污水处理过程中短程硝化的微生物生态调控技术研究

【摘要】：近年来,随着分子生物学技术的迅速发展,在氮污染防治和氮的地球生物化学循环等研究领域,取得了突破性的重大进展。尤其是在污水处理系统中,氨氮的有效去除一直是研究者们关注的问题。化能自养氨氧化细菌负责氨氮的去除,即将氨氮转化成亚硝酸盐,这一过程也是硝化反应中的限速步骤。本研究中运用,PCR,分了克隆文库构建,16S rDNA序列同源性分析,磷脂脂肪酸图谱分析等多种分子生物学分析方法,对短程硝化系统中的细菌群落结构进行研究,结合相关的部分污水处理参数,可以推断出工艺的运行状态和处理效果。 在不同的短程硝化工艺中的微生物群落具有显著差异,各种微生物菌群的含量和种类也有所不同。通过磷脂脂肪酸图谱分析方法的研究,结果表明,短程硝化工艺中的微生物群落以细菌为优势类群,而细菌群落又以好氧原核微生物为优势类群,但系统中微生物群落随运行工况的不同发生了变化且在空间结构上也有所区别,同时真菌无论比重大小,总是与好氧细菌同时存在,SRB及其他厌氧细菌只在气水比较小或进水有机物浓度较高的时候出现,表现出了与好氧硝化作用机理一致的规律。 对细菌16S rDNA片段克隆文库的克隆子序列同源性分析结果显示,细菌群落的多样性丰富,经过酶切分型后,至少存在26个OTUs。测序结果表明,这些细菌属于变形菌门、绿菌门、硝化螺旋菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、Candidate division TM7、绿弯菌门、浮霉菌门、厚壁菌门等9个类群。A/O工艺和低氧短程硝化工艺的细菌种群结构有明显不同：但是优势菌群较为类似,均为β-变形菌纲。两种不同的工艺条件下的绿弯菌门、拟杆菌门和绿菌门的系统进化都比较接近。反应系统中承担亚硝酸盐氧化功能的硝化螺旋菌门在A/O工艺条件下的比例较高,占克隆文库的8.2%,而在低氧短程硝化工艺条件下没有检出,这主要是由于低氧系统溶解氧的量比较低,亚硝酸氧化菌含量较低,从而导致其在文库中的比例较低,甚至消失,低氧短程硝化工艺更有利于亚硝酸盐的积累,实现短程硝化。低氧短程硝化工艺中具有厌氧氨氧化功能浮霉菌门的比例9.3%远大于A/O工艺中的2.4%,低氧短程硝化工艺更有利于串联厌氧氨氧化工艺,实现短程硝化反硝化过程。 最后,本文对低氧短程硝化系统中的氨氧化细菌的amoA基因片段进行分析。结果表明,测序得到的AOB大多属于β-变形菌纲的Nitrosomonas属。此菌落中还可能存在着属于γ-变形菌纲的亚硝化球菌属(Nitrosococcus)的N.halophilus种。亚硝化螺菌属(Nitrosopira]和亚硝化球菌属(Nitrosococcus)与样品也具有很高的同源性。 综合上述的研究成果,可以看出,不同工艺条件的变化,都直接影响活性污泥中的种群数量,群落结构及其活性,从而影响到短程硝化过程中发挥作用的氨氧化菌的生长,影响到污水的处理效果。在短程硝化过程中发挥作用的氨氧化菌虽然已经被我们所认知,但是它在工艺中的作用机理我们还有待深入研究。 【关键词】：短程硝化 活性污泥 PLFAs 16S rDNA克隆文库 细菌群落 AOB
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究现状12-17
• 1.2.1 废水生物脱氮工艺12-15
• 1.2.2 环境微生物技术15-17
• 1.3 本课题研究的目的与意义17-18
• 1.4 本课题研究的技术路线18-19
• 第2章 短程硝化运行工艺19-23
• 2.1 短程硝化工艺的发展19-20
• 2.2 短程硝化工艺的原理及特点20-21
• 2.2.1 短程硝化工艺的原理20
• 2.2.2 短程硝化工艺的特点20-21
• 2.3 短程硝化工艺各参数及其影响21-23
• 第3章 样品的采集及预处理23-27
• 3.1 样品的采集23
• 3.2 样品的预处理及短程硝化污泥中总DNA的提取23-27
• 3.2.1 仪器与试剂23-25
• 3.2.2 实验方法25-27
• 第4章 分析磷脂脂肪酸的方法(PLFA)研究细菌群落的多样性27-36
• 4.1 引言27-29
• 4.2 材料与方法29-30
• 4.2.1 样品采集29
• 4.2.2 实验试剂与方法29-30
• 4.3 实验结果与数据分析30-35
• 4.3.1 PLFA的组成和相对含量30-31
• 4.3.2 基质微生物的群落结构及分布特征31-32
• 4.3.3 特征脂肪酸的比值分布及意义32-34
• 4.3.4 PLFA应用评价34-35
• 4.4 本章小结35-36
• 第5章 克隆文库的方法研究细菌群落的多样性36-55
• 5.1 引言36-37
• 5.2 材料与方法37-40
• 5.2.1 16S rDNA扩增38-39
• 5.2.2 PCR产物的切胶回收39
• 5.2.3 T-载体连接39-40
• 5.2.4 转化大肠肝菌DH5α感受态细胞40
• 5.2.5 克隆子的筛选与验证40
• 5.2.6 克隆子的液体培养与测序40
• 5.3 细菌的16S rDNA克隆文库的多样性分析40-41
• 5.3.1 短程硝化A/O工艺下细菌的16S rDNA克隆文库的多样性分析41
• 5.3.2 低氧短程硝化工艺下细菌的16S rDNA克隆文库的多样性分析41
• 5.3.3 短程硝化不同工艺下细菌的16S rDNA克隆文库的多样性比较41
• 5.4 细菌的16S rDNA群落多样性分析41-50
• 5.4.1 短程硝化A/O工艺下细菌的16S rDNA群落多样性分析41-46
• 5.4.2 低氧短程硝化工艺下细菌的16S rDNA群落多样性分析46-50
• 5.4.3 短程硝化不同工艺下细菌的16S rDNA群落多样性分析50
• 5.5 细菌16S rDNA亲缘关系分析50-54
• 5.6 本章小结54-55
• 第6章 氨氧化细菌(AOB)的研究55-59
• 6.1 引言55-56
• 6.2 材料与方法56
• 6.2.1 目的基因的扩增56
• 6.2.2 PCR产物的切胶回收56
• 6.2.3 T-载体连接56
• 6.2.4 转化大肠肝菌DH5α感受态细胞56
• 6.2.5 克隆子的筛选与验证56
• 6.2.6 克隆子的液体培养与测序56
• 6.3 氨氧化细菌的克隆文库的多样性分析56
• 6.4 氨氧化细菌的群落多样性分析56-57
• 6.5 氨氧化细菌的亲缘关系分析57-58
• 6.6 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-65
• 攻读学位期间发表的论文和申请的专利65-66
• 致谢66

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