厌氧驯化污泥降解2,4,6-TCP特性及脱氯微生物群落研究

摘要

随着现代化学工业的发展，人类向自然环境中排放大量难降解有毒有机物。如氯酚类化合物，给生态环境带来巨大的危害。因此，如何去除环境中的酚类物质是当下比较关注的课题，利用厌氧微生物降解氯酚类物质是一种经济有效的方法。本文利用驯化厌氧污泥降解2，4，6-三氯苯酚(2，4，6-TCP)，研究其降解规律、代谢特性以及环境因子对降解效果的影响并利用现代分子生物学技术——高通量测序技术对脱氯微生物的种属等生物信息进行测定和分析，揭示氯酚厌氧还原脱氯规律，深入脱氯机理，为加速还原脱氯的方法、实现多氯酚的彻底矿化及实际应用提供理论基础。本论文取得了如下研究成果。
　　利用可密封厌氧反应装置，接种活性污泥，以乳酸钠为电子供体2，4，6-TCP为电子受体，成功获得可快速降解2，4，6-TCP的厌氧污泥，说明通过驯化的方法能够富集具有脱氯能力的厌氧菌群。驯化污泥可快速脱除氯酚的邻位氯，对对位氯的脱除十分有限，表现出明显的底物专一性。对代谢产物进行分析发现，2，4，6-TCP厌氧降解的中间产物有2，4-DCP、4-氯酚(4-CP)、苯酚，且2,4-DCP的检出率很低，因此推测可能有2种代谢途径，即直接一步脱除两个氯原子生成4-CP或者先脱除一个氯原子生成2，4-DCP再进一步脱氯生成4-CP。
　　通过扫描电子显微镜观察驯化污泥的微观形态，与接种污泥比较发现，驯化污泥球菌数量增多，推测厌氧污泥驯化出较多脱氯球菌。通过高通量测序分析驯化污泥的种群结构，发现，驯化污泥富集了大量的产氢产乙酸菌，是驯化污泥的优势种群，说明这类菌的存在对脱氯有重要意义。虽然产氢产乙酸菌并不具有脱氯功能，但可与脱氯菌互营共生，起到释氢作用。此外，驯化污泥中还含有一定数量的硫还原细菌，此类微生物一直被认为与脱氯现象密切相关，有的种属具有脱氯功能，这个发现对认识脱氯现象有重要的意义。
　　通过厌氧间歇实验考察电子受体对厌氧污泥脱氯降解影响。结果表明，驯化污泥可进行硫酸盐还原，硫酸盐的存在抑制2，4，6-TCP的降解，浓度越高，抑制越明显，明显抑制浓度为5mM。同时，系统内亦存在硝酸盐还原作用，且硝酸盐对2，4，6-TCP的抑制作用较硫酸盐显著，当加入1mM硝酸盐时，便可明显抑制2，4，6-TCP的脱氯速率。
　　利用亨盖特厌氧技术研究各种环境因素对驯化污泥脱氯的影响，发现，一定浓度的电子供体对实现驯化污泥快速脱氯是必要的。乳酸钠浓度在0-10mM时，其浓度和脱氯速度成正比。以甲酸钠、乙酸钠、乳酸钠和葡萄糖作为驯化厌氧污泥的电子供体，同摩尔加入时，其降解效率依次为:乳酸钠＞乙酸钠＞甲酸钠≥葡萄糖，与其提供的电子数成正比。当反应体系中加入等电子当量的乳酸钠、乙酸钠、甲酸钠时，2，4，6-TCP的降解效率接近。
　　实验还考察了Eh和pH对驯化污泥脱氯的影响，结果发现O2会抑制脱氯过程，导致脱氯停止，证明驯化污泥中的脱氯微生物是严格厌氧菌;脱氯反应Eh范围为-150～-220mV;最适pH为7.5-8。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 生物脱氯概述

1．2．2 厌氧还原脱氯机理

1．2．3 厌氧还原脱氯影响因素

1．2．4 厌氧脱氯微生物的驯化及代谢产物

1．3 厌氧脱氯微生物及种群结构

1．3．1 脱氯微生物

1．3．2 高通量测序分析种群结构

1．4 本项目的研究意义与内容

1．4．1 本项目的研究内容

1．4．2 本项目的研究意义

第2章 2，4，6-TCP厌氧污泥的驯化及特性

2．1 实验材料与方法

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．1．3 厌氧驯化污泥的操作与实验条件

2．1．4 实验操作

2．1．5 分析方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 厌氧污泥对2，4，6-TCP的去除情况

2．2．2 驯化污泥降解2，4，6-TCP特性

2．2．3 4-CP积累对2，4，6-TCP降解的影响

2．2．4 2，4，6-三氯酚厌氧降解途径

2．2．5 驯化污泥对不同取代位置氯酚的降解

2．2．6 反应体系中的Eh和pH

2．2．7 厌氧／好氧联合降解多氯酚

2．3 本章小结

第3章 厌氧脱氯污泥种群结构研究

3．1 研究方法

3．1．1 扫描电镜预实验方法

3．1．2 高通量测序的实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 污泥微观形态学观察

3．2．2 高通量测序结果分析

3．3 本章小结

第4章 驯化污泥降解2，4，6-TCP影响因素

4．1 研究方法

4．1．1 培养基的配制

4．1．2 厌氧间歇实验方法

4．1．3 分析方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 硫酸盐对驯化污泥脱氯的影响

4．2．2 硝酸盐对驯化污泥脱氯的影晌

4．2．3 电子供体对脱氯速率的影响

4．2．4 驯化污泥降解2，4，6-TCP pH生态位

4．2．5 O2对厌氧污泥脱氯的影响

4．3 本章小结

第5章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

声明