微生物在城市污水处理系统中的应用与展望

众所周知,在我们生存的环境中,微生物无时不在,无处不有;它曾经带给我们巨大的灾难,但也是我们忠诚的卫士;随着人类自身的发展,我们对它的认识也愈加科学和量化。迄今为止,我们用智慧和勇气不仅克服了绝大多数病原微生物带来的种种难题,而且运用微生物基因组学、遗传工程和现代分子生物学技术定向构建目的微生物,使之更加适合人类的需求。在水污染日益严重的今天,微生物将是我们净化自身生存空间的重要武器;尤其是在城市污水处理系统中,定向构建的基因工程菌将发挥出它巨大的潜力。     

有机物料在维持土壤微生物体氮库中的作用

采用室内和田间培养试验,研究了有机物料矿化过程中土壤微生物体氮的变化,测定结果表明,有机物料对矿化过程和微生物体氮的影响,既与有机物料本身性质和组成有关,也与土壤肥力水平和施氮与否有关。加入Ｃ／Ｎ比高的有机物料后,微生物对矿质氮的净固定持续时间长,而加入Ｃ／Ｎ比小的则固定时间短;高肥力土壤上的固定时间比低肥力土壤短。不同有机物料对土壤微生物体氮的影响不同。从加绿豆茎叶、小麦茎叶、未腐解马粪、腐熟马粪、腐熟猪粪到厩肥,土壤微生物体氮依次减小,提供的有效能源物质丰富（如绿豆茎叶）或Ｃ／Ｎ比较高（如小麦茎叶）时影响效果突出。土壤肥力不同,有机物料对微生物体的影响效果不同,在低肥力土壤的效果突出,约为高肥力土壤的４倍,因此,在评价有机物料对土壤微生物体氮的影响时,既考虑有有机物料的性质和组成,也考虑土壤力水平、矿质氮含量和培养时期。     

微生物在污水处理中的应用研究

随着经济不断发展、人类社会活动强度不断增大,污水排放量呈现出明显的上升趋势,传统污水处理方式已经无法有效满足现代社会污水处理工作的发展需求。将微生物应用于污水处理工作中,能够充分发挥其分解速度快、繁殖效率高以及针对性强等优势,帮助人们有效解决大量的污水处理问题。文章将进一步对微生物在污水处理中的应用展开探讨,旨在提出有益于未来发展的相关建议。     

微生物菌剂在污水处理中的应用

随着中国城镇化建设发展脚步的不断加快,城镇水污染问题日益严重,一定程度上影响了民众的身心健康,不利于中国生态经济建设的和谐健康发展。微生物菌剂的科学规范应用作为污水处理过程的重中之重,能够有效降解污水中的各类有机污染物,全面提升污水处理效果。文章进一步对微生物菌剂及其在污水处理中的应用展开了分析与探讨,旨在为掌握行之有效的菌剂构建方法提供参考意见。     

微生物絮凝剂及其在污水处理中的应用

微生物絮凝剂是一种具有广泛应用前景的天然高分子絮凝剂 ,因其安全、高效、无二次污染等优点受到人们的广泛关注 ,已应用于污水处理、食品和发酵工业等。综述了微生物絮凝剂的主要组成、特点、絮凝机理及应用现状。     

砷的生物转化与代谢机制研究进展

砷广泛分布于自然界中,与人类的活动与健康息息相关.一方面,砷中毒与砷污染事件在全球范围内的频发,严重威胁人类的健康.目前的研究发现自然界中的抗砷微生物直接参与了砷的地球化学循环,在砷的生物转化以及在砷污染的生物治理中起到重要的作用.另一方面,砷作为毒物的同时亦是一种有效的中西药制剂,在治疗血液系统、恶性淋巴系统疾病及癌症中具有明显的疗效,因此砷在人体的转化过程与机制研究有待深入的探讨.有鉴于此,对砷在自然界和人体中的转化形式以及抗砷微生物的抗砷机制进行了阐述,并对砷的微生物转化在环境与医学中的应用进行了展望.     

厌氧氨氧化在污水处理中的研究进展

厌氧氨氧化(ANAMMOX)是指厌氧氨氧化细菌在厌氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氮氧化为氮气的过程。由于在节能降耗和环境友好上的独特优点,基于厌氧氨氧化原理的脱氮技术被公认是目前最具应用前景的生物脱氮技术,因此自发现以来一直是国内外研究的热点。综述近年有关厌氧氨氧化细菌、厌氧氨氧化机理、反应的影响因素及其在污水处理应用方面的研究进展,并展望厌氧氨氧化在污水处理领域的发展方向。     

氮沉降对热带亚热带森林土壤氮循环微生物过程的影响研究进展

近年来,高速的城市化和工业化建设导致全球大气氮沉降量逐年递增,其中热带亚热带地区氮沉降量显著高于全球平均水平,而大部分热带亚热带森林土壤趋近氮饱和状态,氮沉降增加将持续向土壤输入外源活性氮,极易导致土壤氮过剩,进而破环整个森林生态系统氮循环的平衡。我国热带亚热带地区经济发展快速,氮沉降增加导致的土壤养分失衡和林地退化等生态问题日益凸显,森林土壤氮循环对大气氮沉降的响应及适应机制已引起了学术界的广泛关注。研究表明氮循环各环节均由特定的功能微生物驱动完成,明确氮沉降增加对热带亚热带森林土壤氮循环功能微生物及其介导的关键过程的影响,对评价未来氮沉降增加背景下全球森林土壤氮循环的响应及驱动机制有重要作用,可为促进我国热带亚热带地区森林修复、生态环境的改善与提升提供科学支撑。鉴于此,本文综述了热带亚热带森林土壤氮循环主要过程（如固氮、硝化、反硝化、厌氧氨氧化等）及其功能微生物群落丰度、活性、组成等对氮沉降增加的响应,同时分析了这些功能微生物的群落特征与主要环境因子（如NH₄⁺、NO₃^-、有机碳、pH、含水量等）的关联性。在此基础上探讨了氮沉降增加下功能微生物对热带亚热带森林土壤氮循环的调控作用,重点探讨了功能微生物如何通过改变丰度与群落组成而影响氮循环过程,并对目前研究中存在的主要问题与未来研究重点进行了简要剖析。     

不同形态有机碳的有效性在两种重金属污染水平下水稻土壤中的差异

调查分析了两块不同重金属污染水平下的水稻田土壤有机碳活性组分的含量,以评价重金属胁迫条件下有机碳基质的微生物有效性。结果显示,重污染水稻土的总有机碳(TOC)、0·5mol·L-1K2SO4溶解态有机碳(K2SO4-C)、微生物生物量碳(MBC)、1~7d(CO2-C1~7d)和8~28d矿化的有机碳(CO2-C8~28d)的含量均显著低于轻污染土壤(p<0·001)。碳有效性指标中,微生物商(MBC/TOC比)和8~28d的有机碳矿化率(CO2-C8~28d·TOC-1d-1))在轻污染土壤中较高,而K2SO4-C/TOC和代谢商(qCO2)在重污染土壤较高(p<0·001)。1~7d的有机碳矿化率(CO2-C1~7d·TOC-1d-1)在两种土壤中差异不显著。两种土壤培养初期的有机碳矿化率远高于培养后期(p<0·001)。逐步回归分析显示,CO2-C1~7d与活性组分K2SO4-C和MBC显著相关(r2=0·83,p<0·001),而CO2-C8~28d只与TOC显著相关(r2=0·70,p<0·001)。研究表明,尽管K2SO4溶解态有机碳在供试的重金属污染的水稻土中是较易被分解的活性碳基质,但重金属污染抑制了微生物数量及其呼吸活性,降低了活性有机碳库的矿化率,这是导致土壤中K2SO4溶解态碳积累的原因。溶解性有机碳又能提高重金属的有效性,进一步抑制微生物对有机碳的矿化。因此,评价重金属污染的水稻土有机碳的有效性,应当综合考虑不同有机碳库的活性、微生物的矿化能力和碳基质在不同阶段的供应潜力。     

脱氮基因工程菌PNS在污水处理中的初步研究

目的探讨脱氮基因工程菌PNS在污水处理应用中的一系列参数。方法利用基因工程技术,将nirS基因定向克隆至高效表达载体pQE30上,构建重组基因工程菌pQE30-nirS-SG13009（PNS）;然后用SDS-PAGE对PNS的最佳诱导浓度和最适诱导时间进行分析;最后将厌氧诱导和20℃诱导的PNS进行破碎、离心后分离沉淀液和上清液,再用SDS-PAGE分析其在厌氧环境和20℃的低温环境中表达形式。结果IPTG最佳诱导浓度为0.05mmol/L,最适诱导时间为2h;在厌氧和20℃环境中,PNS都能够表达可溶性cd1-亚硝酸盐还原酶。结论脱氮基因工程菌PNS在污水处理环境中能够表达具有生物学活性的cd1-亚硝酸盐还原酶。     

微生物处理高盐工业有机废水工艺研究进展

随着我国工业化进程加快,其所造成的水污染现象也越来越严重。含盐有机废水的排放会导致环境进一步恶化,为了合理循环利用水资源,相关废水的有效处理至关重要。本文从微生物角度出发,通过典型案例阐述了目前基于微生物所运行的生物工艺技术在高含盐有机废水领域中的研究进展,综述了微生物在高盐环境中的生存与耐受机制,以及在处理高盐工业有机废水方面的研究与应用情况,进一步提出了目前存在的问题及未来在本领域研究与应用的展望,为高盐工业有机废水的生物处理发展方向提供一定的参考。     

Dissolved organic matter quantity and quality from freshwater and saltwater lakes in east-central Alberta

Concentrations of dissolved organic matter (DOM) in surface waters of sub-humid to semi-arid lakes in east-central Alberta increase with increasing salinity and water residence time from about 20 to 330 mg L^–1 as dissolved organic carbon (DOC). This pattern is opposite to that observed among freshwater lakes spanning a gradient in water residence times, and is probably caused by evaporative concentration of refractory DOM. The proportion of total DOC, operationally defined as humic substances using XAD-8 resin, was high, though similar to surface waters typically referred to as "humic", and independent of salinity. Very long water residence times (hundreds of years) in saline lakes favors evapoconcentration of low-color, low molecular weight DOM, with N-content characteristic of allochthonous DOM.     

Light and electron microscopy of stained microaggregates: the role of organic matter and microbes in soil aggregation

Micrographs from two semi-arid grassland soils — a cold temperate Mollisol (Chernozem) from western Canada and a hot Alfisol (Savannah Ochrosol) from northern Ghana — were examined by light and electron microscopy. Soil samples were stained with ruthenium red to show microbial polysaccharides. The stained soils were partially dispersed in water and subsamples of all particles and aggregates (< 50 µm) were examined by light microscopy. Subsamples containing mineral particles < 5 µm as well as larger organic particles and aggregates of low density were observed by electron microscopy and analyzed with an electron microprobe (EDXRA). The ruthenium red stain adequately stained organic material for light and transmission electron microscopy and appeared to be relatively specific for polysaccharides of fungal and bacterial origin. This allowed the study of organo-mineral and microbial mineral associations in microaggregates, and pointed to the importance of organic matter and microbes in the mechanisms of aggregate formation and stabilization and structure in soils.     

Degradation of surface-water dissolved organic matter: influences of DOM chemical characteristics and microbial populations

The degree to which biodegradation of dissolved organic matter (DOM) depends on microbial community structure and source remains unknown. In this study, we concentrated the microbial biomass from two streams in northern Michigan and a dystrophic bog lake in northern Wisconsin with varying initial DOM concentration (6.7–78.8 mg C l^–1) and DOM chemical characteristics (e.g. DOM average molecular weights from 808–1887 Da). Each of the three microbial inocula was added to each of the three DOM sources at in situ population levels for a total of nine treatments. Changes in DOM concentration and bacterial productivity, along with chemical characteristics, were examined over 308 h. The [³H]-leucine incorporation method was used to measure microbial production. In two of three sampling sites, bacterial communities were most productive when metabolizing DOM in their native waters. A variable peak in productivity was seen between 16–48 h after inoculation, followed by a drop in productivity in most treatments, with periods of DOM production most likely due to microbial turnover. These data suggest that microbial communities are better able to degrade the DOM of their native habitats, suggesting that biodegradation of DOM is influenced by source-specific microbial species and DOM chemical characteristics.     

森林生态系统DOM的来源、特性及流动

可溶性有机物质（Dissolved Organic Matter)是森林生态系统主要的可移动碳库及重要的养分库。系统综述了森林生态系统DOM的来源,组成,性质,季节动态;DOM释放与存留机制及影响因素,森林生态系统DOM的流动及干扰对DOM动态影响等,已有研究表明DOM的森林生态系统C、N、P循环,成土作用,污染物迁移等方面起着重要作用。今后森林生态系统DOM的研究应集中于以几方面：（1）确定森林生态系统中DOM源和汇;（2）评价森林水文条件对DOM释放与存留的调节作用;（3）探讨全球气候变化对森林生态系统DOM的影响;（4）可溶性有机氮（Dissolved Organic Nitrogen),可溶性有机磷（Dissolved Organic Phosphorus)动态与可溶性有碳（Dissolved Organic Carbon）动态的差别。     

Microbial community composition and function in wastewater treatment plants

Biological wastewater treatment has been applied for more than a century to ameliorate anthropogenic damage to the environment. But only during the last decade the use of molecular tools allowed to accurately determine the composition, and dynamics of activated sludge and biofilm microbial communities. Novel, in many cases yet not cultured bacteria were identified to be responsible for filamentous bulking and foaming as well as phosphorus and nitrogen removal in these systems. Now, methods are developed to infer the in situ physiology of these bacteria. Here we provide an overview of what is currently known about the identity and physiology of some of the microbial key players in activated sludge and biofilm systems. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

植被恢复对侵蚀红壤可溶性有机质含量及光谱学特征的影响

为了解植被恢复对侵蚀红壤可溶性有机质含量及结构特征的影响, 以福建省长汀县河田镇植被恢复后的侵蚀红壤及对照裸地为研究对象, 对两试验地0-60 cm深土壤中可溶性有机质的含量及光谱学特征进行了比较研究。结果表明: 侵蚀红壤植被恢复后, 土壤可溶性有机碳含量显著提高, 在土表到60 cm深度的6个10 cm土层中, 植被恢复土壤可溶性有机碳含量分别提高为对照裸地相应土层的5.6、4.7、4.6、3.1、2.4及2.2倍。可溶性有机氮含量在两试验地之间的差异在各土层中不一致。植被恢复各土层侵蚀红壤可溶性有机质的芳香化指数显著高于对照裸地, 荧光发射光谱腐殖化指数略高于对照裸地, 植被恢复后的侵蚀红壤与对照裸地间荧光同步光谱腐殖化指数无明显差异。荧光同步光谱图中, 两试验地侵蚀红壤可溶性有机质的吸收主要为类蛋白质及芳香性脂肪族荧光基团的吸收。傅里叶红外光谱结果显示, 与对照裸地相比, 植被恢复后的侵蚀红壤土壤可溶性有机质中官能团种类更多, 且含有更多芳香碳及羧基碳。两试验地土壤可溶性有机质均表现为芳香化及腐殖化程度随土层的加深而降低。相关性分析显示, 土壤可溶性有机质的芳香化及腐殖化指数与土壤碳氮总量有极显著正相关关系。总之, 侵蚀红壤经植被恢复后, 土壤可溶性有机碳含量及可溶性有机质的芳香化指数显著提高, 可溶性有机质的腐殖化指数略有增大, 可溶性有机质结构更复杂, 更不易被分解, 因此有利于土壤肥力的恢复。     

Behavior of lipids in biological wastewater treatment processes

Lipids (characterized as oils, greases, fats and long-chain fatty acids) are important organic components of wastewater. Their amount, for example, in municipal wastewater is approximately 30–40% of the total chemical oxygen demand. The concern over the behavior of lipids in biological treatment systems has led to many studies, which have evaluated their removal, but still the exact behavior of lipids in these processes is not well understood. In this review, we discuss the current knowledge of how lipids/fatty acids affect both aerobic and anaerobic processes and specific methods that have been used in an attempt to enhance their removal from wastewater. Overall, the literature shows that lipids/fatty acids are readily removed by biological treatment methods, inhibitory to microbial growth as well as the cause of foaming, growth of filamentous bacteria and floc flotation.     

菌渣化肥配施对稻田土壤微生物量碳氮和可溶性碳氮的影响

菌渣作为一种养分丰富的有机物料还田,可减少化肥施用,同时保持土壤肥力;而土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮是土壤活性碳氮库的重要组成部分,其含量和比例变化对土壤肥力均具有重要作用。因此,探讨不同比例菌渣化肥配施对土壤微生物量碳、氮及可溶性碳、氮的影响,评价菌渣在优化土壤肥力方面的生态作用具有重要意义。本研究在水稻田间定位试验条件下,设置3个化肥水平(C) 0%、50%、100%,菌渣相对用量(F) 0%、50%、100%,共9个处理,分析了各处理土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)和可溶性碳(DOC)、氮(DON)的变化特征,及其占土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)的比例与相关关系。结果表明:菌渣化肥配施后,微生物量碳和可溶性碳、氮均在C100F50最高,微生物量氮在C50F100最高,与不施肥处理相比,分别显著增加了49.40%、43.65%、83.52%、207.19%;MBC/SOC和DOC/SOC均随着菌渣化肥配施量的增加而减少,MBN/TN和DON/TN均在C100F50最高。相关分析表明,MBC、DOC与SOC,MBN与TN均呈极显著正相关,DON和TN呈显著正相关。总体来讲,菌渣化肥配施能够显著提高土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮含量,但不是随着用量的增加一直呈增加趋势,高量菌渣或者化肥下会有降低趋势;菌渣化肥配施降低了土壤微生物量和可溶性碳氮比,因此适宜的菌渣化肥配施是提高土壤有机碳周转速度、微生物活性及其氮素供应能力和有效性的最佳选择。     

城市土壤活性碳、氮分布特征及影响因素

为揭示城市绿地土壤活性碳氮分布特征及影响因素,选取合肥市不同类型绿地(蜀山森林公园、公园绿地、道路绿地、学校绿地、居住区绿地、工厂绿地)土壤为研究对象,对其0 ～ 30 cm土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)等活性组分进行研究.结果表明,绿地类型对土壤活性碳氮含量影响显著(P＜0.05),各活性碳氮含量随土层深度的增加而降低.城区内各人工绿地土壤活性碳氮含量均低于郊区蜀山森林公园绿地:MBC下降了46.81％ ～ 64.39％,MBN下降了49.90％ ～80.13％,DOC下降了28.95％ ～45.52％,DON下降了5.67％ ～48.90％,表明土地利用变化是导致绿地土壤活性碳氮变化的主要因素.相关分析表明,研究区域内MBC与MBN、DON正相关(P＜0.01),MBN与DOC正相关(P＜0.01),DOC与DON正相关(P＜0.01).研究还发现,土壤pH与活性碳、氮间均呈负相关关系(P＜0.01),表明适当降低城市土壤碱性污染物的侵入有利于土壤活性碳氮的积累.