无鱼粉无鱼油饲料喂养下大黄鱼幼鱼个体间生长及相关基因表达差异

为了解大黄鱼个体间对无鱼粉无鱼油饲料的适应性差异,配制了无鱼粉无鱼油配合饲料对大黄鱼幼鱼(体重1.75~5.75 g)进行为期70 d左右的饲养,测定不同个体的生长状况、体组织脂肪酸组成,并用qRT-PCR技术检测高度不饱和脂肪酸(highly unsaturated fatty acids,HUFA)合成相关基因表达情况。结果表明:投喂无鱼粉无鱼油饲料饲养的大黄鱼幼鱼个体生长差异显著,各组最大个体体重是其同组最小个体的3~4倍;生长快个体肌肉中EPA含量较生长慢个体高,而DHA含量则相反(P<0.05),但两者之间ΣHUFA差异不显著;Elovl1、Elovl5、Elovl6和Δ6-Fad 4个基因在大黄鱼脑中表达量最高,其次是肝脏,在肌肉中表达量则最低;投喂无鱼粉无鱼油饲料饲养的生长快个体的脑中Elovl1和Δ6-Fad,肝中Elovl5、Δ6-Fad和Elovl1,以及胃和肠中Elovl1的表达量均极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)高于生长慢个体。这说明大黄鱼不同个体之间营养需求或饲料选择性存在显著差异,因此,可通过遗传选育培育出对鱼粉鱼油需求量低的养殖品种。

反硝化深床滤柱深度脱氮效果及反硝化功能基因分析

采用石英砂、活性炭双层滤料反硝化深床滤柱处理城镇污水处理厂二沉池出水中硝酸盐氮(NO3–-N),研究了深床滤柱反硝化脱氮性能以及主要反硝化功能基因对进水碳氮比(化学需氧量/总氮,即COD/TN,简称C/N)的响应。结果表明,NO3–-N平均转化率随着C/N升高,由46.5%升高至90.0%,化学需氧量(COD)平均去除率由97.2%降至76.5%。低碳氮比(C/N<6)条件下,出水亚硝酸盐氮(NO2–-N)出现明显的积累,在C/N=4.2时,积累率达41.5%,在高碳氮比(C/N≥6)条件下,NO2–-N积累量逐渐减少,直至出水无NO2–-N。研究表明,反硝化深床滤柱对污染物的转化主要发生在前35cm滤料深度,COD去除率和NO3–-N转化率分别为94.0%、81.2%。采用荧光实时定量PCR技术在C/N分别为4.2、6和7条件下,对深床滤柱中反硝化功能基因napA、narG、nirK、nirS和nosZ数量进行分析,结果表明,随着C/N升高,各反硝化功能基因拷贝数也随之升高,说明增加碳源投加量可以为反硝化细菌提供更好的生长环境,有利于其生长繁殖,促进反硝化过程的进行;当narG基因拷贝数大于(nirS+nirK)基因拷贝数时,NO2–-N会产生积累。

OR-SON催化Fenton法深度处理工业废水研究

采用OR-SON为催化剂,与H_2O_2形成分非均相Fenton试剂对天津某化工工业园区的综合工业废水进行深度处理试验。研究了反应时间、Fe SO4·7H2O投加量对传统Fenton氧化处理效果影响;考察了p H、反应时间、催化剂用量、H_2O_2浓度对ORSON催化Fenton氧化能力的影响。结果表明:OR-SON催化剂具有强化H_2O_2氧化的作用,能够明显提高反应体系的反应速率和COD去除率,同时OR-SON催化Fenton体系的硫酸亚铁需要量仅为传统Fenton法投加量的1/10,该技术可大幅度减少铁泥的产生量;试验还发现该催化剂可在一定条件下重复多次使用。

Fe_(3)O_(4)对降温冲击后厌氧氨氧化耦合羟基磷灰石系统的影响

在升流式厌氧污泥床(Upflow anaerobic sludge bed,UASB)反应器中,研究了外加Fe_(3)O_(4)对厌氧氨氧化-羟基磷灰石(Anaerobic ammonium oxidation-hydroxyapatite,Anammox-HAP)系统受降温冲击后的影响和作用机制.结果表明,当温度从30℃降低到17℃后,氮去除效率(Nitrogen removal efficiency,NRE)从90.25%下降到46.25%,当以10 d为更换周期投加200 mg⸱L-1的Fe_(3)O_(4)时,NRE提升到55.54%.分析发现,投加Fe_(3)O_(4)提高了系统中heme c含量(增加24.75%)和电子传递系统活性(提升46.88%);在氮代谢酶活性方面,200 mg⸱L-1 Fe_(3)O_(4)的投加使得亚硝酸盐还原酶(Nitrite reductase,NIR)和联氨合成酶(Hydrazine synthase,HZS)活性分别提高了75.00%和190.91%,但联氨氧化酶(Hydrazine oxidase,HZO)活性下降了47.62%.微生物群落分析显示,Candidatus Brocadia为优势厌氧氨氧化细菌(Anammox bacteria,AnAOB),其相对丰度大于20.40%,且与Fe_(3)O_(4)投加量呈正相关.此外,Fe_(3)O_(4)投加后,氮代谢基因丰度增加,其中,nxrB、hzo和hzsB基因的丰度分别增加了81.81%、31.99%和41.70%.宏基因组分析发现,在降温到17℃后,投加200 mg⸱L-1的Fe_(3)O_(4)使得AnAOB中参与Fe(III)代谢、细胞色素c氧化还原酶和生物醌池合成的基因相对丰度升高.总之,在受降温冲击后,外加Fe_(3)O_(4)不仅提高了Anammox-HAP系统内关键氮代谢酶(NIR和HZS)的活性,还增强了AnAOB的电子传递能力和Fe(III)利用能力,从而提升了系统受降温冲击后的脱氮性能.

有机物浓度变化对复合式SBR厌氧氨氧化系统脱氮性能及菌群结构的影响

采用序批式反应器(SBR)考察有机物(COD)浓度对复合式厌氧氨氧化(Anammox)反应系统脱氮性能及微生物群落结构的影响。结果表明:在进水ρ(COD)为120 mg/L条件下,系统强化脱氮效果最佳,平均总氮去除效率(NRE)和总氮去除率(NRR)分别为95.4%和0.40 kg/(m^(3)·d);当进水ρ(COD)继续增至150 mg/L时,Anammox活性明显下降,NRE和NRR分别降至75.8%和0.32 kg/(m^(3)·d)。16S rRNA高通量测序结果表明,高COD(120~150 mg/L)下,反应体系内反硝化菌相对丰度明显增加,反硝化菌主要存在于絮状污泥中,而絮状污泥中几乎检测不到Anammox菌,Anammox菌在生物膜上则保持着较高的相对丰度(19.1%~32.5%)。这说明适宜的COD浓度可使Anammox与反硝化作用有效耦合,实现SBR系统脱氮功能强化,且反应体系内生物膜的存在是保障复合式Anammox系统稳定脱氮的重要因素。

高浓度游离氨冲击负荷对生物硝化的影响机制

工业废水厂或含工业废水较多的城市污水处理厂,在运行过程中可能会意外受到高浓度氨氮废水急性冲击负荷的影响,造成生物硝化反应受到抑制,出水不能稳定达标.为了指导实际污水处理厂应对游离氨(FA)急性冲击负荷造成的出水不达标问题,本文探究高浓度氨氮废水对污水生物硝化系统的影响机制.本文利用序批式活性污泥反应器(SBR)处理模拟高氨氮废水,通过监测氨氮最大比降解速率、硝酸盐氮最大比生成速率、亚硝化和硝化比耗氧速率,硝化菌丰度等指标,研究高浓度氨氮废水中FA对硝化菌活性的影响规律.结果表明,FA在低浓度范围内,增加FA急性负荷能够促进硝化活性,而当FA急性冲击负荷大于一定值时,会对硝化作用造成抑制;FA浓度越大,受到抑制的硝化生物活性所需要的恢复周期越长.利用荧光原位杂交分析技术,发现当进水FA浓度(以N计)从3.6 mg·L^(-1)升高到8.1 mg·L^(-1)时,氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)菌群数量都略微升高,而当FA浓度大于8.1 mg·L^(-1)时,AOB和NOB菌群数量明显下降.FA对AOB和NOB菌群的临界抑制浓度分别为8.1 mg·L^(-1)和6.6 mg·L^(-1),NOB相对于AOB菌群更敏感.

溶解氧对悬浮与附着生长系统短程硝化反应的影响机制

溶解氧(DO)是控制短程硝化的重要因素,其对不同的生物处理系统有不同的影响.本文研究了DO对悬浮污泥及生物膜系统短程硝化效果的影响,并利用高通量测序技术分析了微生物群落结构变化.结果表明,对于悬浮污泥系统,当DO从0. 25 mg·L-1增加到0. 50 mg·L-1时,氨氧化速率(AOR)从18. 08 mg·(L·h)-1升高至30. 27 mg·(L·h)-1;当曝气继续增加,DO达到3. 00 mg·L-1,仅运行14 d,进水氨氮(NH4+-N)基本全部转化为硝酸盐氮(NO3--N),且通过降低DO来恢复短程硝化效果需77 d,恢复过程缓慢.对于生物膜系统,DO由2. 50 mg·L-1上升到3. 00 mg·L-1的过程中,AOR稳定在11. 50~13. 50mg·(L·h)-1,当DO为3. 00 mg·L-1时,80 d的运行结果显示,出水中氨氮与亚硝酸盐氮(NO2--N)的比值可长期稳定在1∶1. 2~1∶1. 7,基本满足ANAMMOX工艺进水要求.微生物群落结构分析结果表明,悬浮污泥系统在DO从0. 25 mg·L-1增加到3. 00 mg·L-1的过程中,主要氨氧化菌(AOB)菌属Nitrosomonas丰度由10. 07%增长至18. 64%.当DO为3. 00 mg·L-1时,生物膜系统中Nitrosomonas菌属丰度与悬浮污泥系统相近为20. 43%,且生物膜系统富集了0. 78%的ANAMMOX菌属Candidatus_Kuenenia.综上,生物膜系统内DO的变化受曝气量影响较小,短程硝化效果受DO影响较小,短程硝化速率更稳定,更适合作为ANAMMOX脱氮工艺的前处理单元.

低温等离子体技术改性填料前后Anammox工艺运行及微生物群落变化

采用低温等离子体技术对普通聚氨酯泡沫塑料填料进行表面改性处理,研究了改性前后填料的表面特征、厌氧氨氧化生物膜量、脱氮性能、微生物群落结构及其功能微生物基因丰度的变化。结果表明:低温等离子体改性以后填料表面与蒸馏水的静态接触角减少33.27°,单点比表面积和吸附平均孔径分别由8.98 m^2·g^-1和3.01 nm提高至9.66 m^2·g^-1和4.98 nm,材料表面粗糙度增加,亲水性能明显改善;未改性单位质量填料生物膜干质量为0.18 g,改性后单位质量填料生物膜干质量为0.37 g,相同时间内单位质量填料上的生物膜量相比于填料改性前提高了53%;填料改性前后系统总氮去除率均在80%以上。高通量测序结果显示,2系统菌群结构相似,主要功能菌属是Candidatus Kuenenia,改性填料相比于未改性填料其微生物种类丰富程度更高。实时荧光定量PCR(qPCR)结果显示,改性后hzo基因相对丰度由59.50%增至73.50%,提高了14%,nxrB基因相对丰度由21.10%减至17.70%,降低了3%。由此可见,填料经改性后表面生物膜量增加,生物膜上功能微生物种类丰富性也有所增加,但在较低氮基质负荷条件下脱氮效率基本不变。