论文部分内容阅读
五氯酚(PCP)是应用广泛,具有致癌、致畸、致突变作用的难降解持久性有机污染物之一。五氯酚作为杀虫剂、除草剂、溶剂、木材防腐剂等被大量使用,在自然界中普遍存在,对环境造成了严重污染。微氧颗粒污泥可以使厌氧和好氧环境同时存在,使PCP厌氧还原和好氧氧化同时发生,是降解五氯酚的有效方法。颗粒污泥中的微生物种群多样性、结构功能及空间分布与生物处理的性能和稳定性密切相关。研究颗粒污泥中微生物的生态特性对于废水生物处理具有重要的意义。现代分子生物学技术,特别是聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)的发展和应用,从基因水平上揭示了生物降解系统的分子生态特性。
本文在微氧的条件下培养出降解五氯酚的颗粒污泥,研究了培养过程中颗粒污泥的性能变化,探讨了从颗粒污泥中提取DNA的有效方法,并采用PCR-DGGE对微氧颗粒污泥培养过程中真细菌、古细菌的种群结构、多样性和动态变化进行了初步研究。
首先以厌氧颗粒污泥为接种污泥,在微氧的条件下(DO约为0.6mg·L-1)培养出颗粒污泥,再用五氯酚进行驯化。随着培养的进行,颗粒污泥的SVI从34.9mL·g-1逐渐下降到24.3 mL·g-1,污泥的沉降性能越来越好,PN/PS从1.5增加到3.3。经过100d的驯化,最终得到性能优良的降解五氯酚的微氧颗粒污泥。PCP驯化后的微氧颗粒污泥对COD和PCP的去除率分别达到了85.3％和86.1％。
将培养成熟的微氧颗粒污泥取出,在不同的供氧条件下(微氧DO约为0.3～0.7mg·L-1和好氧DO≥1.0mg·L-1)继续培养出微氧颗粒污泥和好氧颗粒污泥,并对其性能进行比较。微氧颗粒污泥比好氧颗粒污泥结构密实,沉降性能好。微氧颗粒污泥和好氧颗粒污泥对COD的降解都分为两个阶段,第一阶段是吸附阶段,第二阶段是生物降解阶段。两种颗粒污泥基质降解动力学和微生物增长动力学都符合Monod方程。微氧颗粒污泥的动力学参数为Vmax=29.63d-1,Ks=3714.52mg·L-1,Y=0.24352mgMLSS·mgCOD-1,Kd=0.01381d-1;好氧颗粒污泥的动力学参数为Vmax=17.84d-1,Ks=1826.16mg·L-1,Y=0.29665mgMLSS·mgCOD-1,Kd=0.02259d-1。结果表明微氧颗粒污泥中微生物种类比好氧颗粒污泥丰富,基质的比降解速率高,污泥受基质浓度的影响较小,抗冲击负荷能力强,适合高浓度废水的处理。
比较了CTAB法、TENPC法和试剂盒法从颗粒污泥中提取DNA的方法,并对最好的提取方法进行优化,优选出最适合从颗粒污泥中提取DNA的方法,即采用脱腐缓冲液、PBS、EDTA洗涤后,用液氮研磨的细胞破壁方法,采取TENPC法提取DNA。该方法提取的DNA浓度达到727.5 μg·mL-1,片断长度大,杂质含量少,提取率高,达到了43.65μg·g-1,可直接进行PCR扩增。采用PCR-DGGE对降解五氯酚的微氧颗粒污泥形成过程中真细菌和古细菌的种群多样性和动态变化进行了研究,真细菌和古细菌的组成都发生了明显的变化,细菌种属的数量逐渐增加,从接种污泥中11个OTU增加到16个,古菌种属的数量逐渐减少,从19个OTU减少到14个。通过对DGGE主要条带切胶回收、测序、登录NCBI进行序列比对,发现颗粒污泥中真细菌和古细菌都与不可培养的微生物具有很高的相似性,主要有Sphingomonas,epsilon Proteobacterium和Methanogenic bacterium,说明微氧颗粒污泥中同时存在好氧菌、微氧菌和厌氧菌。经过五氯酚驯化后的颗粒污泥中产生了一系列对五氯酚降解有利的优势细菌和古菌,如Sphingomonas sp.、Methanogenicbacterium、Actinobacterium等。