污水處理過程中短程硝化的微生物生態(tài)調(diào)控技術(shù)研究

【摘要】：近年來,隨著分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,在氮污染防治和氮的地球生物化學(xué)循環(huán)等研究領(lǐng)域,取得了突破性的重大進(jìn)展。尤其是在污水處理系統(tǒng)中,氨氮的有效去除一直是研究者們關(guān)注的問題?；茏责B(yǎng)氨氧化細(xì)菌負(fù)責(zé)氨氮的去除,即將氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽,這一過程也是硝化反應(yīng)中的限速步驟。本研究中運(yùn)用,PCR,分了克隆文庫構(gòu)建,16S rDNA序列同源性分析,磷脂脂肪酸圖譜分析等多種分子生物學(xué)分析方法,對短程硝化系統(tǒng)中的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,結(jié)合相關(guān)的部分污水處理參數(shù),可以推斷出工藝的運(yùn)行狀態(tài)和處理效果。 在不同的短程硝化工藝中的微生物群落具有顯著差異,各種微生物菌群的含量和種類也有所不同。通過磷脂脂肪酸圖譜分析方法的研究,結(jié)果表明,短程硝化工藝中的微生物群落以細(xì)菌為優(yōu)勢類群,而細(xì)菌群落又以好氧原核微生物為優(yōu)勢類群,但系統(tǒng)中微生物群落隨運(yùn)行工況的不同發(fā)生了變化且在空間結(jié)構(gòu)上也有所區(qū)別,同時(shí)真菌無論比重大小,總是與好氧細(xì)菌同時(shí)存在,SRB及其他厭氧細(xì)菌只在氣水比較小或進(jìn)水有機(jī)物濃度較高的時(shí)候出現(xiàn),表現(xiàn)出了與好氧硝化作用機(jī)理一致的規(guī)律。 對細(xì)菌16S rDNA片段克隆文庫的克隆子序列同源性分析結(jié)果顯示,細(xì)菌群落的多樣性豐富,經(jīng)過酶切分型后,至少存在26個(gè)OTUs。測序結(jié)果表明,這些細(xì)菌屬于變形菌門、綠菌門、硝化螺旋菌門、擬桿菌門、酸桿菌門、Candidate division TM7、綠彎菌門、浮霉菌門、厚壁菌門等9個(gè)類群。A/O工藝和低氧短程硝化工藝的細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)有明顯不同：但是優(yōu)勢菌群較為類似,均為β-變形菌綱。兩種不同的工藝條件下的綠彎菌門、擬桿菌門和綠菌門的系統(tǒng)進(jìn)化都比較接近。反應(yīng)系統(tǒng)中承擔(dān)亞硝酸鹽氧化功能的硝化螺旋菌門在A/O工藝條件下的比例較高,占克隆文庫的8.2%,而在低氧短程硝化工藝條件下沒有檢出,這主要是由于低氧系統(tǒng)溶解氧的量比較低,亞硝酸氧化菌含量較低,從而導(dǎo)致其在文庫中的比例較低,甚至消失,低氧短程硝化工藝更有利于亞硝酸鹽的積累,實(shí)現(xiàn)短程硝化。低氧短程硝化工藝中具有厭氧氨氧化功能浮霉菌門的比例9.3%遠(yuǎn)大于A/O工藝中的2.4%,低氧短程硝化工藝更有利于串聯(lián)厭氧氨氧化工藝,實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化過程。 最后,本文對低氧短程硝化系統(tǒng)中的氨氧化細(xì)菌的amoA基因片段進(jìn)行分析。結(jié)果表明,測序得到的AOB大多屬于β-變形菌綱的Nitrosomonas屬。此菌落中還可能存在著屬于γ-變形菌綱的亞硝化球菌屬(Nitrosococcus)的N.halophilus種。亞硝化螺菌屬(Nitrosopira]和亞硝化球菌屬(Nitrosococcus)與樣品也具有很高的同源性。 綜合上述的研究成果,可以看出,不同工藝條件的變化,都直接影響活性污泥中的種群數(shù)量,群落結(jié)構(gòu)及其活性,從而影響到短程硝化過程中發(fā)揮作用的氨氧化菌的生長,影響到污水的處理效果。在短程硝化過程中發(fā)揮作用的氨氧化菌雖然已經(jīng)被我們所認(rèn)知,但是它在工藝中的作用機(jī)理我們還有待深入研究。 【關(guān)鍵詞】：短程硝化 活性污泥 PLFAs 16S rDNA克隆文庫 細(xì)菌群落 AOB
【學(xué)位授予單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 廢水生物脫氮工藝12-15
• 1.2.2 環(huán)境微生物技術(shù)15-17
• 1.3 本課題研究的目的與意義17-18
• 1.4 本課題研究的技術(shù)路線18-19
• 第2章 短程硝化運(yùn)行工藝19-23
• 2.1 短程硝化工藝的發(fā)展19-20
• 2.2 短程硝化工藝的原理及特點(diǎn)20-21
• 2.2.1 短程硝化工藝的原理20
• 2.2.2 短程硝化工藝的特點(diǎn)20-21
• 2.3 短程硝化工藝各參數(shù)及其影響21-23
• 第3章 樣品的采集及預(yù)處理23-27
• 3.1 樣品的采集23
• 3.2 樣品的預(yù)處理及短程硝化污泥中總DNA的提取23-27
• 3.2.1 儀器與試劑23-25
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法25-27
• 第4章 分析磷脂脂肪酸的方法(PLFA)研究細(xì)菌群落的多樣性27-36
• 4.1 引言27-29
• 4.2 材料與方法29-30
• 4.2.1 樣品采集29
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑與方法29-30
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析30-35
• 4.3.1 PLFA的組成和相對含量30-31
• 4.3.2 基質(zhì)微生物的群落結(jié)構(gòu)及分布特征31-32
• 4.3.3 特征脂肪酸的比值分布及意義32-34
• 4.3.4 PLFA應(yīng)用評價(jià)34-35
• 4.4 本章小結(jié)35-36
• 第5章 克隆文庫的方法研究細(xì)菌群落的多樣性36-55
• 5.1 引言36-37
• 5.2 材料與方法37-40
• 5.2.1 16S rDNA擴(kuò)增38-39
• 5.2.2 PCR產(chǎn)物的切膠回收39
• 5.2.3 T-載體連接39-40
• 5.2.4 轉(zhuǎn)化大腸肝菌DH5α感受態(tài)細(xì)胞40
• 5.2.5 克隆子的篩選與驗(yàn)證40
• 5.2.6 克隆子的液體培養(yǎng)與測序40
• 5.3 細(xì)菌的16S rDNA克隆文庫的多樣性分析40-41
• 5.3.1 短程硝化A/O工藝下細(xì)菌的16S rDNA克隆文庫的多樣性分析41
• 5.3.2 低氧短程硝化工藝下細(xì)菌的16S rDNA克隆文庫的多樣性分析41
• 5.3.3 短程硝化不同工藝下細(xì)菌的16S rDNA克隆文庫的多樣性比較41
• 5.4 細(xì)菌的16S rDNA群落多樣性分析41-50
• 5.4.1 短程硝化A/O工藝下細(xì)菌的16S rDNA群落多樣性分析41-46
• 5.4.2 低氧短程硝化工藝下細(xì)菌的16S rDNA群落多樣性分析46-50
• 5.4.3 短程硝化不同工藝下細(xì)菌的16S rDNA群落多樣性分析50
• 5.5 細(xì)菌16S rDNA親緣關(guān)系分析50-54
• 5.6 本章小結(jié)54-55
• 第6章 氨氧化細(xì)菌(AOB)的研究55-59
• 6.1 引言55-56
• 6.2 材料與方法56
• 6.2.1 目的基因的擴(kuò)增56
• 6.2.2 PCR產(chǎn)物的切膠回收56
• 6.2.3 T-載體連接56
• 6.2.4 轉(zhuǎn)化大腸肝菌DH5α感受態(tài)細(xì)胞56
• 6.2.5 克隆子的篩選與驗(yàn)證56
• 6.2.6 克隆子的液體培養(yǎng)與測序56
• 6.3 氨氧化細(xì)菌的克隆文庫的多樣性分析56
• 6.4 氨氧化細(xì)菌的群落多樣性分析56-57
• 6.5 氨氧化細(xì)菌的親緣關(guān)系分析57-58
• 6.6 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文和申請的專利65-66
• 致謝66

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