產(chǎn)甲烷同時(shí)反硝化體系中功能微生物的定性和定量解析

【摘要】：產(chǎn)甲烷同時(shí)反硝化(Simultaneous Denitrification and Methanogensis, SDM)由生理生化特性顯著不同的兩類功能微生物共同完成,運(yùn)行參數(shù)的變化對其生物活性有顯著影響。研究這些因子(如碳源種類、氮源種類等)對SDM體系效能、微生物種群多樣性與結(jié)構(gòu)的影響具有重要意義。本文通過間歇實(shí)驗(yàn)和連續(xù)流實(shí)驗(yàn),利用分子生物學(xué)技術(shù),即核糖體DNA擴(kuò)增片段限制性內(nèi)切酶分析方法和實(shí)時(shí)熒光定量PCR方法探究單一碳源條件下,COD/NO3--N、有機(jī)負(fù)荷(Organic Loading Rate, OLR)和氮負(fù)荷(Nitrogen Loading Rate, NLR)、水力停留時(shí)間(Hydraulic Retention Time、底物種類、NOx-N種類(NO3-N或NO2--N)、培養(yǎng)方式對SDM體系運(yùn)行、微生物種群多樣性、數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)的影響,獲得的主要結(jié)論如下：(1)間歇SDM體系中,探究不同NOx-N種類對SDM體系運(yùn)行及產(chǎn)甲烷菌的影響。結(jié)果表明相同濃度的NO3--N和NO2--N對產(chǎn)甲烷菌種群結(jié)構(gòu)的影響趨勢相同。隨反應(yīng)體系中NOx-N濃度增加,產(chǎn)甲烷反應(yīng)被抑制的強(qiáng)度和時(shí)間逐漸增加。(2)連續(xù)SDM體系中,研究了COD/NO3--N、HRT、OLR及NLR對SDM體系和產(chǎn)甲烷菌種群結(jié)構(gòu)的影響。分析證實(shí),耐受性方面,蔗糖為碳源的SDM體系比乙酸鈉體系更強(qiáng)；在產(chǎn)甲烷菌種群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定方面,蔗糖為碳源的SDM體系比乙酸鈉體系穩(wěn)定。(3)利用蔗糖和乙酸鈉為碳源,保持碳源濃度不變,探究COD/NO3--N對微生物的影響。結(jié)果表明反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的情況下隨著COD/NO3--N的降低細(xì)菌數(shù)量逐漸增加,古菌數(shù)量逐漸降低。(4)研究了HRT對單一碳源條件下SDM體系中古菌的影響,結(jié)果表明,隨HRT降低,古菌總數(shù)量升高,不同種屬產(chǎn)甲烷菌在古菌總數(shù)量中相對豐度變化很小。 【關(guān)鍵詞】：產(chǎn)甲烷 反硝化 產(chǎn)甲烷菌 定性分析 定量分析
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-16
• 1.1 SDM中脫氮和甲烷化8-9
• 1.1.1 生物脫氮8-9
• 1.1.2 甲烷化過程9
• 1.2 SDM體系的影響因子9-11
• 1.2.1 碳源種類對SDM的影響9-10
• 1.2.2 COD/NO_3~--N對SDM的影響10-11
• 1.2.3 氮氧化物對產(chǎn)甲烷活性的抑制11
• 1.3 SDM中的微生物11-12
• 1.3.1 SDM中主要微生物種群11-12
• 1.3.2 SDM中不同微生物的空間分布12
• 1.4 厭氧反應(yīng)器中微生物的分析方法12-14
• 1.4.1 微生物的定性分析方法12-13
• 1.4.2 微生物的定量分析方法13-14
• 1.5 研究目的、意義和內(nèi)容14-16
• 1.5.1 研究目的和意義14
• 1.5.2 研究內(nèi)容14-15
• 1.5.3 技術(shù)路線15-16
• 第二章 不同氮氧化物對SDM和功能微生物的影響16-29
• 2.1 材料與方法16-20
• 2.1.1 接種污泥16
• 2.1.2 合成廢水16
• 2.1.3 間歇實(shí)驗(yàn)16-17
• 2.1.4 基因組DNA的提取17
• 2.1.5 產(chǎn)甲烷菌的定性分析17-18
• 2.1.6 產(chǎn)甲烷菌的定量分析18-19
• 2.1.7 理化指標(biāo)的測定19
• 2.1.8 統(tǒng)計(jì)分析方法19-20
• 2.2 結(jié)果20-26
• 2.2.1 不同氮氧化物對SDM運(yùn)行的影響20-23
• 2.2.2 不同氮氧化物對古菌種群多樣性的影響23-24
• 2.2.3 不同氮氧化物影響下古菌數(shù)量變化24-26
• 2.2.4 不同氮氧化物影響下產(chǎn)甲烷菌種群結(jié)構(gòu)的變化26
• 2.3 討論26-28
• 2.3.1 NO_3~--N和NO_2~--N對產(chǎn)甲烷活性的抑制26-27
• 2.3.2 NO_3~--N和NO_2~--N對產(chǎn)甲烷菌變化的影響27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 不同碳源下COD/NO_3~--N對SDM體系中功能微生物的影響29-40
• 3.1 材料和方法29-32
• 3.1.1 反應(yīng)器的運(yùn)行29-30
• 3.1.2 分子生物學(xué)分析方法30-31
• 3.1.3 理化指標(biāo)的測定31
• 3.1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法31-32
• 3.2 結(jié)果32-38
• 3.2.1 不同碳源條件下COD/NO_3~--N對SDM運(yùn)行的影響32-34
• 3.2.2 不同碳源條件下COD/NO_3~--N對微生物種群多樣性的影響34-35
• 3.2.3 不同碳源條件下COD/NO_3~--N對微生物種群數(shù)量的影響35-36
• 3.2.4 不同碳源條件下COD/NO_3~--N對產(chǎn)甲烷菌種群結(jié)構(gòu)的影響36-37
• 3.2.5 微生物的空間分布37-38
• 3.3 討論38-39
• 3.3.1 不同碳源條件下COD/NNO_3~--N對SDM運(yùn)行的影響38
• 3.3.2 微生物的變化與運(yùn)行條件的關(guān)系38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 OLR及NLR對SDM中功能微生物的影響40-47
• 4.1 材料與方法40-41
• 4.1.1 反應(yīng)器的運(yùn)行40
• 4.1.2 分子生物學(xué)分析方法40-41
• 4.1.3 理化指標(biāo)的測定41
• 4.1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法41
• 4.2 結(jié)果41-45
• 4.2.1 不同負(fù)荷影響下反應(yīng)器的運(yùn)行41-43
• 4.2.2 不同負(fù)荷對微生物種群多樣性的影響43
• 4.2.3 不同負(fù)荷對微生物種群數(shù)量的影響43-44
• 4.2.4 不同負(fù)荷影響下產(chǎn)甲烷菌種群結(jié)構(gòu)的變化44-45
• 4.3 討論45-46
• 4.3.1 不同負(fù)荷對SDM的影響45
• 4.3.2 運(yùn)行條件和微生物種群變化的關(guān)系45-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第五章 HRT對SDM中產(chǎn)甲烷菌的影響47-52
• 5.1 材料和方法47-48
• 5.1.1 反應(yīng)器的運(yùn)行47
• 5.1.2 分子生物學(xué)分析47
• 5.1.3 理化指標(biāo)的測定47-48
• 5.1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法48
• 5.2 結(jié)果48-50
• 5.2.1 HRT影響下產(chǎn)甲烷菌種群多樣性的變化48
• 5.2.2 HRT影響下產(chǎn)甲烷菌種群數(shù)量和結(jié)構(gòu)的變化48-50
• 5.3 討論50-51
• 5.3.1 HRT對產(chǎn)甲烷菌種群多樣性的影響50
• 5.3.2 HRT對產(chǎn)甲烷菌種群數(shù)量和結(jié)構(gòu)的影響50-51
• 5.4 本章小結(jié)51-52
• 第六章 培養(yǎng)方式對產(chǎn)甲烷菌的影響52-57
• 6.1 材料和方法52-53
• 6.1.1 反應(yīng)器的運(yùn)行52-53
• 6.1.2 分子生物學(xué)分析方法53
• 6.1.3 統(tǒng)計(jì)分析方法53
• 6.2 結(jié)果53-55
• 6.2.1 不同培養(yǎng)方式影響下產(chǎn)甲烷菌種群多樣性的變化53
• 6.2.2 不同培養(yǎng)方式影響下產(chǎn)甲烷菌種群數(shù)量的變化53-55
• 6.3 討論55-56
• 6.3.1 培養(yǎng)方式對產(chǎn)甲烷菌種群多樣性的影響55-56
• 6.3.2 培養(yǎng)方式對產(chǎn)甲烷菌種群數(shù)量和結(jié)構(gòu)的影響56
• 6.4 本章小結(jié)56-57
• 第七章 總結(jié)和展望57-58
• 7.1 總結(jié)57
• 7.2 前景展望57-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-64
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文64

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