ABR反应器中不同COD/SO42-值对微生物群落结构的影响研究

论文摘要

采矿、冶金、化工等行业产生的高浓度硫酸盐废水排入水体,会直接危害人体健康和生态平衡。尤其是废水中的重金属离子无法被生物降解,进入环境后会在环境中不断蓄积而难以去除,造成环境的长期污染,因此治理酸性废水成为世界各国亟待解决的重大问题。硫酸盐还原菌（Sulphate Reducing Bacteria, SRB）厌氧法是处理该类废水具有运行成本低、处理潜力大、工艺稳定、选择性高、吸附容量大等优点,且不造成二次污染。在硫酸盐还原过程中废水中如果存在重金属可与H2S形成金属沉淀物而得到去除,因此微生物法也成为有潜力的处理酸性矿山废水的方法。厌氧折流板反应器（Anaerobic baffle reactor, ABR）因其特殊的结构,具有水力条件好、抗冲击负荷、构造简单、造价低廉等诸多优点,在工业废水和生活废水处理中已得到广泛应用。本文通过ABR反应器处理高浓度硫酸盐废水的连续流试验,考察了不同COD/SO42-值下硫酸盐负荷率对SO42-去除率的影响。并分析了在不同COD/SO42-值下反应器内微生物群落结构特点和多样性变化。实验结果容下：1.COD/SO42-值一定时,加大SO42-浓度（1000 mg/L～2500 mg/L）来提高负荷会使SO42-去除率下降,而通过加大进水量来提高负荷（SO42-浓度为2000 mg/L）SO42-去除率呈现先上升后下降的趋势；随着COD/SO42-值的提高,反应体系对硫酸盐负荷的耐受能力也逐渐增强,SO42-去除率的下降趋势平缓。2.应用PCR-RFLP和测序分析对ABR反应器内细菌和古菌16SrDNA基因进行了多样性和系统发育研究,分析了在不同COD/SO42-值下反应器内微生物群落结构特点和多样性变化。实验获得的140个细菌克隆子包含有26种系统发育型,可划分为9个类群,分别为：α-proteobacteria、γ-proteobacteria、δ-proteobacteria、Firmicutes、Bacteroides sp.、Syntrophomonas、Desulfovibrio sp.、Sulfur-oxidizing bacteria和Acidobacteria。获得的75个古菌克隆子包含有8种系统发育型,可划分为4个类群,分别为：Methanobacterium、Methanosaeta、Methanospirillum和Methanomicrobium。在COD浓度不变的情况下,随着COD/SO42-值的提高,COD去除率有所提高,泥样中总的proteobacteria的数量在逐渐增加,而Desulfovibrio sp.的数量逐渐降低,这表明产甲烷菌所受的抑制作用逐渐减小,开始占据优势。但由于进水SO42-浓度均小于2 000mg/L,在整个过程中硫酸盐还原作用对产甲烷过程并未发生显著抑制作用,所以其COD去除率基本都在90%以上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 硫酸盐废水的危害及其处理技术
• 1.2 SRB的分类及硫酸盐还原的机理
• 1.2.1 SRB及其分类
• 1.2.2 SRB的还原机理
• 1.3 硫酸盐还原菌和其他微生物的共生关系
• 1.3.1 SRB与MPB的竞争及影响因素
• 1.3.2 SRB与产乙酸菌之间的竞争
• 1.4 硫酸盐工业废水生物处理工艺研究
• 1.4.1 硫酸盐废水处理工艺研究
• 1.4.2 硫酸盐废水生物处理最新进展
• 1.5 课题的研究意义和研究内容
• 1.5.1 研究的意义
• 1.5.2 研究的主要内容
• 1.5.3 课题受资助情况
• 4^2-值条件下的处理效果'>第二章 ABR反应器的启动及不同COD/SO₄^2-值条件下的处理效果
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 实验污泥
• 2.2.3 实验水样
• 2.2.4 实验试剂
• 2.2.5 实验设备与测试仪器
• 2.2.6 实验方法
• 2.2.7 分析项目及方法
• 2.3 实验结果及讨论
• 2.3.1 启动期
• 2.3.2 负荷运行期
• 4^2-值下硫酸盐负荷率对硫酸盐去除率的影响'>2.3.3 不同COD/SO₄^2-值下硫酸盐负荷率对硫酸盐去除率的影响
• 2.4 本章小结
• 4^2-值下微生物群落演替规律研究'>第三章 不同COD/SO₄^2-值下微生物群落演替规律研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与设备
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验试剂
• 3.2.3 实验设备与测试仪器
• 3.3 实验方法
• 4^2-值对SO₄^2-和COD去除率的影响'>3.3.1 不同COD/SO₄^2-值对SO₄^2-和COD去除率的影响
• 3.3.2 总DNA的提取
• 3.3.3 16s rRNA的PCR扩增与纯化
• 3.3.4 16s rRNA文库的构建与筛选
• 3.3.5 16s rRNA基因测序和序列分析
• 3.4 结果及分析
• 4^2-值对SO₄^2-和COD去除率的影响'>3.4.1 不同COD/SO₄^2-值对SO₄^2-和COD去除率的影响
• 3.4.2 细菌16S rRNA文库多样性分析
• 3.4.3 古菌16S rRNA文库多样性分析
• 4^2-值下细菌和古菌群落演替规律分析'>3.4.4 不同COD/SO₄^2-值下细菌和古菌群落演替规律分析
• 3.5 讨论
• 3.6 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 名词缩写
• 致谢
• 研究成果