城市污水厂(A/O工艺)微生物群落结构及其动态变化

为了研究de氧化沟工艺中微生物群落结构及其动态变化,分别从de氧化沟工艺中好氧区、缺氧区、厌氧区取活性污泥,通过细胞裂解直接提取颗粒污泥细菌基因组dna。通过pcr-dgge技术对de氧化沟工艺中的微生物多样性进行分析,以细菌和古细菌16srrna基因通用引物530f/1490r对de氧化沟活性污泥中提取的细菌基因组dna进行pcr扩增,扩增产物经纯化后用于变性梯度凝胶电泳(dgge)分析。结果显示,de氧化沟工艺中活性污泥的微生物群落非常丰富,在好氧区微生物的种属达到12种,缺氧区为16种,厌氧区为14种;de氧化沟工艺不同单元都有一些各自的特有种属和共有种属,工艺中的微生物群落演替不明显,微生物群落相似性为64.7%,群落结构较为稳定。

采用illuminamiseq方法分析了汾酒生产用曲样品中的微生物群落结构,得到了汾酒生产用曲样品中微生物类别、群落组成等数据,全面的展现了汾酒生产用曲中微生物的多样性分布。

[目的]本文探讨了尖裸鲤因水霉菌病变死亡后的微生物群落结构变化特征.[方法]采用illumina-miseq高通量测序技术对尖裸鲤健康个体和因水霉菌病变死亡个体的表皮皮肤粘液及肠道内容物的微生物多样性进行分析.[结果]尖裸鲤因水霉菌病变死亡后其表皮皮肤和肠道中细菌群落多样性减少,而其真菌多样性增加.尖裸鲤病变死亡后其表皮皮肤粘液中pseudomonassp.、vagococcussp.、providenciasp.、morganellasp.、pleosporales、mucorales、tremellales和agaricomycetes等8种优势微生物菌群减少,而acinetobactersp.、proteussp.、carnobacteriumsp.和malasseziasp.等4种优势微生物菌群增加.同时,尖裸鲤病变死亡后其肠道中acinetobactersp.、flavobacteriumsp.、vagococcussp.、carnobacteriumsp.、bacillussp.和malasseziasp.等6种优势微生物菌群减少,而pseudomonassp.、tremellales和agaricomycetes等3种优势微生物菌群增加.[结论]细菌和真菌的群落结构变化是尖裸鲤病变死亡的主要原因.

采用a/o工艺处理淀粉厂区废水,结合miseq高通量测序技术研究了不同污泥浓度（mlss）对a/o工艺脱氮效果及微生物群落结构的影响.结果显示,当污泥浓度为4066mg/l时（1号池）,氨氮（nh4^＋-n）平均去除率高达90.2%;而污泥浓度为2985mg/l时（2号池）,去除率仅为67.2%.两池体中优势菌门均为变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和厚壁菌门,其中变形菌门和拟杆菌门平均丰度分别为40.65%、30.28%和25.25%、33.27%,其相对丰度比例差异较大.在功能基因层面,两池体中所有8个功能基因类别（kegg,京都基因与基因组百科全书）排序相同,氮代谢相关基因中,硝化酶、反硝化酶、氨化酶的相关功能基因均在1号池中含量高.该工艺中污泥浓度对菌群结构影响显著,高污泥浓度有利于形成高效脱氮菌群结构.

通过利用生物强化技术提高水解酸化处理模拟印染废水的处理效果,包括共基质强化和菌剂强化两个方面。菌剂和共基质强化结果表明,菌剂a和菌剂b的加入将脱色率分别提高了2.33%和7.20%,当不加碳源时,脱色效果比较差（低于6.00%）,而蔗糖的加入能提高脱色率至45.29%。利用pcr-dgge技术追踪生物强化前后微生物群落结构信息,结果表明,菌剂和共基质的加入都对水解酸化池的微生物群落结构有较大影响。菌剂a和b强化后,水解酸化池的微生物多样性指数h（shannonweaver）由2.38分别增长到2.56和2.69,而共基质调控使得h由2.94增加到3.16。菌剂强化后,优势菌厚壁菌（firmicutes）得到强化。通过共基质强化,优势菌拟杆菌（bacteroidetes）和厚壁菌（firmicutes）得到强化,它们可能在染料降解中起到重要作用。

以某城市生活污水处理厂为研究对象,通过高通量测序技术解析功能单元（氧化沟）内微生物群落结构。试验时,该污水处理厂出水水质满足一级b排放标准（gb18918—2002）。高通量测序获得有效序列28561条,经分析得到文库覆盖率为0.90,微生物α指数,即ace、chao1、shannon和simpson指数分别为20653.8、12148.4、6.6和0.005。在属（genus）水平,丰度在1%以上的优势微生物共有19种,其中1%-2%的菌属有pseudomonas、phycisphaera、methylocystis、gemmata、gp7、singulisphaera、isosphaera、parachlamydia、haliea和tm7generaincertaesedis,所占比例分别为1.91%、1.91%、1.90%、1.75%、1.64%、1.55%、1.47%、1.33%、1.2%和1.17%,这部分比例之和为15.83%。丰度在2%以上的优势菌属有zavarzinella、gp4、planctomyces、aciditerrimonas、blastopirellula、pasteuria、neochlamydia、gemmatimonas和simkania,所占比例分别为10.02%、4.66%、4.44%、2.66%、2.56%、2.33%、2.31%、2.25%和2.23%,这部分共计33.46%。所占比例高于0.01%的菌属共有355类,表明该城市污水处理厂含有丰富的微生物资源,它们是污水处理的微生物基础。

采用微生物培养方法及高通量测序技术,综合分析了污泥好氧堆肥过程中微生物群落结构的变化,结果显示,细菌和真菌对温度的敏感度要高于放线菌,在堆肥的高温期生长受限。细菌和真菌的高通量测序结果显示,不同的堆肥时期,堆肥微生物群落中的优势菌菌数是有规律变化的。其为污泥堆肥微生物的分离选育及相关微生物种群结构分析提供技术参考。

采用活性污泥缺氧-好氧膜生物反应器(a/o-mbr)和固定化缺氧-好氧膜生物反应器(i-a/o-mbr)工艺处理。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、nh+4-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、nh+4-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。

研究了处理含铜、铬与镍废水的三阶段波形潜流人工湿地中微生物群落结构和酶活性的空间变化.用稀释平板菌落计数法研究了微生物的数量变化,用pcr-dgge结合测序研究了微生物群落结构变化,并用比色法测定了土壤酶活性.结果表明,在人工湿地中,细菌数量为(4.10±0.72)×106～(1.61±0.10)×107,真菌数量为(7.21±1.60)×104～(1.29±0.02)×105;放线菌数量为(1.41±0.27)×106～(3.38±0.11)×106.回收自dgge凝胶中的8个不同的条带均为特异的16srrna序列或18srrna序列,说明微生物群落结构发生了显著变化.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)]和碱性磷酸酶活性[(1.03±0.16)mg/(g.2h)]分别出现在第1、第3和第1阶段.相关性分析表明,真菌数与全量铬含量、有效态铬含量和铬的活化率均呈显著负相关,蔗糖酶活性与全量铜、全量镍和有效态镍也均呈显著负相关.

以德国分散式污水处理系统为研究对象,通过16srrna测序,研究2个反应器中微生物群落结构,利用picrust软件对其功能进行推演.结果表明,冬季,污水厌氧膜生物反应器(anmbr)内温度20℃,进水cod712mg/l时,出水可获得52％的cod平均去除率,产气率为122l/kgcod;固体废物厌氧反应器(psd)内温度37℃,反应器内cod3007mg/l时,可获得374l/kgvss的产气率.2个反应器具有相似的微生物组成,对细菌,synerigistaceae科的相对丰度最高(anmbr:24.0％±10.0％;psd:11.0％±3.1％);对古菌,methanobacteriaceae科的相对丰度最高(anmbr:0.6％±0.3％;psd:13.8％±1.8％);2个反应器的功能基因组成也相似,产甲烷都以h2还原co2的通路为主.psd反应器中h2还原co2通路相关基因、f420合成相关基因、辅酶m合成相关基因的相对丰度都高于anmbr反应器.

以德国分散式污水处理系统为研究对象,通过16srrna测序,研究2个反应器中微生物群落结构,利用picrust软件对其功能进行推演.结果表明,冬季,污水厌氧膜生物反应器(anmbr)内温度20℃,进水cod712mg/l时,出水可获得52%的cod平均去除率,产气率为122l/kgcod；固体废物厌氧反应器(psd)内温度37℃,反应器内cod3007mg/l时,可获得374l/kgvss的产气率.2个反应器具有相似的微生物组成,对细菌,synerigistaceae科的相对丰度最高(anmbr:24.0%±10.0%；psd:11.0%±3.1%)；对古菌,methanobacteriaceae科的相对丰度最高(anmbr:0.6%±0.3%；psd:13.8%±1.8%)；2个反应器的功能基因组成也相似,产甲烷都以h_2还原co_2的通路为主.psd反应器中h_2还原co_2通路相关基因、f420合成相关基因、辅酶m合成相关基因的相对丰度都高于anmbr反应器.

为了研究处理规模对污水处理系统中微生物群落结构的影响,该文采用针对氨氧化菌(aob)功能基因氨单加氧酶(amoa),及针对细菌16srrna基因的末端限制性片段长度多态性技术(t-rflp),分析了北京市一个实际污水处理系统和一个中试反应器中aob及细菌的群落结构,并探讨了处理规模对微生物群落结构的影响。t-rflp指纹图谱表明:2个污水处理系统中aob的优势末端限制性片段(t-rf)均为291和354bp,细菌的优势t-rf为106、115、117、166、423、455、468、471、482、739、777和782bp等。t-rflp指纹图谱分析表明:处理规模对系统中aob群落结构没有显著影响,而对系统中细菌的多样性有一些影响。2个污水处理系统中优势aob均属于nitrosomonaseuropaeacluster和nitrosomonasoligotrophaculster。

为深入了解自然水体生物膜微生态群落系统中微生物群落的组成与结构。采集松花江吉林江段自然水体生物膜为研究对象,对其中微生物的总dna进行了提取；之后利用高通量测序技术对生物膜中细菌的16srdna基因进行了序列测定。分析了自然水体生物膜中微生物群落组成鉴定和相对丰度。物种分类显示,细菌种类隶属于15个门、31个纲、58个目、80个科和148个属,其中优势类群为变形菌门(proteobacteria),其相对丰度分为63.50%。

为提高石油化工污水厂厌氧—好氧(a/o)工艺净化效能,应用聚合酶链式反应—变性梯度凝胶电泳(pcr-dgge)与常规技术相结合的方法分析了石化废水处理系统生化池中微生物群落结构变化与污染负荷和主要污染物降解效果变化的关系。结果表明:在每天2次,连续6天的监测中,待处理废水中cod负荷在424.92mg/l和559.10mg/l之间波动,nh3-n在63.60mg/l和100.87mg/l之间变化;工艺对cod和nh3-n的去除率较低,分别为69.42%和31.2%,且生化池各段对cod和nh3-n的去除率变化并非呈单一递减趋势,这与微生态细菌种类随污水浓度的变化呈非单一的递减趋势相一致;pcr-dgge图谱中各处理单元的细菌条带数量变化很大,相似性系数最高为36.11%,最低为6.25%,微生物群落结构相似性很低。

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术(pcr-dgge)研究了序批式活性污泥法(sbr)处理红霉素生产废水过程中从厌氧处理阶段到好氧处理阶段的微生物群落结构变化,并对微生物群落的部分优势细菌进行了克隆测序和系统发育树分析。结果表明,微生物群落丰富度随sbr处理进程呈递增趋势;微生物群落的相似性在相邻的处理阶段间相对较高,相隔越远的处理阶段间则越低;6种优势菌的同源性均在95%以上,其中有4种细菌均为厌氧和好氧处理阶段的优势菌,有1种细菌仅为好氧处理阶段的优势菌。

构建了2个装载不同填料的厌氧污泥床(uasb)反应器(r1:载活性炭的k3填料;r2:普通k3填料),对比研究了2种厌氧氨氧化系统的启动特征、脱氮性能,分析了r1反应器的微生物群落结构变化规律,并对r1不同高程的基质去除特征和微生物群落组分进行了解析。结果发现,r1在第86天启动成功,短于r2的100d,长期运行后r1和r2的最大氮容积负荷(nlr)分别为2.156和2.122g·(l·d)~(-1),最大氮去除负荷(nrr)分别达到1.855和1.815g·(l·d)~(-1)。在r1中,内部基质浓度随高度增加而降低,进水nh_4~+-n浓度较低时(50、100mg·l~(-1))和较高时(350、450mg·l~(-1)),基质的去除分别集中在反应器高度0~7cm和17~37cm处,而且厌氧氨氧化菌含量与氮去除率间呈正相关关系。另外,r1运行过程中厌氧氨氧化优势菌种由candidatusbrocadia(20d)变为candidatusjettenia和candidatuskuenenia的混合菌种(134d)。

为了揭示颗粒污泥形成过程中微生物群落结构多样性的演变过程,以人工配水为进水,在sbr中采用厌氧/好氧循环的手段成功培育出具有聚磷特性的颗粒污泥,利用基于16srdna的pcr-dgge技术获得了微生物群落的dna特征指纹图谱,对条带进行了统计分析和切胶测序,并建立了系统发育树。结果表明,污泥沉降性能的改善要先于颗粒污泥的形成,而污泥粒径的演变对其沉降性能影响较小。微生物群落结构演变较为平缓,shannon多样性指数随着颗粒污泥形成逐渐上升;颗粒污泥形成期间,聚磷菌candidatusaccumulibacter始终保持较为稳定的优势地位,以candidatusnitrospiradefluvii和thauera为代表的种群逐渐得到强化,而拟杆菌纲在前期占有优势地位,在后期逐渐消亡。

ericpcr群落指纹图谱监测与常规技术相结合,分析了焦化废水处理系统曝气池的微生物群落结构动态变化与污染负荷和主要污染物降解效果变化的关系.在每3d1次,连续8个时间点的监测中,待处理废水中苯酚负荷在3553mgl和13282mgl之间波动,氰化物负荷从096mgl变化到3475mgl,codcr最低为104410mgl,最高时为793090mgl.第4监测期间高浓度矿物油冲击使活性污泥的沉降能力和对codcr的降解效率显著降低,但对苯酚和氰化物的降解能力造成的影响较小.监测期间2个曝气池微生物群落的ericpcr指纹图谱的平均相似性系数(cs)分别为941%和966%,多样性指数在177—234和160—216之间,表明用ericpcr检测出的该系统中的活性污泥这部分微生物种群的结构比较稳定,可能构成了苯酚和氰化物去除效率在监测期间相对稳定的基础.

以实际石化废水为处理对象,研究溶解氧浓度对a/o反应器生物降解特性的影响.a、b两组反应器平行运行以进行对比,o段的溶解氧浓度分别控制在2~3mg·l-1和5~6mg·l-1.反应器稳定运行近半年的结果表明:在hrt为20h时,a组反应器出水的cod(72.5mg·l-1±14.8mg·l-1)略高于b组(68.7mg·l-1±14.6mg·l-1),cod平均去除率分别为67.0%和68.8%;出水氨氮的平均浓度和去除率为0.8mg·l-1和95%左右.出水的bod5均低于5mg·l-1.表明a/o反应器对有机物的生物降解比较彻底,溶解氧浓度对其没有显著影响.对o段污泥进行454高通量测序结果表明:变形菌门、浮霉菌门和拟杆菌门细菌所占比例较高,在a、b组反应器中的比例分别为58.7%和59.2%、14.7%和12.7%以及10.8%和12.4%.高溶解氧运行的反应器b具有较高的菌群丰度和多样性,氨氧化菌nitrosomonas、亚硝酸氧化菌nitrospira和专性好氧菌如planctomyces的比例较高.厌氧反硝化菌如azospira和acidovora在反应器a中的含量较高.在属的水平,鉴定出的novosphingobium、comamonas、sphingobium和altererythrobacter属细菌具有降解多环芳烃、氯代硝基苯、农药和石油化合物的功能,有利于石化废水的降解.

通过构建16s/18srdna基因文库，分析自由表面流人工湿地污水处理系统春季空气细菌和空气真菌群落结构特征.结果表明，空气细菌分布在变形菌门（proteobacteria）、放线菌门（actinobacteria）、浮霉菌门（planctomycetes）、蓝藻门（cyanophyta）、绿弯菌门（chloroflexi）、拟杆菌门（bacteroidetes）和厚壁菌门（firmicutes），主要为β-变形菌纲（71.04%）、γ-变形菌纲（12.03%）、α-变形菌纲（3.83%）、蓝藻纲（4.38%）、芽孢杆菌纲（3.28%）和鞘脂杆菌纲（2.19%），优势菌属是马赛菌属（massilia66.66%）、假单胞菌属（pseudomonas4.37%）、蓝丝细菌属（cyanothece3.83%）和沙雷氏菌属（serratia3.28%）.空气真菌主要类群为座囊菌纲（dothideomycetes61.18%），其次是接合菌纲（zygomycetes16.47%）、盘菌纲（discomycetes14.12%），优势菌属是核腔菌属（pyrenophora48.31%）、被孢霉属（mortierella15.7%）、缘刺盘菌属（cheilymenia12.4%）、boothiomyces（4.5%）.人工湿地空气微生物中未检测出大肠杆菌（escherichiacoli）、沙门氏菌（salmonellaspp.）和产气荚膜梭菌（clostridiumperfringens），但存在粘质沙雷氏菌（s.marcescens）、恶臭假单胞菌（p.putida）、表皮葡萄球菌（staphylococcusepidermidis）等致病菌或条件致病菌.

不同生态型蚯蚓的取食偏好和生境有所差异,因此蚯蚓的生态型差异可能关乎其对土壤性质的不同影响;有关不同生态型蚯蚓对土壤性质尤其是微生物学性质影响的研究有助于了解蚯蚓生态功能的作用机制.在野外调控试验的第4年采集土壤,研究了牛粪混施和表施处理下内层种威廉腔环蚓(metaphireguillelmi)和表层种赤子爱胜蚓(eiseniafoetida)对设施菜地土壤微生物群落结构和主要理化性质的影响.结果表明,土壤微生物群落结构同时受到蚯蚓种类和牛粪施用方式的影响.牛粪表施时,两种蚯蚓均显著降低了菌根真菌、真菌生物量和原生动物生物量(p＜0.05);牛粪混施时,不同蚯蚓的影响有所差异,威廉腔环蚓明显增加了菌根真菌、真菌生物量和放线菌生物量,而赤子爱胜蚓的作用不明显.此外,两种蚯蚓均提高了土壤孔隙度、团聚体稳定性和土壤ph、矿质氮以及微生物生物量碳氮水平,但提高幅度取决于蚯蚓种类和牛粪施用方式.冗余分析表明蚯蚓影响下土壤微生物群落结构的变化与团聚体稳定性、ph、速效磷、矿质氮呈正相关,而与土壤容重呈负相关.

不同植物类型复合垂直流人工湿地根系微生物群落结构的研究