复合铁酶促活性污泥工艺生物脱氮除磷效能及微生物多样性研究

论文摘要

水体富营养化已成为全球范围内倍受人们关注的环境生态问题，控制和治理氮磷污染是解决水体富营养化问题的根本途径。微生物是污水净化的主要载体，对生物脱氮除磷起着至关重要的作用，因此微生物多样性和群落结构的变化直接影响到处理系统生物脱氮除磷的效果。复合铁酶促活性污泥强化生物脱氮除磷技术通过铁离子介入微生物生化反应与能量代谢过程，强化铁离子参与电子传递作用与酶促反应激活剂作用，提高生物脱氮除磷效率，从源头上解决生物脱氮除磷系统存在的诸多固有矛盾与瓶颈问题，为污水高效深度脱氮除磷技术开发提供一种的新思路和方法。本研究以实际城镇污水为研究对象，采用分子生物学手段16S r DNA克隆文库方法，对比研究了复合铁酶促活性污泥和普通活性污泥的生物脱氮除磷效果及微生物群落结构和功能的差异，从微生物多样性角度分析复合铁酶促活性污泥生物脱氮除磷作用原理，为研究其强化生物脱氮除磷的生物学机制奠定理论基础。反应温度变化对复合铁酶促活性污泥和普通活性污泥工艺硝化能力、微生物活性以及脱氮除磷效率的对比研究结果表明：两种工艺硝化能力及微生物活性低温条件下均受到一定程度的影响，但相同温度条件下，复合铁酶促活性污泥系统硝化能力、微生物活性及脱氮除磷效率均明显优于普通活性污泥系统；在反应温度为20℃、16℃、12℃和8℃条件下，复合铁酶促活性污泥系统与普通活性污泥系统的比硝化速率分别为2.55、2.51、2.27、1.39mgNH3-N/（gVSS*h）)和2.46、2.07、1.73、0.33mgNH3-N/（gVSS*h）)，复合铁酶促活性污泥在低温条件下表现出较好的抗低温硝化能力；低温对复合铁酶促活性污泥与普通活性污泥的污泥结构和生物相均产生不同程度的影响，但对比结果显示复合铁酶促活性污泥的污泥结构和生物相更稳定。在纯培养条件下采用BIOLOG和16S rDNA克隆文库的方法对两活性污泥系统样品进行微生物种群鉴定，共分离得到33株细菌，经鉴定结果表明：分离得到的细菌类群主要为α-proteobacteria、β-proteobacteria、γ-proteobacteria、Firmicutes和Actinobacteria。优势菌群均为β-proteobacteria和γ-proteobacteria，但Acidovoraxsp.、Burkholderia thailandensis和Comamonas sp.只在复合铁酶促活性污泥系统中分离得到，普通活性污泥系统未分离到；Chromobacterium sp.只在普通活性污泥中分离得到，复合铁酶促活性污泥中未分离到。在混合培养条件下采用构建16S rDNA克隆文库的方法对两活性污泥系统样品进行微生物种群鉴定，结果表明：（1）两活性污泥系统中细菌类群主要为Proteobacteria、Bacteroides、Firmicutes和Candidate division TM7；（2）两活性污泥中微生物的组成存在以下差别：复合铁酶促活性污泥的优势菌群为γ-proteobacteria，Bacteroides，而普通活性污泥中优势菌群为Bacteroides、γ-proteobacteria；（3）Thauera sp.、 Comamonas sp.、 Uncultured gammaproteobacterium、Geobacter pelophilus、Flavobacterium ferrugineum和UnculturedBacteroidetes bacterium只出现在复合铁酶促活性污泥系统中，说明复合铁酶促活性污泥生物多样性较普通活性污泥更加丰富，铁离子对活性污泥微生物群落结构及其功能多样性产生一定影响，从而在一定程度上对复合铁酶促活性污泥生物脱氮除磷效果产生影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 我国的水环境现状
• 1.1.1 我国的水环境现状
• 1.1.2 水环境污染相关标准
• 1.2 城市污水生物脱氮除磷原理与技术进展
• 1.2.1 生物脱氮除磷理论
• 1.2.2 生物脱氮除磷工艺国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 生物脱氮除磷活性污泥系统微生物多样性研究进展
• 1.3.1 传统分离培养方法在活性污泥系统生物多样性研究中的应用
• 1.3.2 非培养方法在活性污泥系统生物多样性研究中的应用
• 第2章 本课题研究内容及方法
• 2.1 课题来源
• 2.2 复合铁酶促活性污泥强化生物脱氮除磷技术
• 2.2.1 复合铁酶促活性污泥强化生物脱氮除磷技术原理
• 2.2.2 复合铁酶促活性污泥法生物脱氮除磷技术研究现状
• 2.3 研究目的及意义
• 2.4 研究内容
• 2.5 试验分析方法
• 2.5.1 水质指标及分析方法
• 2.5.2 细菌 16S rDNA 克隆文库的构建
• 第3章 复合铁酶促活性污泥生物脱氮除磷效能研究
• 3.1 试验材料与方法
• 3.1.1 试验对象
• 3.1.2 试验装置
• 3.1.3 试验方法
• 3.2 试验结果与讨论
• 3.2.1 反应温度变化对脱氮除磷处理效果及微生物活性的影响
• 3.2.2 低温对不同活性污泥生物硝化过程的影响
• 3.2.3 低温对活性污泥结构的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 复合铁酶促活性污泥系统微生物纯培养研究
• 4.1 试验材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.2 试验结果与讨论
• 4.2.1 细菌的分离纯化结果
• 4.2.2 ARDRA 分析结果
• 4.2.3 微生物的鉴定结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 复合铁酶促活性污泥系统微生物多样性研究
• 5.1 试验材料和方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 试验结果与讨论
• 5.2.1 活性污泥样品总 DNA 提取与纯化
• 5.2.2 活性污泥样品 16S rDNA 片段的 PCR 扩增
• 5.2.3 样品 16S rDNA 基因文库的构建及筛选
• 5.2.4 阳性克隆子 16S rDNA 酶切图谱分析
• 5.2.5 细菌 16S rDNA 序列和聚类分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢