基于高通量测序的寒地沼气池微生物群落解析

为实现寒地沼气发酵系统高效、稳定运行,应建立基于沼气发酵微生物群落的复合调控策略．本研究耦合454高通量测序和PCR-DGGE分析方法,对北方规模最大的海林农场沼气池内细菌及产甲烷古菌群落结构进行解析．取沼气池稳定运行期沼液样品,分析系统内微生物群落多样性．结果显示,共获得1 297条高质量微生物序列,在属和种的分类水平上,至少存在581个细菌属和666个细菌种．优势菌群有Firmicutes、 Bacteroidetes 及Proteobacteria,相对丰度分别为46.39％、21.41％和18.98％．优势属(相对丰度>5.0％)包括Proteiniphilum、Spirochaeta和Wolinella．DGGE分析结果表明,产甲烷古菌包括Methanocorpusculum sp.、Methanosaeta sp.、Methanobacterium sp.及Methanosarcina sp.．,表明沼气池的产甲烷途径以乙酸代谢类型为主,水解、酸化过程主要由来自动物消化系统内的细菌完成．     

底物类型对产甲烷效能及微生物群落结构的影响

为考察底物类型对厌氧消化过程的影响,以升流式厌氧膨胀床作为厌氧消化反应器,以经过"热-酶联合预水解"后的啤酒糟和猪粪作为处理对象,研究不同有机负荷率条件下反应器的运行效能和微生物群落结构.结果表明,当有机底物类型从啤酒糟转变为猪粪后,反应器的COD去除率降低40%,甲烷产量减少75%,有机物甲烷化率降低25%,且出水乙酸质量浓度由50 mg/L跃升至3 700 mg/L.同时,Firmicutes细菌门的丰度提高约1倍,Bacteroidetes细菌门的相对丰度则减少约50%;产甲烷菌数量减少61%,产甲烷菌属Methanobacterium替代Methanosaeta成为最占优势的古细菌菌属.     

鼠李糖脂添加下生物滴滤器净化氯苯废气性能

采用生物滴滤器(BTF)净化模拟氯苯废气,考察不同工况下的净化性能及鼠李糖脂(RL)添加下生物膜特性.结果表明:BTF中群落结构稳定,变形杆菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(AActinobacteria)为优势菌门(相对丰度占比88.4％).BTF性能在添加RL质...     

A2/O工艺Microthrix parvicella型微膨胀污泥微生物群落特征

为探究Microthrix parvicella引发的污泥膨胀微生物群落特征，采用A²/O工艺并借助高通量测序技术，考察污泥膨胀中微生物群落整体、硝化菌群和丝状菌群的变化特征。结果表明，当系统运行温度由24℃降低为14℃并运行21 d后诱发了M.parvicella污泥膨胀，污泥体积指数由81 mL/g升高至197 mL/g,系统中COD和NH⁺₄-N的平均去除率分别为84%和98%。污泥膨胀使微生物群落结构发生变化，Actinobacteria门相对丰度由8%增大到20%,优势地位明显提升，Proteobacteria门和Nitrospirae门相对丰度降低。低温下AOB、Nitrospira丰度降低，Nitrobacter丰度升高，但系统内仍存在一定数量的硝化菌群，这维持了良好的硝化效果。丝状菌群中M.parvicella、Thiothrix和Flavobacterium相对丰度升高，其余8种丝状菌属相对丰度降低。升高温度后，污泥膨胀得到控制。     

TISTD反应器中的菌群结构及生态变化

以两相一体式污泥浓缩消化反应器（Two-phase Integrated Sludge Thickening andDigestion reactor,TISTD）为对象,研究了反应器稳定运行期间菌群结构及反应器负荷改变时其内部生态结构的变化。在以30%的投配率稳定运行时,从产酸相和产甲烷相分别取样、培养和分离出20株优势菌属。选取其中6株进行了16S rDNA序列分析,分属于芽孢杆菌属、产甲烷螺菌属和产甲烷球菌属。在投配率分别为10%、20%、30%以及启动期和系统崩溃期5个时期采取10组样品,对其污泥进行DNA提取、纯化和16S rDNA PCR扩增及温度梯度凝胶电泳（Temperature gradientgel electrophoresis,TGGE）电泳检测等。结果表明：中温下反应器中微生物菌群呈多样性分布,生态系统复杂稳定,维持了反应器的正常功能;反应器不同负荷时期污泥DNA提取及扩增效果良好;TGGE图谱分析表明,投配率20%、30%时的群落结构相似度最高,污泥中生物含量丰富,支撑了TISTD在污泥浓缩下良好的消化效果。     

CO_2地质封存泄漏对土壤微生物群落的影响

土壤微生物对CO_2的耐受性和敏感性有助于监测和评估地质封存泄漏风险.通过构建CO_2泄漏模拟实验平台,采用Miseq平台Illumina二代基因测序技术观测空白对照组和400,800,1 200,2 000g/(m~2·d)等4个梯度持续通气60d后土壤微生物群落的响应,并考察2 000g/(m2·d)通气组停止通气60d后微生物群落的恢复能力.研究后发现不同微生物群落结构与组成在中、低浓度CO_2胁迫下表现为抑制性,但在高和极高浓度下菌群反应差异显著.拟杆菌目相对丰度具有极大的可变性,可作为微生物敏感性指标用来评估CO_2泄漏风险.微生物通过改变自身结构与组成以适应CO_2胁迫,但群落结构受损后恢复困难.研究结果表明:1)CO_2泄漏造成了土壤有机质持续增加,最高上升了29.4%.电导率、pH和硝酸盐则持续下降,硝酸盐浓度最大下降了85.5%;2)Chao1和Shannon指数随着泄漏量持续加大分别增加了18.40%±2.40%和6.20%±1.20%;3)酸杆菌门、放线菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、变形菌门等6个主要类群在不同CO_2泄漏胁迫下表现各异,其中拟杆菌目占比从38.2%急剧下降至7.90%,其它类群占比则有所上升;4)基于OTU分类的微生物群落β多样性与CO_2泄漏梯度存在显著相关(p0.01),但是受土壤pH,EC值和硝态氮的影响十分显著(p0.01);5)2 000g/(m2·d)组在停止通气60d后土壤微生物群落结构几乎没有恢复.     

盐度对共代谢降解底泥多环芳烃的影响及微生物群落响应

微生物共代谢可有效降解河道污染底泥中的多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs),沿海城市内河与外海交界处的感潮河段由于受潮汐影响,上覆水盐度波动大,但盐度波动对共代谢降解底泥PAHs的影响及微生物群落的响应仍不清楚。为此,采用乙酸钠耦合邻苯二甲酸为共代谢外加碳源,考察上覆水0～50‰盐度波动范围对底泥PAHs降解的影响,监测底泥理化性质和硫化物质量浓度的变化,解析盐度波动条件下底泥微生物群落的变化。结果表明：低盐环境(0～20‰)更利于共代谢反应进行,PAHs降解率是高盐环境(>20‰～50‰)的1.5～3.3倍;高盐环境产生的高渗透压会影响微生物活性,导致底泥pH和氧化还原电位(oxidation-reduction potential, ORP)下降减缓,SO₄^2-的还原速率下降。高通量测序表明：盐度波动可显著改变底泥的微生物群落结构,低盐环境下变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)占主导地位,其中,Marin...     

户内供水管道特殊水力工况对微生物生长的影响

户内供水管道存在长时间滞留和间歇性用水的特殊工况,为此,以HZ市某小区内1 100户的时用水量数据为背景条件,搭建户内非循环管道模拟平台,设置高变化流量(HIG)、中等变化流量(MED)、低变化流量(LOW)、恒定流量(SS)和滞留168 h(RET)5种水力工况,探究户内供水管道特殊水力工况对管道微生物群落结构和条件致病菌的影响。运行3个月后收集33组生物膜样品和水样,开展实时荧光定量(real time qPCR)和16S rRNA基因测序分析,对样本中铜绿假单胞菌的绝对丰度进行定量并分析微生物群落结构组成和多样性。结果表明：RET水样细菌总数最大,且生物膜中活菌比例最高;间歇式用水工况下水样中含条件致病菌的菌属数量和丰度更高;HIG生物膜中细菌总数最大且含条件致病菌的菌属相对丰度最高为78.38%,HIG生物膜中铜绿假单胞菌拷贝数为4 798.81/cm²,是RET生物膜的7.59倍。RDA结果显示,浊度和pH分别是假单胞菌属和铜绿假单胞菌的主要环境影响因素。     

低pH值与低有机负荷引起的活性污泥膨胀及其恢复

用ＳＢＲ法处理啤酒废水和化工废水的试验研究表明：两种废水的活性污泥在低有机负荷时有利于丝状菌的增殖而会发生污泥膨胀,这种膨胀污泥可以通过提高有机负荷得到控制和恢复。啤酒废水在长期低ｐＨ值（４．０６￣５．０）和有机负荷连续由高变低时引起的污泥膨胀,其ＳＶＩ较相同有机负荷、正常ｐＨ值（６．５￣８．０）条件下上升缓慢,有出现丝状菌缠绕型粒状污泥。在高负荷及ｐＨ＝６．０恢复时的粒状污泥消失过程中,ＳＶＩ仍     

纯氧曝气污泥颗粒化及其结构解析

纯氧曝气活性污泥法广泛用于处理或预处理高负荷有机废水。利用纯氧和空气2种曝气方式同步培养好氧颗粒污泥,结果表明前者污泥颗粒化时间较短,颗粒结构更为密实。显微镜观察发现纯氧曝气污泥颗粒表面含有大量的丝状菌,少量球菌、杆菌以及一些胞外多聚物（EPS）等,空气曝气污泥颗粒表面物质组成相对单一,表明纯氧曝气颗粒污泥微生物种类、数量及代谢能力优于空气曝气颗粒污泥。同时发现进水负荷波动对纯氧曝气污水处理系统出水水质的影响较小,表明纯氧曝气颗粒污泥能够处理和耐受高负荷有机废水。     

无机碳对SNAD工艺硝氮积累问题恢复的影响

为研究充足的无机碳对同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化(SNAD)工艺的恢复与稳定运行的影响,向硝酸盐氮积累而崩溃的SNAD反应器中投加过量无机碳,对反应器的运行情况进行研究.结果表明:在无机碳质量浓度为理论需要量的350%~410%的条件下运行36 d后,出水硝酸盐氮由12.1 mg/L下降至3.47 mg/L,特征比由2.31升高至20.77;继续投加无机碳至理论需要量的200%~310%,运行42 d后,总氮去除负荷由0.176 g/(L·d)升高至0.299 g/(L·d);投加无机碳前后,好氧氨氧化活性(AOR,RAO)与厌氧氨氧化活性(ANR,RAN)分别由0.061 4和0.040 6 g/(g·d)升高至0.081 1和0.065 9 g/(g·d).结果表明,充足的无机碳投加在有效解除SNAD工艺硝酸盐氮积累问题的同时,可以促进好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(An AOB)的活性.     

平行启动的微生物燃料电池阳极微生物群落差异性解析

为揭示平行操作的微生物燃料电池(MFC)产电效能出现差异的原因,应用高通量测序技术对3个平行启动和运行的MFC阳极微生物群落的组成、丰度及多样性进行分析,探讨其差异性与反应器效能的关系.结果表明:表面上控制条件完全一致的平行MFC,其运行状态存在较大差异,反应器Mfc-1和Mfc-3可获得220~240 m V电压及1.85~2.33 W/m3的功率密度;Mfc-2电压一直较低,最高仅为120 m V.同一底物富集的MFC阳极微生物群落组成和丰度差异明显,Mfc-1和Mfc-3中富集了高丰度的有利于产电的微生物种属Anaeromusa、Dechloromonas、Geobacter;Mfc-2则存在较独特的与产电无关的高丰度种属Acinetobacter,这种优势种属的差异最终导致Mfc-2产电效能较差.表面上操作条件相同的平行MFC其阳极微生物优势类群可能存在显著差异,进而决定MFC产电效率的不同.应用MFC探讨其产电效能与影响因子关系时,需运行至少3个平行MFC反应器,以减少潜在的操作失误或缺陷,提高数据可靠性.     

复合菌剂预处理玉米秸秆及厌氧发酵产沼气

对比研究了9组不同配比的复合菌剂预处理玉米秸秆及厌氧发酵产沼气的效果,采用秸秆失重率及木质纤维降解率分析复合菌剂的降解能力,并通过沼气和甲烷的产量分析复合菌剂的产气性能.研究结果表明,D4组秸秆失重率及木质纤维素降解率最高,其次为I9组.30d的发酵周期内,I9菌剂处理后秸秆厌氧发酵效果最好,出现两个产气和产CH4的高峰期,累积产气量和产CH4量分别提高36.6%、39.0%,这说明采用合适的菌剂配比预处理秸秆能较大地提高厌氧发酵的产气量和消化效率.D4组秸秆木质纤维降解率虽最高,但产气并不是最高的,这说明降解率和产气量并不成正比.根据产气要求,选择最佳复合菌剂的配比为I9组,即复合菌、真菌、放线菌及细菌、绿色木霉的体积比为3∶3∶2∶1.     

柴达木盆地东部第四系低丰度高效 气源岩地球化学特征及成藏机理

对柴达木盆地东部地区第四系鸭湖和盐湖剖面进行了露头取样,并利用Rock-Eval生油岩评价、色谱质 谱等实验分析测试技术对样品进行了地球化学特征分析。实验结果表明,样品有机碳含量变化不大,w(TOC) 为0.15%～0.75%,w(S1+S2)为(0.24～2.5)×10-3。第四系气源岩中的有机质类型多以Ⅲ型有机质为主,少 数为Ⅱ型,极少数为Ⅰ型。有机质主要来源于陆源生物为主的腐殖型和含腐泥腐殖型,是典型的低丰度有机质 气源岩。C29甾烷异构化参数C29αββ/(αββ+ααα)、C29ααα20S/(20S+20R)分布分别为0.34～0.38、0.27～0.33, C31升藿烷22S/(22S+22R)分布为0.49～0.56,显示第四系样品多处于未熟状态。巨厚的气源岩沉积厚度、第 四纪寒冷的气候和高盐度的水体环境及有效的生储盖组合是形成第四系大型生物气藏的有利条件。     

稻草秸秆预处理实验研究

通过不同的化学试剂与汽爆组合处理稻草秸秆的研究,确定了有效的预处理条件：稻草秸秆与3％氢氧化钠溶液的固液比为1：5,混匀,置126—128℃保温5min,放气．此预处理能使秸秆中木质素去除75．58％;秸秆酶解（酶解条件：2％底物,0．2％纤维素酶,pH=4．8,0．2mol／L醋酸-醋酸钠缓冲溶液,46℃水解48h）糖化率达91．98％．     

生物-生态协同工艺深度处理城市污水

为实现碳源含量低、营养盐含量高的城镇污水高效、低耗地脱氮除磷,提出以生物、生态协同组合模式脱氮除磷.试验规模为100 m3/d,其中生物段为悬浮式活性污泥系统,生态段为人工湿地和稳定塘的串联系统.根据进水特征和单元工艺的特性调节单元工况类型和运行参数,合理分配两段污染物负荷,协同组合两段工艺,达到生物段灵活、高效性和生态段低耗、稳定性的最佳结合.研究表明,生物段HRT 6~8 h、人工湿地水力负荷0.34~0.54 m3/(m2.d)时,组合工艺COD去除率为90%、TN去除率为60%~80%、TP去除率为99%,出水可作为湖泊的补充水源利用,达到保护湖泊生态的目的.     

5 kW质子交换膜燃料电池堆之气体与水管理系统

开发了一个气体与水管理系统,藉以配合5kW质子交换膜燃料电池堆(Ballard 1310),使燃料电池的发电效率提升,并应用在小型运输工具之辅助动力装置(APU).气体与水管理系统包含4个子系统:氧化物供应系统、氢气供应系统、冷却系统与控制系统.原设计之各子系统中,感测组件过多以及管路过长,易出现热耗散及不均匀的现象,使供应气体温度下降.在新的简化设计中,减少各系统中的感测组件及缩短的管路,能有效提升供应气体之温度,提升燃料电池的性能.此外,电池效能会被在不同负载下的气体相对湿度与氢气消耗量影响,氢气消耗量在负载100A时较负载10A时多44%,故分析氢气于各负载下的消耗情形与气体相对湿度,有助于设计理想的氢气再循环机制,而提升氢气的使用效率.为使总输出功率可达10kW,后续工作将以另一5kW燃料电池堆系统与原系统结合二极管做串并联组装,且因两电池堆之效能输出几乎一致,故全系统将可进行长时间且稳定之高功率输出.实验结果显示在空气进口温度51℃与相对湿度54%时,电池堆最理想效能可达到65.5%.     

基质质量浓度对不同载体UAF B-Anammox反应器脱氮性能的影响

为了研究厌氧氨氧化膜生物反应器运行的稳定性,利用3个分别以组合填料、聚氨酯泡绵和立体弹性纤维作为填料的上流式固定床(up-flow anaerobic fixed bed,UAFB)生物膜反应器,以人工配水为研究对象,考察了进水基质(NH_4~+-N、NO_2~--N)质量浓度对不同生物载体反应器脱氮效能及挂膜效果的影响.结果表明:与聚氨酯泡绵和立体弹性纤维相比,添加组合填料的反应器耐基质质量浓度冲击能力最强.随着基质质量浓度的增加,其对NH_4~+-N及NO_2~--N的去除率呈先降低后上升的趋势.当基质质量浓度均达226 mg/L时,两者的去除率分别为76.37%和77.53%,氮去除负荷为1.32kg·N/(m~3·d).含聚氨酯泡绵填料的反应器在最大基质质量浓度下NH_4~+-N和NO_2~--N去除率仅为44.90%和41.41%.添加立体弹性纤维填料的反应器的脱氮稳定性介于前两者之间.组合填料具有较高的比表面积和较好的亲水性,易于微生物附着生长且不易脱落;而聚氨酯泡绵填料比表面积及表面粗糙度均低于组合填料,且微生物截留能力较低,导致其受到冲击后生物膜易脱落,故其耐基质质量浓度冲击能力最差;立体弹性纤维表面粗糙度高利于微生物附着,但亲水性差且对微生物亲和性低,易发生膜损失.