产氢产乙酸细菌在厌氧产酸体系中的微生态机理分析

摘要

厌氧生物处理方法日渐成为公认的治理废水的有效途径之一。废水厌氧生物处理过程具有很多优势如有机物去除率较高、低能量消耗等，且在去除污染物的同时，还可以利用废水中有机物生产高附加值产品，如挥发性脂肪酸(VFAs)。通过废水厌氧发酵生产VFAs是实现废水资源化的一条新途径。 产氢产乙酸细菌在厌氧产酸过程中具有至关重要的作用。本文首先建立了检测厌氧体系中产氢产乙酸细菌的荧光原位杂交方法(FISH)。以基于16SrRNA序列设计的特异性寡核苷酸探针为基础，优化FISH实验条件，确定该技术检测产氢产乙酸细菌的实验条件为样品固定19h、乙醇脱水5min，杂交缓冲液中甲酰胺浓度55％。运用建立的FISH技术检测了几种厌氧消化体系中产氢产乙酸细菌的数量，并与用传统MPN方法的结果进行了比较。结果表明，产氢产乙酸细菌分布广泛，废水处理UASB反应器和动物消化道，特别是反刍动物瘤胃中的产氢产乙酸细菌数量较高，其丰度分别为1.70×109cells/mL样品，6.50×108cells/mL样品。湖底沉积物中产氢产乙酸细菌只占整个微生物群落的极少部分，含量为1.20×108cells/mL样品。 以建立的FISH技术为基础，采用2-溴乙烷磺酸钠(BES)和氯仿两种产甲烷细菌抑制剂研究厌氧发酵过程代谢途径和末端产物的变化规律，并应用FISH技术分析发酵内部微生物的动态特征。研究发现，BES添加量与污染物浓度存在一定比例关系，污染物浓度越高，BES添加量就越大；BES增加了发酵过程VFAs的种类，引起了代谢途径类型的变化；提高了乙酸、丙酸、丁酸等各种VFAs的产量，使VFAs一直维持在最高产量。与BES相比，氯仿的抑制效果更佳，在增加VFAs种类和提高VFAs产量等的同时，加快了酸化速度并缩短了发酵周期，使乙酸、丙酸、丁酸等产物在短时间内达到最大值并得到累积。BES和氯仿两种抑制剂都在不同程度上对产氢产乙酸细菌产生了抑制作用。但是，食丙酸盐产氢产乙酸细菌和食丁酸盐产氢产乙酸细菌变化规律分别与丙酸、丁酸浓度无直接相关关系(p>0.05)，产氢产乙酸细菌变化规律与乙酸浓度也无直接相关关系(p>0.05)，产氢产乙酸细菌没有直接从数量上反映与相关产物之间的关系，而是通过细菌代谢活性体现对各种发酵产物的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.2产氢产乙酸细菌在厌氧降解中的作用

1.2.1生物学特性

1.2.2研究历史和现状

1.2.3物种多样性和系统发育学

1.3影响VFAs产量的因素

1.3.1温度

1.3.2 pH

1.3.3水力停留时间

1.3.4氧化还原电位

1.3.5基质种类和形态

1.4微生物抑制类型

1.4.1化学抑制剂

1.4.2 VFAs

1.4.3长链／中链脂肪酸

1.4.4其他抑制剂

1.4.5人工处理方法

1.5研究中存在的问题以及本论文的研究内容、目的与意义

1.5.1课题背景和研究意义

1.5.2研究内容

第二章厌氧生境体系中产氢产乙酸细菌的FISH定量解析

2.1引言

2.2材料和方法

2.2.1材料

2.2.2样品预处理

2.2.3载玻片的准备

2.2.4探针的选用

2.2.5总微生物检测

2.2.6荧光显微镜检测条件

2.2.7原位杂交，镜检和计数

2.2.8 FISH实验条件优化

2.2.9样品测定

2.3结果和讨论

2.3.1 FISH检测方法的建立与条件优化

2.3.2不同环境样品中产氢产乙酸细菌的数量

2.3.3 FISH方法和其它方法比较

2.4结论

第三章2-溴乙烷磺酸盐抑制作用下厌氧水解产酸体系中产氢产乙酸细菌生态学研究

3.1引言

3.2材料与方法

3.2.1实验设计和实验条件

3.2.2分析方法

3.3结果与讨论

3.3.1葡萄糖变化规律

3.3.2产物构成分布

3.3.3 VFAs变化规律

3.4产氢产乙酸细菌生态特征

3.4.1产氢产乙酸细菌的动态变化

3.4.2产氢产乙酸细菌对液相产物的影响

3.5结论

第四章氯仿抑制作用下厌氧水解产酸体系中产氢产乙酸细菌生态学研究

4.1前言

4.2材料与方法

4.3结果与讨论

4.3.1葡萄糖变化规律

4.3.2产物构成分布

4.3.3 VFAs变化规律

4.4产氢产乙酸细菌生态特征

4.4.1产氢产乙酸细菌的动态变化

4.4.2产氢产乙酸细菌对液相产物的影响

4.5结论

第五章结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文