污灌和农药对农田土壤假单胞菌种群的影响

随着环境污染问题的日益严重，微生物修复起到越来越重要的作用。假单胞菌是土壤微生物中最重要、研究最多的细菌之一，能降解简单和复杂的有机物，它们因此而广泛的存在于土壤和水体。但有关于石油、重金属及农药污染物对农田土壤假单胞菌多样性及种群结构的影响却缺乏全面和系统的认识。 本论文首次采用传统微生物培养方法与PCR-DGGE等现代微生物分子生态学研究方法相结合的手段，系统评价了长期含石油和重金属污水灌溉对中国最大的石油、重金属污灌区——沈抚、张士灌区农田土壤中的假单胞菌多样性及其种群结构的影响。同时，本论文也研究了乙草胺、甲胺磷对黑土假单胞菌多样性及种群结构的影响。得出以下结果： 石油污灌区土壤中总的假单胞菌多样性显著高于重金属污灌区；石油污灌区旱田土壤假单胞菌多样性接近于对照清洁土壤,同时低于相似污染程度的石油污灌区水田土壤。进一步测序发现，Pseudomonas mendocina、Pseudomonas stutzeri、Pseudomonas aeruginosa是所分析石油和重金属污灌区土壤中的优势类群，说明在长期污染胁迫下这3种假单胞菌分别得到了不同程度的富集。DGGE 结果显示石油和重金属污染土壤样品的可培养假单胞菌多样性没有显著差异，但均低于对照清洁土壤样品。对各个土壤样品可培养假单胞菌菌株进行REP-PCR基因分型，结果表明这些假单胞菌之间有显著的遗传差异。进一步测序表明，土壤样品中可培养假单胞菌优势类群中含有Pseudomonas. fluorescens 和Pseudomonas. Putida两种。 黑土农田土壤中使用乙草胺会严重降低总的及可培养假单胞菌群落的多样性，而且在5周内不能恢复。而甲胺磷处理土壤与对照相比则差异不显著，并且经过一段时间的适应，土壤中的总的及可培养假单胞菌种群不仅得到恢复而且超过对照。对各处理土壤总的及可培养假单胞菌DGGE谱带类型聚类分析，发现乙草胺、甲胺磷处理土壤样品均各自聚为一簇，说明农药污染类型是影响土壤中假单胞菌种群结构的重要因素。

污水处理体系中的微生物群落特征研究

污水生物处理系统本质上是一种人工强化的工程化微生态系统。污水处理过程往往由多个功能互补的反应单元协同完成，例如因对污水中有机碳、氮和磷兼具良好的去除功能而在城市污水处理中被广泛应用的Anoxic / Oxic（A/O）生物处理工艺。不同反应单元特有的微生物群落之间的相互关系和相互作用与处理系统的稳定性和处理效率密切相关。所以对污水处理系统中微生物群落进行系统分析非常重要。研究系统中微生物群落的时空演替对于优化处理系统的设计和操作具有重要意义。但是，以往对于污水处理系统中微生态系统的解析多数针对实验室规模的其中个别反应器独立进行，还缺乏从系统水平对实际大规模运行的整个污水处理过程中所有反应单元群落进行分析的研究。 悬挂链移动曝气系统是对A / O工艺的完善和发展。悬挂链曝气工艺的实现是依靠悬挂链移动曝气设备和完善的自动控制系统来完成的。可以在系统中实现类似多级A/O的可能性，水力停留时间较长，污泥龄达到15天以上，能够完全实现A / O 工艺。 目前正被广泛应用在各种行业的污水处理项目中。 本文应用基于细菌16S rRNA中的PCR扩增方法（Polymerase Chain Reactor），结合变性梯度凝胶电泳指纹分离技术（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis, DGGE），对实际规模的运用Anoxic / Oxic（A/O）工艺并采用悬挂链式移动曝气技术的污水生物处理系统中微生物群落特征，主要对细菌组成结构和群落动态，细菌优势菌群的多样性以及与系统功能稳定性的关系进行了研究，拟为更全面了解活性污泥处理系统中的优势菌群特征，以及细菌群落结构和功能动态变化关系，实现对活性污泥处理的优化操作，对污染物降解功能菌群的筛选，为运用现代培养技术实现分离培养并运用于环境修复实践奠定方法和理论基础。 首先，对影响PCR-DGGE分析的重要前操作步骤进行了优化和筛选，包括两个方面：细菌基因组DNA的高效提取和纯化；不同16S rRNA靶序列对PCR-DGGE分析的影响。从中选出适合于活性污泥样品的细菌基因组DNA提取方法和PCR-DGGE分析的最优靶序列组合。 其次，运用PCR-DGGE指纹图谱技术分析了该污水处理系统中不同功能反应单元中活性污泥的细菌种群结构特征，探讨了系统运行过程中细菌种群时间和空间上的动态特征。并将图谱中所显示的优势条带进行切割回收，重复扩增，电泳检测，序列测定并与GenaBank数据库中的微生物类群进行同源性比对，探讨活性污泥中细菌种群多样性，了解污泥中可能含有的主要具有污染物降解功能的类群信息。 在整个处理过程中，同一功能反应单元中不同位置的活性污泥微生物菌群结构不同。执行不同功能的处理单元活性污泥细菌多样性和组成结构各有不同。 在系统稳定运行的状态下，细菌组成结构的时间变化动态不显著。但是在系统的不同操作条件下，主要处理池的微生物群落的DGGE遗传指纹图谱较独特。 对该处理系统污泥中优势菌群的序列测定和同源性比对表明，优势菌群所对应的细菌的16S rDNA序列可以被归属于以下四个主要的细菌系：α, β, γ- Proteobacteria 以及厚壁菌门 phylum Firmicutes （low G+C Gram-positive）。 该处理系统的优势菌群的DGGE条带拥有潜在的具有异养硝化/好氧反硝化的除 N / P 类群。该类菌群中的大多数属于Pseudomonas spp.。另外，回收到两个与已鉴定的具有异养硝化和好氧反硝化能力的Pseudomonas stutzeri 和 Pseudomonas borbori 最相似的菌株的条带。γ-变形菌纲门（γ- Proteobacteria）的微生物类群在该缺氧-好氧处理厂中分布较广泛，尤其是和 N / P 去除紧密相关的具有脱氮除磷能力的Pseudomonas 类群，而且在好氧曝气处理池中分布较广，这可能和系统中表现的好氧反硝化现象相关。 不同的操作状况下微生物群落结构有差异。增加污泥回流比，增加DO（Dissolved oxygen）浓度，COD去除率和NH4+-N去除率显著增加，总N和总P的去除率改变不显著。 最后，对整个处理过程中微生物群落结构在系统正常调控改变范围内的长期动态和稳定性进行了探讨。整个处理系统的长期稳定性与体系中的每个处理环节相关，而不是仅与其中的单个主要反应池相关。污水处理体系的功能稳定性与其中的微生物群落稳定性相关，微生物群落结构决定了生态功能，群落结构变化能反应系统的运行状况及其降解效率。

甲醇的生物降解与含甲醇废水生物处理工艺研究

甲醇作为一种有机污染物广泛存在于有机合成和石油化工等生产废水中.该研究针对氮肥生产过程中产生的低浓度甲醇废水缺乏有效回收利用工艺的现实情况，以氮肥生产过程中产生的工艺冷凝液和尿素水解水为对象，通过甲醇高效降解菌的分离、固定化，生物活性炭（BAC）反应系统的建立，小试、中试等研究工作，确定了将其回用到脱盐水系统的可行性，提出了工艺参数和工业化方案，并对BAC生物膜结构特点进行了较为深入的研究.

新型水处理剂研制及在污水处理中应用

廉价、高效、安全的新型水处理剂在水处理领域具有重要地位。针对现有絮凝剂市场中产品结构单一、产品生态安全风险较大和廉价重金属废水吸附剂的迫切需求等现状，开展新型絮凝剂和重金属吸附剂制备及在污水处理中应用研究。本文以廉价无机铝盐和玉米淀粉为原料，通过系统的小试和中试研究，优化了CAS合成配方、碱化度、合成方式、温度、时间及中间条件控制等，制备出生态安全型复合高效絮凝剂（CAS）。对模拟废水、城市生活废水和不同种类工业污水的絮凝处理结果显示：CAS具有絮凝性能高、投加量低、污泥体积小，使用后出水铝残留量低，生态安全性能高等特点。CAS综合了无机铝盐絮凝剂和天然高分子絮凝剂的优点，并在一定程度上弥补了各自组分的不足，较现有市售絮凝剂相比，絮凝效能大幅提高。Al-Ferron逐时络合比色法和扫描电镜从不同角度对CAS形态结构进行分析并对絮凝机理和生态安全机理进行了探讨。本文从污水处理角度出发，通过对模拟废水和实际工业废水的吸附处理，研究了泥炭作为亚余属吸附剂在污水处理中应用潜力，并就应用工艺的选择进行了探讨。结果表明：泥炭对受试二价重余属离子的平均吸附量高达2.05mmol／g，在6omin内丛本达到平衡。pH和共存盐浓度（如Ca~(2+)）会对泥炭吸附效果产生重要影响，泥炭对复合重命属组分产生竞争性吸附。无论是批处理还是柱吸附方式，泥炭对重命属废水有很好的吸附效果，前者的出水质量和处理废水体积要高于后者，特别是针对低浓度重金属废水。泥炭对高浓度冶炼厂制酸废水的最佳处理工艺是化学沉淀预处理十泥炭吸附。尽管形态上发生了一定的变化，但碱处理后泥炭对受试重众属的吸附效果与天然泥炭相当，经过适当碱处理后可以获得腐技酸以增加泥炭的工业附加值。