生态因子对硫酸盐还原系统中微生物群落动态影响的表征

论文摘要

高浓度硫酸盐废水的排放引起了严重的生态学问题,为此,各国对这类废水的最高排放浓度均有严格的限定,硫酸盐废水的生物处理技术便应运而生。硫酸盐还原微生物（SRP）作为硫酸盐废水处理的主体,其代谢活性和处理效能受碳源种类、碳硫比、进水碱度和抑制剂等各种生态因子的影响,表现出明显的群落动态过程。从工艺运行的稳定性和对硫化物资源化角度考虑,非常有必要对硫酸盐高效处理的影响因子以及其中的重要功能微生物进行全面深入的分析和认识。应用最新的分子生物学技术并结合对工艺运行状态的分析,分别就不同的工艺运行条件,包括对不同碳源（电子供体）的利用、降低的碱度对硫酸盐还原过程的影响,投加SRP抑制剂钼酸盐和硝酸盐对反应器运行效果的影响等进行了分析,并对相应的功能微生物类群的动态变化以及微生物结构与功能的关系进行了探讨。反应器的启动时间取决于碳源的复杂性和可利用性,通过投加SRP易于利用的碳源能够缩短启动时间。不同碳源反应器在稳定运行时群落多样性依次为:种泥>乙酸和乙醇>糖蜜>葡萄糖>乳酸反应器。而且SRP数量与硫酸盐去除率呈现明显正相关,主成分分析（PCA）对相应样品末端限制性片段（TRF）图谱分析表明,以糖蜜和葡萄糖为碳源的群落聚为一组,其它底物的群落为另一组。以乙酸-乙醇为碳源的完全氧化型硫酸盐还原反应器约经35 d的运行,硫酸盐去除率仅达到80%左右,形成以Desulfomicrobium、Desulfococcus、Aminomonas和Anaerolinea等属菌株为优势类群,乙醇去除后,SRP相对数量明显增加,Desulfomicrobium条带显著加强,产酸发酵微生物类群减少,表明乙醇的投加增加了完全氧化型硫酸盐还原反应器中微生物类群的复杂性,大量的产酸发酵微生物得以富集。以糖蜜为碳源反应器中碱度降低时,微生物群落表现出明显的动态演替过程。碱度从4 000 mg/L降低到3 000 mg/L的过程中,Dysgonomonas sp.、Sporobacter sp.、Obesumbacterium sp.和Clostridium sp.得以富集;当继续降至1500 mg/L时,Dysgonomonas sp.、Sporobacter sp.和Obesumbacterium sp.消亡,Desulfovibrio sp.和Clostridium sp.的某些菌种得以大量富集,而部分常驻菌群没有显著变化。硫酸盐还原过程需要一个最低的碱度阈值,碱度向该阈值靠近时,硫酸盐去除率和相应的功能微生物群落结构产生明显的响

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略词表
• 第1章 绪论
• 1.1 硫酸盐废水处理工艺
• 1.1.1 单相厌氧吹脱工艺
• 1.1.2 硫酸盐还原与硫化物氧化联用工艺
• 1.1.3 生物膜法工艺
• 1.1.4 两相厌氧工艺
• 1.2 硫酸盐还原过程的生态因子分析
• 1.2.1 生物因子对硫酸盐还原过程的影响
• 1.2.2 非生物因子对硫酸盐还原过程的影响
• 1.3 微生物分子生态学工具在废水处理系统研究中的重要作用
• 1.3.1 SSCP技术及在群落分析中的应用
• 1.3.2 tRFLP-rDNA文库构建相结合在群落分析中的应用
• 1.3.3 DGGE技术及在群落分析中的应用
• 1.3.4 FISH技术及应用
• 1.4 本课题研究的主要内容及意义
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 本研究的目的及意义
• 1.4.3 本研究的主要内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 实验设计与方法
• 2.1.1 工艺运行与设备
• 2.1.2 实验条件
• 2.2 反应器监测项目及分析方法
• 2-检测-硫离子选择电极电位滴定法'>2.2.1 S^2-检测-硫离子选择电极电位滴定法
• 2.2.2 液相末端产物分析
• 2.3 反应器运行过程中微生物群落动态监测方法
• 2.3.1 基因组DNA提取
• 2.3.2 16 SrDNA文库的构建及tRFLP分析
• 2.3.3 SSCP操作方法及数据分析
• 2.3.4 SSCP图谱中特异类群的显示—Southern杂交
• 2.3.5 FISH技术对糖蜜为底物反应器中SRP的半定量分析
• 2.3.6 SRP，MP和DNP的半定量检测
• 第3章 电子供体对微生物群落的选择作用
• 3.1 不同碳源反应器的启动
• 3.2 不同电子供体对种泥中微生物群落的定向选择
• 3.2.1 DNA提取及PCR扩增
• 3.2.2 16SrDNA文库序列分析
• 3.2.3 tRFLP图谱分析
• 3.2.4 种泥群落向不同方向演替，群落组成与硫酸盐去除率的关系
• 3.3 以乙醇-乙酸为电子供体反应器的运行
• 3.3.1 反应器启动及状态
• 3.3.2 乙醇除去对硫酸盐还原效率的影响
• 3.3.3 重新投加乙醇后的恢复
• 3.4 以乙醇-乙酸为电子供体反应器中群落结构与动态
• 3.4.1 启动期群落动态变化
• 3.4.2 乙醇去除后对群落结构的影响
• 3.4.3 重新加入乙醇对群落结构的影响
• 3.5 16 SrDNA文库序列与SSCP条带序列的比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 碱度降低对微生物群落结构的影响
• 4.1 调节碱度对硫酸盐还原过程的影响
• 4.2 SSCP解析碱度引起的微生物群落动态
• 4.2.1 启动期和稳定期群落结构变化
• 4.2.2 碱度首次降低对群落结构的影响
• 4.2.3 碱度再次降低对群落结构的影响
• 4.3 SSCP条带测序分析微生物群落多样性
• 4.4 FISH技术对不同时期SRP的相对数量分析
• 4.4.1 不同时期SRP种群相对数量分析
• 4.4.2 硫酸盐还原菌群落相对数量变化
• 4.4.3 FISH分析结果与SSCP、Southern Blot的比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 钼酸盐和硝酸盐影响下的微生物群落动态
• 5.1 投加钼酸盐对反应器运行效果的影响
• 5.1.1 反应器的启动状态
• 5.1.2 降低碳硫比对反应器运行效果的影响
• 5.1.3 钼酸盐对反应器运行效果的影响
• 5.2 钼酸盐作用下的群落动态变化
• 5.2.1 反应器启动
• 5.2.2 碳硫比对群落结构影响
• 5.2.3 钼酸盐对SRP的抑制
• 5.3 钼酸盐影响下群落组成分析
• 5.4 去除电子受体及投加硝酸盐对反应器运行效果的影响
• 5.4.1 反应器启动
• 5.4.2 无电子受体条件下的运行
• 5.4.3 恢复电子受体后的运行
• 5.4.4 投加硝酸盐的影响
• 5.5 硝酸盐作用下群落结构动态与反应器的功能
• 5.5.1 反应器启动期群落变化及功能
• 5.5.2 进水中电子受体除去对反应器群落的影响
• 5.5.3 硝酸盐对硫酸盐还原过程及SRP群落的影响
• 5.6 硝酸盐影响下SSCP条带序列的系统学位置
• 5.7 本章小结
• 结论
• 后续研究建议
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
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• 致谢
• 个人简历