论文部分内容阅读
本研究在摇瓶和连续运行反应器两种体系条件下，利用454高通量测序、定量PCR以及功能基因克隆和序列测定等技术分析研究了城市污水处理厂活性污泥在适应印染废水和造纸废水过程中微生物群落组成和功能的演化过程，取得如下创新性结果：（1）城市污水厂中的活性污泥在摇瓶条件下对印染废水和造纸废水的处理结果。在摇瓶条件下，将城市污水处理厂活性污泥分别接种到造纸和印染废水中，分别经过41天和85天的驯化培养，造纸废水在处理周期为12h，进水COD和色度为916-1140mg/L、80-128倍的条件下，出水COD、色度分别为96-295mg/L、16-32倍，COD、色度去除率分别为76.49%-91%、60%-80%；印染废水在处理周期为24h，进水COD、色度分别为2360-3510mg/L、128-200倍条件下，出水COD和色度分别为356-2680mg/L和32-160倍，COD和色度去除率分别为20.2%-91.1%、10-75%；（2）城市污水厂中的活性污泥在摇瓶条件下适应印染废水和造纸废水过程中微生物群落组成的进化过程。利用DAPI染色和实时荧光定量PCR（Q-PCR）分析了造纸废水、印染废水及城市污水处理体系中微生物丰度的变化，结果表明，三个系统中微生物总数达到3.4×1013-8.9×1014个/g干污泥，其中细菌数量为4.38×1013-1.68×1015个/g干污泥,真菌数量为3.8×107-4.6×109个/g干污泥，三个系统中真菌与细菌的比例都是随着反应体系的运行逐渐降低。454高通量测序结果表明在三种废水处理体系中的优势细菌主要分布在变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）等；城市污水活性污泥中优势细菌类群为变形菌门（37.4%），其中α-亚纲比例达到61.32%；城市污水活性污泥适应不同的工业废水过程中，微生物组成发生了明显变化，适应印染废水后，优势菌群仍为变形菌门（69.6%），其中α-亚纲比例达到92.9%；适应造纸废水之后，优势菌群为厚壁菌门（56.4%），其中芽孢杆菌纲比例高达98.5%。（3）生物活性碳反应器连续运行条件下对造纸废水的深度处理研究。分别构建了7.1L的活性炭反应器、活性污泥负载活性炭反应器和混合酵母菌负载活性炭反应器进行造纸废水常规物化处理后的出水的深度处理系统。经过245天连续处理，结果表明，在水力停留时间为12-16h,进水COD和色度分别为363-454mg/L、120-160倍的条件下，纯活性炭反应器的出水COD为110-285mg/L,色度为16-64倍，COD去除率为26.2-72.6%、色度去除率为37.5-68.9%；活性污泥负载活性炭反应器出水COD为128-261mg/L,色度为16-40倍，COD去除率为47.3-73.6%、色度去除率为75-86.7%；酵母菌负载活性炭反应器出水COD为126-273mg/L,色度为16-64倍，COD、色度去除率分别为32.1-66.7%、73-86.7%。运行50天之后，生物活性碳反应器的处理效果明显高于纯活性炭，酵母菌负载活性炭反应器对造纸废水的处理效果最佳，系统稳定时的COD去除率在66%左右，活性污泥负载活性炭反应器在系统稳定时的COD去除率维持在52%，而纯活性炭反应器在系统稳定时的COD去除率仅维持在44%。（4）生物活性炭反应器对造纸废水连续深度处理条件下功能微生物群落的进化研究。分别对三种反应器不同运行时期取样进行定量PCR分析微生物群落结构，结果表明：细菌数量为1.95×1010-7.18×1014个/g活性炭，真菌数量为5.56×104-7.34×109个/g活性炭，在所有反应器中的不同运行时期细菌始终占据优势地位，真菌次之；真菌与细菌的比例在酵母菌负载活性炭反应器中明显高于另外两种反应器，但其随着反应的运行逐渐降低。对PAH双加氧酶功能基因的定量检测结果表明：在三种反应器中，该基因在活性污泥负载活性炭反应器中含量最高，革兰氏阳性菌PAH双加氧酶基因丰度略高于革兰氏阴性菌；这些功能基因的丰度在种污泥中较高，其在活性污泥负载活性炭反应器中随着系统运行，含量逐渐下降，但至系统稳定至180天时，其丰度逐渐升高，甚至超过种泥。每个反应器样品中分别挑取50个克隆进行PAH双加氧酶基因的多样性分析，结果表明，各反应器中该基因的多样性差别不显著，革兰氏阳性PAH双加氧酶酶基因主要分布在分支杆菌属（Mycobacterium）、地杆菌属（Terrabacter）、假黄色单胞菌属（Pseudoxanthomonas）、红球菌属（Rhodococcus）等；革兰氏阴性PAH双加氧酶酶基因主要分布在从毛单胞菌属（Comamonas）、代尔夫特菌属（Delftia）、罗尔斯通菌属（Ralstonia）、伯克氏菌属（Burkholderia）、假单胞菌属（Pseudomonas）葡萄球菌属（Staphylococcus）等。