生物脱氮中工程纳米颗粒的毒害作用及减毒措施的研究进展

氮化合物在生命代谢过程中扮演着重要的角色,但过多的无机氮会导致水体恶化进而影响人类健康,生物脱氮技术可高效去除环境中的无机氮且不引起二次污染.随着工程纳米颗粒在生活中的广泛应用,导致其大量释放到土壤及水体中,极大地阻碍了废水处理中的生物脱氮过程,因此,微生物脱氮过程中工程纳米颗粒的毒害作用及减毒措施成了近年来的研究热点...     

脱氮微生物及脱氮工艺研究进展

脱氮是大部分污水处理系统中不可缺少的一环。由于具有经济高效、工艺简单和无二次污染等显著优势,生物脱氮工艺在最近数十年中备受关注。根据脱氮微生物的生理特性和脱氮机制不同,文中分类综述了近年来生物脱氮工艺的研究进展,重点对比分析了硝化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌以及以这些菌为基础的不同生物脱氮工艺的优缺点,为复杂污水环境的脱氮工艺选择提供参考。基于微生物脱氮机制,通过合成生物学技术开发高效脱氮菌株,结合不同工艺优点并应用自动化模拟最佳条件,从而建立经济高效的脱氮工艺将是未来发展的重要方向。     

低温微生物适冷特性及其在食品工业中的潜在用途

温度是影响生物生存的一个限制因素。所有微生物都具有一特征性的最适生长温度 ,此时它们具有最大的生长和繁殖速率。同时 ,微生物还具有一定的温度耐受范围 ,低于或高于这一生长温度范围的限度 ,它们就会因新陈代谢失活而不能生长。按照在不同温度条件下生长能力的不同 ,微生物可被大致分为 3类 :高温菌、中温菌和低温菌。其中低温菌又通常被分为嗜冷菌 (ｐｓｙｃｈｒｏｐｈｉｌｅｓ)和耐冷菌 (ｐｓｙｃｈｒｏｔｒｏｐｈｓ)。按照Ｍｏｒｉｔａ( 1 975 )的定义 ,嗜冷菌的最适生长温度 <1 6℃ ,其生长温度的上限为 2 0℃ ;耐冷菌则是指能在 0…     

基于代谢组的厌氧氨氧化菌群对温度的响应机制

【背景】在环境工程领域中,大多数耐冷菌从活性污泥中分离得到。了解活性污泥菌群对低温的响应有助于耐冷菌的驯化培养。【目的】以厌氧氨氧化污泥菌群作为研究对象,研究温度对厌氧氨氧化菌群代谢通路与代谢产物的影响,以期初步阐释厌氧氨氧化菌群低温响应机理。【方法】在25°C与35°C条件下驯化培养厌氧氨氧化污泥,研究温度对反应器脱氮效能、菌群活性与生长以及群落结构的影响,通过代谢组学比较两个温度下厌氧氨氧化菌群代谢物丰度以及代谢通路活性。【结果】虽然低温导致厌氧氨氧化菌群CO_2固定、TCA循环与丙酮酸代谢的下调,进而导致氮去除活性以及增长速率显著下降,但菌群RNA合成水平、腐胺与信号分子合成上调,从而通过转录调控、调控膜脂组成与改变膜结构的方式,调控菌群代谢以适应低温环境。【结论】从分子机理的角度探究了厌氧氨氧化污泥菌群适应低温环境的生理机制,首次阐释了腐胺与信号分子在污泥菌群适应低温过程中的重要作用。     

低温微生物在污水处理中的应用分析

低温微生物作为极端环境微生物研究的一大热点,自20世纪70年代以来,其研究应用就得到了越来越广泛的关注。低温微生物凭借一系列耐冷机制,可有效抵御低温对其细胞生存生长的胁迫,保障其在低温环境下仍能够生存繁殖。文章首先阐述了低温微生物的相关内涵及其适冷机制,然后探讨了低温微生物在污水处理中的实际应用,以期为低温微生物在实际生产生活中的应用提供参考。     

低温微生物修复石油烃类污染土壤研究进展

耐冷菌、嗜冷菌等低温微生物广泛存在于极地、高山以及高纬度等土壤环境中,是石油烃类污染物在低温条件下降解与转化的重要微生物资源.利用低温微生物的独特优势,石油污染土壤的低温生物修复技术的研究成为当前热点领域.本文系统综述了低温石油烃降解菌的分类及冷适机制,低温微生物对不同类型石油烃组分的降解特征和降解机理,低温环境中接种降解菌、添加营养物质和表面活性剂等强化技术在石油污染土壤中生物修复的应用.以及微生物分子生物学技术在低温微生物降解石油烃的研究现状,为拓展我国石油污染土壤生物修复技术提供参考.     

硫化镉纳米粒子对原核生物的毒理作用

硫化镉纳米粒子（cadmium sulfide nanoparticles,CdS NPs）是一种重要的半导体,具有突出的光电特性、可调带隙和化学稳定性,在分析化学、生物医学、荧光成像和生物传感器等方面具有潜在应用价值。生物合成CdS NPs具有可控、低成本、环境友好等优势而被广泛研究。然而CdS NPs本身兼具纳米材料毒性及重金属硫化物毒性,其对原核微生物的毒性研究受到广泛关注。本文以大肠杆菌为例,对CdS NPs在原核生物细胞内的毒性机理研究进展进行了综述,包括CdS NPs的生物合成机制、CdS NPs对大肠杆菌的毒害作用以及大肠杆菌对该毒害作用的防御机制,着重论述了细菌在合成CdS NPs过程中Cd²⁺及CdS对合成细菌本身的毒理作用及该细菌所产生的相应应激机制。本文旨在更好、更全面地评估CdS NPs的毒性,促进抗CdS NPs的原核生物在相关领域的发展和应用。     

氢自养微生物的驯化及其反硝化特性研究北大核心

【目的】本研究筛选出弱酸性环境下利用无机碳源进行高效脱氮的氢自养微生物,探究不同无机碳源对体系反硝化能力的影响,以及长期驯化过程中反应器内水质参数、微生物群落结构和脱氮周期变化规律。【方法】氢自养微生物的驯化采用一种成本低廉、气密性优良、可计算氢气利用率的序批式反应器,通过及时向装置内补充氢气、无机碳源、营养液和硝酸盐对微生物进行连续驯化。【结果】驯化的微生物利用NaHCO_(3)和CO_(2)作为混合无机碳源对硝酸盐的脱氮效果要优于单一使用NaHCO_(3);在环境温度为20℃,pH为6.3-7.0,硝态氮初始投加量为15 mg-N/L时,NO_(3)--N最高反应速率为1.374 mg-N/(L·h),氢气最高利用率为43.4%,脱氮周期为16 h,且脱氮过程中无亚硝酸盐积累;驯化得到的微生物主要为嗜酸菌属(Acidovorax),占比达84.4%。【结论】利用本研究的装置和驯化方法对土著微生物进行脱氮驯化是可行且高效的,可筛选出在弱酸性环境下利用无机碳源进行反硝化的氢自养微生物,为地下水中硝酸盐污染的生物修复提供理论依据,也为后续进一步研究弱酸性环境下氢自养微生物同时脱氮固铀奠定基础。     

有机碳源下废水厌氧氨氧化同步脱氮除碳

为明确有机碳源胁迫下,厌氧氨氧化反应器的同步脱氮除碳规律及功能微生物群落结构的动态变化,采用成功启动的厌氧氨氧化UASB反应器,通过逐步提升进水有机负荷,探究有机碳源下废水厌氧氨氧化同步脱氮除碳。研究表明,当进水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)浓度从172 mg/L升至620 mg/L,反应器维持较高的脱氮效率,氨氮和总氮去除率均在85%以上,并对COD具有平均56.6%的去除率,高浓度COD未对Anammox菌活性构成显著抑制作用。聚合酶链式反应和变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)图谱和割胶测序结果表明,变形菌门Proteobacteria、浮霉菌门Planctomycetes、绿曲挠菌门Chloroflexi以及绿菌门Chlorobi等微生物共存于同一反应体系中,推测反应器内存在复杂的脱氮除碳途径。而且,代表厌氧氨氧化的部分浮霉菌门微生物能耐受高浓度有机碳源,在高有机负荷下依旧发挥着高效的脱氮作用,为反应器高效脱氮提供了保障。     

一株耐盐的卓贝儿氏菌(Zobellella sp.)的分离鉴定及其硝酸盐还原能力

【背景】好氧反硝化是指在有氧条件下进行反硝化作用,使得硝化和反硝化过程能够在同一反应器中同时发生,是废水脱氮最具竞争力的技术。红树林湿地中蕴藏着丰富的微生物资源,分布着大量好氧反硝化微生物。【目的】了解耐盐微生物的脱氮机制,为含盐废水生物脱氮的工程实践提供理论依据,对一株分离于红树林湿地中的耐盐好氧细菌A63的硝酸盐异化还原能力进行分析。【方法】利用形态学特征及16S rRNA基因序列测定分析,对其种属进行了鉴定,采用单因子实验测定该菌在不同环境因子下的硝酸盐还原能力,并对其反硝化脱氮条件进行了优化。【结果】初步判定该菌株为卓贝儿氏菌(Zobellellasp.),其能在盐度0%-10%、pH5.0-10.0、温度20-40°C范围内进行反硝化脱氮和硝酸盐异化还原为氨(dissimilatorynitratereductiontoammonium,DNRA)作用。菌株A63最适生长碳源为柠檬酸钠(1.2 g/L),适宜脱氮盐度为3%、pH 7.0-7.5、温度30-35°C,且C/N为10。在最适脱氮条件下,该菌株12h内能将培养基中208.8mg/L硝态氮降至0,且仅有少量铵态氮生成...     

全程硝化菌微生物学特性及在水处理领域的应用潜力

全程硝化菌是近期微生物氮循环领域的重大发现之一,引发了对其全球分布、系统发育特征和生理生化特性的广泛关注。本文综述了全程硝化菌在土壤、地表水、废水处理系统等生境的分布规律及影响因子;并从底物亲和力、代谢多样性等方面阐述了其与传统硝化微生物间的竞争互作和生态位分离机制;基于上述特征提出全程硝化菌在水处理领域中的应用前景,可能与其他脱氮微生物如反硝化菌、厌氧氨氧化菌和厌氧甲烷氧化菌等耦合实现在低氨氮、低溶解氧条件下的污水深度脱氮,从而节省能耗并降低温室气体排放。未来研究应继续深入研究全程硝化菌的生理生化特性,评价其生态功能和对氮素地球化学循环的贡献,并探索其在生物水处理等领域的应用潜力。     

Critical review of the influences of nanoparticles on biological wastewater treatment and sludge digestion

Nanoparticles (NPs), with at least one dimension less than 100?nm, are substantially employed in consumer and industrial products due to their specific physical and chemical properties. The wide uses of engineered NPs inevitably cause their release into the environment, especially wastewater treatment plants. Therefore, it is essential to systematically assess their potential impact on biological wastewater treatment and subsequent sewage sludge digestion. This review aims to provide such support. First, this paper reviews the recent advances on the analytical developments and nano–bio interface of NPs in wastewater and sewage sludge treatment. The effects of NPs on biological wastewater treatment and sewage sludge digestion and related mechanisms are discussed in detail. Finally, the key questions that need to be answered in the future are pointed out, which include on-line revelation of the changes of NPs in sewage and sludge environments, in situ assessment of the variations of microorganisms involved in these biological systems after they are exposed to NPs. Differentiation of the contribution of individual toxicity mechanisms to these systems, and the identification of under what conditions the nanoparticle-induced toxicity will be increased or decreased are also considered.     

好氧反硝化细菌碳氮代谢特点及途径的研究进展

好氧反硝化作用的发现打破了反硝化只能在严格厌氧条件下进行的传统认知,为生物脱氮提供了一条新的途径,已成为近些年的研究热点。碳源可为好氧反硝化过程提供能量和电子供体,其代谢难易程度直接影响着好氧反硝化细菌的脱氮效率,因此有必要明确碳源在好氧反硝化脱氮过程中的代谢机理。基于此,本文阐述了好氧反硝化细菌的种类及其对硝态氮与亚硝态氮的代谢途径;系统分析了不同好氧反硝化细菌对碳氮源代谢的差异与代谢机理;综合分析了碳代谢差异对好氧反硝化脱氮过程的影响,并对未来的研究方向进行了展望,旨在深入理解好氧反硝化细菌同时去除碳氮的机理,为提高废水生物脱氮除碳效率提供理论依据。     

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。     

反硝化细菌在污水脱氮中的作用

反硝化是在反硝化细菌的作用下,以硝酸盐作为最终电子受体而进行的无氧呼吸过程。从污水脱氮的角度论述反硝化在污水脱氮中的作用、污水脱氮的机理、污水脱氮过程中反硝化作用的影响因素等。从反硝化的角度出发,论述了反硝化细菌的类群、反硝化作用的机理、反硝化细菌细胞中参与反硝化过程的关键酶。另外,还论述了近年来发现的有氧反硝化细菌、自养反硝化细菌及反硝化除磷细菌等方面的研究进展。     

Community structures and activities of nitrifying and denitrifying bacteria in industrial wastewater-treating biofilms

The bacterial community structure, in situ spatial distributions and activities of nitrifying and denitrifying bacteria in biofilms treating industrial wastewater were investigated by combination of the 16S rRNA gene clone analysis, fluorescence in situ hybridization (FISH) and microelectrodes. These results were compared with the nitrogen removal capacity of the industrial wastewater treatment plant (IWTP). Both nitrification and denitrification occurred in the primary denitrification (PD) tank and denitrification occurred in the secondary denitrification (SD) tank. In contrast, nitrification and denitrification rates were very low in the nitrification (N) tank. 16S rRNA gene clone sequence analysis revealed that the bacteria affiliated with Alphaproteobacteria, followed by Betaproteobacteria, were numerically important microbial groups in three tanks. The many clones affiliated with Alphaproteobacteria were closely related to the denitrifying bacteria (e.g., Hyphomicrobium spp., Rhodopseudomonas palustris, and Rhodobacter spp.). In addition, Methylophilus leisingeri affiliated with Betaproteobacteria, which favorably utilized methanol, was detected only in the SD-tank to which methanol was added. Nitrosomonas europaea and Nitrosomonas marina were detected as the ammonia-oxidizing bacteria affiliated with Betaproteobacteria throughout this plant, although the dominant species of them was different among three tanks. Nitrifying bacteria were mainly detected in the upper parts of the PD-biofilm whereas their populations were low in the upper parts of the N-biofilm. The presence of denitrifying bacteria affiliated with Hyphomicrobium spp. in SD- and N-biofilms was verified by FISH analysis. Microelectrode measurements showed that the nitrifying bacteria present in the N- and PD-biofilms were active and the bacteria present in the SD-biofilm could denitrify.     

Identification of Efficient Denitrifying Bacteria from Tannery Wastewaters in Ethiopia and a Study of the Effects of Chromium III and Sulphide on Their Denitrification Rate

In order to identify potential microorganisms with high denitrifying capacity from tannery wastewaters, 1000 pure cultures of bacterial isolates from Modjo Tannery Pilot and Ethio-tannery wastewater treatment plants (WWTP), in Ethiopia, were investigated. Twenty-eight isolates were selected as efficient denitrifiers. These were Gram-negative rods, oxidase and catalase positive denitrifying organisms. The 28 denitrifying strains were further classified according to their biochemical fingerprints into three different phylogenetic groups (BPT1, BPT2 and BPT3) and seven singles. Isolates B79^T, B11, B12, B15, B28 and B38 belonging to the BPT3 cluster were found to be the most efficient denitrifying bacteria. All phenotypic studies, including cellular fatty acid profiles, showed that the 6 BPT3 isolates were closely related to each other. The 16S rRNA partial sequence analysis of type strain B79^T(CCUG 45880) indicated a sequence similarity of 99% to Brachymonas denitrificans JCM9216 (D14320) in the β-subdivision of proteobacteria. Further studies of the effects of chromium III and sulphide on the six Brachymonas denitrificans strains indicated that denitrification by the isolates were inhibited 50% at concentrations of 54 and 96 mg/l, respectively. The efficient isolates characterized in this study are of great value because of their excellent denitrifying properties and relatively high tolerance to the concentrations of toxic compounds (70 mg chromium/l and 160 mg sulphide/l) prevailing in tannery wastewaters.