活性污泥在適應不同污水處理過程中微生物群落及功能的進化研究.pdf

1、本研究在搖瓶和連續(xù)運行反應器兩種體系條件下，利用454高通量測序、定量PCR以及功能基因克隆和序列測定等技術(shù)分析研究了城市污水處理廠活性污泥在適應印染廢水和造紙廢水過程中微生物群落組成和功能的演化過程，取得如下創(chuàng)新性結(jié)果:
　　 (1)城市污水廠中的活性污泥在搖瓶條件下對印染廢水和造紙廢水的處理結(jié)果。在搖瓶條件下，將城市污水處理廠活性污泥分別接種到造紙和印染廢水中，分別經(jīng)過41天和S5天的馴化培養(yǎng)，造紙廢水在處理周期為12h，進

2、水COD和色度為916-1140mg/L、80-128倍的條件下，出水COD、色度分別為96-295mg/L、16-32倍，COD、色度去除率分別為76.49％-91％、60％-80％;印染廢水在處理周期為24h，進水COD、色度分別為2360-3510mg/L、128-200倍條件下，出水COD和色度分別為356-2680mg/L和32-160倍，COD和色度去除率分別為20.2％-91.1％、10-75％;
　　 (2)城市

3、污水廠中的活性污泥在搖瓶條件下適應印染廢水和造紙廢水過程中微生物群落組成的進化過程。利用DAPI染色和實時熒光定量PCR(Q-PCR)分析了造紙廢水、印染廢水及城市污水處理體系中微生物豐度的變化，結(jié)果表明，三個系統(tǒng)中微生物總數(shù)達到3.4×1013-8.9×1014個/g干污泥，其中細菌數(shù)量為4.38×1013-1.68×1015個/g干污泥，真菌數(shù)量為3.8×107-4.6×109個/g干污泥，三個系統(tǒng)中真菌與細菌的比例都是隨著反應體系

4、的運行逐漸降低。454高通量測序結(jié)果表明在三種廢水處理體系中的優(yōu)勢細菌主要分布在變形菌門（Proteobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門(Actinobacteria)、酸桿菌門（Acidobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）等;城市污水活性污泥中優(yōu)勢細菌類群為變形菌門(37.4％)，其中α-亞綱比例達到61.32％;城市污水活性污泥適應不同的工業(yè)廢水

5、過程中，微生物組成發(fā)生了明顯變化，適應印染廢水后，優(yōu)勢菌群仍為變形菌門(69.6％)，其中α-亞綱比例達到92.9％;適應造紙廢水之后，優(yōu)勢菌群為厚壁菌門(56.4％)，其中芽孢桿菌綱比例高達98.5％。
　　 (3)生物活性碳反應器連續(xù)運行條件下對造紙廢水的深度處理研究。分別構(gòu)建了7.1L的活性炭反應器、活性污泥負載活性炭反應器和混合酵母菌負載活性炭反應器進行造紙廢水常規(guī)物化處理后的出水的深度處理系統(tǒng)。經(jīng)過245天連續(xù)處理，結(jié)

6、果表明，在水力停留時間為12-16h，進水COD和色度分別為363-454mg/L、120-160倍的條件下，純活性炭反應器的出水COD為110-285mg/L，色度為16-64倍，COD去除率為26.2-72.6％、色度去除率為37.5-68.9％;活性污泥負載活性炭反應器出水COD為128-261mg/L，色度為16-40倍，COD去除率為47.3-73.6％、色度去除率為75-86.7％;酵母菌負載活性炭反應器出水COD為126-

7、273mg/L，色度為16-64倍，COD、色度去除率分別為32.1-66.7％、73-86.7％。運行50天之后，生物活性碳反應器的處理效果明顯高于純活性炭，酵母菌負載活性炭反應器對造紙廢水的處理效果最佳，系統(tǒng)穩(wěn)定時的COD去除率在66％左右，活性污泥負載活性炭反應器在系統(tǒng)穩(wěn)定時的COD去除率維持在52％，而純活性炭反應器在系統(tǒng)穩(wěn)定時的COD去除率僅維持在44％。
　　 (4)生物活性炭反應器對造紙廢水連續(xù)深度處理條件下功能微

8、生物群落的進化研究。分別對三種反應器不同運行時期取樣進行定量PCR分析微生物群落結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明:細菌數(shù)量為1.95×1010-7.18×1014個/g活性炭，真菌數(shù)量為5.56×104-7.34×109個/g活性炭，在所有反應器中的不同運行時期細菌始終占據(jù)優(yōu)勢地位，真菌次之;真菌與細菌的比例在酵母菌負載活性炭反應器中明顯高于另外兩種反應器，但其隨著反應的運行逐漸降低。對PAH雙加氧酶功能基因的定量檢測結(jié)果表明:在三種反應器中，該基因在活

9、性污泥負載活性炭反應器中含量最高，革蘭氏陽性菌PAH雙加氧酶基因豐度略高于革蘭氏陰性菌;這些功能基因的豐度在種污泥中較高，其在活性污泥負載活性炭反應器中隨著系統(tǒng)運行，含量逐漸下降，但至系統(tǒng)穩(wěn)定至180天時，其豐度逐漸升高，甚至超過種泥。每個反應器樣品中分別挑取50個克隆進行PAH雙加氧酶基因的多樣性分析，結(jié)果表明，各反應器中該基因的多樣性差別不顯著，革蘭氏陽性PAH雙加氧酶酶基因主要分布在分支桿菌屬（Mycobacterium）、地桿菌