝土污水管道的腐蚀程度。     

交通荷载作用下埋地承插口排水管道动力响应分析

近年来,由于市政排水管道灾变导致的道路坍塌事故频发,水泥混凝土管是目前应用最为广泛的市政排水管道,其在交通荷载作用下的力学响应特征尚不明确。基于ABAQUS有限元软件,建立了带承插口结构排水管道三维数值模型。在考虑承插口、橡胶圈和无限元吸收边界等的基础上计算分析了不同脉冲幅值、不同荷载作用位置和不同管道埋深对管道动力响应的影响。结果表明：管节处受力高度不连续,交通荷载对其作用位置两侧一节管长范围内的管道影响显著;承口和插口环向以受拉和受压为主;交通荷载作用位置对管顶、管底和管侧纵向Mises应力最大值无明显影响,但对管顶和管底纵向Mises应力分布有影响;管道纵向Mises应力及环向竖向应力与管道埋深成正比,应力增量与埋深增量成反比。计算结果为进一步研究交通荷载作用下排水管道的力学机理提供参考。     

基于高通量测序及Biolog-ECO方法的雄安新区鲥鯸淀细菌群落结构与功能多样性分析

为了解渔业环境中微生物群落特征对生态循环的影响,基于高通量测序与Biolog-ECO相结合的方法,探究白洋淀鲥鯸淀湿地浮游微生物和不同基质附着微生物的群落结构及其碳源利用能力。结果表明:鲥鯸淀湿地中优势菌群为疣微菌门Verrucomicrobia、变形菌门Proteobacteria、蓝细菌门Cyanobacteria和放线菌门Actinobacteria等,其中,浮游细菌与附着细菌在组成及丰度上存在着明显差异,蓝细菌门是浮游细菌第一优势菌门,疣微菌门是附着细菌第一优势菌门;Biolog-ECO板中平均每孔颜色变化率(average well colour development, AWCD)检测发现,不同微生物组的碳源利用能力与时间表现出正相关性;浮游生物的变化幅度最大,说明对碳源利用能力最强,其生物活性明显高于附着微生物,不同基质上的附着微生物活性依次为人工水草>芦苇>棕榈片>网片基质;主成分分析显示,不同微生物群落代谢作用的主要碳源类型为氨基酸类、聚合糖类和醇类,不同微生物群落差异主要体现在对氨基酸类和聚合糖类碳源的利用上。研究表明,微生物群落结构差异是导致微生物利用碳源整体能力和偏好程度不同的主要原因之一,相对附着细菌而言,浮游细菌在生态系统物质循环和能量流动方面发挥着更加重要的作用。     

密云水库水源水微生物群落解析

采用分子生物学技术构建了分子克隆文库,并对密云水库水源水中微生物群落分布进行了解析,同时考察了一年内微生物的群落变化,进而评估了出现大规模水介传染病的暴发风险。结果显示,水源水中的细菌群落随着季节变化进行着相对稳定的演变,未出现某种微生物急剧增加或突然暴发的态势,且未发现样品中序列与某种致病菌有直接亲缘关系。因此,该水库水源水发生水介传染病的风险较低。克隆文库分析表明,一年中1月水源水样品的最优势门类为蓝细菌门,所占比例为25.5%;4月蓝细菌门比例上升至39.4%,仍为最大门类;6月、8月、10月水源水中比例最高的为放线菌门,丰度分别为33.8%、35.5%和25.6%。蓝细菌门与放线菌门均为水体中与嗅味相关的细菌群类,应加强对该种微生物的关注,提前做好水厂工艺调整应对预案。     

市政污水厂排污口着生型微生物的群落分布研究

为了考察市政尾水补给径流对水生态的影响，对排污口着生型微生物进行高通量测序，考察了微生物群落与尾水水质间的响应关系。结果表明，在尾水平均COD、NH₄⁺-N和TP为地表水Ⅳ类水质时，排口富集黄杆菌、不动杆菌、伯克霍尔德菌等致病菌，以及氨氧化菌（Nitrosomonas）、反硝化菌（Lysobacter）、聚磷菌（Enterobacte）等活性污泥中常见微生物。尾水平均COD、TN与聚磷菌丰度呈负相关（相关系数分别为-0.931和-0.909）,TN与反硝化除磷菌（Xanthomonadaceae）丰度呈正相关（相关系数为0.964）。排口附近不利于富集脱氯单胞菌（Dechloromonas）等反硝化菌，受纳水体中的NO₃^--N难以靠尾水中的微生物降解。     

伯氏肩孔南极鱼和革首南极鱼皮肤微生物多样性的研究

为研究南极鱼皮肤微生物群落的多样性,揭示不同种类南极鱼皮肤微生物的差异,提取伯氏肩孔南极鱼Trematomus bernacchii(TB)和革首南极鱼Notothenia coriiceps(NC)皮肤微生物基因组总DNA,采用16S rDNA分子标记和高通量测序技术检测样品微生物群落多样性。结果表明:对两种南极鱼的6个样本分别进行测序,共获得有效序列数378 517条,获得操作分类单元(OTUs)740个;两种南极鱼皮肤的优势菌门包括厚壁菌门Firmicutes、变形菌门Proteobacteria、异常球菌-栖热菌门Deinococcus-Thermus、拟杆菌门Bacteroidetes、软壁菌门Tenericutes、放线菌门Actinobacteria等,以厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门的丰度较高;两种南极鱼皮肤的优势菌属为厌氧芽孢杆菌属Anoxybacillus、火山岩菌属Vulcaniibacterium、芽孢杆菌属Bacillus、嗜冷杆菌属Psychrobacter、青枯菌属Ralstonia、短波单胞菌属Brevundimonas、假单胞菌属Pseudomonas和嗜甲基菌属Methylophilus;同种南极鱼不同个体间皮肤微生物菌群差异较小,且伯氏肩孔南极鱼和革首南极鱼间皮肤微生物菌群无显著性差异(P>0.05)。研究表明,采用高通量测序可以精准地对两种南极鱼皮肤微生物主要菌群进行分析比较,厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门是伯氏肩孔南极鱼和革首南极鱼皮肤微生物的优势菌门,两种南极鱼间的皮肤微生物菌群无显著性差异。     

甲氧苄啶对好氧活性污泥硝化作用的长期影响

通过考察活性污泥硝化作用、微观结构以及微生物群落结构的变化,研究甲氧苄啶(TMP)对好氧活性污泥的长期影响。结果表明,长期运行过程中不同浓度的TMP均对氨氮的去除有抑制作用,但该抑制作用是可逆的,在25 d后可恢复到高效去除氨氮水平。连续运行30 d后的典型周期试验发现,在不同TMP浓度下,硝化性能在周期内依旧受到一定程度的抑制,但在周期结束时氨氮均能得到稳定去除;此外,在10 mg/L的高浓度TMP条件下,亚硝态氮会出现积累。扫描电镜观察发现,随着TMP浓度的升高,污泥絮体破裂程度加剧,污泥颗粒变小。微生物群落结构分析表明,优势菌群中放线菌门相比拟杆菌门对TMP有更强的耐受性,另外,硝化螺旋菌门对TMP有较强的耐受性,随着TMP浓度的升高,硝化螺旋菌门的相对丰度从0. 84%升高至1. 60%;属水平上,TMP对Flavobacterium菌属的抑制最明显。     

区域排水管道结构脆弱性研究

根据管道退化模型,分析了影响排水管道脆弱性的因素,采用网络分析法计算脆弱性因素权重值,建立了排水管道结构脆弱性评估模型.以某市实际区域排水管道为研究对象,建立了结构脆弱性层次分析模型,并进行了脆弱性评估,为城市排水管道结构脆弱性的评价与安全维护提供了技术支撑.     

应用16S rRNA基因文库技术分析3种生物填料上生物膜的细菌群落组成

为研究生物填料上生物膜的细菌群落组成及其在循环水养殖系统中的应用,选择3种生物填料构建生物滤池,采用细菌16S rRNA基因片段扩增和Illumina高通量测序法,分析了循环水养殖系统中填料上生物膜和对应生物滤池水体中的细菌群落种类组成。结果表明:3种生物填料均有富集微生物生长的作用,生物填料上生物膜的细菌种类和多样性大于对应的生物滤池水体;在门分类水平,3个生物滤池水体中的优势菌相同,均为厚壁菌门,3种生物填料上生物膜的优势菌不尽相同,聚乙烯小球生物膜的优势菌为厚壁菌门,陶瓷环和弹性毛刷生物膜的优势菌为变形菌门;弹性毛刷生物膜的细菌种类最多、多样性指数最高,由变形菌门的26个属细菌组成,聚乙烯小球生物膜的细菌种类组成最少、多样性指数最低,由厚壁菌门的23个属组成,细菌丰度指数最低。     

应用16S rRNA基因文库技术分析3种生物填料上生物膜的细菌群落组成

为研究生物填料上生物膜的细菌群落组成及其在循环水养殖系统中的应用,选择3种生物填料构建生物滤池,采用细菌16S rRNA基因片段扩增和Illumina高通量测序法,分析了循环水养殖系统中填料上生物膜和对应生物滤池水体中的细菌群落种类组成。结果表明:3种生物填料均有富集微生物生长的作用,生物填料上生物膜的细菌种类和多样性大于对应的生物滤池水体;在门分类水平,3个生物滤池水体中的优势菌相同,均为厚壁菌门,3种生物填料上生物膜的优势菌不尽相同,聚乙烯小球生物膜的优势菌为厚壁菌门,陶瓷环和弹性毛刷生物膜的优势菌为变形菌门;弹性毛刷生物膜的细菌种类最多、多样性指数最高,由变形菌门的26个属细菌组成,聚乙烯小球生物膜的细菌种类组成最少、多样性指数最低,由厚壁菌门的23个属组成,细菌丰度指数最低。     

塑料排水管道破裂等级评价的分析研究

城镇排水管道在运行的过程中,常会由于各种原因造成管道破裂。这些破裂缺陷如何影响排水管道承载能力,是排水管道缺陷等级定义和评估要解决的问题。目前国内对排水管道破裂缺陷的研究比较有限,本文主要利用塑料管道作为模型试件,参照《城镇排水管道检测与评估技术规程》CJJ181-2012对破裂缺陷等级的划分,对试件模拟了叉形和圆形缺陷,并进行环刚度、抗压强度、外压破坏荷载试验研究,探讨管道破裂缺陷等级与缺陷数量的等效关系,以及缺陷位置和缺陷分布对管道破坏的影响。结果表明,1个2级叉形破裂缺陷与4个1级叉形破裂缺陷是等效的;1个4级圆形破裂缺陷与7个3级圆形破裂缺陷是等效的;相比排水管道顶部,管道侧壁是排水塑料管道的缺陷敏感区域;管道缺陷分布越均匀,对管道破坏程度越大。     

埋地HDPE管道施工过程中土拱效应变化特征研究

 国内外研究表明,土拱效应对于埋地柔性管道的受力变形有着显著的影响,然而关于管道回填土体中土拱效应随管底填土高度以及管道直径等因素变化规律的研究鲜有报道。通过现场试验研究施工填土过程中HDPE双壁波纹管道在回填土体中引发的土拱效应,以此明确埋地HDPE管道在回填土时,管顶上覆土压力的变化规律。结果表明,对于管顶和管侧的回填土,其土拱效应随着管底填土高度增加均增强;在给定填土高度时,土体距离管顶位置越近,其土拱效应越显著。基于Marston土压力理论计算所得的HDPE管道顶部上覆土压力较现场土压力实测值大3%～31%,通过有限元数值模拟分析,提出施工填土时HDPE管道顶部上覆土压力的简易计算公式。通过已有研究报道的2个现场试验的实测数据对所得公式进行验证,得出管顶土压力计算值的误差范围为2%～6%,表明该公式可以准确地计算施工填土时HDPE管道顶部所受的上覆土压力。     

江南地区缓流水体中微塑料的表现规律

全球水环境中的微塑料污染日益引起人们的关注。针对江南水乡22条小型淡水河流,研究了微塑料（粒径<5 mm）的丰度、粒径、颜色和形状分布,调查了微塑料污染水平。研究发现,微塑料丰度为3.50～12.00个/L;就颜色而言,黑色微塑料占比最高,达到30.79%,高于蓝色（28.57%）、无色（21.59%）和红色（19.05%）;就形状来说,纤维占比最高,达到85.40%,高于颗粒（5.40%）、薄膜（3.80%）和碎片（5.40%）。微塑料粒径主要集中在30～40μm,占比为26.25%。可见,苏州古城区22条河流均不同程度地受到微塑料污染。这为进一步了解内陆淡水生态系统中的微塑料变化规律,以及制定相应的污染防控措施提供了有力支撑。