Phanerochaete chrysosporium厚垣孢子菌剂的开发及其促进活性污泥降解苯酚的探究

摘要

本实验室筛选到一株真菌Phanerochaete chrysosporium，发现其具有促进好氧颗粒污泥形成、增加染料废水脱色效果和降解苯酚的作用。Mn2+能够诱导P.chrysosporium厚垣孢子的产生，其厚垣孢子能够抵抗不良环境且适应力强，具有一定的产业化潜力。本论文通过对P.chrysosporium的液体发酵条件进行优化，得到最适于厚垣孢子发酵的培养条件:温度37℃、葡萄糖15g/L、酵母粉6g/L、pH4.5左右。此条件下P.chrysosporium生物量和厚垣孢子产量分别为17.92 g/L，5.03×108个/g。
　　利用不同的方法探索厚垣孢子的分散技术，并通过平板计数法计算具有生物活力的厚垣孢子数量。结果表明，匀浆机分散厚垣孢子的分散效果较好。1 g厚垣孢子（湿重），用无菌水10倍稀释，匀浆机分散8 min，得到的厚垣孢子数量最多，为3.25×108个/g。将匀浆机分散后的厚垣孢子进行离心，底部沉淀的厚垣孢子10-6倍稀释，PDA平板涂布，经过48 h、37℃培养，发现具有生物活性的厚垣孢子数量为3×108个/g。
　　将厚垣孢子添加到SBR中，对苯酚废水进行生物强化处理。其中，R1投加厚垣孢子、R2不添加厚垣孢子作为对照。对R1和R2两组反应器不同运行阶段活性污泥的性能、酚降解效率以及微生物群落结构的分析。可以发现反应器整个运行过程中，R1和R2相比，R1的SVI值较低。R1和R2的MLSS曲线在运行初期急剧下降，第4d开始MLSS曲线也开始有一个回升，整个驯化过程中R1的MLSS浓度高于R2。R1的COD去除率比R2更高;在第5d时，R1和R2的COD去除率分别为95.1％和83.3％;反应器运行6d之后，R1的COD去除率维持在95.2-99.0％的水平;在30d的运行过程中，R2的COD去除率始终低于88.0％。反应器运行第6d时，R1和R2的ESS值分别94mg/L和153 mg/L;7 d之后R1的ESS值低于85 mg/L;15 d之后，当苯酚浓度高于1.0g/L时，R2的ESS曲线值的范围98-143 mg/L;整个反应器运行过程中R1的SVI值均低于R2。
　　苯酚降解的动力学分析表明，R1和R2相比，R1对酚的降解效果更好。反应器运行过程中当苯酚浓度为600 mg/L时R1对苯酚的降解速率达到最大值，为1.47 g phenolg-1 VSS day-1;苯酚浓度为400 mg/L时，R2的降酚速率达到最大值，为0.85 g phenol g-1VSS day-1;当苯酚浓度为2000 mg/L时，R1仍然能保持较高的降解速率。R1较高的动力学参数Vmax(5.7 g phenol g VSS-1 d-1)，Ks(570 mg/L)和Ki(270 mg/L)说明R1中的活性污泥对苯酚具有较强的耐受性和降解能力。
　　序列优化后共得到细菌有效序列68602条。R1的各样品Chao1指数分别为1462、2633和2416，R2的各样品Chao1指数分别为2666、2701和2164。两组反应器中活性污泥的Chao1指数均出现了先增加后降低的趋势。R1的Shannon指数第3d为4.05，随着反应器的运行这一数值增加到了4.86，第30d时减至4.56。R2的Shannon指数逐渐降低，但整个运行过程中均高于同时期的R1。两组反应器不同运行时期各样品细菌微生物群落以Actinobacteria（放线菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门）、Firmicutes（厚壁菌门）、Proteobacteria（变形菌门）和Candidate_division_bacterium（未分类细菌）为5个优势细菌菌群。细菌中100个主要的属聚集分布在3个群落聚集区A、B和C。R1中的细菌群落主要分布在B区域。在R2中，细菌群落分布较为分散，A、B和C三个群落分散的分布于R2中。菌群B中Stenotrophomonas、Corynebacteriumn、Propionibacteriaceae、Sphingopyxis、Ideonella、pandoraea、dyella和Sediminibacterium具有较高的相对丰度。
　　序列优化后共得到真核生物有效序列28463条。R1的各样品Chao1指数分别为386、470和934，R2的各样品Chao1指数分别为242、527和528。两组反应器的Chao1指数均呈现了增加的趋势。R1中活性污泥的Shannon指数逐渐增加，各驯化时期分别为2.64、3.15和3.52。R2中的活性污泥Shannon指数则是先增加后降低，且整个运行过程中均低于同时期的R1。从纲的分类水平对两组反应器中的真核类群进行分析可知，在R1中第3d和第15 d时都是Agaricomycetes、Saccharomycetes和Trebouxiophyceae占居优势地位。丝状真菌、酵母菌和微藻类在R1中的第3-15 d相对丰度较高。原生和后生动物的相对丰度在R1中逐渐增加，而在R2中原生和后生动物相对丰度一直较高。在第30d，两个反应器中分布着不同的原生和后生动物。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 目前我国的整体环境状况

1．2 城市污水污染状况及处理设施建设

1．3 苯酚废水及其处理方法

1．3．1 酚废水污染现状

1．3．2 含酚废水处理方法

1．4 活性污泥

1．4．1 活性污泥的形成

1．4．2 活性污泥技术的应用

1．5 生物强化

1．5．1 微生物菌剂的来源及功能

1．5．2 生物强化的作用机制

1．5．3 菌剂的生物强化效果及评价

1．5．4 生物菌剂的开发与应用现状

1．6 白腐真菌在污水处理中的应用

1．7 SBR

1．7．1 SBR的运行操作过程

1．7．2 SBR的主要特点

1．8 P．chrysosporium厚垣孢子

1．9 环境微生物群落多样性分析

2．0 立题依据及意义

第二章 P．chrysosporium厚垣孢子发酵条件优化

2．1 前言

2．2 实验材料

2．2．1 菌种

2．2．2 仪器

2．2．3 培养基

2．3 实验方法

2．3．1 孢子悬液的制备

2．3．2 发酵参数优化

2．3．3 生物量和厚垣孢子的产量的计算

2．4 结果和分析

2．4．1 碳源对P．chrysosporium液体发酵生物量及厚垣孢子产量的影响

2．4．2 氮源对P．chrysosporium液体发酵生物量及厚垣孢子产量的影响

2．4．3 温度对P．chrysosporium液体发酵生物量及厚垣孢子产量的影响

2．4．4 pH对P．chrysosporium液体发酵生物量及厚垣孢子产量的影响

2．5 小结

第三章 P．chrysosporium厚垣孢子的产业化开发探究

3．1 前言

3．2 实验材料

3．2．1 菌种

3．2．2 仪器

3．2．3 培养基

3．3 实验方法

3．3．1 P．chrysosporium菌丝球不同分散技术的比较

3．3．2 分散后有生物活力的厚垣孢子数量统计

3．4 结果和分析

3．4．1 P．chrysosporium菌丝球不同分散技术的比较

3．4．2 分散后有生物活力的厚垣孢子数量统计

3．5 小结

第四章 厚垣孢子对SBR中活性污泥降酚效果及其微生物群落结构的影响

4．1 前言

4．2 实验材料

4．2．1 菌种

4．2．2 培养基

4．2．3 种子污泥

4．2．4 人工合成废水

4．3 实验方法

4．3．1 反应器运行模式

4．3．2 污泥性质的测定

4．3．3 苯酚降解的动力学分析

4．3．4 用454高通量测序技术研究活性污泥微生物群落结构

4．4 结果和分析

4．4．1 活性污泥性质的测定

4．4．2 苯酚降解的动力学分析

4．4．3 活性污泥中微生物群落的生物信息学分析

4．5 小结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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