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。     

胞外蛋白对微生物聚集体的形成及其特性的影响

胞外多聚物是微生物聚集体(污泥絮体、生物膜和颗粒污泥等)的主要成分,在微生物聚集体的形成及其结构稳定过程中起关键作用.胞外蛋白作为胞外多聚物的主要组分之一,在微生物絮凝和聚集过程中的作用日益受到关注.蛋白分析技术的发展和应用为胞外蛋白的深入研究提供了良好的平台.本文综述了胞外蛋白在微生物聚集体中的种类和分布,以及在絮凝、沉降、传质、吸附和脱水等性能方面的作用,并对胞外蛋白的研究和应用进行了展望.     

微生物浸出过程中胞外蛋白的作用及其机理研究进展

矿物-微生物-溶液多相界面是硫化矿生物浸出的关键场所,界面微生物胞外多聚物(EPS)关键组分胞外蛋白在生物膜形成、结构稳定和硫化矿溶解等方面起到关键作用。综述了生物浸出过程中EPS关键组分胞外蛋白的研究进展和胞外蛋白现有的研究方法及其对冶金微生物胞外蛋白研究的适用性,展望了浸矿微生物胞外蛋白研究的前景,旨为生物冶金领域研究EPS关键组分胞外蛋白结构及其作用机理提供重要的理论和方法支撑。     

胞外DNA的作用及其在生物浸矿领域的研究展望

胞外DNA作为细菌胞外多聚物的关键组分,对生物膜的形成和稳定有着重要的作用。正是这些作用使得胞外DNA成为医学、环境科学等领域的研究热点。该文从胞外DNA研究背景出发就其来源途径、作用,以及研究胞外DNA的方法和技术手段,包括胞外DNA提取和离线检测、原位观察及监测等方面进行了综述,同时对研究胞外DNA遇到的问题以及在生物冶金领域未来的研究前景进行展望,以期为今后深入开展浸矿微生物胞外DNA的研究提供思路,从而提高浸矿微生物胞外DNA作用机理研究的深度。     

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     

嗜热微生物及其降解剩余污泥的机理

活性污泥法已经被广泛应用于污水处理中.剩余污泥是此过程的副产物,其处理费用约占污水处理系统总成本的25%～60%,处理不当则会带来严重的二次污染,成为目前污泥处理研究的难点之一.利用嗜热微生物降解污泥操作方便、经济性较好且易于管理,具有良好的应用前景.本文对污泥降解中的嗜热微生物、嗜热微生物污泥降解机理以及污泥降解过程中起重要作用的嗜热蛋白酶和脂肪酶的最新研究进展进行综述,归纳总结了影响嗜热微生物降解污泥的主要影响因素,并对嗜热微生物在污泥消化方面的应用研究进行展望.     

厌氧消化污泥微生物组研究方法及应用

污泥厌氧消化是在消化污泥微生物组的协调下将剩余污泥中有机物转化为甲烷的微生物过程。与传统厌氧消化过程不同,污泥厌氧消化系统的进料底物为含有大量微生物细胞及胞外多聚物等复杂大分子有机物的剩余污泥。因此,厌氧消化污泥微生物组的种群组成、功能及种群间互作关系等异常复杂,使厌氧消化污泥微生物组分析成为难点问题。但近年来高通量测序技术及生物信息学分析方法的快速发展为消化污泥微生物组研究提供了契机,并迅速推动了该研究领域的发展。本文从4个方面梳理、总结厌氧消化污泥微生物组的研究及应用现状:剩余活性污泥结构、组成及其厌氧消化;基于16SrRNA基因序列测序的微生物组研究;基于宏基因组及宏转录组分析的微生物组研究;厌氧消化污泥微生物组研究案例分析。最后我们提出了厌氧消化污泥微生物组研究亟待解决的关键科学问题。     

氧化亚铁硫杆菌胞外多聚物在生物浸出中的作用

氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans,T.f)是一种重要的浸矿微生物。它与矿物的界面作用机理是复杂的,涉及物理化学的和生物化学的参数。本文运用电镜细胞化学方法对氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)的胞外多聚物(EPS)的脂类、多糖、蛋白质等生物大分子以及铁离子进行了研究,并探讨了EPS与吸附、生物膜形成的关系以及生物膜在浸矿过程中的作用。     

纳米氧化铈作用下活性污泥胞外聚合物及溶解性微生物产物特性

【目的】纳米氧化铈作为一种应用普遍的人工纳米材料,其生物毒性和环境效应得到了越来越多的重视。尝试从微生物代谢产物的角度,解读纳米氧化铈对活性污泥微生物的影响规律和过程。【方法】在实验室活性污泥系统中投加不同质量浓度纳米氧化铈,研究纳米氧化铈短期作用下微生物胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)这两类主要的微生物代谢产物含量和组分的变化规律。【结果】短期作用下,EPS和SMP的总量都随着纳米氧化铈浓度的增加而增加。低浓度纳米CeO_2不会导致活性污泥中松散型胞外聚合物(LB-EPS)、紧密型胞外聚合物(TB-EPS)含量和组分的显著改变。高浓度纳米CeO_2(25 mg/L以上)作用下TB-EPS含量和组分不受影响,而LB-EPS中多糖和蛋白质为抵抗纳米CeO_2毒性而增多。EPS分层组分含量显著提高,且LB-EPS的增幅显著高于TB-EPS增幅。当纳米氧化铈浓度为50 mg/L时,相较于空白对照组,蛋白质和多糖增幅分别达到35.18%和46.57%。当纳米氧化铈超过25 mg/L以上时,SMP不仅出现蛋白质,多糖和腐殖酸的含量也明显增加。【结论】SMP中蛋白质的产生,可能会与纳米材料相结合,以减小纳米材料的毒性。当纳米氧化铈浓度较低时,EPS的吸附作用会抵制其进入细胞内,当纳米氧化铈浓度较高时,刺激细胞产生更多EPS吸附纳米CeO_2,形成更厚的外部屏障层保护细胞。EPS和SMP的共同作用,构成了微生物细胞对纳米CeO_2的毒性抵抗机制。     

原生动物在活性污泥中的作用

处理污水有三个重要作用 ,保护环境 ,维护生态系统的健康 ;除去污水中的病菌 ,维护人类健康 ;通过中水的回用 ,提高水资源的利用率。 1913年英国的Ａｒｄｅｒｎ和Ｌｏｃｋｅｔｔ在曼彻斯特建立了世界上第一座活性污泥试验工厂 ,现在活性污泥法已经成为世界各国广泛采用的污水处理方法。在我国城市污水处理厂中 ,采用活性污泥法的占 85 %以上 ,该法的中心环节是曝气形成活性污泥 ,通过生物消耗分解污染物 ,随后活性污泥在沉淀池中沉淀分离 ,从而净化污水。该过程的主要目的是通过微生物的吸收和降解 ,尽量减少污泥的生成量。原生动物是活性污…     

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。     

生物膜形成机理及影响因素探究

生物膜是一种依附于载体材料的特殊微生物聚集体,其大量存在于自然环境中,并在水质净化、废水处理等领域广泛应用.本文介绍了生物膜形成基本原理,综述了有关载体界面性质、胞外多聚物(EPS)关键组分对生物膜形成及其稳定性的影响,并对各学科交叉研究生物膜提供技术思路.     

电活性微生物胞外聚合物的特征与应用

电活性微生物是一类能够通过直接接触、导电菌毛或氧化还原介质与电极或者其他细胞进行胞外电子传递的微生物。而在这个过程中,胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)扮演着重要的角色。EPS是微生物生长过程中通过细胞裂解、水解分泌的高分子聚合物的混合物,主要由蛋白质、多糖和腐殖质等物质组成。来自电活性微生物的EPS的不同组成成分和特性会对EPS的电活性以及电活性微生物胞外电子传递产生一定的影响,同时在环境应用方面发挥重要作用。因此,为了更全面了解电活性微生物EPS的电活性及其对电活性微生物胞外电子传递的作用,本文总体介绍了电活性微生物EPS的电活性的直接表征方法,再从组成成分、化学性质、物理性质和空间分布4个方面综述了其对EPS电活性的影响及其在电子传递中的作用,介绍了当前电活性微生物EPS在染料废水脱色、重金属吸附、有机污染物的生物转化和渗滤液管理等方面的环境应用,并从表征方法、试验规模和互作机理研究等角度展望了未来的研究方向。     

污水生物处理中的噬菌体及其功能研究进展

污水生物处理是一种利用微生物分解污水中的污染物、实现污水净化的方法。噬菌体是侵染细菌的病毒,在污水生物处理系统中广泛存在,它们能够特异性地控制微生物菌群,影响污水处理效果和调控污泥性状。因此,研究污水生物处理中噬菌体的分布及其功能具有重要意义。本文介绍了不同污水生物处理中噬菌体的分布,简要分析了噬菌体分离、培养与鉴定方法及其优缺点,详细总结了噬菌体在污水生物处理中的功能,包括:(1)调节微生物群落结构,影响污水处理效果;(2)作为环境监测的指示生物;(3)控制病原菌、污泥膨胀、污泥发泡和膜污染;(4)减少污泥产量,重点分析了影响噬菌体功能的因素,探讨了污水生物处理中噬菌体功能应用存在的问题及其解决方法,最后对噬菌体未来应用的发展方向进行了展望,以期为污水生物处理技术和工艺的开发与应用提供参考,促进污水处理健康发展。     

基于Lux型群体感应系统干预的生物被膜调控在污水处理中的研究进展与前景

基于Lux型群体感应系统的生物被膜调控在污水处理中的研究备受关注,群体感应系统的干预包括正向强化和负向削弱两类。群体感应系统的正向强化作用可提高生物膜法污水处理中的挂膜速度,提高污水处理效率,促进活性污泥中胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)和可溶性微生物产物(Soluble microbial products,SMP)的生成,提高生物被膜的产量;群体感应的负向削弱作用可以降解生物被膜形成过程中所需要的信号分子,切断生物被膜形成的基因表达过程,有效抑制MBR膜表面生物被膜的形成,防止膜污染。对信号分子酰基高丝氨酸内酯(N-acyl homoserine lactone,AHLs)的结构和作用机理的进一步研究、群体感应淬灭菌的固定化技术与应用、多种防治膜污染方法的协同效果验证及群体感应干预在更多污水处理领域的应用可行性是该领域要研究的几个重要方向。     

活性污泥抗生素抗性基因研究进展

抗生素抗性在全球范围内的传播扩散严重威胁人类健康。活性污泥是污水处理系统重要的处理工艺,同时也是抗生素抗性及其发生水平基因转移的一个重要储库和热区。目前,随着研究手段和技术的不断更新,活性污泥中抗生素抗性的研究不断增加,但是仍有许多科学问题亟待解决。本文主要针对活性污泥抗生素抗性的5个主要方面进行深入讨论:(1)活性污泥中抗性基因的丰度和分布的影响因素;(2)污泥抗性基因的研究方法;(3)活性污泥抗性基因的传播与扩散;(4)污泥中抗性基因环境风险评估;(5)研究展望。本综述在活性污泥抗生素抗性研究基础上,阐述了驱动抗生素抗性扩散的基本微生物生态过程研究进展,旨在为污水处理工艺的发展和优化及抗性基因控制政策的制定提供科学基础。     

我国南北区域城市污水处理系统内真菌群落的差异

【背景】微生物是污水处理系统内污染物去除的主体,真菌作为其中不可或缺的一部分,在去除有毒化合物、提高生物转化等方面发挥着重要作用,应引起人们的关注。【目的】明确我国南北区域城市污水处理系统内真菌群落的多样性、组成差异及其影响因素。【方法】采集我国北方23个污水处理厂的90份活性污泥样品和南方37个污水处理厂的121份活性污泥样品,提取上述样本的总DNA,并应用Illumina MiSeq平台进行ITS高通量测序,结合多种数量生态学分析方法对数据进行分析。【结果】我国南北区域城市污水处理系统内真菌群落结构存在显著差异,真菌群落多样性南方显著高于北方;我国南北区域真菌群落的组成差异显著,南方群落以Sordariomycetes和Glomeromycetes为优势菌纲,以Ophiocordycep和Alternaria为优势菌属,北方群落以Tremellomycetes和Saccharomycetes为优势菌纲,以Trichosporon和Saccharomyces为优势菌属,其中Tremellomycetes和Sordariomycetes是常见的病原菌,对下游生物或者人类的健康具有潜在威胁,Trichosporon属的丝状真菌若大量异常增殖会引发污泥膨胀现象,影响系统的稳定运行;地理纬度、年平均气温、进水NH_4~+浓度、进水总氮浓度是导致我国南北区域真菌群落存在差异的重要影响因子。【结论】我国南北区域真菌群落多样性、组成存在显著差异,地理因素、所在城市的气候因素和进水污染物浓度对真菌群落结构影响显著。针对南北区域,应合理调控相应区域内的重要功能菌群,以调控污水处理厂的高效稳定运行,同时密切关注其中的条件致病菌和易引发污泥膨胀的菌群,建立面向种群的优化控制系统以管控风险。     

添加厨余垃圾对剩余污泥厌氧消化产沼气过程的影响

为提高剩余污泥厌氧消化的沼气产量和甲烷含量,研究了厨余垃圾的不同添加量对剩余污泥厌氧消化性能的影响。结果表明,在35℃下,随着剩余污泥中厨余垃圾添加量的增加,厌氧消化系统中碳氮质量比（C／N）、胞外多聚物（EPS）等生理生化指标均有不同程度的改善。其中当剩余污泥与厨余垃圾质量比为2：1时,混合有机废弃物中沼气产量和甲烷含量均达到最大值,每克挥发性固体（VS）产生了156．56mL沼气,甲烷体积分数为67．52％,分别比剩余污泥单独厌氧消化时的产气量提高了5倍和1．5倍。     

纳米银对污水生物处理系统的影响

纳米银(silver nanoparticles,Ag-NPs)是目前商业化应用最多的纳米材料,因其优越的抗菌性能,广泛使用于纳米技术强化的消费品。释放到环境中的Ag-NPs随污水收集系统进入市政污水处理厂。市场上Ag-NPs产品日益增多,Ag-NPs与污水处理系统中微生物相互作用,可能影响污水处理厂的运行,引起人们广泛关注。污水中Ag-NPs去向和形态变化具有很大的不确定性。本文总结了Ag-NPs抗菌机制以及污水中Ag-NPs暴露对污水生物处理系统去除有机物、氮、磷等微生物的影响。为了降低Ag-NPs在水环境中的风险,今后需要关注的研究方向,包括:研究不同暴露时长下,Ag-NPs在污水中的形态转变,确定各种形态银的数量,寻求控制或消除Ag-NPs对污水处理系统微生物毒性作用的有效措施,为全面评估水体中Ag-NPs的环境风险提供依据。     

膨胀活性污泥丝状菌类的研究

活性污泥膨胀是微生物处理污水过程中常遇到的一个严重问题,长期以来是污水处理工作的重点,对此做过大量的研究工作。造成污泥膨胀的因素很多,其中最常见的一种是活性污泥中丝状微生物的过度生长,已报道的有浮游球衣细菌(Sphaerotilus natans),白地霉(Geotrichum candidum),大肠埃希氏菌(Esche-