铁碳微电解耦合反硝化菌削减河道黑臭底泥污染物及净化水质的研究

采取向河道中投加铁碳填料和反硝化菌复合包的方式,构建了铁碳微电解耦合反硝化菌曝气辅助原位削减河道黑臭底泥污染物及净化水质技术,模拟实验结果表明,当铁碳填料投加30g/kg、反硝化菌接种量15mg/kg、曝气量为60ml/min和曝气时间为9h/d的最佳组合下运行仅28d后,上覆水COD、NH4+-N、TN和TP去除率分别达85.7%、98.6%、65.7%和96.4%,稳定达到地表水Ⅳ类水标准;底泥TOC去除率达48.8%;底泥中BD-P和NaOH-P组分显著增加;底泥可转化态N含量显著减少;表层5~10cm底泥由深黑色变为浅褐色,耦合技术能快速削减河道黑臭底泥污染物及改善水质. 耦合体系中,铁碳微电解改善了水及底泥复杂有机物的可生化性,碳去除效能显著增强,N素的去除途径增多,P被吸附及生成沉淀固定到底泥中;投加的反硝化菌虽未成为优势菌种,但对脱氮有诱导作用;曝气提高了水体溶解氧,改善了底泥生境,激活了底泥土著微生物活性,三者协同作用削减黑臭底泥污染物并净化水质. 本研究为铁碳微电解耦合反硝化菌原位削减河道黑臭底泥污染物及净化水质技术提供理论依据.     

英那河细菌群落结构及其与环境因子的相关性研究

利用高通量测序技术分析比较了英那河2018年5月、7月和9月的三个国控断面细菌群落结构及其与环境的相关性.序列比对结果显示,除分类地位不明确的菌群和稀有菌群外,英那河共发现细菌39门95纲173目311科583属,在门水平上,变形菌门(PROTEOBACTERIA),蓝菌门(CYANOBACTERIA),放线菌门(ACTINOBACTERIA),拟杆菌门(BACTEROIDETES)是优势菌门,在属水平上,HGCL-CLADE、鞘脂杆属(SPHINGOBIUM)、METHYLOVERSATILIS是优势菌属.细菌群落多样性指数(SHANNON WIENER指数)平均值为3. 74,细菌群落多样性从月份角度排序为9月 5月 7月.通过共有独有分析发现相邻的两个月份细菌群落结构相似,地理距离较近的两个断面群落结构相似.冗余分析(RDA)结果表明溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD_(MN))、氨氮(NH_3-N)、化学需氧量(COD)和总磷(TP)对细菌的群落结构有影响.     

水体扰动对黑臭河道内源氮营养盐赋存形式的影响

设计了一套模拟河道底泥再悬浮装置,设定4个不同水体扰动强度的工况以及1个不扰动对照组,测量了不同水体扰动强度产生的流速以及溶解氧(DO)浓度变化情况,并据此计算出不同工况的雷诺数(Re).研究了不同扰动强度下氨氮、亚硝氮、硝氮和总氮在上覆水、浮泥层间隙水和黑泥层间隙水中的迁移转化规律.结果表明:不同曝气扰动强度引起不同溶解氧梯度分布,并导致底泥中内源氮营养盐赋存形式之间的不同转化途径,其中流速为28.8～32.0cm/s时,Re为1810～2113,DO平均值为5.08～7.50mg/L,上覆水中氨氮和总氮去除效果最好,表明曝气扰动对底泥内源氮中氨氮和总氮的转化行为影响最大.与不产生曝气扰动时相比,由于曝气复氧作用,浮泥层呈现较高的亚硝氮和硝氮浓度,这导致二者分别向上覆水和黑泥层扩散.对于扩散至黑泥层的亚硝氮和硝氮,会在缺氧或厌氧环境的黑泥层中进一步通过反硝化或厌氧氨氧化途径实现对内源氮的完全脱除.     

官厅水库水体及底泥中硝化功能细菌的群落多样性研究

为了探讨水生生态系统中生物脱氮的硝化功能菌群(氨氮氧化细菌和亚硝酸氮氧化细菌)在水体和底泥样品中群落多样性的差异,采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对官厅水库的水体和底泥微生物群落进行了检测.结果表明:不同采样点的水体中进行硝化微生物优势菌群相似,底泥中进行硝化微生物优势菌群也类似,但水层和底泥中的优势硝化菌群相比有明显差异,环境变化导致群落结构发生了演替.多样性分析显示:氨氮氧化细菌在水层和表层底泥样品的多样性水平差异不大,而亚硝酸氮氧化细菌在底泥中的多样性与水层相比明显降低,表明对外界供氧量响应显著.     

硫化物对黑臭河道底泥反硝化潜势的影响作用研究

通过探究不同浓度硫化物对黑臭河道底泥反硝化过程的影响,同时分析底泥细菌、反硝化菌和硫酸盐还原菌的响应变化,为强化底泥反硝化脱氮提供理论依据与技术支撑.研究结果表明:较低浓度的硫化物(8 mg·L~(-1))对底泥反硝化潜势无明显影响;适宜浓度的硫化物(40和64 mg·L~(-1))对底泥反硝化有明显的促进作用,且浓度越高促进作用越明显;当硫化物浓度升高到96 mg·L~(-1)及以上时,还原态硫对反硝化过程起抑制作用,浓度越高抑制作用越明显.底泥经过一段时间的反硝化培养,细菌多样性以变形菌门、绿弯菌门、拟杆菌门为主;同时,底泥细菌总数明显增加,代谢菌群的nirS丰度比、dsrB丰度比分别为1.42%和0.05%,相较原始底泥(0.15%,0.19%),反硝化细菌增值明显,但硫酸盐还原菌数量有所下降.     

南京黑臭河道底泥污染特征及评价

为研究黑臭河道底泥污染状况,以南京城区黑臭河道底泥为研究对象,测定底泥中总氮、总磷、有机质及重金属的含量;并分别采用有机指数与污染指数对底泥营养盐,污染负荷指数对重金属进行污染状况评价。结果表明底泥中总氮、总磷及有机质的均值分别为1 537.81 mg/kg、1 905.83 mg/kg、7.62%,三者空间分布差异性显著;重金属Zn、Ni、Cr、Cu及Pb的平均含量分别为1 699.10mg/kg、276.21 mg/kg、535.53 mg/kg、588.80 mg/kg和124.79 mg/kg,各金属元素均远超南京土壤背景值且受人为活动干扰较大。底泥营养盐评价结果表明黑臭河道底泥受到有机和磷污染比氮更为严重,底泥污染负荷指数(PLI)范围在4.01~24.72之间;黑臭河道底泥普遍受到重金属污染。与其他受污染水体(未达到黑臭水平)相比,黑臭河道底泥有机污染及重金属污染程度更为严重。     

察尔森水库水质特征及其微生物多样性分析

察尔森水库出险加固后,丰水期水质特征有待进行评价,水环境的变化对微生物群落也会构成影响.为了探究查尔森水库水质与微生物群落变化之间的联系,结合环境因子变化特征,利用高通量测序技术,对丰水期察尔森水库上游东、西入口及下游出口三个位点的微生物群落结构进行分析,对表层水体及水库底泥中沉积物微生物群落组成及分布特征进行分析.最终获得了hgcl-clade、不动杆菌属(Acinetbcter)、黄杆菌属(Flavbacterium)、CL500-29-marine-grup等465个属组成;底泥中微生物的多样性远多于水质中微生物多样性;微生物多样性排序为:DHN_2>DHN_1>DHN_3.明确了察尔森水库水质、水体和底泥中微生物群落结构及其多样性的变化,为察尔森水库富营养化的微生物指示作用提供理论依据和数据支持.     

城市黑臭河道生态修复集成技术研究

该研究以南京市某黑臭河道为例,通过对其污染现状的综合分析,采用微纳米曝气—固定化微生物—浮岛滤床一体化生态修复集成系统分别从水体增氧、微生物负载增殖、植物吸收降解、填料吸附等途径对黑臭水体进行全面水质净化,使处理后河道水体消除间歇性黑臭,水体DO提高2～3mg/L,部分水质指标达到或优于地表V类水标准。     

玉龙雪山冰川雪坑中细菌多样性群落结构及其与气候环境的关系

通过DAPI荧光计数、恢复培养和变性梯度凝胶电泳,分析了玉龙雪山不同深度积雪中的细菌数量、多样性及其群落结构.结果显示:玉龙雪山雪坑样品中细菌数量和多样性指数与气候环境替代指标W(Ca~(2+)),W(Mg~(2+)),W(Cl~-)等具有相关性.可培养细菌隶属于三个不同系统发育群:Actinobactema(37%),Firmicutes(11%)和Proteobacteria(α-Proteobacteria)(52%),其中α-Proteobacteria类为优势类群.DGGE测序结果表明细菌属β-Proteobacteria,Actinobacteria和Bacteroidetes类群,以β-Proteobacteria为优势类群,并且不同深度雪坑中细菌多样性和群落结构没有明显变化.结果表明:海洋型冰川雪中细菌数量和多样性、群落结构与大陆型冰川雪相比,冰雪微生物具有其特殊性.     

碳纤维生态草技术协同曝气对黑臭水体的修复

为解决强化混凝法原位修复黑臭水体中易形成的二次污染和底泥负荷问题,通过模拟试验研究了新型碳素纤维(carbon fiber,CF)生态草填料协同曝气技术对强化混凝处理后的黑臭水体的净化效果。试验原水采自某流动性差的小型封闭黑臭水体,经高锰酸钾强化聚合氯化铝混凝沉淀处理后的出水作为试验用水,分别研究了空白处理、单独曝气处理、单独CF生态草修复和CF生态草协同曝气处理后水体中的浊度、氨氮、COD (chemical oxygen demand)和UV254(ultraviolet absorption)的净化效果。结果表明:CF生态草具有良好的亲水性、吸附性和生物亲和性,10 d后即可形成成熟较厚的活性生物膜。CF生态草协同曝气技术修复黑臭水体的效果显著高于其他三种处理方式,水体中的浊度、氨氮、COD和UV254的最高去除率分别达到95. 37%、80. 78%、77. 27%和77. 50%。可见CF生态草与强化混凝技术联用修复黑臭水体,可解决混凝沉淀技术易产生的二次污染和底泥负荷问题;强化混凝、曝气和CF草生态修复三种技术相组合的新型黑臭水体修复工艺,在黑臭水体的整治和修复中具有良好的发展前景。     

不同16SrDNA靶序列PCR-DGGE分析油页岩细菌多样性

为全面了解油页岩细菌群落组成结构,同时筛选出适于油页岩PCR-DGGE的最佳引物,采用改进SDS高盐提取法,提取抚顺西露天矿油页岩微生物总DNA,并用968F/1401R,338F/518R,341F/907R和1055F/1406R,对16SrDNAV6-V8,V3,V8和V9区进行PCR-DGGE分析.结果表明,4组引物均能较好扩增出目的基因,但不同靶序列对多样性检出有显著影响(P<0001);与其他引物相比,968F/1401R和338F/518R获得的指纹图谱物种丰富度更高,检出细菌类群更丰富,较适合油页岩样品.油页岩细菌群落组成较简单,优势细菌包括不动杆菌属、假单胞菌属和埃希氏菌属,同时还有假单胞菌目和肠杆菌目尚未被鉴定的一些种类.     

分子生态学方法对油藏细菌群落结构分析的比较

目前对油藏细菌群落结构分析方法繁多,为得到准确全面的群落分析结果,必须选取合适的方法。群落分析方法的优劣进行比较分析,选取从新疆陆梁油田注水井筛出的11株单菌,测定其16srDNA序列,制成包含7个菌属、9个菌种的混合菌液。应用基于PCR扩增的三种分子生态技术DGGE、T-RFLP、建立16SrDNA文库比较和分析了混合菌液细菌多样性。使用PCR-DGGE方法时发现,DGGE方法可灵敏地检测到序列1 bp的变化,能将不同菌株分开,但该方法经过切胶测序后的的目标序列较短,信息量不大且有时有一定误差,较适合用于定性对比;而用于菌群结构的分析时应结合其他方法。T-RFLP法可区分大部分菌属,但数据库不够完整,不能确定细菌群落组成;因此也不适合单独用在细菌群落检测中,可用作多个样品种群多样性的对比或结合其他方法对样品进行系统透彻解析。建立16srDNA克隆文库法成功鉴定到7个菌属8个菌种16SrDNA序列,更适用于油藏细菌群落结构的分析。     

PCR-DGGE技术在农村户用沼气发酵微生物研究中的初步应用

通过PCR-DGGE技术,对北京郊区一运行良好的农村户用沼气池的细菌多样性分析,分别在1、3、4、5月份采集沼气池的厌氧活性污泥样品,提取厌氧活性污泥微生物总DNA,对其16S rDNA基因的V3可变区进行扩增,结合DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术,跟踪检测微生物的动态变化,并利用软件对DGGE图像进行聚类分析.测定了厌氧活性污泥DGGE胶上优势和差异条带16S rDNAV3区片段序列,通过与NCBI数据库中的序列基因库比对,初步确定细菌的种属.结果表明:农村户用沼气池中发酵微生物种类较为丰富,但有明显的优势种群,随着气温变化,微生物多样性基本稳定,但种群丰度有明显变化,DGGE图谱中的优势条带16S rDNA基因序列经比对后都属于未培养的细菌.     

水解酸化-好氧处理含油污水中微生物群落变化研究

为揭示水解酸化-好氧处理系统处理油田采出水过程中生物群落的变化规律,考察对不同水力停留时间(tHAT)下好氧池的生物相,提取水解酸化池和好氧池中菌体的脱氧核糖核酸(DNA),以细菌通用引物对DNA V3高变异区聚合酶链式反应(PCR)扩增后进行变性梯废凝胶电泳(DGGE)分析.结果表明:当水解酸化池和好氧池的水力停留时间分别大于12和16 h时,镜检有高级原生动物,出水CODCr去除率大于58.73%,含油去除率大于98.61%;水解酸化-好氧处理工艺在不同tHRT条件下运行后,在形成的细菌群落中,既有相同的优势群落,也有各自特有的优势群落;随着tHRT的延长,水解酸化池中优势群落的种类和数量增加,当tHRT＞12 h时,优势群落变化较小,形成稳定的细菌群落,出水水质趋于稳定;随着tHRT的延长,好氧处理池中优势群落的种类和数量减少,当tHRT＞16 h时,优势群落变化较小,形成稳定的生态系统,出水水质趋于最佳.     

PCR-DGGE方法解析电凝聚膜生物反应器中微生物群落结构

在浸没式膜生物反应器(SMBR)膜组件两侧设置以铁为牺牲阳极的电凝聚极板,构建电凝聚膜生物反应器(ECMBR)处理活性艳蓝X-BR模拟印染废水,与传统SMBR相比,ECMBR中活性污泥对COD,NH+4—N,TN,TP和染料的去除率分别提高了27%,38%,47%,392%和286%.应用PCR-DGGE方法,对普通SMBR和ECMBR中的微生物群落结构的变化进行分析.结果表明,运行期ECMBR中污泥的多样性Shannon指数为29,略高于同期的SMBR,两个反应器中的微生物群落结构变化很小,相似性维持在97%以上,在膜生物反应器中采用电凝聚强化微生物多样性是可行的.     

中国东北条子河中微生物群落变化与锌砷污染的关系研究

研究目的：通过研究河流微生物与污染物的互作关系,为河流污染治理等相关研究提供新途径。创新要点：研究选择的目标河流是报道较少的辽河二级支流,该研究对于了解支流污染特别是东北地区河流污染有重要的意义。将分子生态学技术应用于分析不同污染程度的河流底泥微生物变化,建立微生物种群变化和污染物的互作关系。研究方法：选取沿条子河的8个代表性区段,分析河水和底泥中重金属和污染物的变化情况。通过变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术分析不同河流区段内真核和原核微生物种群变化,解析河流中污染物对底泥微生物的影响,建立微生物种群变化和重金属污染的互作关系。重要结论：重金属污染物的存在能抑制底泥中微生物生长,仅少量具有较强抗性的微生物存活（见图4）;有机污染物的增加使对重金属有较强抗性的Limnodrilus hoffmeisteri 大量繁殖（见图2~4）,从而大量消耗溶解氧,导致好氧微生物死亡和河水自净能力退化,最终引起水质恶化。由此可见,微生物对环境污染物的变化有很敏感的响应,通过对环境中微生物的监测有助于进一步分析环境污染的变化。     

锰污染稻田土壤微生物群落结构和遗传多样性研究

采集了湖南省湘潭市锰矿尾渣坝附近受不同程度锰污染的7个水稻田土壤样品,总锰浓度范围为114~4611mg/kg.提取土壤细菌总DNA,用通用引物对其中的16SrDNA进行扩增,然后进行变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis),分析长期受锰污染的水稻田土壤微生物群落结构和遗传多样性变化,存在于污染最严重样点中的细菌种群对锰有较高的耐受性,不同锰污染的样点群落结构发生变化并且有菌种的消亡和新菌种的产生.锰污染直接和间接地改变了水稻田土壤微生物群落结构和遗传多样性.     

氧纳米气泡改性活性炭在河道底泥氨氮治理中的应用

氧纳米气泡改性颗粒物被广泛应用于对污染水体的界面增氧.为研究其对底泥-水界面增氧效果和底泥氨氮污染的修复能力,以活性炭作为负载材料制备氧纳米气泡,采用柱芯培养实验研究氧纳米气泡改性活性炭对河道底泥氨氮去除效果.结果表明:氧纳米气泡改性活性炭的加入将沉积物-水界面(sediment-water interface,SWI)的溶解氧(dissolved oxygen,DO)浓度由0.48 mg/L增加至6.10 mg/L,氧化还原电位(oxidation-reducation potential,ORP)由-34 mV增加至19 mV.利用薄膜梯度扩散技术监测实验期间SWI处氨氮和硝态氮的垂直浓度,上覆水中氨氮的浓度由1.65 mg/L降至0.54 mg/L,去除率为67.3％.沉积物中氨氮浓度由2.75 mg/L降至0.73 mg/L,去除率为37.5％.氨氮的释放通量降低了82.0％.氧纳米气泡改性活性炭既通过界面增氧促进硝化反应,降低了水体中氨氮浓度,也作为覆盖层隔绝沉积物中氨氮与上覆水的接触,降低沉积物中氨氮的释放.研究结果可为覆盖技术和曝气技术联合应用于削减河道底泥氮负荷提供基础数据支持.     

海水养殖沉积环境细菌多样性PCR-DGGE分析

采用PCR结合变形梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,分析泉州东海海水养殖池基地新建虾池与一15年池龄虾池沉积物样品中细菌群落组成的变化.对DGGE图谱中的13条主要条带进行测序分析,结果表明,虾池环境中的主要微生物类群为γ-变形杆菌亚群(γ-proteobacteria,30.77%)、厚壁菌群(Firmicutes,15.38%)、δ-变形杆菌亚群(δ-proteobacteria,7.6%)、拟杆菌群(Bacteroidetes,7.6%)、绿弯菌群(Chloroflexi,7.6%),放线菌群(Actinobacteria,7.6%),未知菌群(Unknown environmental samples)占23.08%.     

环丙沙星和铜复合污染下河流底质微生物群落与抗生素抗性基因的交互关系

选择环丙沙星(CFC)和铜(Cu)作为目标污染物,设计室内驯化试验,通过16S rRNA高通量测序、定量PCR等技术探究CFC和Cu复合污染下河流底质微生物群落与抗生素抗性基因(ARGs)间的交互关系。结果表明,CFC单一污染、Cu单一污染和复合污染试验组中ARGs丰度、微生物群落组成及功能存在显著差异;所有试验组的总ARGs相对丰度呈现随时间先增后减的变化趋势。共现网络分析表明, intI 1与3类ARGs和8个菌群相关,是ARGs和微生物群落之间的桥梁;所属变形菌门、酸杆菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和绿弯菌门的细菌最有可能成为水环境中ARGs的潜在宿主。基于偏冗余分析发现,在MGEs、微生物群落和污染物等因素中微生物群落对ARGs丰度变化总解释率最高(49.77%);路径分析表明,CFC和Cu主要通过微生物群落间接地影响ARGs的传播和扩散。