rRNA-targeted寡核苷酸探针识别活性污泥微生物群落结构与功能研究进展

活性污泥中微生物群落内部关系非常复杂 ,及时对活性污泥中优势菌群和群落内部关系进行监测是污水处理中采取正确措施的关键。历史研究表明传统培养方法经常导致活性污泥优势菌群检测的失败 ,而r RNA- targeted寡核苷酸探针作为一种快速原位监测活性污泥微生物群落结构和功能的新工具被引入 ,使我们对参与污水净化的微生物群落结构和优势菌群能有较全面的了解。就该方法在识别除磷污泥、脱氮污泥、污泥泡沫和膨胀污泥中微生物群落结构和功能的典型应用进行综述 ,分析了该方法存在的优点和缺点 ,并对目前已建立且应用于活性污泥微生物检测的 r RNA- targeted寡核苷酸探针进行了详细总结     

活性污泥中丝状微生物的鉴别方法

丝状微生物与菌胶团细菌一起构成了活性污泥的骨架,是活性污泥中最为主要的一大类生物。它具有较强的氧化、分解有机物的能力,但若数量过多时可使污泥沉降性能减弱,严重时即引起污泥膨胀,造成出水质量下降。为了研究活性污泥这一人为生态系统中丝状微生物种群的动态变化状况,须先了解污泥中丝状微生物的种类。Eikelboom花了几十年时间,对数百个废水处理厂的几千个污泥样品进行了细致的观察研究,他依靠简单的形态观察并配之以某些必要的染色技术,最后     

活性污泥微生物胞外多聚物生物合成途径与菌胶团形成的调控机制

活性污泥法是借助活性污泥微生物菌胶团形成来实现泥水重力分离和部分污泥回用,辅以曝气供氧,在曝气池中高密度的微生物细胞可将溶解性有机污染物迅速降解、转化后为己所用,外排的剩余污泥带走大量有机质和氮磷,水质得以净化。活性污泥微生物所合成的胶质状胞外多聚物(Extracellular polymeric substances,EPS)是污泥菌胶团形成必不可少的"黏合剂",吸水性极高,这也造成剩余污泥难以处置和利用。我们初步总结了活性污泥微生物宏基因组研究概况,利用分子遗传学和基因组学手段,对活性污泥优势种动胶菌(Zoogloea)和其他菌胶团形成菌的EPS生物合成途径和菌胶团形成与调控机制加以研究,鉴定出一个约40 kb的胞外多糖生物合成大型基因簇和一个由7个基因组成的小型基因簇,该基因簇中除胞外多糖合成相关基因外,还编码组氨酸激酶Prs K和反应调节蛋白Prs R双组分系统,可激活RpoNσ因子共同调控一类称之为PEP-CTERM的新型胞外蛋白质的表达,参与菌胶团的形成。PEP-CTERM富含天冬酰胺(缩写为Asn或者N)残基,可能与胞外多糖通过N-连锁的糖基化形成复合物,包裹微生物细胞群体来介导菌胶团的形成。类似的PEP-CTERM基因和胞外多糖合成基因簇在许多重要的活性污泥细菌如聚磷菌和全程氨氧化菌中存在,说明这些细菌也是菌胶团形成菌,可通过污泥沉淀和回用在活性污泥中得以富集。这些研究结果可供活性污泥膨胀控制、污泥减量和剩余污泥资源和能源回收利用参考。     

活性污泥微生物群落宏组学研究进展

活性污泥是全球最常用的废水生物处理人工生态系统,微生物是驱动其污染净化能力的关键。活性污泥微生物群落所有物种与基因(简称"微生物组")的研究先后经历了"显微镜观察和纯菌培养分离"(1915)、"PCR扩增-测序"(1994)和"高通量测序-宏组学分析"(2006)三个重要阶段的发展变迁。相应地,我们对活性污泥微生物组的认知经历了从最早对微型动物(如钟虫和轮虫)及其他微生物的形貌观察和纯种培养鉴定到今天对整个微生物组的全局多样性认识的飞跃。近13年来,基于高通量测序的宏组学方法被广泛应用于揭示活性污泥微生物群落组成结构和功能,我们现在充分意识到活性污泥微生物组蕴藏着大量不可培养新物种和基因多样性,驱动着各类污染物的降解与转化。目前,特异性分子标记基因的扩增子测序技术已经被广泛应用于揭示城市和工业废水处理活性污泥微生物组和典型功能种群(如硝化细菌和聚磷菌)的时空多样性和群落构建机制,进而为未来实现活性污泥微生物组功能的精准调控奠定理论基础。宏基因组学研究在群落、种群和个体基因组水平全面解析了活性污泥微生物组驱动的碳、氮、磷元素循环过程,以及有机微污染物的生物降解和转化机理。将来活性污泥微生物组学研究需要在"标准化的组学分析方法和绝对定量""高通量培养组学""高通量功能基因组学"和"多组学方法的结合及多种方法并用"4个方面取得实现精准生态基因组学所需的技术突破,以最大限度发掘活性污泥微生物组在污水处理与资源回收领域的生态学与工程学价值。     

活性污泥中电活性微生物的富集筛选研究进展

活性污泥含有多种微生物,是废水处理系统中污染物降解转化的重要驱动者。电活性微生物(Electroactive microorganisms,EAMs)是活性污泥的重要微生物类群,在废水资源化与能源化中发挥着核心关键作用。本文概括了活性污泥中EAMs的富集和筛选方法,整理总结了目前已从活性污泥中获得的EAMs菌种资源信息,在此基础上分析了从活性污泥中富集和筛选EAMs所存在的问题,并进一步展望了未来的研究方向,以期加速EAMs菌种资源的挖掘,促进以EAMs为主导的废水资源化与能源化技术发展。     

活性污泥微生物组：去除污浊，只留清淡

活性污泥法诞生一百多年来,在污水处理特别是城市污水处理中发挥了不可替代的作用。活性污泥微生物是去除污染物包括新型有机和无机污染物的关键角色,活性污泥微生物组为微生物分离培养、功能鉴定和生态互作等方面的研究带来新的活力。     

污水处理活性污泥微生物群落多样性研究

为研究污水处理活性污泥微生物多样性,提取了活性污泥宏基因组DNA,并采用细菌通用引物27F和1492R扩增了上海污泥厂活性污泥细菌16S rDNA片段,构建了细菌16S rDNA克隆文库,并对该文库中的微生物群落进行了分析。共获得200条高质量序列并建立系统发育树,结果显示活性污泥主要的细菌类群为变形菌门(Proteobacteria)(91.9%)、厚壁菌门(Firmicures)(4.6%)、拟杆菌门(Bacteroidetes)(2%)、绿弯菌门(Chloroflexi)(0.5%)、硝化螺菌门(Nitrospirae)(1%)。其中,明显的优势菌群为Alcaligenes feacalis(55%)、Pseudomonas aeruginosa(12.8%)和Stenotrophomonas(12.8%),优势菌的产酶能力在活性污泥中显示生态修复功能菌的作用。     

活性污泥驯化的微生物生态学原理

活性污泥是一种复杂的、具有生物多样性的微生态系统。生物多样性是活性污泥驯化的基础, 驯化条件对微生物进行选择—— 适者生存增长, 不适者被抑制或淘汰。此外, 活性污泥微生物还能够通过表型适应和进化性适应主动地去适应驯化条件。活性污泥驯化的过程是微生物生态位在生态系统中重新分配和调整的过程, 符合生态学“选择与适应”的原理。依据这种原理, 原污泥、废水水质和处理工艺是影响活性污泥驯化的主要因素。     

活性污泥驯化的微生物生态学原理

活性污泥是一种复杂的、具有生物多样性的微生态系统.生物多样性是活性污泥驯化的基础,驯化条件对微生物进行选择--适者生存增长,不适者被抑制或淘汰.此外,活性污泥微生物还能够通过表型适应和进化性适应主动地去适应驯化条件.活性污泥驯化的过程是微生物生态位在生态系统中重新分配和调整的过程,符合生态学"选择与适应"的原理.依据这种原理,原污泥、废水水质和处理工艺是影响活性污泥驯化的主要因素.     

活性污泥微生物菌群研究方法进展

活性污泥是活性污泥法处理污水系统的功能主体。人类对活性污泥微生物菌群的认识随着其研究方法的发展而逐步深入。传统培养方法只能检测到活性污泥中1％～15％的微生物。随着一系列基于免培养的分子生物学技术的出现,活性污泥中菌群的复杂性和多样性以惊人的速度被人们认识,大量依靠传统检测方法未能发现却在活性污泥中起关键作用的微生物逐渐被发现。许多模拟活性污泥菌群生存环境条件的现代培养技术开始发展,且已成功培养了一部分传统培养方法不能培养的细菌类群,这为研究基于免培养方法发现的大量新的微生物菌群的生理特性和作用机制提供了可能,也无疑将把人们对活性污泥菌群的认识推向一个新的层次．主要介绍活性污泥微生物菌群研究的一系列方法,从传统培养方法到基于免培养的现代分子生物学技术,再到现代培养技术,着重论述了现代分子生物学技术及其在活性污泥微生物菌群研究中的进展。     

活性污泥污水处理系统中胞外多聚物的作用及提取方法

活性污泥污水处理系统依靠微生物代谢作用净化污水。活性污泥胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)对水中污染物的去除及污泥的絮凝、沉降、脱水性能都有着重要作用,从而影响活性污泥污水处理系统的稳定运行和性能改进。本文综述了活性污泥污水处理系统中EPS维持系统的功能作用,并对目前常见的多种活性污泥EPS提取方法进行了比较。不同的提取方法显著影响EPS的组成成分和数量,从而影响活性污泥的物理化学性质。最佳的EPS提取方法是指既能获得高的EPS数量又对污泥微生物细胞破坏最小的方法。EPS提取方法的标准化是研究活性污泥胞外多聚物的基础。根据研究目的选用适宜的EPS提取方法是阐明EPS在污水生物处理系统中的作用、改善活性污泥性能的基础。     

活性污泥合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展

聚羟基脂肪酸( PHAs) 是许多原核微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质,同时也是一种可完全生物降解的塑料,由于其良好的环境效应及机械性能而受到广泛关注.使用活性污泥合成PHA既能降低PHA的生产成本,又能充分利用活性污泥资源,减少对环境的污染.综述了活性污泥合成PHA的研究进展, 包括合成PHA的主要微生物、碳源及影响PHA积累的因素.     

污水处理厂污泥膨胀和污泥发泡的比较分析

活性污泥法由于操作简单、处理效果好被广泛应用于市政污水和工业废水的处理。污泥膨胀和污泥发泡现象影响二次沉淀池的泥水分离过程和生物反应池的微生物量稳定,严重困扰着污水处理厂的正常运行,被称为污水处理厂的"癌症"。本文从污泥膨胀和污泥发泡的定义及分类出发,全面地比较了表征污泥膨胀和污泥发泡的方法、引起污泥膨胀和污泥发泡的丝状细菌种类及控制污泥膨胀和污泥发泡方法的异同,并探讨了污泥膨胀和污泥发泡问题的未来研究方向和控制策略,期望能够为今后污泥膨胀和污泥发泡问题的研究和调控提供有价值的参考。     

全程自养脱氮反应系统的微生物区系分析*

在建立全程自养脱氮反应器的基础上,以活性污泥为对照,分析了脱氮反应器内真菌、细菌和放线菌的数量、种类(类群)、种(株系)数和优势种(株系或类群),及硝化菌和亚硝化菌的数量变化。研究结果表明,与活性污泥相比,全程自养脱氮反应器内微生物数量、种类和区系组成发生很大变化。自养脱氮反应器内亚硝化菌数量显著增加,说明亚硝化菌的积累是全程自养脱氮系统的一个显著特点。     

污水处理过程中微生物群落多样性及其对环境因子响应的研究进展

污水生物处理系统的性能和稳定性与微生物群落结构和动态密切相关。通过深入了解活性污泥中微生物群落结构及其影响因素,有助于提高污水厂污染物的去除效果。在不同污水活性污泥处理系统中细菌群落主要以变形菌、绿弯菌、放线菌、厚壁菌和拟杆菌为功能菌群;活性污泥中寄居的大多数真菌来自于子囊菌门,还有少量担子菌门;古菌以产甲烷菌为主;而病毒中分布最广的噬菌体和致病性病毒是最主要的关注点。本文通过对相关文献分析及总结,综述了进水组成、不同处理工艺、参数(理化参数和运行参数)、地理位置和气候条件等环境因子对活性污泥中细菌、真菌、古菌以及病毒群落组成的影响,尽可能全面地介绍污水厂微生物群落多样性及其对环境因子的响应。同时,对未来研究方向进行探讨,以期能够为活性污泥中功能微生物的应用及调控提供理论和应用基础。     

UASB反应器中影响污泥颗粒化的工程因素

研究了具有不同微生物群系的接种污泥、流动方式和流速对上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中活性污泥粒化的影响。颗粒化过程包括：微生物絮凝体的形成、亚核的形成,亚核增长和颗粒成熟四个阶段。微絮凝体的形成取决于酸化菌的作用。流体的动量传递和流体对悬浮物的剪切作用是影响亚核形成的关键性工程因素。为此提出最低流速概念,即形成污泥膨胀床的最低流速。合适的进料速率、污泥负荷、布水均匀性以及碱度控制是UASB反应器工程放大和过程控制的四大要素。     

一种从活性污泥中提取微生物总DNA的方法

对活性污泥的微生物群落进行研究的首要前提是获得大量的高纯度微生物基因组DNA。本文建立了一种高效、简便的提取活性污泥总DNA方法。从提取的核酸总量、纯度、基因组完整性等多方面对所得到的DNA质量进行了评价,结果表明,本法从单位活性污泥中提取的DNA得率为105-823μg/g,结构完整,纯度很高,无需进一步的纯化,可直接进行微生物群落分析及构建文库等后续分子生物学操作。现在实验室使用的提取活性污泥中DNA的方法,纯度普遍都无法达到PCR反应和建立文库的要求,本文建立的活性污泥DNA提取方法则可以克服这一难题。     

活性污泥厌气消化的研究

工业废水不经处理任意排放,会严重污染环境,给人类带来危害。目前已广泛采用生化法处理各类废水,在处理过程中将产生大量的活性污泥。活性污泥主要是由尚未被微生物分解的残余有机物、有毒物、无机盐类、重金属离子和大量微生物     

京津冀区域市政污水厂活性污泥种群结构的多样性及差异

【背景】活性污泥中微生物的种群结构影响着污水生物处理的高效性及稳定性,是有效保证污水处理效果的关键。【目的】研究活性污泥中细菌的群落结构组成及多样性,并分析相应菌群的主要功能,旨在更好地发挥细菌的净化作用、保持污水处理过程的稳定及提高污水的处理效率。【方法】以京津冀区域内典型市政污水厂活性污泥为研究对象,通过IlluminaMiSeq高通量测序及实时定量PCR技术,对5个污水厂活性污泥的微生物种群结构特征进行了详细解析,研究不同工艺参数下活性污泥中优势种群及脱氮菌群丰度的差异。【结果】5个污水厂活性污泥种群结构具有一定差异,其中Hengshui (HS)厂污泥的群落结构受温度的影响最大,而Shahe (SH)、Daoxianghu (DXH)、Nangong(NG)厂活性污泥群落结构则受总氮、总磷与氨氮的共同影响,氨氮对SH厂活性污泥种群结构影响最大。DXH、NG和HS厂污泥中优势菌均为Anaerolineaceae,而SH和Hejian (HJ)厂的优势菌则为Saprospiraceae与Lactobacillus。活性污泥中反硝化菌丰度最高的为HJ厂,丰度最低的为HS厂,反硝化功能基因nirS比nirK分布更为广泛。【结论】对于不同污水厂,影响其活性污泥群落结构组成的环境因素也是不同的,并且特殊的进水水质也会对污泥菌群组成和生物多样性产生影响。     

含氟有机废水处理过程活性污泥微生物群落研究进展

随着有机氟化物在各领域的广泛应用,含氟有机废水处理面临巨大挑战。活性污泥作为有机废水处理的核心技术之一,微生物在其中发挥着极其重要的作用。本综述首先聚焦在活性污泥微生物群落多样性、组成、结构和功能及其与含氟废水类型、处理工艺和处理效率之间的关系,进而讨论了功能微生物降解/转化有机氟化物的途径和作用机制,最后展望了结合分离培养降解有机氟化物的关键微生物,以及微生物组学技术解析活性污泥微生物群落构建、互作、代谢等核心问题,以提高对含氟有机废水微生物降解机理的认识,优化含氟有机废水处理工艺。