目的:探讨DNaseⅠ对痤疮丙酸杆菌生物膜的抑制效应。方法:构建痤疮丙酸杆菌生物膜并给予DNaseⅠ处理，分为不同DNaseⅠ浓度组（0、5、10、20 U/ml）。采用四甲基氮盐法检测生物膜活力，结晶紫半定量法检测生物膜含量，激光共聚焦显微镜观察生物膜结构及活菌/死菌比值。组间差异比较采用单因素方差分析。结果:5、10、20 U/ml的DNaseⅠ处理后痤疮丙酸杆菌生物膜活力值分别为1.882 ± 0.421、1.653 ± 0.287、1.473 ± 0.154，与阴性对照组（2.668 ± 0.245）相比存在显著抑制，且DNaseⅠ浓度越高抑制作用越显著（ F = 9.68， P = 0.005）。5、10、20 U/ml DNaseⅠ组生物膜含量值分别为1.039 ± 0.003、0.489 ± 0.079、0.147 ± 0.034，与阴性对照组（1.359 ± 0.071）相比显著降低，且DNaseⅠ浓度越高生物膜含量越低（ F = 174.40， P < 0.001）。激光共聚焦显微镜观察结果显示，与阴性对照组相比，5、10、20 U/ml DNaseⅠ组生物膜结构被破坏，且DNaseⅠ浓度越高生物膜结构破坏越严重。5、10、20 U/ml DNaseⅠ组痤疮丙酸杆菌生物膜活菌/死菌比值分别为2.303 ± 0.457、1.534 ± 0.526、1.263 ± 0.354，比阴性对照组（4.475 ± 0.146）显著降低，且浓度越高生物膜活菌/死菌比值越低（ F = 56.75， P < 0.000 1）。 结论:DNaseⅠ对痤疮丙酸杆菌生物膜的结构有破坏作用，对其活力有抑制作用。

以弹性填料和流化床填料为硝化反应的生物挂膜材料,聚羟基丁酸/戊酸共聚酯(PHBV)为反硝化反应的碳源和生物膜载体,通过微生物自然挂膜处理低C/N比水产养殖废水,去除水体中的氨氮、亚硝酸盐氮及总氮.应用Miseq高通量测序技术对生物膜的微生物群落组成和结构进行分析.结果表明:温度25-30℃,该处理系统首次挂膜成功需要4周,启动后运行稳定,对2种不同来源和氮污染程度的养殖废水均有较好的脱氮效果,氨氮、亚硝酸盐氮及总氮的去除率均在90％以上.硝化生物膜(a)的优势菌分别归属变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes).反硝化生物膜(b)微生物群落的多样性指数和丰度指数均远大于前者,主要为变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、螺旋体门(Spirochaetae)及绿菌门(Chlorobi).其中,归属于变形菌门p-变形菌纲(Betaproteobacteria)的丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)和红环菌科(Rhodocyclaceae)在2种生物膜中占比均较高.由于所处环境(载体,碳源、溶氧等)不同,在属分类水平上,2种生物膜的细菌群落结构表现出明显差异.生物膜a中属的种类仅为b的三分之二,相对丰度＞0.5％的优势菌属,a为8个,b为18个.其中,隶属丛毛单胞菌科和红环菌科未知属的优势种群分别占到a、b总序列数的56.67％和45.51％.磁螺菌属(Magnetospirillum)和硝化螺菌属(Nitrospira)是a中特有的优势功能菌群,梭菌属( Clostridium)、动胶菌属(Zoogloea)、管道杆菌属(Cloacibacterium)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)等具有反硝化功能的菌群为b的优势菌属.

[背景]细菌生物膜在废水处理领域显示出良好的前景,但目前应用于海水养殖水体处理的菌株主要源自淡水菌株,存在难以适应海水高盐环境的问题.源自红树林的海洋着色菌(Marichromatium gracile) YL28应用于海水养殖水体处理,不仅具有高效除氮能力,而且趋光贴壁能力很强.[目的]阐明海洋着色菌(Marichromatium gracile) YL28的生物膜形成特性和规律,以期为海水养殖水体生物膜反应系统的开发和应用提供参考.[方法]以生物膜和游离菌体生物量、脱氢酶活性、生物膜多糖含量和蛋白含量、无机三态氮去除活性为测定指标,在光照厌氧环境中研究海洋着色菌YL28菌株的生物膜形成规律、生物活性和脱氮效果.[结果]随着时间延长,4 000 lx光照时游离菌体生物量逐渐升高,但在稳定期前快速降低,而成膜生物量经过延滞期后逐渐升高并趋于稳定,表明培养过程中游离菌体能趋光贴壁生长并形成生物膜.在0-5 000 lx光照范围内培养4d,低光照强度(500 lx)时成膜率(71.21％)最高,1 000-4 000 lx光照强度下成膜率虽然不是最高(54.64％-68.66％),但适宜菌体成膜,膜生物量干重达到0.60-0.80 mg/cm2.除了5 000 lx光照对成膜菌体脱氢酶活性有不利影响外,成膜菌体和游离菌体脱氢酶活性随光照强度升高而升高,而且没有明显差异.生物膜的形成会导致光反应器内部光照受限,但反应器内部游离菌体的脱氢酶活性并没有降低,由此表明,培养液中的菌体主要在生物膜及其界面生长并游离扩散至培养液中.随光照强度(1 000-5 000 1x)和培养时间(4-10 d)的变化,胞外复合物(Extracellular polymeric substances,EPS)中蛋白含量变异较大,多糖含量变化较小;随时间延长,蛋白含量升高,其中3 000 1x时蛋白含量最高;4 000 1x时生物膜菌体与游离菌体脱氮活性相比,单位质量菌体的氨氮和亚硝氮去除活性未受到明显影响,而硝氮去除活性有所降低.[结论]海洋着色菌YL28具有良好的生物膜形成能力,其成膜过程主要是菌体趋光贴壁生长成膜,成膜菌体具有良好的脱氮活性,这为利用生物膜系统消除海水养殖水体氮污染奠定了基础.

[背景]低碳氮比生活污水很难达标处理,多级A/O工艺、生物强化技术及生物膜技术的有机结合可有效解决这一问题.[目的]开发出一种泥膜共生多级A/O工艺并进行中试研究,驯化出高效脱氮除磷菌剂并对系统进行生物强化.[方法]通过测定中试设备出水及污水处理厂出水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)、总氮(Total nitrogen,TN)、总磷(Total phosphorus,TP)对比分析两种工艺的污染物去除效能,利用高通量测序技术对比生物强化技术对系统微生物群落结构的影响.[结果]中试设备对COD、NH4+-N、NO3--N、TN、TP的去除效果均优于污水处理厂的处理工艺;驯化的低温好氧反硝化菌TN去除率最大值可达84.21％,驯化的低温反硝化聚磷菌群对磷的去除率最高可达85.75％;利用驯化菌群对中试设备进行生物强化后较好地改善了系统NH4+-N、NO3--N、TN、TP的去除效果;经生物强化后,具有好氧反硝化和反硝化聚磷功能的Pseudomonas菌群明显增多.[结论]泥膜共生多级A/O工艺对于低碳氮比生活污水的处理具有很好的效果,利用生物强化技术可有效提高低温条件下系统污染物去除效能.

为解决低C/N值含氮废水在处理过程中碱度和碳源不足的问题,通过电极电势调控的方式干预氨氧化脱氮及生物膜电化学活性.在处理碱度不足(1.0 g/L NaHCO3)的低C/N含氮废水时,外加正电势+0.3、+0.4、+0.6 V(vs Ag/AgCl),系统氨氧化率分别为54.59％、59.31％、37.97％,相较于不加电势体系(70.79％),最大降低了46.24％;外加负电势-0.6、-0.8、-1.0 V(vs Ag/AgCl)时,氨氧化率分别为93.41％、79.27％、83.23％,相较于不加电势时最大提高了31.95％;但总氮去除率在正负电势条件下均有提高,与对照组(9.38％)相比,最高总氮去除率为23.47％,达对照组的2.5倍.CV扫描结果显示,外加电势后工作电极生物膜在-0.25 V至-0.35 V范围出现还原峰,对照组无明显峰出现,且电流相较对照组更大,对比说明外加电势能够调控生物膜的电化学活性.16S rRNA分析发现,对比未加电势,外加电极电势后电极生物膜中的放线菌门相对丰度减少,变形菌门和绿弯菌门相对丰度增加,Nitrosomonas sp.、Nitrosospira sp.、Bradyrhizobiaceae sp.及Rhodanobacter sp.等具有氨氧化和反硝化作用的菌属被同步富集.本研究基于脱氮菌组成及其电化学活性,推测存在硝化/反硝化氮素转化的直接种间电子传递(DIET)途径,促进了低C/N值废水脱氮.

[背景]水产细菌病害制约水产养殖业健康发展,群体感应与细菌毒力因子的产生密切相关,群体感应调控细菌的毒力因子特性值得进一步研究.[目的]探究群体感应与黄河鲤细菌病害的关系,明确群体感应对细菌毒力因子特性的影响.[方法]通过16SrRNA基因测序并构建系统进化树确定筛选菌株的进化地位,通过脱脂牛奶平板法和偶氮酪蛋白法检测菌株胞外蛋白酶活力,采用结晶紫染色法对菌株的生物膜形成能力进行测定,通过报告菌株BB170和CV026分别测定菌株产信号分子AI-2和高丝氨酸内酯的能力,外源添加高丝氨酸内酯检测信号分子对菌株胞外蛋白酶活力和生物膜形成能力的影响.[结果]哈夫尼亚菌(Hafnia sp.)Z11和气单胞菌(Aeromonas sp.)Z12具有高水平的胞外蛋白酶活力和生物膜形成能力,能够分泌AHLs信号分子且具有菌体密度依赖性.外源添加HSL对菌株毒力因子特性有不同程度的影响,外源添加高浓度的N-丁酰基高丝氨酸内酯(C4-HSL)和N-己酰基高丝氨酸内酯(C6-HSL)能够分别提高菌株Z11和Z12的胞外蛋白酶活力和生物膜形成能力.[结论]高浓度群体感应信号分子AHLs对哈夫尼亚菌和气单胞菌胞外蛋白酶活性有促进作用,说明该2种菌的群体感应现象可能会影响其毒力.

为优化曝气生物滤池在城镇污水厂尾水深度处理条件,采用比较方法研究了曝气量、水力停留时间以及硝化液回流等参数对曝气生物滤池去除有机物及脱氮性能的影响,并通过高通量测序技术分析了曝气生物滤池填料生物膜的微生物群落结构特征.结果表明,曝气量大小是影响曝气生物滤池硝化性能的直接因素,增大曝气量有利于反应器内生物膜硝化活性的提高,但对生物反硝化活性有抑制作用:水力停留时间过长或过短均不利于生物膜保持高脱氮活性:而硝化液回流增加了反应器内微生物与污染物的接触机会和反应时间,有利于提高反应器脱氮效果.综合分析表明,当曝气量为40 L·h-1,水力停留时间为0.8 h时,有硝化液回流的曝气生物滤池出水水质较好,COD平均去除率约为91.8％,NH4+-N平均去除率约为93.1％以及TN平均去除率约为50.4％.曝气生物滤池表现出良好的有机物去除效率,并具备较高的同步硝化反硝化能力,主要归因于填料生物膜富集了大量硝化细菌如Nitrospra和Comamonadaceae等以及反硝化细菌如Pesudomonas、Truepera和Azoarcus等.

以上流式厌氧污泥床(UASB)为研究对象,主要探究2种改性生物填料载体对厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响,并以电子扫描显微镜(SEM)、脱氢酶活性检测及菌群结构分析等微观方面解析影响脱氮性能差异的原因.结果 表明:活性炭聚氨酯及改性聚乙烯塑料填料2种生物填料载体的投加均能在一定程度上提高厌氧氨氧化反应器的脱氮性能,当反应器容积负荷提升至1.37 kg/(m3·d),其总氮去除率仍分别有76.41％及 82.89％,而未添加改性生物填料的反应器总氮去除率仅剩70.26％.结合SEM分析及高通量测序结果可知:投加2种改性生物填料载体的反应器对厌氧氨氧化菌均具有良好的富集效果,并且投加改性聚乙烯塑料填料的反应器对厌氧氨氧化菌的吸附效果更为明显;2个投加改性生物填料载体的UASB反应器底泥的脱氢酶活性均高于对照组,而改性聚乙烯塑料填料表面生物膜的脱氢酶活性高于活性炭聚氨酯,从而导致3个厌氧氨氧化反应器脱氮性能有所不同.总体而言,无论是在对反应器脱氮性能的提高方面还是对厌氧氨氧化菌的富集方面,改性的聚乙烯塑料填料的效果明显较好.

烟气中氮氧化物(NOx)会形成酸雨并对人体健康产生危害,一氧化氮(NO)占烟气中NOx的85％-90％,去除烟气中NO具有重要意义.在简要介绍典型的化学还原法、生物还原法的基础上,全面综述化学-生物还原联合法去除烟气中NO研究进展.首先重点阐述络合吸收耦合反硝化法以及络合吸收耦合厌氧氨氧化法的去除效率及其反应机理研究.其次归纳络合吸收耦合反硝化电极生物膜强化法和络合吸收耦合厌氧氨氧化的海绵铁强化法.进而总结化学-生物还原联合法去除NO的影响因素(pH、温度、氧气),为工艺参数设置提供参考.最后从NO去除率、反应器运行的稳定性以及反应产物3个方面对比分析络合吸收耦合反硝化与络合吸收耦合厌氧氨氧化工艺的优缺点:前者NO去除率较优,但需额外投加有机碳,有N2O产生;后者NO去除率次之,但无需外加碳源、节省成本,无N2O产生.未来,在工艺拓展应用方面,化学-生物还原联合法联合处理烟气中NO、汞、多环芳烃等污染物值得进一步研究;在机理研究方面,需要对Fe(Ⅱ)EDTA被NO氧化为Fe(Ⅲ)EDTA的生物、化学氧化还原机理(如铁自养反硝化、化学反硝化等)进行深入研究.

异养硝化-好氧反硝化(heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HN-AD)菌是一类可在高盐环境脱氮的好氧微生物,但其工程应用效果不理想.海藻糖作为相容性溶质,通过参与调节细胞渗透压帮助微生物抵抗高盐胁迫,对提升高盐环境菌群的脱氮效率起重要作用.本研究通过启动膜曝气生物膜反应器(membrane aerobic biofilm reactor,MABR)富集HN-AD菌,设计添加150μmol/L海藻糖的C150实验组和未添加海藻糖的C0对照组,开展了外源性海藻糖对高盐胁迫下HN-AD菌群代谢的强化机制研究.反应器运行性能及群落结构分析结果显示,C150组相较C0组,NH4+-N、总氮(total nitrogen,TN)和化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率分别提高29.7％、28.0％和 29.1％;以不动杆菌属(Acinetobacter)和假黄褐藻属(Pseudofulvimonas)为优势菌属的耐盐型HN-AD菌群总相对丰度在C150组达到66.8％、较C0组提高了 18.2％,添加海藻糖促进高盐环境中耐性型HN-AD菌群富集并强化系统脱氮性能.代谢组学深度分析表明,外源性海藻糖加强脯氨酸合成,提高微生物对高盐胁迫的抵抗能力;通过调节细胞增殖信号通路(cGMP-PKG、PI3K-Akt)、磷脂代谢通路及氨酰基-tRNA合成通路的活性,促使甘油磷脂代谢物磷酸乙醇胺及嘌呤和嘧啶丰度上调,提升细菌聚集能力和细胞增殖,助推微生物在高盐环境生长;同时,添加海藻糖还加快三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA cycle),为HN-AD菌群的碳、氮代谢提供更多电子供体与能量，进而优化系统脱氮性能.本研究结果为HN-AD菌在高盐高氮废水处理中的运用提供理论指导.