螺旋形生物膜载体对微生物及水质净化影响研究

柔性生物膜载体常作为填料悬挂于生态浮床等构筑物下方,为微生物生长提供附着表面。目前柔性生物膜载体对水质净化效果影响研究集中在载体类型和悬挂密度等方面。为进一步提高载体上与水质净化相关的微生物数量,达到提升水质净化效果的目的,该研究通过改变柔性生物膜载体悬挂方式(螺旋式悬挂),并设置高低2种污染负荷进行模拟污染水体研究,研究了不同悬挂方式对柔性生物膜载体挂膜和净化水质效果的影响。结果显示,出水稳定期间高、低2种污染负荷条件下螺旋式悬挂组柔性载体对进水总磷、总氮、氨氮和COD的去除率均大于常规式悬挂组(P<0.05)。相比常规组,螺旋组对这4个指标分别提高了19.4%~30.0%、19.2%~35.7%、18.3%~24.0%和12.0%~15.3%。载体挂膜量及其菌群结构数据显示,螺旋式悬挂可通过改善氧环境以及提高挂膜量显著提升载体生物膜中与氮磷转化相关的微生物数量,并且水质净化效果与氮磷转化相关的微生物数量大小一致。

固定床生物膜反应器数值模拟及中试实验研究

以中试规模固定床生物膜反应器(FBBR)为研究对象,采用三维计算流体动力学(CFD)模型,模拟了反应器内在不同水力停留时间(HRT)和曝气量组合下的流动模式。模拟结果表明,随着HRT和曝气量的增加,流动模式从单涡旋向多涡旋转变。与HRT相比,曝气量的增加对含气率、液速、流型等的贡献更为显著,进而通过均匀性指数分析得到HRT为9 h、曝气量为0.75 m^(3)/h时,为污染物去除最佳条件。进行实际污水处理实验,通过响应面与遗传算法优化,综合调整后HRT为9.5 h,曝气量为0.72 m^(3)/h时,整体处理效果最佳,COD、氨氮、总氮去除率分别为75.78%、90.97%、46.12%,不同工况下处理效果与CFD模拟预测变化趋势一致。利用CFD数值模拟能有效地指导固定床生物膜反应器优化运行。

曝气生物滤池的生物膜及其微生物种群特征

研究了曝气生物滤池处理模拟生活污水稳态运行时反应器内生物膜的形态特征、生物量和微生物的活性变化特征,分析了生物膜及微生物种群的空间变化规律.结果表明,曝气生物滤池的生物膜形态、颜色和厚度具有沿水流方向渐变的特点,而生物膜密度则在垂直方向上分布不均匀,靠近载体表面部分空隙较大;生物量沿水流方向出现逐步递减的趋势,生物膜活性变化呈现明显的倒“V”型特点;微生物种群组成多样,食物链长且相互交叉,系统营养结构复杂,高端营养级微生物种群所占比例较高,底物利用范围大,沿水流方向可形成不同代谢类型微生物的优势群落.

大肠埃希菌耐药谱型、基因型和生物膜表型关系研究

以ATCC25922为研究对象,采用改良结晶紫染色,快速银染法和扫描电镜技术对其生物被膜进行定量和定性研究,建立大肠埃希菌生物被膜体外模型,利用优化的模型条件对249株临床分离株进行验证。采用琼脂平板计数法绘制大肠埃希菌浮游菌和被膜菌生长曲线,比较其生长特性的异同。对不同成膜能力的大肠埃希菌临床分离株进行色氨酸定量试验,分析不同培养条件对生物被膜菌胞外基质分泌量的影响。快速银染法和扫描电镜定性研究结果表明,大肠埃希菌形成生物被膜后,形成一种浮游细菌和生物被膜细菌共同分布于同一生存空间内的特殊生理结构;不同稀释度的接种量对细菌生物被膜生物量的变化影响不显著(P>0.05)。249株大肠埃希菌分为强成膜能力、中等成膜能力、弱成膜能力和无成膜能力4个表型,分别占3.21%、18.88%、51.81%、26.10%。

郑州市宠物源大肠杆菌生物被膜表型与耐药谱型分析

为分析郑州市宠物源大肠杆菌的生物被膜表型与耐药谱型,分别采用微量肉汤稀释法和改良结晶紫法对194株宠物源大肠杆菌进行耐药率和生物被膜形成能力检测。结果表明,弱生物被膜表型菌株比例最高,占63.4%;耐药谱多样性是造成生物被膜形成能力差异的主要原因,但耐药谱中抗菌药物种类对生物被膜表型能力的影响不明显。

生物渗滤床内生物膜形态及微生物种群构成研究

研究了生物渗滤床处理生活污水稳定运行时介质表面的生物膜形态和微生物种群分布特征,分析了生物膜及微生物种群的空间变化规律。结果表明,生物渗滤床内的生物膜颜色、形态和微生物种群分布受渗滤介质质地、介质层深度影响,沿水流方向呈现不同变化规律。河沙介质表面生物膜颜色沿水流方向由黑色渐变为土黄色,其表面形态由起伏层叠渐变为平缓;除磷专用介质表面生物膜呈黑色,其表面凹凸交错,与河沙介质表面生物膜形态大相径庭;微生物种群构成多样,共检出包括细菌类、放线菌类、后生动物等三大群类20个种属的微生物;系统营养结构复杂,不同代谢类型的微生物在不同位置渐次形成优势群落。

给水生物预处理工艺中生物相变迁规律及作用

通过对现有给水生物预处理运行资料的分析 ,讨论该工艺的作用机理及参与净化的各种类型微生物在处理工程中的变化规律及其作用 ,指出该工艺运行特点和今后应侧重解决的问题 .

生物膜脱除方式对受污染源水生物接触氧化修复系统除磷性能的影响

针对生物接触氧化修复工艺存在的生物膜内磷累积导致系统除磷性能恶化的问题,以受污染源水为对象,开展表层生物膜脱除(SBD)和全层生物膜脱除(FBD)两种排泥方式对系统除磷长效性和运行稳定性的影响研究.结果表明,生物接触氧化修复系统启动1周后除磷效率达46.9%,随后系统除磷性能迅速恶化.采用FBD方式后系统除磷效果得以恢复,溶解性磷酸盐(DP)去除率维持在30%以上近1个月,生物膜饱和吸磷量达(318.5±21.5)mgTPm-2填料表面积.相比而言,采用SBD方式处理后系统除磷性能未能得到有效改善,30%以上DP去除率仅维持1周左右,生物膜饱和吸磷量仅为FBD的0.68倍.推测不同脱除方式对生物膜二次成膜过程微生物菌群结构重建和污染物去除性能影响显著,FBD处理后系统二次成膜过程溶解氧扩散不受限制,聚磷菌相对反硝化菌更易定殖、富集.镜检结果表明,FBD处理后填料表面仍附着少量微生物及其分泌物(如胞外多聚物等),与新填料表面光滑特性相比,其较高的孔隙率和较强的生物亲和性有利于微生物快速附着成膜,保证排泥强化除磷后系统氨氮、高锰酸盐指数、总氮去除性能稳定.

百余株宠物源性大肠杆菌的生物被膜表型与耐药谱型分析

采用改良结晶紫半定量方法、快速银染法和扫描电镜定性方法对106株宠物源性大肠杆菌的生物被膜形成能力进行了定性和定量研究,同时采用美国临床实验室标准化委员会的方法进行了对恩诺沙星、阿米卡星、头孢噻呋等15种宠物医院常用抗生素的敏感性试验,采用Whonet5.3软件对试验数据进行统计分析,研究了抗生素压力下大肠杆菌耐药谱型与生物被膜表型之间的关系。结果表明,106株宠物源性大肠杆菌分为4种不同的成膜能力表型;不同成膜能力菌株对15种抗生素表现出不同的耐药谱型。快速银染法和扫描电镜法能够对大肠杆菌生物被膜进行鉴定;生物被膜的形成与耐药谱型之间存在着不同程度的相关性。

滤料粒径对BAF小尺度下流场形态及挂膜速度的影响

为探讨颗粒粒径对曝气生物滤池(BAF)运行效果的影响,采用数值模拟和实验研究方法分析了滤料粒径对曝气生物滤池流场形态及挂膜速度的作用机理.选用5个颗粒尺寸结构空间作为计算区域,利用Fluent软件对相同颗粒间隙、不同颗粒粒径下BAF小尺度下的流场形态进行模拟分析,并通过对3种粒径下流线图、速度矢量图、压力分布及湍流强度变化的对比分析,发现颗粒粒径为3 mm时流场形态最好,最有利于气水混合及氧传质的进行.同时,为验证模拟结果的正确性,对同种材质、相同运行条件下3种不同颗粒粒径进行挂膜速度对比,通过考察挂膜启动28 d的COD去除率变化及污泥生物量的对比分析,发现颗粒粒径为3 mm时,运行最为稳定,系统运行第16 d时就达到了80%的COD去除效率.

进水模式对SBBR性能及氮形态转化的影响

通过对4种不同进水模式下序批式生物膜反应器(SBBR)的性能、微生物群落结构以及氮形态转化的差异分析,比较不同进水模式对SBBR性能和氮形态转化的影响及其产生的机制.结果表明,分散式进水模式表现出比一次性进水更好的脱氮效率和更高的抗冲击负荷能力,在达到相同的处理效率的前提下,分散式进水模式M4的COD和氨氮负荷最高可达2 540和540 mg.(L.d)-1,而一次性进水模式M1仅能分别达到2 000和420 mg.(L.d)-1;分散进水模式能降低一次性进水所带来的冲击性负荷,将负荷均化分散到周期内的各个时段,同时也减少了进水对微生物的稀释作用,使得单位体积内有效微生物的数量相对充足,从而提高反应器的负荷能力.在分散进水模式下,从M4与M2、M3的对比来看,分散模式的进水规律越接近运行模式的循环规律,反应器的氮素转化效率就越高,残留的氮素总量也就越低.

降解乙苯生物滴滤塔稳定运行期生物膜特征及微生物多样性研究

通过检测降解乙苯生物滴滤塔(BTF)长期稳定运行过程中生物量积累、塔内压降改变、生物膜显微结构特征、微生物种群分布及优势菌株分子测序,探讨BTF稳定运行期间生物膜相结构、特征及菌群多样性协作作用的规律.结果表明,生物滴滤塔运行95 d期间的降解性能稳定,降解效率保持在90%以上,最大去除负荷为62.4 g·m^(-3)·h^(-1);BTF稳定运行期间生物膜形态、颜色和厚度沿着BTF塔内废气的流向呈现不均匀分布和梯度改变的特征.生物量和生物膜的致密度沿气流方向逐步递减;塔内压降随着反应时间延长逐渐增加,但未出现堵塞现象;生物膜种群营养结构复杂,食物链长且相互交叉,高端营养级微生物种群所占比例较高;采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和分子测序技术研究降解乙苯生物滴滤塔填料表面菌群的分布特征,结果表明,在BTF不同塔层上菌群分布稍有差异,表现出明显的空间多样性,但是整个BTF生物膜具有一定的稳定性,主要的优势菌群为变形杆菌,其中优势菌包括3种伽马变形杆菌和4种贝塔变形杆菌.

阳极流场对单室微生物燃料电池性能的影响

实验研究了阳极分别采用蛇形和交指型流场的单室微生物燃料电池(MFC)性能,发现采用蛇形流场的单室MFC不仅启动时间较快,而且性能较好。通过对中间腔室侧的阴阳极电极表面SEM表征发现,阳极采用交指型流场的单室MFC阴阳极表面均有生物膜存在,这部分额外的生物膜阻碍了阴阳极之间的氢离子传输,从而导致阳极采用交指型流场的MFC欧姆内阻增加,电池性能恶化。研究还发现当中间腔室厚度为20 mm时,阳极采用蛇形流场的单室MFC性能最佳。

空间组织模式:微生物群落组装的“游戏”规则

在生物膜形成过程中,微生物种群之间通过主动或者被动的生物过程所形成的独特空间结构被称为空间组织模式。微生物空间组织模式广泛存在于自然和人工环境中,比如医疗、工业和生态系统等,是微生物形成和维持特定群落结构并发挥功能的主要方式,也是形成和维持微生物群落多样性的关键机制。然而,由于微生物群落的复杂性及相关研究方法的局限性,微生物空间组织模式方面的研究目前仍然处于起始阶段。本文梳理了微生物空间组织模式领域的研究进展,系统总结了空间组织模式初始阶段(微生物界面附着)和成熟阶段(空间自组织)的形成过程与协同机制,以及其对微生物养分利用和元素循环、微生物多样性维持和种群进化及功能的影响和调控机制,并分析了影响微生物空间组织模式的关键环境因素。