猪粪原料沼气工程系统中的原核微生物群落结构

采集了中国不同地区的13个猪粪原料沼气工程系统的沼液,利用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术研究了原核微生物群落组成及多样性。结果表明,Firmicutes是猪粪原料沼气工程系统中的主导微生物,其次为Bacteroidetes、Proteobacteria和Chloroflexi。在相似的温度条件下,铵态氮与磷酸盐的比例是影响猪粪原料沼气工程系统原核微生物群落结构及多样性的主要因素。较高的铵磷比会富集Firmicutes门的菌群,尤其是Clostridium sensu stricto属;而较低的铵磷比则有利于Bacteroidetes和Proteobacteria。不同营养类型产甲烷菌对高浓度铵态氮耐受程度不同（氢营养型产甲烷菌 >Methanosarcina >Methanosaeta）,影响着产甲烷菌群落组成。产甲烷菌和互营菌的群落组成是影响沼气发酵产气效率的重要生物因素,高比例的氢型产甲烷菌和丙酸互营菌更有利于提高产甲烷效率。     

原核微生物菌群的空间分异增强秸秆-猪粪混合发酵效率

秸秆与禽畜粪便混合发酵既可增强反应器稳定性又能提高发酵产气效率。然而关于秸秆附着菌群、发酵液菌群的时空动态变化,以及它们与产气效率、环境变量的关系仍然未被全部揭示。采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术,对这一问题进行了研究。结果显示,秸秆猪粪混合发酵能够改善沼气发酵的效率。原核微生物群落在空间上的差异分布可能有助于提升系统的效率。在产气高效的系统中,秸秆吸附菌群如Treponema、ClostridiumⅢ、Alkaliflexus和Fibrobacter是主要的纤维素降解菌,提供底物给产酸菌。丙酸是发酵液中含量最丰富的挥发性脂肪酸(VFAs),Pelotomaculum可能是该系统主要的丙酸氧化菌,它们与Methanoculleus、Methanosarcina和Methanosaeta协同作用通过二氧化碳/氢营养型和乙酸营养型产甲烷途径,将包括丙酸在内的VFAs最终转化成甲烷。参与氨基酸代谢的Aminobacterium和Cloacibacillus广泛分布于发酵液中,表明蛋白质是一种重要的发酵底物,说明VFAs尤其是丙酸和氨基酸的互营代谢可能是秸秆猪粪混合发酵系统的重要过程。这些结果表明,功能菌群的空间分化、稳定的秸秆降解菌群和发酵液菌群的弹性变化有助于维持秸秆猪粪混合发酵系统的稳定性和提高发酵效率。     

原核微生物菌群的空间分异增强秸秆-猪粪混合发酵效率

秸秆与禽畜粪便混合发酵既可增强反应器稳定性又能提高发酵产气效率。然而关于秸秆附着菌群、发酵液菌群的时空动态变化,以及它们与产气效率、环境变量的关系仍然未被全部揭示。采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术,对这一问题进行了研究。结果显示,秸秆猪粪混合发酵能够改善沼气发酵的效率。原核微生物群落在空间上的差异分布可能有助于提升系统的效率。在产气高效的系统中,秸秆吸附菌群如Treponema、Clostridium Ⅲ、Alkaliflexus 和 Fibrobacter是主要的纤维素降解菌,提供底物给产酸菌。丙酸是发酵液中含量最丰富的挥发性脂肪酸（VFAs）,Pelotomaculum可能是该系统主要的丙酸氧化菌,它们与Methanoculleus、Methanosarcina和Methanosaeta协同作用通过二氧化碳/氢营养型和乙酸营养型产甲烷途径,将包括丙酸在内的VFAs最终转化成甲烷。参与氨基酸代谢的Aminobacterium和Cloacibacillus广泛分布于发酵液中,表明蛋白质是一种重要的发酵底物,说明VFAs尤其是丙酸和氨基酸的互营代谢可能是秸秆猪粪混合发酵系统的重要过程。这些结果表明,功能菌群的空间分化、稳定的秸秆降解菌群和发酵液菌群的弹性变化有助于维持秸秆猪粪混合发酵系统的稳定性和提高发酵效率。     

水量冲击对AAO系统中微生物群落结构的影响

为进一步明确AAO系统抗水量冲击能力,文中通过AAO中试试验对比了1.5倍水量冲击前后AAO系统出水水质变化,并采用高通量测序技术对水量冲击前后好氧区活性污泥的微生物群落结构进行分析.在1.5倍水量冲击期间,出水CODCr变化较小,出水氨氮和TN明显上升,出水TP呈先升高后下降趋势.水量冲击后,微生物物种总数下降、群落多样性下降、微生物群落结构发生变化,其中,拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度变化最为明显,相比水量冲击前降低了18.15％,变形菌门(Proteobacteria)和绿菌门(Chlorobi)的相对丰度上升了10.80％、10.64％.对比水量冲击前后污泥中主要脱氮除磷功能菌属分布特征,发现系统中的氨氮氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)、亚硝酸氮氧化细菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)和大部分具有反硝化功能的菌属受水量冲击影响,相对丰度下降,导致出水氨氮和TN上升,而系统中的聚磷菌的Candidatus accu-mulibacter相对丰度明显上升,生物除磷效果提升.     

厌氧氨氧化快速启动及微生物群落演替研究

在序批式反应器(SBR)中分别添加彗星式丝状纤维滤料和Kaldnes填料组成序批式生物膜反应器(SBBR)R1和R2,接种城市污水处理厂二沉池回流浓缩污泥,旨在探求添加不同生物填料和接种普通污泥对快速启动厌氧氨氧化反应器的影响。结果表明,R1仅历时39d成功启动厌氧氨氧化,NH_4~+-N、NO_2~--N及TN去除率分别为98.0%、88.2%及82.3%;成功启动初期,化学计量比平均值为1:1.28:0.22,接近理论值1:1.32:0.26;稳定运行期间,高通量测序结果表明,浮霉菌门(Planctomycetes)相对丰度从1.97%增至60.06%,而变形菌门(Proteobacteria)从65.75%降至15.19%,Candidatus_Jettenia为主要菌属,丰度最高,占比为45.36%,是反应器内唯一的厌氧氨氧化菌,SM1A02属占比达到13.11%,实现了快速高效富集。R2培养111d后未成功启动厌氧氨氧化。     

两级UASB处理PTA废水性能评价及微生物群落特征

采用两级UASB反应器处理模拟精对苯二甲酸(PTA)废水,考察了反应器性能和微生物群落特征。结果表明,两级UASB反应器对高浓度PTA废水处理性能优异,COD去除率和单位COD的甲烷产率可分别达到92.34%和52.38 mL/g,对PTA废水中特征污染物苯甲酸、对苯二甲酸、对甲基苯甲酸的降解率分别高达100%、97.99%、93.73%;互营菌属(Syntrophus)和杆状脱硫菌属(Desulforhabdus)为两级UASB反应器共同的特征优势菌属;一级UASB反应器内酚降解菌(Diaphorobacter)和水解酸化菌(Raineyella)丰度更高,对污染物降解性能提升效果显著,为二级UASB反应器的稳定运行提供保障。     

农村污水膜生物反应器系统中微生物群落分析

近年来,随着农村经济的不断发展,农村污水的排放量不断增加,加之不加限制的灌溉回用最终造成水源污染日益严重,其中,水源中的病原微生物直接影响居民的健康问题,为了有效解决这种问题,采用污水膜生物反应器系统对农村污水中的微生物群落进行了分析,以期对相关研究提供理论依据。     

两种MBR工艺处理含抗生素污水效果及反应器内微生物群落结构

采用活性污泥缺氧一好氧膜生物反应器（A／O—MBR）和固定化缺氧一好氧膜生物反应器（I—A／O—MBR）I艺处理。含抗生素污水,考察了不同污泥龄（SRT）和水力停留时间（HRT）对两种工艺处理含抗生素污水性能的影响以及反应器内微生物种群结构的变化情况。试验结果表明：在较长的SRT条件下,A／O—MBR的运行受HRT的影响较小,在较长SRT时,对COD、NH4^＋-N和六种典型抗生素的去除率可分别达到96．4％、96．9％和84．4％以上;当SRT减小到3d时,对COD、NH4^＋-N和六种典型抗生素的去除率有明显下降。I-A／O—MBR受HRT变化的影响较大,在HRT较低时,污染物的去除效果不佳。SRT和HRT分别对两种工艺中的微生物种群结构具有明显影响,随着SRT和HRT的降低,系统内优势种群种类减少,类似Enterobactersp．具有抗生素抗药性的微生物在含抗生素污水的处理过程中发挥了重要作用。SRT降低促使A／O—MBR系统内总细菌数量明显下降,抗生素抗性基因的占比增加,而HRT的降低则使总细菌数量略微升高;I-A／O—MBR反应系统内总细菌和抗生素抗性基因的数量受HRT变化影响较小,固定化颗粒内由于固定化材料的保护作用使总细菌和抗生素抗性基因数量保持稳定。但在较低的HRT条件下,微生物与污水中污染物接触时间短是导致I-A／O—MBR处理效果下降的主要原因。     

俄利用微生物群落分解纸浆和食物残渣产沼气

据俄杂志“应用生物化学和微生物学”2012年第4期刊登的“用微生物群落分解纸浆和食物残渣产沼气”报道,莫斯科罗莫诺索夫国立大学生物系专家分离出了能有效将纸和食品废物分解产生物沼气的微生物群落。     

天然气库上方土壤微生物群落研究

通过基于16S rRNA基因克隆文库的方法研究了天然气库上方土壤的微生物群落结构。针对大港油田板876气库上方同一取样点1.0 m和2.0 m的土壤样品构建了16S rDNA克隆文库DGS1和DGS2,并对其150个阳性克隆进行限制性酶切片段长度多样性分析(ARDRA)。结果表明,克隆文库DGS1有40个操作分类单元(OTU),克隆文库DGS2有39个OTU,该天然气库上方土壤中微生物较丰富;但由于土壤深度的不同两个土壤样品微生物群落结构存在着差异。每个OTU的代表克隆序列分析结果表明,克隆文库DGS1中优势菌群为芽单胞菌(Gemmatimonadetes)28%、绿弯菌(Chloroflexi)23%和放线菌(Actinobacterium)21%;克隆文库DGS2菌群分布较平均,其中Chloroflexi19%、硫氧化菌(Sulfur-oxidizing)12%、酸酐菌(Acidobacteria)10%、Gemmatimonadetes10%。天然气库上方土壤微生物多样性的分子分析可为开展微生物油气勘探(MPOG)技术奠定基础。     

硫酸新霉素废水活性污泥的微生物群落结构解析

对硫酸新霉素废水处理中的好氧、厌氧活性污泥进行16S V3-V4扩增区域的微生物分类测序,采用宏基因组技术解析活性污泥的微生物群落结构.结果表明,从门水平而言,好氧活性污泥中的微生物主要为相对丰度为34.3％的变形菌门和相对丰度为11.5％ 的拟杆菌门,厌氧活性污泥中的微生物主要为相对丰度为42.7％ 的厚壁菌门、相对...     

基于高通量测序技术解析污水甲烷化反硝化耦合处理过程中细菌群落多样性与结构特征

借助模拟配水和内循环厌氧反应器,搭建了污水甲烷化反硝化耦合处理系统,探究不同碳氮比条件下耦合体系代谢特性,利用高通量测序技术研究不同条件污泥细菌群落丰度、多样性和结构演替特征。结果表明,不同碳氮比条件下,变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和绿弯菌门为优势细菌菌群(丰度>90%),在连续实验中,在“门”层级菌群结构基本一致,但对应菌群数量有明显区别,并与体系中碳氮比有关。Smithella菌属在低碳氮比(如15.18和8.00)系统中大量增殖,推测可能与过程中丙酸和丁酸等产物的快速代谢有关。     

MFC-好氧颗粒污泥系统中C/N对阴极微生物的影响

为了探索微生物燃料电池更广泛的适用性，本试验将好氧颗粒污泥（AGS）与微生物燃料电池（MFC）进行耦合，并采用序批式运行方式，固定进水COD为780 mg/L，通过改变NH4+的浓度（39、50、78和156 mg/L）将碳氮比（C/N）分别调节为5、10、15、20，研究了不同C/N对系统阴极室内微生物的多样性和群落结构产生的影响。通过高通量测序分析显示，随着进水C/N的变化，阴极室内不同菌群的相对丰度都产生了明显的变化。在门水平下，最为丰富的变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度在C/N=10时，占比为45%；而在C/N=20时，降为41.1%。在纲水平下，相对丰度变化幅度最大的异常球菌纲（Deinococci）在C/N=5时占比最大达到27.2%，在C/N=20时占比最小只有15.1%。在C/N=15和20的条件下，阴极室内微生物的新陈代谢相对丰度最高，为77.1%，对应的阴极好氧颗粒污泥代谢较强，这对微生物降解COD有着举足轻重的作用。     

基于外源供氢沼气生物提纯微生物及反应器开发研究进展

利用外源氢气作为电子供体对沼气进行厌氧生物提纯,具有反应条件温和、副产物少等优点,是当前国内外研究的热点。气液传质效率低是该技术发展的最大阻力,厌氧生物反应器影响耗氢产甲烷菌的生长和分布、反应底物的接触方式和接触时间,进而影响运行的稳定性和处理效果,是目前提高反应效率的研究重点。本文通过介绍基于外源供氢的沼气生物提纯原理、微生物分布的基本特征和提纯系统运行操作方式,对反应过程中反应器的主要要求进行了分析;系统综述了目前基于外源氢气的沼气生物提纯工艺中连续搅拌式反应器（CSTR）、上流式污泥反应器（UASB）和生物附着式反应器的应用研究进展,总结了基于外源氢气的沼气生物提纯技术的发展现状和各类反应器的特性,并从传质研究方法和氢气来源等方面提出了建议与展望。     

HTAB对污泥发酵效能及微生物种群结构的影响

探究了典型杀菌剂十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)对污泥厌氧发酵产短链脂肪酸的影响,采用16S rRNA和16S rRNA(genes)等测序手段分析比较了发酵系统中微生物的种群结构。结果表明,HTAB暴露有效促进了污泥产酸的效能,第6天达到(2 012±101) mg COD/L,相比空白组提高将近4倍,特别是乙酸。进一步发现,HTAB能加速污泥中蛋白质等有机底物的溶解和水解,促进发酵功能微生物的富集,有利于短链脂肪酸的积累。与传统的16S rRNA相比,16S rRNA(genes)测序分析能更加真实、有效地反映发酵系统中功能微生物的重要作用。     

生物炭对厌氧消化效率及微生物群落的影响研究进展

总结了不同类型生物炭包括热解炭、水热炭以及改性生物炭对厌氧消化过程的影响,探讨了生物炭促进厌氧消化过程的机理.生物炭主要通过促进微生物种间互营关系、增强体系缓冲能力以及吸附抑制性物质来促进厌氧消化工艺性能.同时分析了生物炭对厌氧消化过程中微生物群落的影响,生物炭通过介导微生物种间直接电子传递,促进微生物间互营关系,进而...     

微生物燃料电池-好氧颗粒污泥系统中C/N对阴极微生物的影响

为了探索微生物燃料电池(MFC)更广泛的适用性,将好氧颗粒污泥(AGS)与MFC进行耦合,并采用序批式运行方式,固定进水化学需氧量(COD)为780 mg/L,通过改变NH₄⁺-N的质量浓度(39、50、78和156 mg/L)将COD与NH₄⁺-N的质量浓度之比(简称碳氮比,C/N)分别调节为20、15.6、10、5,研究了不同C/N对系统阴极室内微生物的多样性和菌群结构产生的影响。通过高通量测序分析显示,随着进水C/N的变化,阴极室内不同菌群的相对丰度都产生了明显的变化。在门水平下,当C/N=10时,最为丰富的变形菌门(Proteobacteria)相对丰度为45.0%,而当C/N=20时降为41.1%。在纲水平下,当C/N=5时,最为丰富的异常球菌纲(Deinococci)相对丰度均为27.2%,而当C/N=20时只有15.1%。当C/N=15.6和20时,阴极室内微生物的新陈代谢最高,相对丰度均为77.1%,对应的阴极好氧颗粒污泥代谢能力较强,对微生物降解COD具有重要作用。     

PAC强化MBR工艺去除污水中微量药物效能与微生物群落变化研究

对比考察了粉末活性炭(PAC)强化膜生物反应器(MBR)工艺和单独MBR工艺对污水中酰胺咪嗪、萘普生、新诺明和双氯芬酸钠4种药物的去除效能,同时采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对2种工艺中的微生物群落结构变化进行了分析。结果表明,与单独MBR工艺相比,PAC强化MBR工艺对4种药物的去除效率分别提高了25%、17%、22%和16%。在反应的开始阶段,2种处理工艺中微生物的种类较为单一且差异较小;运行8个月以后,2种反应器中微生物的种类增加,主要为α-变形菌、β-变形菌、γ-变形菌、δ-变形菌、拟杆菌、鞘脂杆菌、杆菌和放线菌等,在PAC强化MBR反应器中还出现了新诺明降解菌等药物降解菌。由此可见,在MBR中投加PAC不仅能够通过吸附作用在较短时间内提高对污水中药物的去除效果,还有利于特异性药物降解微生物在反应器内衍生和积累,进一步提高了对药物的长期稳定去除效果。