污水处理系统中活性污泥细菌多样性研究

采用分子生物学手段16S rDNA克隆文库方法对北京高碑店污水处理厂回流污泥中的细菌进行了多样性研究。结果表明,活性污泥系统中细菌群落具有高度多样性,所有克隆子分属5个不同的细菌类群,优势细菌类群为变形菌(proteobacteria),占克隆文库的76.7%;细菌类群优势依次为β-变形菌类群(β-proteobac-teria,占39.8%)、不可培养菌类群(uncultured bacteria,占22.33%)、γ-变形菌类群(γ-proteobacteria,占20.15%)、α-变形菌类群(α-proteobacteria,占6.79%)和δ-变形菌类群(δ-proteobacteria,占4.85%);活性污泥中起硝化作用的主要是亚硝化单胞菌(Nitrosomonas sp.,占1.94%)和硝化螺旋菌(uncultured Nitrospirae bacterium,占11.65%),由于这2种硝化菌自身生长缓慢,难以与异养细菌竞争,以致其在文库中的比例较低;而作为反硝化细菌的陶厄氏菌属在文库中的比例却高达27.18%,可见该活性污泥具有较强的反硝化能力;克隆文库中还发现了少量的玫瑰单胞菌属(占4.85%),推测它的存在和有机磷的降解有关。     

地下水硝酸盐氮同位素分析最新方法——细菌反硝化法

细菌反硝化法是目前地下水中硝酸盐氮同位素分析的最新方法，包括反硝化菌的选取与培养、反硝化菌将硝酸盐完全转化成N2O气体、N2O气体的提取与纯化、N2O气体氮同位素测定。与传统方法相比，细菌反硝化法可分析低浓度微量水中硝酸盐氮同位素，且更为快捷可靠。     

长白山小天池和长白瀑布水体典型样本的细菌多样性比较

水体中微生物对环境的改变有着敏感的响应。16S rRNA基因克隆文库可以同时反映标本中的细菌种类和各种细菌的相对比例。本研究构建环境样品16S rRNA基因的克隆文库,解析长白山小天池入水口和长白瀑布下水潭两个典型水体样本中的细菌种属多样性特征,并探讨其与水体性质的关系。小天池文库共获得89条16S rRNA基因序列,分别属于10个类群,其中Betaproteobacteria是主要类群(占总数的23.6%)。长白瀑布文库共获得88条序列,分别属于8个类群,以Betaproteobacteria为主要类群(占总数的35.2%)。Bacteroidetes、Betaproteobacteria、Alphaproteobacteria和Gammaproteobacteria是两个样本共有的优势类群,而Deltaproteobacteria、Acidobacteria和Armatimonadetes只在小天池入水口处检出。长白瀑布水潭中的细菌群落多样性明显偏低,种群均匀度指数也较低,但两样本的地理距离极短,认为人类活动可能是导致这种差异的原因。     

地下水系统中的抗生素对反硝化的影响研究进展

微生物反硝化过程是地下水中硝酸盐最重要的脱氮形式。再生水利用和养殖业引起的抗生素污染常与硝酸盐共存。因此,需深入研究抗生素及其存在形式对地下水中硝酸盐反硝化过程及抗生素抗性基因（ARGs）产生、富集和传播的影响,以综合解析地下水硝酸盐浓度升高的原因。近年来的研究识别了地下水系统中抗生素的解离/络合形态、吸附形式（层间吸附/表面吸附）、水解与微生物降解产物等存在形式,并从反硝化微生物群落、功能酶的种类与活性、功能基因丰度以及ARGs产生与传播途径阐释了抗生素对反硝化过程的抑制机制。主要结论为：（1）地下水系统中,抗生素以多种形式存在,而不同形式的抗生素对微生物的毒性有显著差异;（2）在每升纳克至微克水平的抗生素存在下,地下水反硝化过程受到抑制,抗生素改变了微生物群落结构,抑制了功能酶活性,增加了ARGs的丰度,在这些作用的协同影响下,硝酸盐降解动力学由零级向一级转变;（3）在抗生素抑制反硝化过程中,还增加了温室气体N2O的释放量,抗生素影响了功能基因nosZ表达,N2O浓度与nosZ丰度呈负指数关系。在综述相关文献的基础上,对未来研究提出了展望：（1）定量识别典型抗生素进入地下水系统后的存在形式;（2）厘清不同存在形式的抗生素对反硝化微生物群落、功能酶种类与活性、功能基因丰度和多样性的影响;（3）探索反硝化功能基因在抗生素不同存在形式和不同输入方式下的变化过程,并建立ARGs产生、富集与传播模式;（4）结合野外观测和室内实验从分子生物学、环境化学和水文地质学多尺度研究复合污染下地下水系统的反硝化过程,可为日益复杂的地下水污染防治和饮用水安全保障提供理论依据。     

细菌反硝化法测定10–6级硝酸盐的氮和三氧同位素

硝酸盐的氮和三氧同位素(δ15N, δ17O和δ18O)及氧同位素非质量分馏(△17O)综合研究, 可以更有效地示踪硝酸盐的来源和形成过程、制约硝酸盐的形成条件。本文详细描述了细菌反硝化法测定10–6级硝酸盐氮和三氧同位素的分析测试方法和实验要点。综合优化改良的细菌反硝化前处理方法、全自动气体预浓缩富集纯化系统和测试流程, 实现了实验室长期测定数据的稳定性, 以及多批次标准样品测定的良好重现性。10 nmol NO– 3标准样品的δ18O和δ15N测试精度分别是0.25‰(1σ)和0.40‰(1σ)。80 nmol NO– 3标准样品的δ18O、δ17O和δ15N的测试精度分别是0.5‰(1σ)、0.4‰(1σ)和0.1‰(1σ), 据此计算出的Δ17O精度为0.46‰(1σ)。     

石油污染地下水中细菌分子生态学研究

采集了某废弃炼油厂的石油污染地下水样品,提取水中微生物总DNA,构建细菌16S rDNA克隆文库,并通过16S rDNA序列的系统发育分析,对样品中的细菌种群多样性以及群落结构进行了研究。结果表明,文库中阳性克隆的16S rDNA序列分属11个细菌类群,分别为Betaproteobacteria(381％),Alphaproteobacteria(353％),Gamaproteobacteria(51％),Deltaroteobacteria(52％),Bacteroidetes(40％),Verrucomicrobia(25％),Epsilonproteobacteria(19％),Nitrospira(13％),Planctomycetes(13％),Candidate Division OD1(13％),Unclassified Bacteria(38％)。在这一生态系统中,Betaproteobacteria和Alphaproteobacteria类细菌占据主导地位,二者所占比例均在三分之一以上。群落中最主要的降解菌是噬氢菌属(Hydrogenophaga)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)细菌,它们在文库中所占比例达239％和195％。该石油污染地下水样品中细菌与许多其他已知的降解菌亲缘关系较近,如Sulfuricurvum kujiense、Trichlorobacter thiogenes、Rhodoferax ferrireducens以及红细菌属(Rhodobacter)、甲基单胞菌属(Methylomonas)和涅瓦菌属(Nevskia)细菌等。此外,文库中克隆的16S rDNA序列与许多类似的污染场地中发现的环境克隆相似性很高,如煤焦油污染的地下水、苯污染的地下水、原油污染的土壤、溴甲烷和氯甲烷污染的土壤、抗生素生产废水以及活性污泥等,证明该石油污染地下水中有大量降解菌群的存在。石油污染物的种类对降解菌群的组成有一定的选择作用。     

细菌反硝化法同时分析天然水中硝酸盐氮、氧同位素组成研究

细菌反硝化法是目前同时分析天然水中硝酸盐氮、氧同位素组成的最新方法。该方法包括反硝化菌的选取与培养,利用反硝化菌将硝酸根完全转化成N2O气体以及N2O气体的提取、纯化和同位素测定。该方法采用硝酸盐标准,对测试结果需进行试剂本底、同位素分馏、同位素交换校正。与传统方法相比,细菌反硝化法可同时分析低浓度微量水中硝酸盐的氮、氧同位素组成,且速度更快捷,结果更可靠。     

冻融循环对青藏高原腹地不同生态系统土壤细菌群落结构的影响

通过构建16S rRNA基因克隆文库,研究了冻融循环对青藏高原腹地北麓河的高寒沼泽草甸和高寒沙化草原两种不同生态系统土壤细菌群落结构的影响. 结果表明: α-、 β-、 γ- 和δ-变形菌门(α-、 β-、 γ- 和δ-Proteobacteria)、 酸杆菌门(Acidobacteria)、 放线菌门(Actinobacteria)、 拟杆菌门(Bacteroidetes)和浮霉菌门(Planctomycetes)为两个生态系统土壤共有的细菌类群, 其中, 变形菌门、 酸杆菌门及浮霉菌门细菌为研究区域优势菌, 而厚壁菌门(Firmicutes)为高寒沼泽草甸土壤所特有, 疣微菌门(Verrucomicrobia)和绿弯菌门(Chloroflexi)细菌是高寒沙化草原土壤特有的细菌类群, 表明青藏高原腹地两种生态系统土壤具有丰富的细菌多样性. 冻融循环会降低区域土壤的细菌多样性, 随冻融循环, 高寒沼泽草甸和高寒沙化草原生态系统土壤放线菌门丰度均呈现下降趋势, 但大部分细菌随冻融循环的变化在两种生态类型中呈现不同的变化规律, 结果说明冻融循环对于不同生态系统土壤细菌群落结构的影响既存在相似性, 也存在着较大的差异.     

亚硝酸根作为电子受体的反硝化吸磷特性

为了考察聚磷污泥以NO2-为电子受体的反硝化吸磷特性,通过静态烧杯试验,研究了不同NO2-浓度聚磷污泥的反硝化同时吸磷能力及动力学。实验结果表明:NO2-质量浓度在31.25 mg/L以下时,反硝化聚磷菌可以利用NO2-为电子受体完成反硝化吸磷;在高于37.50 mg/L时,NO2-对缺氧吸磷有明显的抑制作用。但是反硝化聚磷菌经过驯化之后,即使NO2-质量浓度达到很高(75.00 mg/L),仍然可以利用NO2-作为电子受体完成反硝化吸磷,而没有发现抑制吸磷的现象,而且NO2-的浓度对吸磷速率没有明显影响。以NO2-为电子受体平均吸磷速率为3.16 mg P/(gMLVSS.h),平均反硝化速率为5.14mg NO2--N/(gMLVSS.h),吸磷速率小于以氧和NO3-为电子受体时的速率。     

包气带土层防护地下水污染的反硝化测定影响综述

施加氮肥是农业增产的有效途径,土壤反硝化作用可使其中的剩余、淋洗氮素得到消散和净化,使地下水免受污染。但影响包气带土层中反硝化测定的因素较复杂,目前还没有较完善的测定方法。文章在论述包气带土层反硝化作用的实质与影响因素基础上,总结了现行反硝化测定方法的影响与不足。结合现有监测技术的发展及对包气带土层中物质、能量的转化和分布认识,探讨分析了适宜于研究包气带土层防护地下水污染的反硝化测定方法,为相关学科研究提供借鉴。     

磷细菌在川西高原贫磷土壤中施用后对农作物的增产效应

分布在川西高原海拔3700m以下的第四纪冲积层和坡积层,是该区农作物生长的主要耕地,亦是居民聚居之处,由于土壤极度缺磷,长期以来农作物产量低下。通过人工培养施用磷细菌转化土壤和地层中的各种有机磷化物和无机磷化物为速效磷供作物吸收营养,可以达到农业增产的效益。     

加强反硝化条件下地下水中常见有机污染物苯和甲苯微生物降解研究

利用实验室含水层物质微环境实验,对地下水中常见有机污染物苯和甲苯在厌氧反硝化条件下的微生物降解进行了研究。通过１０种方案实验结果的分析对比,所得重要结论如下：在加强了的反硝化条件下,微生物利用ＮＯ－３作为电子受体降解苯和甲苯;降解苯和甲苯的反硝化细菌来自于含水层物质;微生物所需的宏量营养由苯、甲苯和硝酸盐提供,痕量元素来自于含水层物质;环境的酸碱条件对微生物降解具有重要影响,ｐＨ值过高或过低均抑制微生物降解作用的产生。     

反硝化增强去除乙醇对多孔介质渗透性的影响

随着乙醇混合汽油的不断推广应用,乙醇将成为地下水中与苯、甲苯、乙苯及二甲苯的同分异构体（BTEX）共存的一种新型污染物。通过4 个含水砂柱实验,研究了乙醇存在及其强化去除对含水介质渗透性能的影响。结果表明：在有限溶解氧与反硝化增强修复条件下,乙醇去除率达92% 以上;生物过程对介质渗透能力影响程度随乙醇初始浓度、消耗速率与补充频率而变化：乙醇初始浓度接近1 000 mg/L 和3 000 mg/L 时,乙醇消耗快,补充频率高,渗透系数下降总体上有连续性,最大下降幅度达一个数量级（×10-1 cm/s）;乙醇初始浓度达到5 000 mg/L 时,渗透性下降显著,可下降两个数量级,但乙酸的积累可影响生物活性,并使得渗透性变化出现反复;当不含乙醇时,汽油溶解组分对介质渗透性能的影响相对不明显。     

洛美沙星和诺氟沙星对水中生物反硝化过程的影响模拟试验

近年来水环境中硝酸盐污染与抗生素污染的现象引起了人们的广泛关注,但目前复合抗生素污染对反硝化过程产生的影响并不明确。本研究以水环境中检出率较高的诺氟沙星和洛美沙星为代表进行模拟实验,探究ng级的两种抗生素复合对反硝化过程的影响。硝氮和亚硝氮的降解情况表明,实验浓度条件下,洛美沙星、诺氟沙星单用与二者联用对水环境中的反硝化过程存在不同的抑制作用。洛美沙星单用前期轻微促进反硝化,后期表现抑制作用,而诺氟沙星单用始终表现出抑制作用;洛美沙星和诺氟沙星联用抑制作用小于诺氟沙星单用,联用表现为拮抗作用。各体系的抑制作用大小为诺氟沙星>诺氟沙星+洛美沙星>洛美沙星。该模拟试验条件虽与实际条件有所差异,但在一定程度上表明抗生素联用表现出拮抗作用与反硝化体系内微生物数量、活性,反硝化酶活性,反硝化菌优势物种Achromobacter xylosoxidans、Acinetobacter baumannii、Pseudomonas sp.KY及功能基因nosZ和aac的丰度的变化有关。抗生素加入反硝化体系后会产生持续的影响,随反应时间的增加,反硝化菌逐渐适应有低浓度抗生素存在的环境,喹诺酮类抗生素耐药基因数量增加,微生物的耐药性增强,反硝化菌在数量和活性、反硝化酶活性及微生物群落层面均有回升趋势。     

污染河水中磷对浅层地下水的影响

室内试验选用3种天然砂土作为渗透介质,以生活污水模拟排污河水,发现中砂(＞92%)对总磷的去除效果明显好于粗砂(60%～80%),并且随渗透介质深度的增加总磷的去除率增加.磷的去除机理主要是吸附和沉淀,由于吸附作用很快达到饱和,所以沉淀反应是排污河中磷的最重要的去除机理.野外抽水的试验结果表明:凉水河中的总磷对地下水影响较小.虽然在排污河形成早期总磷在粗砂中会产生穿透,但随着时间的推移,由于河流底泥的形成,磷大部分被截留于底泥和介质内部,能够直接进入地下水的量很少.     

反硝化条件下河岸渗滤过程中苯胺的降解

通过河岸渗滤作用(riverbankfiltration, RBF) 诱发河水的补给, 增大地下水的允许开采量可以满足更多居民生活饮用水需求.受人类活动的影响, 河流等地表水体遭受苯胺污染, 可能通过RBF进入地下水, 以致饮用该地下水存在健康风险.为研究反硝化条件下, 苯胺在RBF中的转化, 采集渭河河床沉积物及沿岸地下水含水层的含水介质, 装置土柱, 进行土柱动态模拟实验.经过153 d的实验研究发现, 利用苯胺对RBF中土著反硝化微生物进行驯化, 大约经过37d菌种完全适应.具有该菌种的RBF系统, 对苯胺具有巨大降解能力, 在NO3——N约为23.0 mg/L的条件下, RBF系统可使40、80甚至400 mg/L浓度的苯胺100%降解, 矿化率分别达97.99%、91.39%与75.30%.反硝化条件下, 苯胺在RBF中的降解仅有少部分经过脱氨作用, 绝大部分与腐殖质以共价键形式形成耦合物, 该耦合物更易为微生物降解, 且降解过程中不产生对研究环境微生物有毒的中间产物, 可实现反硝化条件下RBF中苯胺的连续降解.      

西风和季风影响区冰川雪中细菌数量和群落组成与气候环境关系

青藏高原冰川是全球变化研究的热点地区,但对高原冰雪细菌与气候环境之间的关系还缺乏研究。选取西风影响下的新疆慕士塔格冰川、木吉冰川和印度季风影响下的尼泊尔雅拉冰川进行冰雪细菌研究,以揭示西风和季风影响区冰川雪中细菌丰度和群落组成特征以及细菌与区域气候环境的关系。研究发现:受西风影响的慕士塔格冰川和木吉冰川的主要细菌类群为Bacteroidetes和Betaproteobacteria;受印度季风影响的雅拉冰川的细菌优势类群为Betaproteobacteria和Cyanobacteria。表明西风和季风影响区冰川雪中细菌具有不同的群落组成。此外,通过比对16S rRNA,发现三个冰川分离的细菌与分离自海洋、湖泊、土壤、沙漠等寒冷环境的细菌具有很高的相似度。位于西风带的慕士塔格和木吉冰川雪中细菌Shannon指数高于位于印度季风区的雅拉冰川。印度季风带的雅拉冰川细菌群落组成受季节的影响明显而西风带的慕士塔格冰川则受季节影响比较小。     

循环往复水流对反滤系统的作用机理研究

通过自行研制的循环往复水流试验装置,研究了不同频率的正弦循环水流对反滤系统的作用机制,建立了与试验模型相一致的定解条件,并求得孔压微分方程的解析解。理论分析表明,土的固结系数与循环往复水流的频率的比值越小,靠近边界处土体的水力梯度就越大,土体内部的水力梯度就越小。试验中,当周期为0.5 min时,边界处水力梯度振幅接近系统平均水力梯度振幅的2倍;当周期为62.5 min时,则基本没有边界水力梯度集中现象。实测结果与理论分析结果较为一致。这种水力梯度边界集中现象,容易加剧渗透边界层的冲刷,降低反滤系统的渗透稳定性,应当在试验研究和工程实践中引起注意。     

反硝化菌的耐砷驯化及其对水铁矿吸附态砷迁移转化的影响

采集缺氧活性污泥进行室内微生物驯化,培养耐砷反硝化菌。把耐砷反硝化菌、营养液和吸附As(V)的水铁矿在厌氧条件下培养,研究反硝化菌代谢作用下,系统中Fe、Mn、NO3-和As形态的动态变化。结果表明,缺氧活性污泥中的反硝化菌具有一定的耐砷能力。在砷含量500μg/L以内,其反硝化强度基本不受砷的影响。在吸附有砷的水铁矿体系中,反硝化菌所产生的反硝化作用可导致溶液中NO3-含量的降低、Fe含量的升高、As含量降低,且As(III)所占比例增加。这说明,体系中水铁矿的还原性溶解和As(V)的还原性解吸已经发生。As含量降低的原因是,在培养体系中水铁矿的含量高,Fe的释放量只占很小比例,表层水铁矿被还原后,在次表层形成新的水铁矿吸附位,这种新吸附位不仅可以吸附溶液中已经存在的As,而且能够再吸附由于还原性溶解和解吸所释放出的As。     

地下水中锰离子氧化细菌的分离与筛选鉴定

从沈阳张士经济开发区净水厂的成熟生物滤池中,分离筛选得到了3株具有较强Mn~(2+)氧化能力的革兰氏阴性细菌,分别命名为Mn1、Mn2和Mn3.经3个菌株的16S rDNA鉴定及其系统发育学分析表明,菌株Mn1和Mn2为Delftia属,菌株Mn3为Klebsiella属.进一步考察了3株菌对地下水中浓度为2 mg/L的Mn~(2+)氧化及发酵能力.结果表明,3株菌均可在12 h内达到使1 m~3生物滤料成熟时所需的最少生物量;且Mn1、Mn2和Mn3对Mn~(2+)的相对氧化能力分别为96%、94%和85%,为生物滤池法去除地下水中铁锰的快速启动提供了菌种基础.