中空纖維膜生物反應器富集反硝化厭氧甲烷氧化菌群的研究

【摘要】：甲烷厭氧氧化(AOM)對控制全球厭氧環(huán)境中甲烷的排放起到非常重要的作用.最近報道發(fā)現(xiàn),在陸地淡水環(huán)境中也可以發(fā)生耦合反硝化的甲烷厭氧氧化過程(DAMO).該過程可以由一種稱為NC10的DAMO細菌在有或者沒有DAMO古菌(ANME)下完成,但是該類菌群對富集條件要就嚴格、倍增時間長且難以純培養(yǎng).已經(jīng)報道的DAMO過程富集的時間非常漫長(5-16月),DAMO菌群的反硝化功能需要經(jīng)歷長時間的富集培養(yǎng)才會表現(xiàn)出來且其反硝化速率低,這可能是因為甲烷在水中的溶解度低以致DAMO過程受甲烷傳質(zhì)的限制. 本課題是利用中空纖維反應器膜絲的特殊結(jié)構(gòu)增加甲烷的傳質(zhì)能力來試圖快速富集DAMO菌群.實驗采取位于珠江三角洲的佛山容桂河流和長江三角洲的無錫太湖與蘇州獨墅湖底泥作為接種源.實驗發(fā)現(xiàn)接種三個地點底泥的中空纖維膜反應器在很短的時間(2個月)內(nèi)都成功地表現(xiàn)出DAMO過程.容桂反應器反硝化速率最終達到30mg N L-1d-1,獨墅湖反應器反硝化速率抑制前可以達到60mg N L-1d-1,抑制后最終為40mg N L-1d-1,太湖反應器因沒有受到抑制其反硝化速率高達60mg N L-1d-1,該三個反應器的反硝化速率遠遠地高于已報道的DAMO反硝化速率.與batch小瓶實驗相比,相同生物量的微生物,中空纖維膜反應器承受更高的硝氮負荷,高達到200mg N L-1,而前者不到30mg N L-1.但是,當硝氮負荷高于240mg N L-1,反應器中明顯有亞硝氮的積累,且反應器中的微生物受到積累亞硝氮的抑制. 太湖反應器中的微生物關于細菌和古菌的一代測序后經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn),反應器中存在優(yōu)勢細菌有兩種,一種與DAMO細菌有較遠距離的親緣關系,另一種屬于變形菌門,存在優(yōu)勢古菌只有一種,且與AMO古菌(ANME-1和ANME-2)親緣關系較近.容桂河流和獨墅湖反應器的二代測序發(fā)現(xiàn)該兩反應器菌群都比較復雜,皆以屬于廣古菌門的DAMO古菌占絕對優(yōu)勢,分別為40%和37%,而屬于硝化螺旋菌門的DAMO細菌皆為12%左右,其他雜菌共占有用45-50%,以厭氧繩菌、消化螺旋菌、硫酸鹽還原菌為主.厭氧繩菌和硝化螺旋菌等細菌常常出現(xiàn)在污水廠和厭氧氨氧化環(huán)境中,硫酸鹽還原菌因培養(yǎng)基中含有硫酸鹽的緣故.此外,該兩反應器還存在有≤4%的屬甲基球菌屬的好氧甲烷氧化菌.因此,該兩反應器發(fā)生了DAMO過程的同時,可能也發(fā)生了甲烷厭氧氧化耦合硫酸鹽還原過程(SAMO)和好氧甲烷氧化過程. 【關鍵詞】：甲烷 硝酸鹽 厭氧甲烷氧化 中空纖維膜反應器 快速富集
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X703;X172
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第一章 綜述10-26
• 1.1 引言10-11
• 1.2 甲烷好氧氧化11-12
• 1.3 甲烷厭氧氧化12-19
• 1.3.1 甲烷厭氧氧化類型13-16
• 1.3.2 甲烷厭氧氧化途徑16-19
• 1.4 中空纖維膜反應器19-20
• 1.5 本實驗的研究目的和意義20-21
• 1.5.1 研究目的20
• 1.5.2 研究意義20-21
• 參考文獻21-26
• 第二章 采樣與分析(DAMO過程)26-37
• 2.1 采樣點選擇原則26-27
• 2.2 材料27-29
• 2.2.1 采樣點地理分布和采樣時間27
• 2.2.2 采樣地概況27-29
• 2.3 分析方法29-31
• 2.3.1 氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮的分析29
• 2.3.2 溶解甲烷分析29-30
• 2.3.3 水中溫度、pH、DO、COD測定30
• 2.3.4 DAMO菌群鑒定30-31
• 2.4 結(jié)果與討論31-34
• 本章小結(jié)34-35
• 參考文獻35-37
• 第三章 中空纖維膜生物反應器富集DAMO菌群37-50
• 3.1 中空纖維膜生物反應器37-38
• 3.2 DAMO菌群富集38-44
• 3.2.1 培養(yǎng)基38-39
• 3.2.2 接種馴化39-40
• 3.2.3 結(jié)果40-42
• 3.2.4 總結(jié)與討論42-44
• 3.3 Batch實驗44-46
• 3.3.1 材料和方法44
• 3.3.2 結(jié)果討論44-46
• 本章小結(jié)46-47
• 參考文獻47-50
• 第四章 DAMO菌群分析50-64
• 4.1 熒光原位雜交(FISH)分析DAMO菌群50-55
• 4.1.1 FISH50
• 4.1.2 FISH在DAMO過程的應用50-51
• 4.1.3 材料與方法51-53
• 4.1.4 結(jié)果討論53-55
• 4.2 16s rRNA鑒定DAMO菌群55-60
• 4.2.1 DNA模板提取和PCR55
• 4.2.2 分子生物學菌群分析55-60
• 4.3 討論60-61
• 本章小結(jié)61-62
• 參考文獻62-64
• 第五章 結(jié)論與展望64-65
• 致謝65-66
• 在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文和取得的研究成果66

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