洛克沙胂对生物脱氮过程的干预及其行为研究

摘要

洛克沙胂（4-羟基-3-硝基苯砷酸）是一种被广泛用于畜禽养殖业的饲料添加剂，其很难在动物体内转化，会随动物的排泄进入环境。环境中的洛克沙胂容易在生物或非生物的作用下转化为毒性和迁移性更强的无机砷。最终洛克沙胂及其转化产物通过粪肥的施用进入土壤，通过废弃物的露天堆放由雨水的冲刷带入自然水体或通过下渗进入地下含水层引发潜在的环境风险。当洛克沙胂随动物粪便进入养殖废水时，很有可能对养殖废水的生物处理过程造成不利影响。本文从洛克沙胂和活性污泥微生物在废水处理过程中的交互作用出发，系统的研究了洛克沙胂对生物脱氮过程的干预及其行为。具体包括:洛克沙胂对生物脱氮过程的急性干预;洛克沙胂对生物脱氮系统的长期生态影响;洛克沙胂的长期胁迫对活性污泥微生物种群结构的影响。　　通过实验研究，本文取得几条重要结论并简述如下:(1)洛克沙胂及其生物转化产物对生物脱氮过程具有显著的不利影响，并且通过一段时间的驯化并不能使情况好转。与硝化阶段相比，反硝化阶段无机砷的生成导致微生物的反硝化作用被更强烈的抑制。(2)洛克沙胂在生物脱氮过程中很难被去除和生物转化，极少量的洛克沙胂转化为4-羟基-3-氨基苯砷酸(HAPA)和无机砷，这增加了微生物微生态环境中的无机砷含量。污泥絮体中无机砷的富集使微生物胞外聚合物和细胞内的无机砷水平升高，最终抑制了活性污泥微生物的呼吸作用和多种酶活性。(3)洛克沙胂的长期胁迫使活性污泥系统中的微生物多样性明显下降且改变了活性污泥微生物的群落结构。气单胞菌属和嗜甲基菌科的细菌逐渐取代了活性污泥中不动杆菌属细菌的优势地位，成为新的优势菌种。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 洛克沙胂在环境中的迁移转化

1．2．2 洛克沙胂及其转化产物的微生物毒性

1．2．3 洛克沙胂对养殖废水处理过程的影响

1．3 研究意义及内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究内容

第二章 洛克沙胂对生物脱氮过程的急性抑制及其迁移转化

2．1 引言

2．2 实验材料与装置

2．2．1 实验装置

2．2．2 实验方案

2．2．3 接种污泥

2．2．4 人工废水

2．3 检测及分析方法

2．3．1 氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮及COD的测定

2．3．2 洛克沙胂及其衍生物的测定

2．3．3 无机砷含量及形态的测定

2．3．4 胞外聚合物的提取及细胞破碎

2．3．5 其他指标的测定

2．3．6 动力学模型

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 洛克沙胂对生物脱氮典型周期的影响

2．4．2 洛克沙胂对生物去除有机物的影响

2．4．3 洛克沙胂对生物脱氮抑制的动力学分析

2．4．4 生物脱氮过程中洛克沙胂的去除及HAPA的生成

2．4．5 生物脱氮过程中洛克沙胂及无机砷的分布

2．5 本章小结

第三章 洛克沙胂对生物脱氮系统的长期生态影响

3．1 引言

3．2 实验材料与装置

3．2．1 实验装置

3．2．2 实验方案

3．2．3 接种污泥

3．2．4 人工废水

3．2．5 活性污泥微生物

3．3 检测及分析方法

3．3．1 氨氮、亚硝酸盐氮及硝酸盐氮的测定

3．3．2 洛克沙胂及其衍生物的测定

3．3．3 无机砷的含量及形态测定

3．3．4 EPS的提取及细胞破碎

3．3．5 活性污泥酶活性的测定

3．3．6 活性污泥微生物的培养及其生长曲线的测定

3．3．7 其他指标的测定

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 洛克沙胂对SBR内生物脱氮的长期影响

3．4．2 长期生物脱氮过程中洛克沙胂的去除及其转化产物的动态变化

3．4．3 长期生物脱氮始末洛克沙胂及其转化产物在体系中的分布

3．4．4 洛克沙胂及其转化产物对活性污泥酶活性的影响

3．4．5 洛克沙胂及其转化产物对活性污泥脱氢酶及好氧呼吸速率的影响

3．4．6 洛克沙胂对活性污泥微生物生长的影响

3．5 本章小结

第四章 洛克沙胂长期胁迫对活性污泥微生物种群结构和多样性的影响

4．1 引言

4．2 实验试剂与仪器

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．3 检测及分析方法

4．3．1 活性污泥细菌基因组的提取

4．3．2 活性污泥细菌基因组的纯度检验

4．3．3 活性污泥细菌16S rDNA的PCR扩增

4．3．4 PCR产物的变形梯度凝胶电泳(DGGE)

4．3．5 变性梯度凝胶的染色

4．3．6 DGGE凝胶条带回收测序和进化树的建立

4．4 结果与讨论

4．4．1 活性污泥细菌基因组的纯度检验

4．4．2 PCR产物的琼脂糖凝胶电泳图谱

4．4．3 PCR产物的DGGE图谱

4．4．4 活性污泥基因组克隆测序和类群多样性分析

4．4．5 活性污泥物种与遗传多样性分析

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 存在的问题与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果清单