生物污水处理系统中氮转化及浮霉状菌分子生态学研究

摘要

本研究通过对药厂污水处理系统和城市污水处理系统进行连续的跟踪监测，考察了这两种污水处理系统对制药废水和城市污水的处理效果，重点研究了实际运行工艺中各阶段氮转化的各过程：硝化、反硝化、氨化以及厌氧氨氧化等对废水脱氮的贡献。结果表明：药厂污水处理系统对高氮含量，高有机污染物废水具有很好的处理效果，在系统进水COD为8000mg/L，总氮含量为240～420mg/L，总磷含量为20～66mg/L的情况下，对COD、总氮和总磷的去除率分别达到95％、87％和99％；氨氮，硝氮和亚硝氮在系统各单元内的转化过程相对明确，其总的去除率也分别达到75％，96％和99％。相对于药厂污水处理系统，城市污水处理系统较为简单，系统进水水质为COD大约为250mg/L，总氮含量为40～60mg/L，总磷含量为5mg/L以下，对COD和总磷的去除率分别为85％和92％，但对总氮的去除效果不是很明显；氨氮，硝氮和亚硝氮在系统内的转化关系非常明确，氨氮浓度由进水的25～45mg/L下降到出水的15mg/L，去除率为77％，进水和出水的亚硝氮浓度都非常低为1mg/L以下，而硝氮的浓度却有大幅度提高从进水的1mg/L以下，上升到7～30mG/L。对两个系统内各单元污泥的硝化活性和反硝化活性的研究结果表明：污水处理系统中污泥所含硝化菌的数量直接关系到污泥的硝化活性，曝气量对硝化细菌具有明显的选择作用。污泥的反硝化活性与反硝化菌数量无相关性，反硝化活性可能受反硝化菌活性和反硝化发生的条件制约更大。药厂调节池内可能存在适应酸性环境的高活性反硝化菌，这种细菌的分离和鉴定对于类似酸性条件下高效反硝化脱氮反应的发生将具有非常重要的意义。曝气量并不改变污泥中反硝化细菌的数量，进而并不影响污泥的反硝化能力。环境相同的条件下，污泥量与污泥的反硝化活性成正比。 利用浮霉状菌特异性引物和细菌通用引物对两个污水处理系统内各单元的污泥样品进行巢式PCR扩增，扩增产物用于DGGE分析，结果表明城市污水处理厂两个样品之间的相似性最高，达到78％，而这两个样品又与药厂好氧池样品H聚为一簇，其中H与LY的相似性为40％。药厂另两个样品s与Y的相似性也较高，达到50％，它们聚为一簇。而T则单独游离为一簇。通过对图谱中主要条带的序列进行分析，结果表明：所得十一个克隆分别属于变形菌，拟杆菌，梭菌和浮霉状菌，虽然其中属于浮霉状菌的只有两个克隆S1和S3，但从DGGE图谱中的条带亮度来看，S3的亮度是最高的，S1的亮度也明显较高，说明这两个克隆在整个群落中占有的优势地位。此外：S1仅存在于两个严格厌氧环境的样品S和Y中，说明该克隆是一个严格厌氧菌，而S3则在除样品T之外的其他五个样品中均有发现，表明该克隆是一个兼性细菌。所得到的浮霉状菌克隆与本实验室之前所分离到的厌氧氨氧化相关克隆具有较高的相似性，与其他相似性较高的浮霉状菌克隆比对结果表明，浮霉状菌从分布到生理类型都表现出了极大的广泛性和多态性，不同的浮霉状菌对不同的生态环境又表现出不同的适应性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 文献综述

1.1氮循环概述

1.1.1生物污水处理系统中的基本脱氮原理

1.1.2生物脱氮工艺

1.2氮转化相关微生物类群

1.3浮霉状菌概述

1.3.1浮霉状菌的主要特点

1.3.2浮霉状菌的系统发育地位和生态作用

1.4厌氧氨氧化菌概述

1.4.1厌氧氨氧化菌的特点

1.4.2厌氧氨氧化菌的系统发育类群

1.4.3厌氧氨氧化的机制

1.4.4厌氧氨氧化菌的生境

1.5微生物生态学的研究方法

1.5.1基于PCR技术的DNA指纹图谱技术

1.5.2标记核酸探针杂交技术

1.5.3 rRNA基因序列同源性分析

1.6本研究的目的和意义

第二章 污水处理系统的特征及氮转化过程

2.1前言

2.2材料与方法

2.2.1水样及污水处理工艺

2.2.2试验方法

2.3结果与讨论

2.3.1两种生物处理系统对废水的处理效果

2.3.2药厂污水处理系统的氮转化过程

2.3.3城市污水处理厂污水处理系统的氮转化过程

2.4小结

第三章 污水处理系统的氮转化活性的研究

3.1前言

3.2试验方法

3.2.1硝化活性测定

3.2.2反硝化活性测定

3.2.3水质测定方法

3.3结果与讨论

3.3.1药厂污水处理系统污泥的硝化与反硝化活性研究

3.3.2城市污水处理厂污泥的硝化与反硝化活性研究

3.4小结

第四章 生物污水处理系统内浮霉状菌群落多态性研究

4.1前言

4.2材料与方法

4.2.1仪器设备

4.2.2试剂盒

4.2.3试验方法

4.3实验结果与讨论

4.3.1针对浮霉状菌的巢式PCR扩增结果

4.3.2浮霉状菌的DGGE图谱

4.3.3群落相似性及聚类分析

4.3.4系统发育分析

4.4小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2研究展望和建议

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文