PCR-DGGE技术对城市餐厨垃圾堆肥中细菌种群结构分析

使用基于16SrDNA的PCR-DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术对城市餐厨垃圾堆肥过程中细菌种群结构随时间的变化进行了研究.在堆肥不同时间取样,进行了堆肥温度、pH、含水率、有机质、C/N的变化分析和DGGE分析.结果显示,堆肥温度高于50℃的天数为7d,最高达65℃,可有效杀灭致病菌;最终pH值接近7.5;C/N为20.04.PCR-DGGE图谱显示,不同时间堆肥样中细菌DGGE图谱有着明显的差异性;堆肥升温期细菌种群丰富,优势种群不明显;高温期细菌种群减少,优势种群明显;降温期细菌种群结构基本保持稳定.温度对堆肥过程中细菌种群具有明显的筛选作用.堆肥各阶段DGGE图谱相似性Cs值比较低,堆肥处理后细菌种群结构与堆肥原料之间存在明显差异.

PCR-DGGE研究处理垃圾渗滤液序批式生物膜反应器(SBBR)中的细菌多样性

为了研究序批式生物膜反应器中的细菌多样性及其脱氮的微生物学机理,为工艺改进提供依据,从同步高效去除垃圾渗滤液中高氨氮和高COD的SBBR生物膜和渗滤液原水中采集微生物样品并提取微生物总DNA,使用细菌通用引物对(GC341F/907R)从总DNA中成功扩增出目标16S rDNA片段,然后对扩增的16S rDNA进行DGGE,对凝胶染色并进行条带统计分析和切胶测序,使用序列数据进行同源性分析并建立了系统发育树.结果表明,该驯化后的SBBR生物膜和渗滤液原水中都有比较丰富的细菌多样性,驯化的生物膜细菌主要来自渗滤液原水,而且生物膜细菌在反应器正常运行时不会出现明显的群落结构变化;在该SBBR中有多种硝化细菌与反硝化细菌、好氧反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌共存,说明该反应器中可能同时存在全程硝化反硝化、同步硝化反硝化和厌氧氨氧化3种脱氮方式.研究结果为SBBR脱氮微生物机理研究提供了一些有价值的参考依据.

多粘类芽孢杆菌GA1所产絮凝剂的絮凝性能研究及机理探讨

采用正交絮凝、粒度检测及电镜扫描考察了多粘类芽孢杆菌GA1所产絮凝剂(MBFGA1)对高岭土溶液、土壤悬浊液、洗煤废水及垃圾渗滤液4种废水的絮凝性能,并利用蒽酮试验和红外光谱对絮凝剂成分进行了初步鉴定.在正交絮凝实验获得的最佳絮凝条件下,絮凝剂对高岭土溶液、土壤悬浊液、洗煤废水和垃圾渗滤液的絮凝率分别高达99.53%9、9.50%9、8.2%和75.60%,絮体沉降速度分别为0.03 m/s0、.025 m/s、0.025 m/s和0.005 m/s;土壤悬浊液中颗粒絮凝后平均粒径增大且大于10μm,其余3种废水中颗粒平均粒径减小且小于10μm;电镜扫描结果显示,絮凝前后废水颗粒的形态均从棱角分明转变为包埋的无棱角;EDTA、HCl以及尿素检验发现4种颗粒与絮凝剂分子间靠离子键结合;蒽酮反应及红外光谱结果显示该絮凝剂为含有较多羟基及羧基等官能团的多糖大分子.实验结果表明絮凝剂对高颗粒物浓度废水有很好的处理效果,其絮凝机理主要是吸附架桥作用.

不同低温驯化策略下的厌氧氨氧化活性

在3种不同的低温驯化策略下启动3套规格相同的厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR),在对运行过程中氮素变化规律进行分析的同时,利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对生物膜上的细菌种群结构进行分析,初步考察了厌氧氨氧化的活性.结果表明,对应a1、a2和a33种不同的低温驯化策略,A1、A2和A33个反应器分别经过62,56,70d的驯化后,表现出不同的厌氧氨氧化活性.以氮素转化效率作为衡量标准,其活性依次为A3>A1>A2.DGGE分析进一步说明,在不同的驯化策略下,反应器表现出不同的种群多样性,但种群结构基本保持一致;在接种物相同的策略中,降温幅度对种群多样性的影响与其对厌氧氨氧化活性的影响具有一致性.

好氧堆肥高温期的嗜热真菌和嗜热放线菌群落结构

使用传统的培养方法和PCR-DGGE技术对好氧堆肥高温期的嗜热真菌和嗜热放线菌群落结构进行了研究.分别采用园林垃圾和餐厨垃圾作为堆肥原料,进行了20d好氧堆肥,高温期(≥50℃)持续了10d和8d.分别对2堆体高温期样品进行稀释平板混菌培养,真菌总数和放线菌总数均分别呈"降低-升高"和"升高-降低-升高"的趋势.同时提取微生物总DNA,分别使用真菌引物对(GC-NS7 /NS8)和放线菌引物对(F243 /GC-R513)从总DNA中成功扩增得到目标产物,对目标产物进行DGGE分离.传统培养法和DGGE图谱结果显示,不同堆体高温期的嗜热真菌和嗜热放线菌均表现出相似的变化规律,嗜热真菌优势菌比嗜热放线菌明显,但菌群总数比嗜热放线菌少.聚类分析结果表明,堆肥高温期嗜热真菌和嗜热放线菌分别以升温时56℃和58℃为界,分成2个明显的变化阶段,每阶段内部聚类关系较近,阶段间关系较远.温度对高温期真菌和放线菌具有明显的筛选作用.

厨余垃圾高温堆肥中嗜热细菌种群结构分析

基于16SrDNA的PCR-变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术和系统发育分析,对厨余垃圾高温堆肥中嗜热细菌种群结构进行研究.堆肥高温阶段(>50℃)持续7d,在此期间从堆体中采样并提取微生物总DNA,使用细菌通用引物GC-341F/907R从总DNA中成功PCR扩增出目标16SrDNA片段,对扩增16SrDNA进行DGGE分析,DGGE条带相似性Cs值分析和切胶测序,使用序列数据进行同源性分析并建立系统发育树.DGGE和相似性Cs值分析结果表明,堆肥高温阶段有着比较丰富的细菌多样性,同时存在明显的优势种群结构变化;切胶测序和系统发育分析结果表明,大部分高温阶段优势种群序列与芽孢杆菌属(Bacillus)和梭菌属(Clostridium)中的嗜热菌群具有较近的亲缘关系.

不同供氧策略对SBBR反应器实现短程硝化厌氧氨氧化的影响分析

以氨氮浓度较高的垃圾渗滤液为处理对象,分析研究了不同供氧策略对SBBR反应器实现短程硝化厌氧氨氧化的影响.在4种不同供氧策略(a、b、c和d的总供氧时间分别为16h、12h、12h和8h;好氧/厌氧交替频率分别为4h/2h、3h/3h、2h/2h和2h/4h)下同步启动反应器,保持各反应器内环境温度为(30.0±0.5)℃,并控制曝气阶段溶解氧(DO)浓度为(1.2±0.1)mg·L-1.实验结果表明,反应器内的微生物经过124d的驯化和增殖,具有一定的脱氮能力,但是效果不同,其中,采用总供氧时间为12h,好厌氧交替频率为2h/2h供氧策略的反应器c效果最好,氨氮去除率达到96.6%左右,而且抗氨氮冲击负荷的能力最强,最大的氨氮容积负荷为0.186g·(L·d)-1;在曝气阶段由于DO浓度的限制,亚硝酸盐出现积累;缺氧阶段,由于厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌的协同作用,亚硝酸盐氮和氨氮同时被去除,且没有硝酸盐的积累.从4个反应器和渗滤液原水中提取细菌总DNA,通过PCR-DGGE技术获得DGGE图谱.分析图谱中各泳道的条带数目和条带亮度、各泳道间的相似性系数Cs值,结果表明,不同供氧策略对反应器内的细菌多样性和种群结构产生了较大影响.

广东西枝江-东江流域抗生素抗性基因污染特征研究

抗生素抗性基因(Antibiotics Resistance Genes,ARGs)污染已成为全球性环境问题之一。于枯水季对广东西枝江-东江流域的淡水河、西枝江、东江干流上120多公里河段范围采样,共10个点,每个点同步采集水样和沉积物样品,采用实时荧光定量PCR方法,测定了3种代表性磺胺类耐药基因(sul1、sul2、sul3)及2种代表性整合酶基因(int1、int2)的存在及其丰度。结果显示,水样及沉积物样品中sul1、sul2、sul3和int1、int2均具有100%检出率,表明西枝江-东江流域水环境受到这5种抗生素抗性基因的污染。sul1和sul2在水样和沉积物中的绝对丰度和相对丰度最高,为优势抗性基因。抗性基因丰度在水体和沉积物间,具有较好的相关性(R2=0.64)。无论水体和沉积物,一些抗性基因之间也存在显著的正相关:sul1和int1(R2>0.95,P=0.000<0.01),sul1和sul2(R2>0.8,P=0.002<0.01),sul2和int1(R2>0.8,P=0.004<0.01)。西枝江-东江流域的不同采样点的丰度水平并没有明显峰值,从支流到干流抗性基因丰度未随着水量的增加而削减,反而随着微生物繁殖和新的污染源排放而不断富集。

长江中下游环境激素效应的污染特征及生态风险

生活污水和养殖废水排放导致受纳水环境中激素类物质的污染,对水生生物产生不利影响。分别利用嵌入雌激素受体和雄激素受体的基因重组酵母菌测定了长江中下游流域不同时期水体和沉积物中4种环境激素效应,即雌激素效应、抗雌激素效应、雄激素效应和抗雄激素效应。结果表明,雌激素效应污染最为普遍,在地表水和沉积物中检出率均超过50%,水体和沉积物的最高浓度分别为2.05 ng·L^(-1)雌二醇当量(EEQ)和0.43 ng EEQ·g^(-1)。其他3种激素效应在水体和沉积物介质中的检出率均低于雌激素效应,按总体检出率来看:抗雄激素效应>雄激素效应>抗雌激素效应,3种激素效应在水体中最大检出浓度分别为144μg·L^(-1)氟他胺当量(FEQ)、37.9 ng·L^(-1)二氢睾酮当量(DEQ)和103μg·L^(-1)他莫西芬当量(TEQ),在沉积物中分别为53.6μg FEQ·g^(-1)、12.0 ng DEQ·g-1和51.5μg TEQ·g^(-1)。环境激素效应的浓度分布在水体中均呈现季节性的差异,雌激素效应的区域性高值位于武汉段、鄱阳湖口和芜湖-南京段,其他3种激素效应没有明显的高污染区域。环境激素效应与当地人口数量、有机质、氨氮等呈现一定相关性,表明环境激素效应与人类活动排放密切相关。雌激素效应仅在鄱阳湖口点位具有高风险,其他区域为中等风险,雄激素效应无高风险区域。研究结果有助于认识长江中下游区域的环境激素效应污染态势,为相关污染控制提供基础数据。

高铁酸钾氧化降解新兴有机污染物的研究进展

新兴有机污染物在传统的污水处理厂处理过程中难以完全去除,如果进入到水环境中,不仅影响水质,而且对水生态系统和人类健康具有潜在的风险.高铁酸钾在水处理领域被称为环境友好型的多功能水处理剂,其氧化降解新兴有机污染物的研究备受关注.本文详细介绍了高铁酸钾的结构和性质,重点论述了高铁酸钾与新兴有机污染物的反应机制,如:化学反应动力学、线性自由能关系、反应副产物及其毒性变化,并对未来的研究方向与发展趋势进行了展望.

固相萃取/超高效液相色谱-串联质谱法快速测定不同水体中5种人造甜味剂、6种造影剂及咖啡因

建立了快速检测不同水样(地表水、污水处理厂进水和出水)中5种人造甜味剂、6种造影剂和咖啡因的超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)方法。利用HR-X固相萃取柱对过滤后的水样进行富集净化。采用Zorbax SB-C_(18)色谱柱分离,电喷雾正模式(ESI+)和负模式(ESI-)下分别以乙腈-水(10 mmol/L乙酸铵,0.01%甲酸)和乙腈-水(5 mmol/L乙酸铵,1 mmol/L Tris)为流动相,多反应监测模式(MRM)检测。各目标化合物在5~5 000μg/L范围内线性关系良好,相关系数均大于0.998。地表水、污水处理厂进水和出水的回收率为70%~120%,相对标准偏差(RSD)为0.8%~19.0%,方法检出限(MDL)分别为0.43~13.8、1.80~34.8、2.30~134 ng/L。应用该方法对广州某污水处理厂进水和出水及受纳河流河水进行检测,除阿斯巴甜、碘他拉酸、碘普罗胺、碘美普尔外,其他物质均有检出且浓度较高。该方法准确、灵敏、操作简便,适用于多种环境水样中人造甜味剂、造影剂和咖啡因的分析检测。

沉积物质量综合评价及应用证据权重法的案例分析

水体沉积物是水生生态系统重要的组成部分,沉积物污染将影响整个水生生态系统,因此有必要构建科学全面的水体沉积物质量评价方法,为环境污染修复与监管提供科学依据。已有文献报道了多种沉积物质量评价方法。其中,证据权重法通过对不同的证据进行测定与整合,弥补了传统评价方法的不足,可以对沉积物质量进行科学全面的评价。本文对证据权重法中化学分析、生物毒性和底栖生物群落结构3种证据的测量方法、赋权方法、证据整合与信息解译方法进行了系统评述,并以淡水河为例介绍了用多目标决策理想点法(TOPSIS)整合数据进行沉积物质量综合评价的方法。

压电体声波生物传感器检测食品中的结核杆菌

本实验使用一个压电体声波生物传感器对模拟样品中的结核杆菌减毒菌株H37Ra进行快速检测,在池系数为0.513cm和培养基稀释倍数为10倍时,传感器具有较高的灵敏度,并得到了细胞浓度与频率之间的线性方程;使用2%NaOH处理样品,能去除杂菌的干扰,但会使检测时间延长。

生物絮凝剂MBFGA1预处理乳制品加工废水

用生物絮凝剂MBFGA1预处理乳制品加工废水(简称废水)。实验结果表明,废水处理的水力条件为:以150r/min的转速搅拌30s,再以30r/min的转速搅拌20min;MBFGA1的最佳加入量为15mg/L;废水pH为4.0时,MBFGA1对废水的絮凝处理效果最好;废水温度对浊度、COD去除率有一定的影响,在20～45℃时,废水浊度的去除率始终保持在85%以上;30℃时,COD去除率达到最大值65.0%。

交通线“袭夺”初探

鉴河流袭夺的形成机制、划分类型、效应及其案例,提出了交通线"袭夺"原理,并阐述了其形成机制、划分类型及效应,通过分析两个典型案例得出袭夺结果、袭夺利弊、袭夺形成时间三方面的结论。交通线"袭夺"原理对交通布局具有一定借鉴意义。

苯并三唑和5-甲基苯并三唑在污泥施用土壤中的消减行为

通过野外实验研究了苯并三唑(BT)和5-甲基苯并三唑(5-TT)在污泥施用土壤中消减行为,通过加速溶剂萃取/超高效液相色谱-质谱联用法分析了污泥和土壤中BT和5-TT的含量,利用一级反应动力学模型分析了它们在污泥农用土壤的消减行为。结果表明,所有污泥施用土壤中都检出了目标化合物,BT浓度为0.8~14.8 ng/g,5-TT浓度为0.3~14.2 ng/g。BT和5-TT在土壤中消减的半衰期分别为156~360 d和122~253 d,消减速率较慢,在环境中具有持久性。同样环境条件下,5-TT的消减速率比BT消减速率高,主要是由于5-TT比BT更易于生物降解。

广州典型排放源废水中抗生素的污染特征和去除效果

采用固相萃取-高分辨液相色谱-串联质谱(SPE-RRLC-MS/MS)技术,研究了广州市区5类典型排放源(市政污水处理厂、制药厂、医院、垃圾填埋场和畜牧养殖场)中41种目标抗生素的污染特征和去除效果.结果表明:各类排放源中分别检出抗生素24种(市政污水处理厂)、14种(制药厂)、15种(医院)、12种(垃圾填埋场)和13种(畜牧养殖场),且5类典型排放源水相中质量浓度最高的物质分别为氧四环素(0.917μg/L,市政污水处理厂)、罗红霉素(127μg/L,制药厂)、罗红霉素(11.8μg/L,医院),脱水红霉素(3.61μg/L,垃圾填埋场)和氧四环素(664μg/L,畜牧养殖场).垃圾填埋场和畜牧养殖场的污水处理设施对抗生素总量具有较好的去除效果(去除率为99.7%和99.5%),而污水处理厂、制药厂和医院对抗生素总量的去除能力较为一般(去除率分别为49.3%、63.0%和26.9%).广州市区5类排放源以水相形式排入环境水体的抗生素总量为1.21 kg/d,人均贡献量为89.3μg/(人·d).各类典型排放源中未能完全去除的抗生素成为水环境中抗生素污染的重要来源之一.

氧四环素在典型土壤中的吸附/解吸行为及其吸附态生物有效性研究

采用批平衡实验方法,研究了氧四环素(oxytetracycline,OTC)在褐土、红壤与森林土壤中的吸附/解吸行为,同时以大肠埃希菌(Escherichia coli ATCC 25922,E.coli ATCC 25922)作为实验菌株,研究了土壤吸附态的氧四环素的生物活性。结果表明,Freundlich和Langmuir模型均可以对OTC在三种土壤中的吸附和解吸曲线数据进行良好的拟合,OTC在褐土中的吸附/解吸等温线呈线性,而在红壤与森林土壤中的吸附/解吸等温线呈非线性,且Langmuir方程拟合效果优于Freundlich方程。OTC在三种土壤上的解吸过程均存在明显的滞后性。土壤吸附态抗生素对细菌生长的抑制作用表明,OTC与土壤发生吸附作用之后,依然具有生物有效性。

长期施用粪肥的土壤中抗生素耐药基因的消减规律

为研究长期施用粪肥的土壤中抗生素耐药基因(ARGs)的消减规律,分别采集长期施用与从未施用粪肥的农田土壤,进行培养对照实验,探究土壤含水率及生物质炭的添加对土壤中可移动元件(MGEs)及耐药基因在310 d内的丰度变化的影响.结果表明:长期施用粪肥提高了耐药基因与可移动元件在土壤中的污染水平;长期施用粪肥的土壤在实验室培养条件下,耐药基因与可移动元件呈现指数消减的趋势;添加生物质炭的土壤中耐药基因和可移动元件消减较慢,含水率较高的土壤中耐药基因和可移动元件消减较快;可移动元件相对丰度在一定程度上反映土壤培养过程中耐药基因的消减.实验结果揭示了受污染的农田土壤中耐药基因的动态变化规律,可以为土壤耐药基因污染风险评估提供基础数据,为我国抗生素耐药性防控提供科学参考.

微藻–细菌协同去除抗生素机理及其共适应机制

环境中抗生素残留不仅会影响生态系统结构和功能,还会诱导细菌耐药性的产生和传播,威胁人类健康.我国生态环境部已将抗生素列入《重点管控新污染物清单(2021版)》,抗生素的环境监测和去除技术研发是对其污染管控的关键.微藻–细菌共生体系具有生态友好、可持续发展和环境毒性耐受能力强等特性,可有效去除重金属、抗生素和内分泌干扰物等污染物.鉴于微藻–细菌协同污水处理技术在提高污染物去除效率和固碳方面均具有独特优势,本文总结了微藻–细菌协同技术在抗生素废水处理中的研究和应用进展,重点归纳了微藻–细菌协同去除抗生素的可能机理及其适应机制,并对微藻–细菌共生体系未来研究重点和发展方向进行展望,以期为微藻–细菌协同污水处理技术的推广应用和抗生素污染管控提供科学依据.