五氯苯酚的微生物厌氧降解及其机制

论文摘要

研究了不同外加碳源（葡萄糖、丙酮酸、酵母膏）作为共代谢基质及H2作为电子供体条件下五氯苯酚（PCP）的厌氧降解特性,并对PCP共代谢降解的中间产物进行了分析。同时,借助末端限制性片段长度多态性技术（T-RFLP）分析了PCP降解菌群的微生物群落结构,并通过构建16S rRNA克隆文库方法研究PCP降解体系中脱氯微生物的具体组成及多样性,对PCP厌氧降解体系中微生物群落组成及系统发育多样性进行分析。研究了PCP废水的厌氧反应器的启动策略、运行条件和运行方式,为应用生产规模的EGSB反应器处理含PCP废水打下了基础。全文主要研究结果如下:1.外加碳源及以氢气作为电子供体均对PCP降解有显著促进作用。添加葡萄糖、丙酮酸、酵母膏和氢气时的去除率分别为71%、56%、51%和74%。不同葡萄糖添加浓度对PCP的降解影响不同,添加2 g/L葡萄糖时PCP的降解最佳。2. GC-MS分析结果表明,PCP在厌氧反应过程中存在多种脱氯途径,主要通过邻位脱氯产生2,3,4,5-四氯酚（2,3,4,5-TeCP）,再脱氯产生2,3,5-三氯酚（2,3,5-TCP）,部分PCP首先间位脱氯产生2,3,4,6-四氯酚（2,3,4,6-TeCP）。3.微生物群落结构分析表明,不同处理条件下PCP降解菌群微生物的群落结构不同。其中占优势的微生物主要为Firmicutes、Bacteroidetes门和Delaproteobacteria、Gammaproteobacteria纲的微生物。PCP降解菌群中可能存在Clostridium、Frankia和Desulfitobacterium等属的微生物。4.在PCP厌氧降解体系克隆文库中的11个序列型分布在Betaproteobacteria、Firmicutes、Bacteroidetes、Planctomycetes、Verrucomicrobia、TM7和OP11几个类群。其中,丰度最高的一类微生物在系统发育上归为候选门TM7,推测该类群微生物可能对PCP的降解起着关键作用。5.进水有机容积负荷、水力停留时间和出水回流比等对EGSB反应器出水PCP和COD浓度有显著影响,在进水PCP浓度80 mg/L,COD浓度4500 mg/L,出水回流比10,水力停留时间18 h的条件下,可以使PCP和COD得到较好的去除。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 五氯苯酚（PCP）及其对环境微生物的毒性效应

1.2 PCP 的生物降解及其厌氧脱氯机制

1.3 基于16S RRNA 的微生物分子生态学研究方法

1.3.1 末端限制性片段长度多态性

1.3.2 16S rRNA 基因克隆文库

1.4 PCP 的厌氧处理技术

1.5 论文研究的意义、研究目标和主要研究内容

1.5.1 研究意义

1.5.2 研究目标

1.5.3 研究内容

第二章五氯苯酚的厌氧生物降解

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 种泥来源及驯化

2.2.2 实验设计

2.2.3 PCP 的测定

2.2.4 COD 的测定

2.2.5 pH 的测定

2.2.6 GC-MS 测定方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 厌氧驯化阶段PCP 降解及COD 的去除

2.3.2 不同外加碳源及氢气对PCP 降解的影响

2.3.3 不同葡萄糖浓度对PCP 降解的影响

2.3.4 GC-MS 分析PCP 脱氯中间产物

2.4 本章小结

第三章五氯苯酚降解体系中细菌种群结构分析

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 总DNA 的提取

3.2.2 165 rDNA 片段的PCR 扩增

3.2.3 PCR 产物纯化及限制性内切酶消化

3.2.4 T-RFLP 分析方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 总DNA 提取和165 rRNA 基因的扩增结果

3.3.2 T-RFLP 实验结果

3.3.3 基于T-RFLP 图谱的降解细菌群落结构分析

3.3.4 T-RFs 的定性推断

3.4 本章小结

第四章 PCP 降解体系中微生物群落组成与多样性研究

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.2.1 DNA 的提取

4.2.2 PCR 的扩增及纯化

4.2.3 克隆文库的建立

4.2.4 文库测序及分析

4.3 结果与讨论

4.3.1 DNA 提取和PCR 扩增结果

4.3.2 1651 RNA 测序及微生物群落组成及系统发育多样性分析

4.4 本章小结

第五章应用EGSB 反应器降解含PCP 废水的特性研究

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.2.1 实验装置和运行条件

5.2.2 PCP 的测定

5.2.3 COD 的测定

5.2.4 pH 的测定

5.2.5 SS、VSS 的测定

5.3 结果与讨论

5.3.1 EGSB 反应器的启动

5.3.2 进水COD 浓度对PCP 和COD 去除率的影响

5.3.3 出水回流比对PCP 和COD 去除率的影响

5.3.4 水力停留时间对PCP 和COD 去除率的影响

5.4 本章小结

第六章结论

致谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间取得的学术成果

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