生物资源技术期刊翻译

生物资源技术研究简报微好氧污泥水解过程的原位还原：性能和微生物群落结构要闻微氧水解（SPRAS）过程进行原位污泥减量化。SPRAS系统取得了良好的污染物去除和污泥reduction.SPRAS系统性能表现出较高的相对丰度和微生物communities.SPRAS系统稳定丰富的厌氧菌，生长缓慢和掠夺性细菌.文章信息文章历史：2014年8月15日收到2014年9月22日修订后的形式收到2014年9月23日登载2014年9月30日网上可用关键词：污泥减量微生物群落污泥减量活性污泥SPRAS过程焦磷酸测序污水处理摘要减少污泥法活性污泥(SPRAS)系统通过插入一个污泥过程减少(SPR)模块,由微氧舱和定居者,在活性污泥法对污泥原位还原操作。COD和氨氮的平均去除效率分别为86.6%和87.9%。与缺氧/好氧(AO)过程相比,SPRAS过程减少了57.9%的污泥生产0.076gVSS/gCOD观察污泥产量。焦磷酸测序分析显示,相对丰度和SPRAS系统中微生物群落的稳定性高于AO系统。发酵引起酸化的类Anaerolineae,放线菌,CytophagiaCaldilineae丰富的SPR模块和负责污泥减量。具体比较了属水平确定oxyanion-reducing细菌的富集(Sulfuritalea;Azospira;Ramlibacter),发酵引起酸化的细菌(Propionivibrio;OpitutusCaldilinea),缓慢的种植者(Ramlibacter)和食肉细菌(粘细菌)SPRAS系统。硝化细菌比AO系统SPRAS系统也更丰富。1介绍活性污泥的产生大量的浪费(是)在活性污泥过程中已成为主要问题与污水处理厂的大幅增加(WWTP)(无独有偶,伤势严重,2011)。因为更为严格的监管要求,在污泥处置和重用，治疗和处理占25-65%的总工厂运营成本(Chonetal.,2011;Sabyetal.,2003),并将更具挑战性且费用更加昂贵。解决问题,减少污泥原位(SIR)技术来降低污泥的数量生产中的过程引起全世界关注(lietal.,2014;Sabyetal.,2003)。插入一个厌氧侧流反应器(SSR)aerobic-settling-aerobic(OSA)过程造成有效的污泥减量(lietal.,2014;Sabyet,2003),全面的和被认为是一种很有前途的方法应用程序(无独有偶,伤势严重,2011；wangetal.,2013)。(2011)报道报告的另一个生物过程引入的一部分返回活性污泥(RAS)或回收利用厌氧SSR。在生物过程,解偶联通过有氧和厌氧条件之间的转变和由于水解污泥厌氧罐的衰变和/或细胞溶解两个污泥减少的主要原因。在我们以前的研究中，污泥过程减量活性污泥（SPRAS）过程被设计为先生将污泥过程减量（SPR）模块，由微好氧池和沉淀池（图1），在传统的工艺，并显示出良好的性能，对污染物的去除和污泥减量化（Zhouetal.，2014）。在我们以前的研究中，污泥过程减量活性污泥（SPRAS）过程被设计为先生将污泥过程减量（SPR）模块，由微好氧池和沉淀池（图1），在传统的工艺，并显示出良好的性能，对污染物的去除和污泥减量化（Zhouetal.，2014）。在SPRAS系统，SPR模块创建一个微氧环境下低溶解氧（DO）在兼性厌氧菌，有利于提高其生长速度和刺激他们的生理代谢，并可能在fl影响微生物群落的一个显fi不能。因此，在SPRAS过程对微生物群落结构和组成信息是值得和深化其污泥减量机理的认识。相比传统的分子生物学方法（e.g.pcr-dgge），焦磷酸测序可以产生大量的DNA读取和识别的操作分类单元（OTU）捕捉到成千上万的全面系统的微生物信息系统（Huetal.，2012）。在这项研究中，实验室规模的SPRAS系统和传统的缺氧/好氧（AO）系统在并行操作的污泥减量微生物群落结构和比较的估计。454高通量测序技术应用于研究两SPRAS微生物的群落结构和种群组成和AO。2方法2.1实验装置和操作条件进水微氧SPR模组沉降器AO模块进行废水处理缺氧好氧出水沉降器图1原位还原制SPRAS污泥示意图两个实验室规模的反应器，一个SPRAS和AO，均为200天，由上海50升/天fl流量从东区污水处理厂污水操作。水力停留时间（HRT）对缺氧、好氧池中敖2h和6h，分别。在SPRASAO模块系统，水力停留时间为AO一样，和微好氧池、沉淀池的SPR水力停留时间分别为1.5和3h（Zhouetal.，2014），分别为。在SPR微好氧池、好氧池DO值分别控制在0.5–1和3–4毫克/升，比例的混合酒再循环和RAS两个系统都保持在100%。污泥回收比率从SPR定居者到微氧罐控制在50%。AO的固体保留时间(SRT)是控制在20天。SRTAO模块也保持在20天的卸货SPR模块,但没有SPRAS出院。2.2微生物群落分析在这项研究中，微生物分析的三个样品从SPR微好氧池收集（SSPR），对好氧池（SPRASsspo）和AO好氧池（SAOO）109天。DNA提取，PCR扩增，扩增产物纯化fi阳离子，阳离子和阳离子fi质量fi按照文献报道的方法（Xieetal.，2014）。一个放大器的fi阳离子的混合物用于在大规模并行焦磷酸测序罗氏454GSFLX钛音序器（罗氏454生命科学，布兰福德，美国）根据标准协议。焦磷酸测序读被聚集到平均长度为474个基点通过设置3%或5%的距离限制使用MOTHUR软件(a)。基于集群信息,以下参数为每个样本计算:稀疏曲线,Chao1丰富估计量,香农多样性指数、丰度范围估计(ACE)为基础,良好的测序深度的报道。代表读取从集群分类了80%的信心阈值水平的门,属类和基于MOTHUR和SILVA106数据库。2.3计算分析方法和减少污泥化学需氧量(COD)、氨氮(NH4-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的影响,分析了污水每两天根据中国的标准方法。混合酒悬浮物和挥发性悬浮固体(VSS)决定每周两次。做,酸碱度和氧化还原电位(ORP)监控使用HQd30便携式计(美国哈希公司)。观察到的污泥产量(社会毒瘤)两个系统据报道方法计算(zhouetal.2014年)。3结果与讨论进水SPRAS出水AO出水图2变化影响的污染物和废水的SPRAS和AO系统表1丰富度和AO系统的细菌在SPRAS细菌多样性的估计3.1工艺性能图2总结了污染物浓度在fluent和EFfl组成两系统的变化。这两个系统COD去除率平均为86.6%fiEF效率几乎同样有效，取得了较高的水平fiSPRAS阳离子EFfi效率（87.9%）高于AO（86.1%）由于SPR微好氧池的插入和较长的污泥龄。在EF的fl构SPRAS平均TN浓度和AO22.51±4.05和15.12±6.94mg/LCOD/N比7.8，然后降低到6.84±3.51和6.35±3mg/L。结果表明，碳氮比提高两系统总氮去除性能的提高。相比SPRAS，TP去除28.2%，多排泥岙导致高43.9%，TP的去除（图2D）。先生的过程通常恶化其除磷性能（Lietal.，2014A）。根据计算，Y值SPRAS和AO0.076（R=0.979）和0.180（R=0.994）·/良好，分别，SPRAS减少污泥产量的57.9%相比，AO，其结果是类似于我们以前的研究（Zhouetal.，2014）和OSA工艺污泥14–EFfi效率降低63.5%（Lietal.，2014A；萨比etal.，2003）。ORP低于À200MVSPR定居者的底部显示一个稳定的厌氧环境由于积累的形成。因此，SPR模块也可以被视为一个OSA喜欢过程，在SPR沉淀池底部厌氧环境微氧池循环以降低污泥的分解代谢和合成代谢通过降级推广解耦机制（卡苏和卡兹米，2011；Zhouetal.，2014）。3.2微生物群落3.2.1细菌微生物的丰富度和多样性三16sRNA基因图书馆是由焦磷酸测序SSPRSSPOSAOO社区与10643年,10606年和10002年高质量的序列标签,都聚集到不同的系统发育细菌社区2866/2500,2701/2320和2383/2053辣子鸡的3%/5%(表1),表明SPRAS微生物丰富度大于AO展出。总数量的辣子鸡估计Chao1估计量(表1)还建议在SPRAS丰富的细菌社区越高,特别是在SPR模块。香农和ACE指数表明,微生物群落都比AOSPRAS丰富。3.2.2细菌分类鉴定为了确定细菌的系统发育多样性社区在这两个系统中,16srRNA基因片段被分配到不同的分类单元级别从门到属(图3)。总发现SSPR细菌类群的数量,SSPOSAOO是21日21日和23日。变形菌门和拟杆菌门最主要类群在所有样本。Chloroflexi是第三个占主导地位的门,而其相对丰度SSPR(8.9%)的1.5和2.0倍,SSPOSAOO。氯flEXI是可溶性微生物产物的拾荒者，总是检测为优势菌的厌氧反应器（Nelson等人al.2011；谢etal.，2014）。门硝化螺旋菌也被富集在相对丰度三AOSPRAS。三份样本中的微生物群落水平表征在图3b所示。在所有三个社区共检测出38种细菌类。b-proteobacteria，属于变形菌门，具有最高的相对丰度在每个样本。Sphingobacteria，AFfi骨科门杆菌，其次是统治阶级。D，A和c-proteobacteria也属于变形菌门，是fi五大成分在类级别第三。anaerolineae的相对丰度，发酵菌与厌氧降解碳水化合物相关（narihiroetal.，2012），7.5%在SSPR，大大高于sspo和SAOO。此外，相对部分放线菌，在cytophagiaSPRAScaldilineae0.48,2.08和0.50，均高于AO。这些类负责水解和发酵有机物（narihiroetal.，2012）富集、SPR模组在污泥减量化的重要作用。站在属的水平允许我们进一步阐明微生物群落两系统之间的差异（图3C）。Dechloromonas是最丰富的属中的所有三个样本相对丰度SAOOSSPRSSPO,2.4和2.7倍,导致了更高效率的TN和TP去除在AO(图2)。第二至第五主要属(1%),Sulfuritalea,Azospira,Ramlibacter硝化螺菌属,都在SPRAS高纯度相对丰度分别为3.3,2.2,2.0和4.8倍AO。除Nitrospira，其他三属都是厌氧或兼性厌氧菌生长的含氧阴离子的还原，如硫酸、高氯酸、硝酸盐和亚硝酸盐（拜恩贝利和Coates，2012）。此外，由于其富含SPRAS长泥龄ramlibacter属，也是一个慢（heulinetal.，2003）。相反，arenimonas，一copiotrophic和快速增长的细菌（Lietal.，2014B），有一个很大的相对较高的丰度比SSPR和sspoSAOO，指示AO开发领域的快速瞬态细菌生长的营养。属Propionivibrio，opitutus和caldilinea富集在SPRAS都发酵产酸菌和与之相关的降解多糖和氢化芳族化合物（杜阿尔特etal.，2010）。展出的byssovoraxSPRAS比AO由于水解和降解纤维素或半纤维素在SPR模组的丰度相对较低。特别是，属菌Nannocystis，总丰度Chondromyces、haliangium和标记菌属属于组粘细菌，这是负责高分子材料和目标细菌裂解水解（克罗斯曼etal.，2013），分别为2.1%，在3%和1.1%sspoSSPR，andsaoo。发酵产酸和掠夺性细菌的富集，导致通过生物质腐烂SPRAS颗粒有机质的水解污泥减量。4结论SPRAS过程中取得了良好的–COD和NH4N的去除性能和较高的污泥减量效果fi效率与污泥产率的分析显示，在57.9%0.076gvss/gcod.pyroseuencingSPRAS的微生物群落的多样性和稳定性均高于AO。发酵产酸类anaerolineae，放线菌，cytophagia和caldilineae富集在SPR模块负责SIR的过程。在SPRAS