短程硝化工艺的实现与耐盐驯化及其微生物群落结构变化研究

摘要

高盐废水中的盐分会对微生物产生一定的抑制和毒害作用，目前生物法处理高盐废水时，为减少盐分对微生物的抑制作用，通常采用直接利用嗜盐菌或对已有微生物进行耐盐驯化的方法进行强化处理。本试验采用固定床生物膜反应器，在实现短程硝化工艺的基础上，逐步提高进水盐度，进而实现微生物的耐盐驯化，探明自养反应器与异养反应器氨氮去除率、亚硝酸化率与盐度变化之间的关系，并分析自养与异养短程硝化生物膜微生物数量、种群多样性动态变化、amoA基因表达的变化特征，初步阐明盐分胁迫对短程硝化微生物生态调控机制，为高盐废水的新型生物脱氮理论和工艺的开发提供科学依据。研究主要结论如下:
　　(1)采用限制供氧的策略，分别在自养反应器和异养反应器中均实现并强化了短程硝化工艺，在强化末期，自养反应器和异养反应器的氨氮去除率和亚硝化率均超过了80％。细菌16SrRNA基因克隆文库结果表明，自养反应器克隆文库的序列可以分为6个类群:拟杆菌（Bacteroidetes）、变形菌（Proteobacteria）、浮霉菌（Planctomycetes）、绿弯菌（Chloroflexi）、疣微菌（Verrucomicrobia）和绿菌（Chlorobi）;异养反应器克隆文库的序列可以分为8个类群:变形菌（Proteobacteria）、拟杆菌（Bacteroidetes）、绿弯菌（Chloroflexi）、浮霉菌（Planctomycetes）、梭杆菌（Fusobacteria）、酸杆菌（Acidobacteria）、螺旋体（Spirochaetes）和厚壁菌（Firmicutes）。多样性指数分析结果表明，异养反应器中的细菌多样性明显高于自养反应器，群落结构也更复杂。
　　(2)在盐分浓度不断增加的过程中，自养反应器的氨氮去除率和亚硝化率基本上都维持在80％以上，异养反应器的氨氮去除率和亚硝化率基本上维持在70％和90％以上，实现了短程硝化微生物的耐盐性驯化。荧光定量PCR结果表明，两个反应器的总细菌数量和氨氧化细菌(AOB)数量均不断下降，自养反应器中AOB数量占总细菌数量的比例呈现出一个下降又上升的过程，异养反应器中AOB数量占总细菌数量的比例呈现出一个逐渐下降的过程，异养系统较自养系统更易受到盐分的抑制作用。DGGE图谱分析结果表明，自养反应器和异养反应器的微生物群落结构存在明显差异，描述微生物群落结构的香农-威纳(Shannon-Wiener)多样性指数(H)和辛普森指数(Simpson'sindex，D)均随着盐分浓度（以NaCl计）的增加而降低;DGGE条带测序结果分析显示，自养反应器中的AOB为亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas），异养反应器中的AOB包括亚硝化螺菌属（Nitrosospira）和亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 生物脱氮工艺研究进展

1．1．1 传统生物脱氮工艺

1．1．2 新型生物脱氮工艺

1．2 高盐废水生物脱氮现状

1．2．1 高盐废水的定义

1．2．2 高盐废水的来源

1．2．3 高盐废水生物脱氮现状

1．3 研究环境微生物常见的分子生物学技术

1．3．1 基因克隆文库

1．3．2 变性梯度凝胶电泳

1．3．3 实时荧光定量PCR

1．4 研究目标和内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

第二章 短程硝化工艺的实现及其微生物群落结构研究

2．1 材料与方法

2．1．1 试验装置

2．1．2 接种污泥

2．1．3 试验废水

2．1．4 反应器运行策略

2．1．5 常规测试项目与方法

2．1．6 样品采集和DNA的提取

2．1．7 克隆文库的构建与分析

2．2 结果与讨论

2．2．1 短程硝化工艺的实现

2．2．2 短程硝化生物膜的群落结构

2．3 本章小结

第三章 短程硝化工艺的耐盐驯化及其微生物群落结构变化

3．1 材料与方法

3．1．1 试验装置及废水

3．1．2 反应器运行策略

3．1．3 常规测试项目与方法

3．1．4 样品采集和DNA的提取

3．1．5 荧光定量PCR

3．1．6 聚合酶链反应—变性梯度凝胶电泳

3．2 结果与讨论

3．2．1 短程硝化的耐盐驯化

3．2．2 盐分对短程硝化微生物数量的影响

3．2．3 盐分对短程硝化微生物群落结构的影响

3．3 本章小结

第四章 结论与展望

4．1 研究结论

4．2 主要创新点

4．3 研究展望

参考文献

作者简历、科研成果及奖励