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长期低聚磷条件对AO-SBR系统accumulibacter代谢特性的影响

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环境科学 2019年第5期40卷 2333-2340页

作者：王少坡李柱赵乐丹于静洁赵明郑胜达孙力平天津市水质科学与技术重点实验室天津300384 天津城建大学环境与市政工程学院天津300384 哈尔滨工业大学环境学院哈尔滨150001 天津三博水科技有限公司天津300384

为了考察长期低聚磷(Poly-P)条件下accumulibacter的菌群结构及其代谢特性的变化,采用两个SBR反应器,分别采用乙酸钠和丙酸钠为有机碳源,接种富含accumulibacter的活性污泥,在进水PO34--P浓度为2. 5 mg·L^(-1)的低磷进水条件下运行60 d... 详细信息

为了考察长期低聚磷(Poly-P)条件下accumulibacter的菌群结构及其代谢特性的变化,采用两个SBR反应器,分别采用乙酸钠和丙酸钠为有机碳源,接种富含accumulibacter的活性污泥,在进水PO34--P浓度为2. 5 mg·L^(-1)的低磷进水条件下运行60 d,对系统除磷性能、污泥浓度、主要菌群结构的变化进行研究.结果表明,长期低Poly-P条件下两个SBR系统均表现出良好的除磷和去除有机物的性能,但两个系统内的菌群代谢均表现出聚糖菌代谢特征;运行60 d后,丙酸盐系统中accumulibacterⅠ型仍保持了较高的丰度(40%±7%),表明丙酸盐SBR系统中accumulibacterⅠ型不仅具有较高的代谢活性,还能够在长期低聚磷条件下以一种不依赖Poly-P的代谢方式进行生存;对比发现,丙酸盐碳源更有利于accumulibacter适应低磷负荷的运行环境,且在低磷负荷的运行环境下accumulibacterⅠ型比Ⅱ型更具竞争优势.

关键词： accumulibacter 聚磷代谢(PAM) 聚糖代谢(GAM) 荧光原位杂交(FISH) 代谢迁移

The difference of morphological characteristics and population structure in PAO and DPAO granular sludges

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Journal of Environmental Sciences 2019年第2期31卷 388-402页

作者： Geumhee Yun Hansaem Lee Yongsuk Hong Sungpyo Kim Glen T.Daigger Zuwhan Yun Department of Environmental Engineering Korea University Hyundai Engineering & Construction Co. Ltd. Department of Civil and Environmental Engineering University of Michigan

We examined how long-term operation of anaerobic–oxic and anaerobic–anoxic sequencing batch reactors(SBRs) affects the enhanced biological phosphorus removal(EBPR)performance and sludge characteristics. The microbial characteristics of phosphorus accumulating organism(PAO) and denitrifying PAO(DPAO) sludge were also analyzed through a quantitative analysis of microbial community structure. Compared with the initial stage of operation characterized by unstable EBPR, both PAO and DPAO SBR produced a stable EBPR performance after about 100-day operation. From day 200 days(DPAO SBR)and 250 days(PAO SBR) onward, sludge granulation was observed, and the average granule size of DPAO SBR was approximately 5 times larger than that of PAO SBR. The DPAO granular sludge contained mainly rod-type microbes, whereas the PAO granular sludge contained coccus-type microbes. Fluorescence in situ hybridization analysis revealed that a high ratio of accumulibacter clade I was found only in DPAO SBR, revealing the important role of this organism in the denitrifying EBPR system. A pyrosequencing analysis showed that accumulibacter phosphatis was present in PAO sludge at a high proportion of 6%,whereas it rarely observed in DPAO sludge. Dechloromonas was observed in both PAO sludge(3.3%) and DPAO sludge(3.2%), confirming that this organism can use both O_2 and NO_3^- as electron acceptors. Further, Thauera spp. was identified to have a new possibility as denitrifier capable of phosphorous uptake under anoxic condition.

关键词： accumulibacter phosphatis Dechloromonas Granulation Pyrosequencing Thauera

城市污水处理厂Candidatus accumulibacter的菌群结构及定量分析

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环境科学学报 2016年第4期36卷 1226-1235页

作者：张丽敏曾薇王安其张洁彭永臻北京工业大学环境与能源工程学院北京100124

Candidatus accumulibacter是污水生物除磷系统中的优势聚磷菌.本研究采用编码聚合磷酸盐激酶的功能基因(polyphosphate kinase 1gene,ppk1)作为遗传标记,对9个污水处理厂共12个活性污泥样品中accumulibacter的进化枝水平的丰度及其菌... 详细信息

Candidatus accumulibacter是污水生物除磷系统中的优势聚磷菌.本研究采用编码聚合磷酸盐激酶的功能基因(polyphosphate kinase 1gene,ppk1)作为遗传标记,对9个污水处理厂共12个活性污泥样品中accumulibacter的进化枝水平的丰度及其菌群结构进行了研究.实时定量PCR(Quantitative PCR,QPCR)的结果显示,accumulibacter的6个进化枝(IA、IIA、IIB、IIC、IID、IIF)均存在于12个污泥样品中.A2O及其改良工艺中总accumulibacter丰度最高,达到总菌的22.77%.所有样品中accumulibacter均以Type-II为主,其中,IIC、IID的丰度均达到了108cells·g-1(以MLSS计),占accumulibacter的平均比例分别为75.34%和14.87%,是污水处理厂中的优势聚磷菌.分支IA丰度最低,占总accumulibacter比例平均只有0.32%.系统发育分析结果显示,每个样品中accumulibacter分支多样化,均含有IIA、IIC、IID分支.QPCR和系统发育分析都证实了生物除磷效果与accumulibacter的群落结构密切相关,除磷效果不好可能和IID占总accumulibacter比例较高有关.

关键词： Candidatus accumulibacter ppk1基因污水处理厂活性污泥强化生物除磷(EBPR)

accumulibacter各进化枝选择性富集及其生态位

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化学工业与工程 2019年第1期36卷 64-71页

作者：李柱王少坡赵乐丹邱春生郑剑锋于静洁赵明孙力平天津城建大学环境与市政工程学院天津300384 天津市水质科学与技术重点实验室天津300384 天津三博水科技有限公司天津300384

废水强化生物除磷(EBPR)系统中,聚磷菌(PAOs)是主要的除磷微生物,其中accumulibacter是目前公认的主要一类PAOs,含有多个进化枝,且代谢特性存在差异。虽然PAOs尚无法独立培养,但可以在某些条件下选择性富集某一类进化枝的Accumulibacte... 详细信息

废水强化生物除磷(EBPR)系统中,聚磷菌(PAOs)是主要的除磷微生物,其中accumulibacter是目前公认的主要一类PAOs,含有多个进化枝,且代谢特性存在差异。虽然PAOs尚无法独立培养,但可以在某些条件下选择性富集某一类进化枝的accumulibacter。对废水EBPR系统内检测到的accumulibacter具体分枝及其富集的条件进行了总结,并归纳了不同分枝的代谢特性;还分析了accumulibacter主要分枝与其它菌群在EBPR系统中的相互关系,可为深入了解废水生物除磷微生理生态学、解决同步脱氮除磷污水处理系统的除磷性能恶化、出水水质波动等问题提供支持。

关键词：强化生物除磷 accumulibacter 进化枝选择性富集生态位

MUCT工艺反硝化除磷效率与Candidatus accumulibacter的群落演替

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北京工业大学学报 2019年第12期45卷 1243-1251页

作者：曾薇李超孟庆安马晨阳城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京市污水脱氮除磷处理与过程控制工程技术研究中心

以处理实际生活污水的连续流MUCT工艺为基础,探究了全程硝化和短程硝化状态下优势聚磷菌Candidatus accumulibacter的群落动态与系统反硝化除磷效果之间的相互联系.流式细胞仪定量检测结果表明,系统中聚磷菌占全菌的比例为22.1%,Accumul... 详细信息

以处理实际生活污水的连续流MUCT工艺为基础,探究了全程硝化和短程硝化状态下优势聚磷菌Candidatus accumulibacter的群落动态与系统反硝化除磷效果之间的相互联系.流式细胞仪定量检测结果表明,系统中聚磷菌占全菌的比例为22.1%,accumulibacter是处于全程硝化状态下的优势聚磷菌,对系统中氮磷的去除起到重要作用.q PCR定量结果表明,短程硝化状态下的优势种IIC和IIC(ppk1 excluding OTU NS D3)以及IIF的增长率较快,占总accumulibacter比例分别为11.53%、34.31%和17.97%,其利用亚硝进行反硝化除磷的能力比其他分支强,对系统化中亚硝的去除起到重要作用.IID分支在反应器整个运行阶段一直处于优势地位,是系统内氮磷去除最重要的分支.其在全程硝化状态下占accumulibacter分支总和的80%,但在短程状态下的竞争能力不如其他的TypeⅡ型分支.

关键词：实际生活污水反硝化除磷聚磷菌 accumulibacter 实时荧光定量PCR 流式细胞仪

MUCT脱氮除磷系统中聚磷菌(Candidatus accumulibacter)和氨氧化细菌(AOB)的菌群结构及组成特征

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安全与环境学报 2016年第6期16卷 241-247页

作者：张丽敏曾薇李博晓王向东北京工业大学环境与能源工程学院北京100124

采用MUCT(Modified University of Cape Town)工艺处理低C/N实际生活污水,通过控制溶解氧和缩短水力停留时间(HRT)等手段实现短程硝化,并在短程硝化的基础上取得了良好的反硝化除磷效果。分别采用功能基因ppk1和amo A作为遗传标记对MUC... 详细信息

采用MUCT(Modified University of Cape Town)工艺处理低C/N实际生活污水,通过控制溶解氧和缩短水力停留时间(HRT)等手段实现短程硝化,并在短程硝化的基础上取得了良好的反硝化除磷效果。分别采用功能基因ppk1和amo A作为遗传标记对MUCT工艺短程阶段的聚磷菌(Candidatus accumulibacter)和氨氧化细菌(AOB)的菌群结构进行了研究。ppk1功能基因系统发育分析结果表明,MUCT工艺中Candidatus accumulibacter分支具有多样化,共包含IID、IIC、IIF 3个进化枝。Candidatus accumulibacter以TypeⅡ型为主,其中分支Acc-IID占克隆文库的94.3%,是Candidatus accumulibacter中的优势菌属。证实了在以亚硝酸盐为电子受体的条件下,Acc-IID为除磷的主要承担者。分支Acc-IIF的出现可能与反应系统保持较高温度有关。amo A基因的系统发育分析结果表明,所有AOB序列属于Nitrosomonas europaea lineage。通过低溶解氧和短HRT建立的短程是N.europaea lineage成为AOB中优势菌属的重要原因。研究表明,短程反硝化条件下MUCT反应器中的优势Candidatus accumulibacter和AOB分别为IID和N.europaea lineage,其丰度和菌群结构是影响污水生物除磷和硝化效果的主要因素。

关键词：环境工程学 MUCT ppk1 amoA 氨氧化细菌(AOB) Candidatus accumulibacter

环境压力胁迫下亚硝酸盐型反硝化除磷菌的应激代谢机制研究

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环境压力胁迫下亚硝酸盐型反硝化除磷菌的应激代谢机制研究

作者：田文清兰州交通大学

学位级别：硕士

基于对国内外在强化生物除磷(EBPR)工艺方面的研究现状和发展趋势的大量调研和分析,发现无论是实验室培养的以NO为电子受体的反硝化吸磷系统还是不同工艺污水处理厂的活性污泥中“Candidatus accumulibacter Phosphatis”菌属几乎均以... 详细信息

基于对国内外在强化生物除磷(EBPR)工艺方面的研究现状和发展趋势的大量调研和分析,发现无论是实验室培养的以NO为电子受体的反硝化吸磷系统还是不同工艺污水处理厂的活性污泥中“Candidatus accumulibacter Phosphatis”菌属几乎均以其II型(简称为PAO II)为主导。PAO II的优势存在不以地区、温度、水质变化及工艺是否具备EBPR能力等因素而改变。然而,现有的代谢理论仅提出了在好氧吸磷系统底物缺乏时聚磷菌具备糖原积累代谢(GAO代谢)的能力,尚不能对PAO II普遍存在于实际污水处理系统的现象做出很好的解释。并且缺氧吸磷系统中的PAO II面对环境压力能否适时调整代谢模式以保持自身在不利条件下的主导地位也未得到研究论证,从而限制了反硝化除磷技术的进一步实践。因此,本课题以探究亚硝酸盐型反硝化除磷菌(DPAOs)在环境压力胁迫下的应激代谢机制为目标,以期填补其代谢机制理论方面研究的空白。基于此,以不同碳源富集培养的亚硝酸盐型反硝化除磷系统为研究对象,并结合现代分子生物学技术对系统中优势聚磷菌“accumulibacter”在磷源匮乏和电子受体浓度不利条件下的应激代谢进行了深入研究,得出了以下研究结果与结论:(1)分别以乙酸和丙酸为碳源,以交替厌氧-好氧和交替厌氧-缺氧-好氧运行143d,在SBR反应器中实现了亚硝酸盐型DPAOs的富集。实时荧光定量PCR结果显示乙酸系统富集的accumulibacter占全菌的16.45%,丙酸系统为31.00%。不同碳源SBR中的accumulibacter均以PAOⅡ为主,乙酸系统中最优势的Accumulibcter进化枝为Acc-IIC,丙酸系统中为Acc-IIC和Acc-IID。根据典型周期内的代谢特性得出亚硝酸盐型反硝化除磷系统在厌氧阶段的化学计量学参数:DPAOs吸收1 mol-C的乙酸,细胞内合成0.82 mol-C的PHB和0.39 mol-C的PHV,并分解0.75 mol-C的糖原(Gly),释放0.20 mol-P的可溶性正磷酸盐;DPAOs吸收1 mol-C的丙酸,细胞内合成0.98 mol-C的PHV和0.37 mol-C的PH2MV,并分解1.88 mol-C的Gly,释放0.61 mol-P的正磷酸盐。(2)经42 d磷匮乏胁迫诱导,乙酸和丙酸系统随着污泥中多聚磷酸盐(poly-P)被清空,释磷现象逐渐消失。实时荧光定量PCR结果表示,经过磷匮乏胁迫的乙酸和丙酸系统中accumulibacter占全菌的比例分别下降至8.78%和8.43%。然而,乙酸系统中Acc-IID进化枝在磷匮乏条件下不断生长繁殖,占accumulibacter的比例由0.39%增长至9.35%,丙酸系统中Acc-IIB进化枝得到了快速繁殖,未被淘汰的accumulibacter面对磷源匮乏的逆境依然具备较强的生存能力。尽管DPAOs胞内几乎不含有poly-P,厌氧过程中仍能依靠糖原Gly降解提供能量从系统中不断摄取乙酸。根据化学计量学分析,乙酸和丙酸系统在面对poly-P匮乏时,均表现出了GAO代谢表型从而得以生存。(3)分别对以乙酸和丙酸为碳源的反应器进行不同亚硝酸盐投加浓度下的批次实验(NO-N浓度分别为5mg/L,10mg/L,15mg/L,20mg/L,30mg/L和40mg/L),反应动力学和化学计量学分析表明,当亚硝酸盐型DPAOs的电子受体浓度不足时,缺氧阶段亚硝酸盐投加后被快速耗尽,DPAOs则维持典型厌氧代谢模式直至进入好氧阶段,好氧阶段除了要吸收未被缺氧段吸收的磷以外,还要继续吸收DPAOs自身代谢所释放的磷,加重了好氧吸磷的负担,缺氧代谢向好氧代谢转移。当亚硝酸盐型DPAOs的电子受体浓度过高并对系统EBPR性能产生抑制时,会激活DPAOs的厌氧代谢模式,在缺氧和好氧阶段都进行典型的厌氧代谢,吸磷代谢向释磷代谢转移。经过亚硝酸盐浓度胁迫的批次实验,乙酸和丙酸反应器中Accumulibcter最优势的进化枝仍然为Acc-IIC,分别占accumulibacter的93.39%和96.67%。(4)对accumulibacter及其5个进化枝Acc-IA、Acc-IIA、Acc-IIB、Acc-IIC和Acc-IID在面对不同环境压力时的响应做了比较与分析,发现无论是乙酸还是丙酸为碳源的EBPR系统中,Acc-IA和Acc-ⅡA进化枝对磷源的需求都不高,能够在磷匮乏环境中生存并增殖;乙酸为碳源的EBPR系统中,Acc-ⅡB进化枝对磷源的需求很敏感,对亚硝酸盐的耐受程度低,而以丙酸为碳源的EBPR系统中,Acc-ⅡB进化枝能够在环境不利条件下得到增殖,对贫磷和高浓度亚硝酸盐环境都有非常强的耐受性;乙酸和丙酸系统中的Acc-ⅡC进化枝对磷源的需求都非常敏感,poly-P的缺乏会使其快速从反应器中淘汰,而恢复磷源供给后会快速繁殖。此外,Acc

关键词：亚硝酸盐型反硝化除磷磷匮乏亚硝酸盐浓度 accumulibacter 应激代谢

污水处理厂中聚磷微生物Tetrasphaera和accumulibacter的相对丰度及影响因素

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水污染及处理 2021年第2期9卷 64-74页

作者：孙月吴敏同济大学环境科学与工程学院长江水环境教育部重点实验室上海同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室上海

在污水的除磷工艺中,强化生物除磷(EBPR)是最主要的方法之一。一直以来,accumulibacter菌属(A菌)作为EBPR工艺最主要的聚磷菌(PAOs)已被广泛接受,也能较好地适应EBPR污水厂的现实情况。但同时,Tetrasphaera菌属作为一种新型聚磷菌,也在... 详细信息

在污水的除磷工艺中,强化生物除磷(EBPR)是最主要的方法之一。一直以来,accumulibacter菌属(A菌)作为EBPR工艺最主要的聚磷菌(PAOs)已被广泛接受,也能较好地适应EBPR污水厂的现实情况。但同时,Tetrasphaera菌属作为一种新型聚磷菌,也在世界各地被逐渐发现,它在某些特定环境下的丰度甚至远高于A菌,值得进一步探究。本研究选取了上海地区3座不同处理模式的市政污水处理厂进行研究,采用高通量测序技术对它们活性污泥中的微生物群落特征进行了解析。结果表明,不同污水处理厂在微生物物种组成上具有相似性,但一致性并不高。这三家污水厂的活性污泥中,A菌的相对丰度为7.4%~10.3%,T菌的相对丰度为1.4%~3.8%,T菌的丰度远远小于A菌丰度。进水组分中的氨基酸含量与T菌丰度的相关性较高。

关键词：强化生物除磷(EBPR) Tetrasphaera accumulibacter 微生物群落结构

生物除磷系统启动及运行期的微生物种群结构变化

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中国给水排水 2018年第13期34卷 104-109页

作者：王亚超南亚萍袁林江成敏西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西西安710055 西北水资源与环境生态教育部重点实验室陕西西安710055 陕西省环境工程重点实验室陕西西安710055

利用16S rRNA高通量测序手段探究了SBR生物除磷系统启动及运行过程中微生物种群结构的变化。根据测序结果,共获得20个门、150个属级微生物。微生物多样性分析结果显示,系统中的主要菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroide... 详细信息

利用16S rRNA高通量测序手段探究了SBR生物除磷系统启动及运行过程中微生物种群结构的变化。根据测序结果,共获得20个门、150个属级微生物。微生物多样性分析结果显示,系统中的主要菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、绿菌门(Chlorobi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia),这8个菌门占微生物总数的95%以上。属级微生物中的优势菌属为索氏菌属(Thauera)和脱氯单胞菌属(Dechloromonas),其相对丰度分别为7.90%和5.20%。系统中的聚磷微生物有Candidatus accumulibacter、不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、噬纤维菌科(Cytophagaceae)、浮霉菌属(Planctomyces)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)、脱氯单胞菌属等,其中Candidatus accumulibacter为主要除磷微生物。

关键词：生物除磷高通量测序生物多样性 Candidatus accumulibacter