生物除磷系统中聚糖菌代谢机理的研究进展

强化生物除磷（EBPR）被认为是一种最经济、可持续的污水除磷工艺。近年来大量研究报道,系统中聚糖菌的大量繁殖会使除磷工艺性能变差或完全失败。介绍了聚糖菌的代谢机理和影响聚糖菌与聚磷菌之间竞争的因素（如进水基质、P／C、pH值、温度和泥龄等）,便于更好地理解聚糖菌的特性,从而实现提高生物除磷系统运行的性能与稳定性。     

聚磷菌和聚糖菌的竞争影响因素研究进展

目前, 强化生物除磷工艺(EBPR)以其经济有效而得到广泛的应用, 该工艺关键在于聚磷菌的富集。然而已经发现, 有一类细菌—聚糖菌(GAOs)能够和聚磷菌(PAOs)竞争, 导致除磷效果恶化。关于PAOs-GAOs的竞争, 研究已经很多, 但是其结论有趋同也有矛盾, 有必要对此进行分析讨论。根据近年来国内外的相关报道, 阐述了聚磷菌与聚糖菌的竞争影响因素, 其中碳磷比、碳源种类、温度、pH值是关键因素, 而污泥龄、溶解氧以及水力停留时间等因素对于PAOs和GAOs的竞争也起一定的作用。此外, 在EBPR系统中, 缺氧条件下, 存在反硝化聚磷菌(DPB)和反硝化聚糖菌(DGAO)也会对聚磷菌富集和系统除磷产生影响。最后对EBPR系统未来的发展方向进行了展望。     

强化生物除磷系统主要微生物及其代谢机理研究进展

强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal,EBPR)工艺在废水除磷处理中应用广泛.主要功能微生物及其代谢机理的研究是有效调控EBPR工艺稳定运行与效能提升的基础.本文选取EBPR系统中最主要的两类微生物(聚磷菌和聚糖菌),从底物吸收机制、糖酵解途径、TCA途径的贡献以及聚磷菌和聚糖菌的代谢相似性等方面对这些微生物的代谢机理进行综述,评价了分子生物学技术在研究EBPR系统微生物学及其代谢机理方面的应用现状,在此基础上对EBPR系统今后的研究方向进行了展望.
     

强化生物除磷系统的功能微生物研究进展

人类活动过程中排放的磷是导致水体富营养化的重要原因之一,因此,采取强化生物除磷(Enhanced biological phosphorus removal,EBPR)技术去除污水中磷,减轻对环境不利影响。由于具有经济、可持续的优点,EBPR系统在污水除磷中得到广泛应用,而体系中微生物群落组成合理、功能完整是EBPR系统高效稳定运行的关键所在。为了深入了解EBPR系统除磷机理和实现高效稳定运行,对系统中微生物群落结构和主要功能微生物进行了大量研究。EBPR系统中除了具有聚磷能力的聚磷菌(Polyphosphate-accumulating organisms,PAOs)外,还包括没有聚磷能力的非聚磷菌(non-PAOs),主要为聚糖菌(Glycogen-accumulating organisms,GAOs)和一些辅助细菌等。目前,发现与聚磷相关的功能微生物种类越来越多,研究最多的PAOs和GAOs分别为Accumulibacter和Defluviicoccus。PAOs和GAOs在不同的环境条件下存在竞争或合作关系,但是PAOs在特定条件下是否能够表现出GAOs的代谢特性这一问题还存在争论。除传统碳源、p H和温度等因素影响生物除磷外,外源污染物(如抗生素和重金属)对EBPR系统中功能微生物也产生影响。为了获得高效PAOs,传统分离方法、蓝白斑筛选法和人工构建工程菌的方法先后得到应用。现代分子生物学技术的发展为EBPR系统中功能微生物研究提供了先进可靠的技术手段,通过高效聚磷菌的构建实现高效除磷是未来提高实际污水中生物除磷效率的一个重要发展方向。     

高效聚磷菌的分离、筛选与构建的研究进展

高效聚磷菌的获得是深入把握生物除磷的复杂机制以及优化生物除磷工艺设计的基础。该文对比分析了近年来对高效聚磷菌的分离、筛选与构建等方面的研究进展。     

反硝化除磷戈登氏菌属的富集及其菌剂制备

【背景】投加微生物菌剂是强化生物处理效能的重要手段,反硝化是污水脱氮除磷的关键步骤,但目前对于反硝化微生物菌剂相关的研究报道较少。【目的】驯化高效反硝化聚磷菌菌剂,并对系统进行生物强化。【方法】采用两阶段法快速富集反硝化聚磷菌,筛选高效脱氮除磷功能菌株NC1-1并进行鉴定,以NC1-1为菌种来源制备干粉菌剂,研究菌剂强化A²SBR系统污水处理效果。【结果】历经36 d后反硝化聚磷菌富集成功,菌株NC1-1经鉴定属于戈登氏菌属,其脱氮除磷率分别为89.46%和91.68%。麦麸、玉米粉配比为85%:15%、NC1-1投菌量为20 mL、发酵液用量20 mL的条件下成功制得干粉菌剂,干粉菌剂最佳投加量为10%的A²SBR系统总磷（total phosphorus,TP）和NO₃^--N去除率比未投加菌剂的A²SBR系统提高12.06%和11.52%。【结论】菌剂NC1-1的投加使A²SBR系统的污染物去除效能进一步提高,研究结果为进一步研究反硝化聚磷菌菌剂提供了...     

生物除磷系统中积磷小月菌研究进展

水体中磷元素超标是引起水体富营养化的重要原因,而强化生物除磷(Enhanced biological phosphorus removal,EBPR)是污水除磷最行之有效的方法。聚磷菌(Phosphate accumulating organisms,PAOs)在EBPR中发挥重要作用,本文首先概述了典型PAOs在EBPR的作用和机理:厌氧条件下,典型PAOs分解Poly-P合成聚羟基烷酸(Polyhydroxyalkanoates,PHA);好氧条件下,利用分解PHA产生的能量超量吸收磷合成Poly-P。其次评述了积磷小月菌在EBPR中的作用和机理:积磷小月菌作为PAOs的一种,在PAOs中所占比例较多,且有超强的磷去除能力,研究表明积磷小月菌体内存在PHA,但合成系统与典型PAOs不同;另外,积磷小月菌可直接利用葡萄糖作为碳源,这是典型PAOs不具备的,其超强除磷能力与积磷小月菌有效的磷转运能力和其Poly-P合成代谢能力有关。探讨并总结积磷小月菌在强化生物除磷系统中的作用和机理对进一步研究如何提高积磷小月菌的除磷效果有重要理论意义与应用价值。     

基于宏基因组技术的聚磷菌研究进展

聚磷菌是一类非常重要的工程菌,广泛应用于污水处理厂生物除磷过程。聚磷菌可以吸收超过自身所能利用的数倍的磷,在体内合成聚磷化合物从而达到生物除磷的目的。在过去的几年里,宏基因组学以及测序技术的发展大大推动了对聚磷菌物种组成及其磷代谢过程的认识。本文主要对宏基因组技术进行介绍并对近几年基于宏基因组技术深入研究聚磷菌的文章进行综述,以期对这类重要的微生物的生理功能、代谢途径和物种多样性进行全面的了解。     

一株高效聚磷解淀粉芽孢杆菌的分离鉴定及其除磷条件优化

【背景】磷是引起水体富营养化的主要营养物质。生物除磷具有成本低、效率高且适用范围广等特点,成为近年来水处理研究领域的热点。目前虽然有一些聚磷菌被筛选获得,但它们的除磷效率不高,其除磷条件尚需优化。聚磷菌的固定化及回收利用也亟待研究。【目的】分离筛选并鉴定高效聚磷菌株,优化除磷环境条件,研究吸附材料对所筛菌株除磷的影响,为聚磷菌的开发利用提供理论依据。【方法】采用常规细菌分离筛选方法获得高效菌株,通过形态特征观察、生理生化实验和16S rRNA基因序列分析对菌株进行鉴定;结合单因素试验、Box-BehnkenDesign和响应面分析优化除磷条件;通过测定海绵、无纺布和聚氨酯泡沫对聚磷菌的吸附作用评估该材料的固定化效果。【结果】从连云港市某磷矿厂废水中分离筛选出一株高效聚磷细菌P49,经鉴定为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens);优化后的最佳除磷条件为pH 6.8、温度31℃、装液量30.2%,在此条件下P49除磷率可达80.43%;应用聚氨酯泡沫的吸附效果优于海绵和无纺布。【结论】解淀粉芽孢杆菌P49具有良好的除磷效果,可为生物除磷提供微生物资源,用聚氨酯泡沫吸附可实现对该菌株的固定化和回收利用。     

亚硝酸盐对污水生物除磷影响的研究进展

亚硝酸盐作为生物硝化和反硝化的中间产物, 存在于污水生物脱氮除磷系统中。对于生物强化除磷工艺亚硝酸盐既是电子受体用于反硝化除磷, 同时又是抑制剂影响生物除磷过程。本文综述了聚磷菌在厌氧、好氧和缺氧环境中的代谢机理, 在此基础上分别从好氧除磷和反硝化除磷两方面介绍了亚硝酸盐对污水生物除磷影响的研究, 同时概述了亚硝酸盐对生物除磷的抑制机理, 并对该领域的研究提出了个人见解。     

磷酸盐浓度及pH对聚磷菌吸磷能力的影响

在运行良好的A/O生物除磷系统中,研究质子、镁离子和磷酸盐浓度与聚磷菌释磷及超量摄磷的关系及影响。结果表明,正常生物除磷过程中,水中镁离子浓度变化与磷酸盐浓度变化明显正相关;在中性和碱性条件下,外加少量磷酸盐,可以诱导聚磷菌进一步的超量吸磷,达到更好的生物除磷效果;但在好氧段额外分别投加5 mg/L和10 mg/L的磷酸盐,好氧段前期吸磷量由对照的14.4 mg/L分别下降为10.2 mg/L和7.4 mg/L,投加磷抑制了PAOs好氧吸磷速率。在外碳源充足的情况下,对照组及额外投加5 mg/L和10 mg/L磷酸盐的三个系统中PHB最大合成量分别为25.2 mg/g、21.2 mg/g和17.9 mg/g VSS,外加磷的系统PHB合成量明显下降导致好氧段PAO摄磷动力降低是引起系统除磷率下降的直接原因。好氧段外加磷酸盐后镁离子含量水中偏高。说明水体中镁离子与磷酸盐摄入聚磷菌细胞具有同步性。研究表明相对厌氧释磷,PAO好氧摄磷更容易受到影响,从而影响到整个生物除磷效果。     

从废水中快速除去生物磷

“废水生物净化除磷”问题会议论文集的目录有:1.法国有关废水除磷问题。自然水中的磷含量及生物除磷方法。2.生物净化水除去磷酸盐时胞内多磷酸的转化。3.强化从废水中除去磷酸盐的生物学方法的生化观点。4.在用菌细胞培养物同化磷酸盐时的多磷酸激酶的活性。生物脱磷的动力学。5.污泥的生物降解部分:该部分对由废水中除去磷的影响。6.在由废水中生物去磷时不同种类微生物的相互作用。7.参与积聚磷酸盐的微生物分离新动向。8.用肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)和乙酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus)培养物同化磷。9.积聚大量磷酸盐的不动杆菌培养物的生理特性。10.在有活性污泥参与的过程中,细菌代谢磷酸盐对提高除磷速度的贡献。11.刘活性污泥中不动杆菌培养物的     

FISH技术在强化生物除磷中的应用

荧光原位杂交(FISH)是一种微生物生态学研究技术,在强化生物除磷(EBPR)过程中,用来鉴定系统中的优势微生物种群,直接观察其在污泥系统中的形态结构、分布状态,跟踪监测其各个阶段的动态变化,并将其量化。与DGGE/TGGE、SSCP、RFLP、DAPI染色等研究方法,可突破FISHj技术不能提供活性污泥内部种群多样性、检测"未知"微生物的研究局限,增加研究的准确性。发展探针检测水平、发现更有效的染色鉴定方法、与生理生化研究相结合将成为FISH技术在强化生物除磷过程中的发展方向。     

好氧反硝化聚磷菌的筛选及菌群构建优化

【背景】近年来,随着海水养殖规模的扩大,养殖产品产生的排泄物与残留的饲料大量积累,导致养殖水域的氮磷元素含量上升,水体富营养化加剧并对环境造成危害。【目的】从红树林人工湿地中筛选出好氧反硝化聚磷菌株并研究各菌株的最佳除氮除磷效率,随后通过响应面法构建菌群,进一步强化菌株去除污染物的能力。【方法】将前期筛选出的5株耐盐异养硝化-好氧反硝化菌通过异染颗粒染色和聚-β-羟基丁酸(poly-β-hydroxybutyricacid,PHB)染色进行好氧反硝化聚磷菌的筛选,通过单因素试验明确各菌株的最佳除氮除磷条件,并利用Design-Expert软件和Box-Benhnken响应面法进行配比试验。【结果】经过筛选获得3株耐盐好氧反硝化聚磷菌,分别为肺无色杆菌(Achromobacter pulmonis) strain E43、氧化木糖无色杆菌(Achromobacterxylosoxidans)strainJ1和食油假单胞菌(Pseudomonasoleovorans)strain F2,发现菌株E43具有聚磷功能,确定了耐盐好氧反硝化聚磷菌群的最优降解投加比例为E43:J1:F2=1:1:...     

脱氮除磷假单胞菌的筛选及定量检测

【目的】筛选具有较强脱氮除磷能力的细菌,建立结合S1酶保护分析的分子探针技术,以分析该菌在发酵过程中的数量变化情况。【方法】采用缺磷培养基厌氧培养、富磷培养基好氧培养和硝酸盐还原产气实验进行脱氮除磷菌筛选。通过16S rRNA基因序列分析及同源性比对,结合菌株的生理生化鉴定试验,鉴定筛选株。设计相应的16S rRNA探针组,建立结合S1酶保护分析的分子探针技术。【结果】筛选的菌株被鉴定为假单胞菌Pseudomonas sp.,命名为LY10。菌株LY10在富磷培养基中好氧培养24 h,总磷去除率达90.01%。在反硝化聚磷培养基中培养48 h,总氮和总磷去除率分别为84.71%和89.37%。针对假单胞菌16S rRNA基因序列设计了一组用于结合S1酶保护分析的分子探针Probe-P.sp,该探针具有很高的甄别灵敏度,能够将LY10与丛毛单胞属(Commonas)等5种细菌区分开;分子探针定量分析假单胞菌LY10,其细胞量与吸光值呈线性关系,检测的线性范围为103~106 cells/mL,线性方程为:y=-0.967 87+0.372 99x(R2=0.996 7,n=5)。【结论】新筛的假单胞菌LY10的脱氮除磷能力较强,具有生物脱氮除磷的工业化应用潜质。所建立的结合S1酶保护分析的分子探针技术的特异性和灵敏度良好,有望应用于混菌体系中的假单胞菌的定性定量分析。     

反硝化聚磷菌及其脱氮除磷机理研究进展

水体富营养化是当前水环境保护工作的重点关注问题,微生物修复富营养化水体具有高效、低耗且不产生二次污染等特点,已经成为富营养化水体生态修复的一种重要方式。近年来,对反硝化聚磷菌的研究及其在污水处理工艺中的应用越来越广泛。不同于传统的反硝化细菌联合聚磷菌去除氮磷工艺,反硝化聚磷菌在交替厌氧、缺氧/好氧条件下能同时进行脱氮除磷而被广泛关注与研究。值得注意的是,近几年报道的部分微生物仅在好氧条件下就可进行同时脱氮除磷,但是其脱氮除磷机理仍未理清。基于此,文中总结了目前发现的反硝化聚磷菌和同时硝化反硝化聚磷微生物的种类及特点,并对其脱氮与除磷的关系及其机理进行了系统性分析,对目前反硝化除磷存在的问题进行了梳理,最后对今后的研究方向进行了展望,以期为完善反硝化聚磷菌的脱氮除磷机理及工艺改进提供参考。     

A~2/O和SBR系统中微生物群落结构比较分析

利用16sRNA高通量测序手段对A~2/O脱氮除磷工艺和A/O-SBR除磷工艺中微生物群落结构和脱氮、除磷微生物丰度变化进行全面的分析。根据测序结果,共获得20个门、150个属微生物。微生物多样性分析结果显示,在两个系统中主要菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)3个菌门,这3个门的细菌总数占微生物总数的80%左右。在属级水平上,A~2/O工艺的优势微生物为脱氮单孢菌属(Dechloromonas),丰度为10.00%。在SBR工艺中,陶厄氏菌属(Thauera)为优势菌属,其丰度为7.90%。Candidatus Accumulibacter是SBR好氧除磷系统中的主要除磷微生物,其相对丰度为2.80%。脱氮单孢菌属(Dechloromonas)、陶厄氏菌属(Thauera)为A~2/O工艺中主要脱氮微生物,Candidatus Accumulibacter为代表性的除磷微生物,其丰度分别为10.20%、3.70%和0.50%。     

人工湿地反应性填料开发及其脱氮除磷性能研究

【目的】人工湿地填料作为反硝化电子供体可以高效且稳定地脱氮除磷,但是填料的选用方式和作用机理尚不明确。【方法】本文以磁黄铁矿、菱铁矿和农业废弃物(木屑等)为人工湿地填料,研究了其对人工湿地反硝化脱氮除磷的效果。【结果】结果显示,质量比1:1的矿石组合和木屑以3:1的质量比作为混合填料,驯化8个周期后NO₃^--N和PO₄^3--P的平均去除率达到88.6%和88.9%。扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)和群落分析结果表明,微生物能有效利用矿石及其次生产物和木屑进行高效和持久的脱氮除磷,脱氮除磷功能菌硫杆菌(Thiobacillus)、罗姆布茨菌(Romboutsia)和溶杆菌(Lysobacter)得到了富集。【结论】本研究为人工湿地实际应用中新型填料的选择提供理论依据与指导意义。     

传统厌氧/好氧生物除磷与厌氧/缺氧反硝化除磷效能的比较

采用序批式反应器(SBR),对比厌氧/好氧(A/O)和厌氧/缺氧(A/A)2种运行模式对模拟生活和工业混合污水同时脱氮除磷的效能。结果表明:反硝化聚磷菌完全可以在厌氧/缺氧交替运行条件下得到富集,稳定运行的2种模式对有机物和P的去除率分别保持在90%和85%以上,且A/A SBR具有更强的释磷能力,其释磷量比A/O SBR高出1.2倍。进一步试验表明:磷的释放在有无硝酸盐的情况下效果是不同的。2个系统内污泥均有反硝化除磷能力,A/A SBR中所含反硝化聚磷菌(DPAO)的比例是A/O SBR的4.56倍。2种模式出水水质都能取得较好的效果,且能实现同步除磷脱氮,而反硝化除磷在生物除磷方面更具优势。     

嗜热子囊菌JCM12803来源的双功能木聚糖/纤维素酶

纤维素和木聚糖的充分利用对于生物燃料的生产是非常重要的。文中利用PCR的方法从嗜热子囊菌Thermoascus crustaceus JCM12803中克隆到一个新颖的双功能木聚糖/纤维素酶基因Tcxyn10a,并将其在毕赤酵母Pichia pastoris GS115中实现高效异源表达。经过蛋白纯化和酶学性质研究分析,TcXyn10A的最适pH值和最适温度分别为5.0和65-70℃,能够在酸性至碱性(pH 3.0-11.0)条件下和60℃下保持稳定;对榉木木聚糖、小麦阿拉伯木聚糖、羧甲基纤维素钠和地衣多糖均有降解活性,比活分别为(1 480±26)U/mg、(2 055±28)U/mg、(7.4±0.2)U/mg和(10.9±0.4)U/mg;同源建模结构以及分子对接试验表明,双功能酶TcXyn10A只含有单一催化结构域,且木聚糖底物与纤维素底物共用一条催化通道。文中为探索双功能酶结构与其功能的关系提供了很好的素材。