马鞍山向山垃圾填埋场渗滤液处理工艺的微生物种群分析

摘要

目前,卫生填埋法是我国大部分城市生活垃圾处理的主要方法,然而用该方法进行垃圾处理需占用大量的土地资源。另一方面,对废弃矿山进行安全综合治理也是一大难题。利用废弃尾矿库对生活垃圾进行填埋处理,则可以同时解决以上两个难题,马鞍山向山硫铁尾矿库上的垃圾填埋场正是这样的一个场所。该垃圾填埋场为巨量铁氧化物、硫酸盐与可降解有机物的混合体,填埋场周围及垃圾表层都覆盖着大量玢岩铁矿尾矿和废石。因此,向山垃圾填埋场的渗滤液不断有酸性矿山排水混入,其典型特征是同时含有高浓度铁、硫酸盐和有机物。向山垃圾填埋场渗滤液的主要处理工艺为:渗滤液原液→厌氧池→矿化床→好氧池→高级氧化工艺→反渗透膜处理→出水排放。在渗滤液及其生物处理反应池中,作为微生物代谢电子受体的化合物在热力学上依次排列为:氧气、硝酸盐、三价铁、硫酸盐;作为微生物代谢电子供体的物质包括有机质、氨氮、硫化物和甲烷。总之,该体系存在复杂的物质多相性和元素生物地球化学循环,在这里可能存在多种功能菌群。因此,研究该系统中的微生物群落,可以深入了解其存在状况,并为污染环境的修复提供有力的微生物学根据,具有一定的科学意义和实际应用价值。
　　为了研究向山垃圾填埋场渗滤液及其不同生物反应过程中的微生物群落结构和种群变化情况,分别从渗滤液收集口、厌氧池、矿化床和好氧池采集了环境样品,对其进行研究分析。由于垃圾渗滤液中含有大量的腐植酸,本文首先比较并优化了腐植酸去除和DNA纯化的方法。通过比较发现硫酸铝抽提法比试剂盒法去除腐植酸的效果更好,纯化后可以得到高浓度和高纯度的DNA,能够真实的反映环境样品中微生物群落结构与组成。
　　本文采用PCR-DGGE技术对采集样品的细菌群落组成分析,共获得了16条优势条带,对其进行克隆、测序,将所得序列进行系统进化分析(细菌16S rDNA序列的V3区)。结果表明:环境样品中的细菌种类非常丰富,不同取样点样品的DGGE条带在数量、位置和亮度上都存在较大差异,各个工艺单元表现出不同的种群多样性。对16条DGGE特征条带进行分析,其中有12条序列与Genbank中不可培养微生物相似。由此可见,大多数环境样品中的细菌是不可培养的。另外四条序列分别属于假单胞菌属、琼氏不动杆菌属、希瓦氏菌属。获得的16条序列分别归属于3个细菌类群:变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、脱铁杆菌门(Deferribacteres)。变形菌门包括α-,β-,γ-,ε-变形菌。
　　环境样品中高浓度的铁离子和硫酸盐对微生物群落的影响主要表现在:垃圾渗滤液污水原液中检测到假单胞菌和鞘氨醇单胞菌以及弓形杆菌,弓形杆菌在硫元素代谢中起重要作用;假单胞菌和鞘氨醇单胞菌是在含铁环境中存在的细菌,其生长代谢需要消耗铁离子。厌氧池出水中的优势细菌为拟杆菌、γ-变形菌、脱铁杆菌。这些细菌在厌氧条件下将复杂的有机物降解并转化为简单的有机物,对硝酸盐进行反硝化作用,分解含硫有机物,产生氮气和硫化氢。脱铁杆菌与体系中铁的氧化还原反应直接相关。由于矿化池中是兼性厌氧环境,因此矿化池出水中的细菌种类最为丰富,包括假单胞菌、动胶菌、拟杆菌、弓形杆菌、不动杆菌、希瓦氏菌。这些细菌可以进一步沉降和分解有机化合物,希瓦氏菌可以还原硫酸盐和铁氧化物,以沉淀金属离子,可以有效降低渗滤液中的重金属浓度。好氧池出水中的优势细菌包括假单胞菌、动胶菌、不动杆菌、鞘氨醇多胞菌、希瓦氏菌。这些细菌将高分子有机物降解为二氧化碳、水和氨等无机物。

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第一章 概 述

1.1城市垃圾处理现状

1.2尾矿库的危害

1.3向山垃圾填埋场简介

1.4分子生物学技术在微生物多样性研究中的应用

1.5利用分子生物学技术检测环境样品的微生物多样性

1.6变性梯度凝胶电泳技术（DGGE）

1.7本文研究的目的和内容

第二章 基因组总DNA的提取与PCR扩增

2.1实验样本的采集

2.2理化性质测定

2.3基因组总DNA的提取

2.4 16S rDNA的V3区的PCR扩增

2.5结果与分析

2.6本章小结

第三章DGGE指纹图谱分析及微生物多样性评价

3.1实验部分

3.2结果与分析

3.3本章小结

第四章 结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况