工業(yè)廢水生物處理系統(tǒng)中微生物群落組成分析及氮轉(zhuǎn)化功能基因的定量研究.pdf

1、本研究以印染廢水小試系統(tǒng)和安陽化肥廠的實際廢水處理系統(tǒng)為研究對象,研究了各個系統(tǒng)中的微生物生態(tài)以及化肥廠的廢水處理系統(tǒng)生物脫氮過程中的關(guān)鍵基因,為闡明系統(tǒng)的廢水處理機制和提高兩個系統(tǒng)的廢水處理效率提供理論依據(jù)。
　　 在對印染廢水嗜堿細菌-真菌組合小試處理系統(tǒng)的微生物群落研究中主要取得如下進展:
　　 (1)嗜堿性PVA降解純菌種的分離與分子生物學(xué)鑒定:從活性污泥中分離的15株單菌株在pH=10下,24h內(nèi),對800mg

2、 L-1的PVA都有一定的降解作用,其中有4株的降解能力在30％以上,降解能力最強的是AMP-13,對PVA的去除率為39.8％。這15株單菌株進行16S rDNA進行測序分析后,分為4大類,其中有8株菌在放線菌綱(Actinobacteria)中,有3株菌在芽孢桿菌綱(Bacilli)中,有1株菌在a-變形菌綱(Alphaproteobacteria)中,有3株菌在γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)中。去除PVA效

3、果最好的AMP-13鑒定為假單胞菌屬(Pseudomonas)。
　　 (2)對嗜堿性混合菌群構(gòu)建的印染廢水脫色處理小試反應(yīng)系統(tǒng)進行了微生物群落結(jié)構(gòu)的動態(tài)追蹤和研究:從細菌PCR-DGGE分析中發(fā)現(xiàn),不同時期的條帶有明顯的差異,群落結(jié)構(gòu)變化很大。從DGGE上切下的22個序列基本分布在放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)和擬桿菌門(Bacteroide

4、tes)中,另外2株菌株未分類到任何一個已知的類群當(dāng)中。而最初從混合菌群中分離得到的具有降解PVA作用的15株菌在反應(yīng)器運行過程中的DGGE中有3株被檢測到。
　　 (3)利用脫色混合真菌構(gòu)建脫色處理系統(tǒng),對嗜堿細菌處理的出水進一步脫色處理,并利用PCR-DGGE分析真菌反應(yīng)器中微生物群落結(jié)構(gòu)特征和動態(tài)變化,結(jié)果表明,真菌反應(yīng)器運行的各個時期條帶都很少,多樣性較低。從DGGE上切下的11個序列經(jīng)過比對發(fā)現(xiàn),可分為5簇,與最初接種

5、的混合真菌相比,沒有菌群可以持留在反應(yīng)器中。
　　 對實際運行的A2O2(厭氧-厭氧-微氧-好氧)工藝的安陽化肥廠廢水處理系統(tǒng)的微生物群落結(jié)構(gòu)研究主要取得以下進展:
　　 (1)利用傳統(tǒng)培養(yǎng)的方法對在A2O2工藝各處理單元中細菌總數(shù)和功能性細菌數(shù)進行培養(yǎng)計數(shù),結(jié)果表明,細菌在活性污泥中占著絕對的數(shù)量優(yōu)勢,在微氧池中最高,達到了為1.40×1012 CFU g-1；亞硝化和硝化細菌的MPN計數(shù)顯示,微氧池的亞硝化細菌含量最

6、高,為3.03×1010 g-1,而且硝化細菌的含量次之,為3.03×1012 g-1；好氧池中的硝化菌的含量最高,為9.12×1012 g-1,而且亞硝化的含量次之,為2.4×1010 g-1。
　　 (2)利用PCR-DGGE對各單元的細菌群落結(jié)構(gòu)進行研究,結(jié)果表明,不同的處理單元保持了細菌的群落的相對穩(wěn)定性,各個單元之間的相似性在70％以上。切下的16個序列主要分布在5個大類中,分別是鞘脂桿菌綱(Sphingobacter

7、ial)、a.變形菌綱(Alphaproteobacteria)、β-變形菌綱(Betaproteobacteria)、d-變形菌綱(Deltaproteobacteria)和Candidate division。
　　 (3)應(yīng)用熒光定量PCR技術(shù)研究處理系統(tǒng)的各個處理單元中與氮轉(zhuǎn)化相關(guān)基因的含量,結(jié)果表明,amoA、narG、nirS和nosZ的最高含量都在好氧池中,分別達到3.06×1011g-1、2.22×109 g-1

8、、1.2×1010 g-1和1.77×1010 g-1。但是,由于narG的含量低,造成了NO3-的累積,使總氮去除率受到影響。
　　 (4)構(gòu)建上述與氮轉(zhuǎn)化相關(guān)的各功能基因的克隆文庫,并進行序列多樣性分析,結(jié)果表明,amoA的序列單一,都屬于亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)。而反硝化的功能基因的narG、nirS和nosZ的種類十分豐富,有很多尚未鑒定到種屬,說明了活性污泥中有很高的微生物多樣性。同時發(fā)現(xiàn)有很多序列與