污水處理廠微生物群落結(jié)構(gòu)及胞外聚合物組分分析

【摘要】：A2/O工藝是一種常用的污水生物處理工藝。在污水生物處理系統(tǒng)中,污染物的去除過程本質(zhì)上是微生物自身的的代謝過程。微生物的種類、數(shù)量及群落結(jié)構(gòu)的演替直接影響系統(tǒng)對污染物的去除。因此,對污水生物處理系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)的研究顯得尤為必要。本研究采用Mi Seq高通量技術(shù)對城市污水廠厭氧、缺氧和好氧污泥樣品進行了DNA測序,結(jié)果表明:系統(tǒng)中微生物種類繁多,多樣性較高。好氧池和厭氧池中,優(yōu)勢菌門是Proteobacteria(最優(yōu)勢菌門)、Firmicutes、Bacteroidetes和Chloroflexi;缺氧池中優(yōu)勢菌門為Bacteroidetes(最優(yōu)勢菌門),Planctomycetes、Proteobacteria、Acidobacteria和Firmicutes。三種污泥樣品中最優(yōu)勢菌屬均為Terrimonas。整個系統(tǒng)中硝化細菌群落結(jié)構(gòu)較為單一,AOB只有Nitrosomonas,NOB只有Nitrospira。而反硝化細菌多樣性高,好氧池中存在大量好氧反硝化細菌,整個系統(tǒng)的自養(yǎng)反硝化細菌數(shù)量極少。EPS是活性污泥絮體的重要組成部分,它可以吸附污水中的金屬離子[1]和有機污染物[2],對微生物聚集體的形成和結(jié)構(gòu)的維持具有重要作用[3],還可以保護微生物減小外部不利環(huán)境的沖擊。本研究采用超聲法提取城市污水處理廠和高鹽廢水處理系統(tǒng)活性污泥中的EPS,并測定其中蛋白質(zhì)和多糖的含量,發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)為EPS的主要成分。紅外光譜和三維熒光光譜證明了EPS中蛋白質(zhì)和多糖的存在,還發(fā)現(xiàn)高鹽厭氧池的EPS中可能存在腐殖酸。聚集沉降實驗結(jié)果表明,EPS有利于污泥聚集,且好氧污泥的EPS比厭氧污泥的EPS對污泥聚集的作用大,高鹽厭氧池的EPS對污泥的聚集影響很小。胞外蛋白作為EPS的主要成分,其性質(zhì)很大程度上決定了EPS的性質(zhì),進而影響污泥聚體的特性和功能。用基于LC-MS/MS技術(shù)的鳥槍法對污水處理廠活性污泥中的胞外蛋白進行鑒定。根據(jù)基因本體論注釋(GOA)分別對厭氧、缺氧和好氧污泥中鑒定出的130、108和114種胞外蛋白進行分類,結(jié)果表明,三種污泥的胞外蛋白參與的生物過程、主要來源和分子功能都基本相同。胞外蛋白主要來源于細胞溶解,參與最多的都是代謝過程、細胞加工過程和單一生物體過程,主要的分子功能是催化活性和結(jié)合活性。說明胞外蛋白具有催化、降解和結(jié)合多價陽離子與有機分子的潛在功能。厭氧污泥和好氧污泥結(jié)構(gòu)的差異可能與它們中所含的催化活性蛋白有關(guān)。本研究從微觀角度揭示了微生物群落結(jié)構(gòu)、EPS組成和特性以及胞外蛋白種類和功能等信息,有助于對活性污泥特性的深入了解,為生物廢水處理工藝的宏觀調(diào)控提供了理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：A2/O工藝 微生物群落結(jié)構(gòu) 胞外聚合物 胞外蛋白
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 A~2/O工藝簡介9-10
• 1.2 微生物群落結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.1 污水生物處理系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)10
• 1.2.2 分子生物學(xué)技術(shù)及應(yīng)用10-11
• 1.3 胞外聚合物的研究進展11-16
• 1.3.1 胞外聚合物定義11-12
• 1.3.2 胞外聚合物成分12
• 1.3.3 胞外聚合物提取方法12-13
• 1.3.4 胞外聚合物主要性質(zhì)13-14
• 1.3.5 鹽度對胞外聚合物成分和性質(zhì)的影響14
• 1.3.6 胞外聚合物表征14-16
• 1.4 胞外蛋白的研究進展16-18
• 1.4.1 蛋白質(zhì)組學(xué)16-17
• 1.4.2 胞外蛋白研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 研究目的和意義18
• 1.6 研究內(nèi)容18-20
• 2 微生物群落分析20-32
• 2.1 材料與方法20-21
• 2.1.1 活性污泥20
• 2.1.2 DNA提取和檢測20
• 2.1.3 Mi Seq測序20
• 2.1.4 OTU20-21
• 2.2 結(jié)果與討論21-30
• 2.2.1 微生物多樣性分析21-23
• 2.2.2 微生物群落結(jié)構(gòu)分析23-26
• 2.2.3 優(yōu)勢菌屬及功能菌屬分析26-30
• 2.3 小結(jié)30-32
• 3 胞外聚合物成分分析32-42
• 3.1 材料與方法32-33
• 3.1.1 實驗材料32
• 3.1.2 提取方法32
• 3.1.3 化學(xué)分析32-33
• 3.1.4 紅外光譜33
• 3.1.5 三維熒光光譜33
• 3.1.6 聚集試驗33
• 3.2 結(jié)果與討論33-41
• 3.2.1 EPS成分分析33-34
• 3.2.2 EPS的紅外光譜34-37
• 3.2.3 EPS的三維熒光光譜37-39
• 3.2.4 EPS對細胞的聚集作用39-41
• 3.3 小結(jié)41-42
• 4 胞外蛋白的組成和功能42-56
• 4.1 材料與方法42-43
• 4.1.1 實驗材料42
• 4.1.2 EPS提取和胞外蛋白純化42
• 4.1.3 胞外蛋白酶解42
• 4.1.4 鳥槍法42-43
• 4.1.5 數(shù)據(jù)分析43
• 4.1.6 傅里葉變換紅外光譜43
• 4.2 結(jié)果與分析43-54
• 4.2.1 胞外蛋白的紅外光譜43-44
• 4.2.2 等電點和分子量分布44-46
• 4.2.3 胞外蛋白的來源與功能46-54
• 4.3 討論54
• 4.4 小結(jié)54-56
• 5 結(jié)論與建議56-58
• 5.1 結(jié)論56-57
• 5.2 建議57-58
• 致謝58-59
• 參考文獻59-70
• 附錄70-72
• A. 作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄70-71
• B. 附表71-72

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