高鹽含酚廢水生物處理及微生物群落結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、含酚廢水來(lái)源廣泛、成分復(fù)雜，如焦化廢水、醫(yī)藥廢水、化工及印染廢水等，這些廢水中既含有高濃度的酚類化合物，又含有大量的鹽份(Cl-、Na+、Ca2+等)，會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，從而增加生物處理的難度，成為現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外含酚廢水處理技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)難題。為了解決含酚廢水中高鹽含量對(duì)傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)的抑制問題，本文以模擬含酚廢水為基質(zhì)，構(gòu)建既能耐受高鹽度、又能高效降解酚類化合物的生物處理體系，并在不同條件下對(duì)其降解特性進(jìn)行詳細(xì)的分

2、析，同時(shí)利用RISA指紋、AFDRA功能基因分析、16SrDNA測(cè)序、FISH以及實(shí)時(shí)熒光定量PCR等分子生物技術(shù)對(duì)生物處理體系的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，闡明宏觀功能變化與微觀結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系，為高鹽含酚廢水的生物處理提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持。 高鹽條件下，構(gòu)建的活性污泥體系能夠處理不同組分的含酚廢水，其中鄰苯二酚和水楊酸存在時(shí)對(duì)活性污泥體系的總酚去除速率影響較小，而對(duì)甲基酚存在時(shí)總酚去除速率明顯降低。鹽度和pH沖擊對(duì)活性污泥體

3、系降解性能影響較大，鹽度在50g/LNaCl以下時(shí)去除速率隨鹽度的增加而增加，但鹽度達(dá)100g/LNaCl以上時(shí)，去除速率明顯下降。進(jìn)水pH7.0～9.0范圍內(nèi)活性污泥去除速率比較穩(wěn)定。同時(shí)利用RISA(核糖體基因間隔序列分析)指紋技術(shù)，并借助16SrDNA序列分析對(duì)活性污泥體系進(jìn)行群落動(dòng)態(tài)解析，進(jìn)而揭示系統(tǒng)微觀結(jié)構(gòu)與宏觀功能之間的內(nèi)在聯(lián)系。結(jié)果表明，苯酚單獨(dú)作為基質(zhì)時(shí)，活性污泥體系的微生物群落多樣性明顯增加，而混合酚作為基質(zhì)時(shí)，系統(tǒng)微

4、生物群落多樣性變化較小。鹽度沖擊過程中活性污泥體系微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了劇烈的變化，而pH沖擊過程中系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。遺傳分析表明，鹽度沖擊過程中鹽單胞菌屬Halomonas和海洋桿菌屬M(fèi)arinobacter菌株代謝旺盛，說(shuō)明這兩類菌屬菌株具有較強(qiáng)的耐鹽能力：而pH和底物濃度沖擊使海洋桿菌屬M(fèi)arinobacter和糞產(chǎn)堿菌屬Alcaligenesfaecalis菌株在處理系統(tǒng)中大量生長(zhǎng)，逐漸成為優(yōu)勢(shì)菌株。在進(jìn)化分析中還發(fā)現(xiàn)一

5、少部分序列歸屬于希瓦氏菌屬Shewanella和節(jié)桿菌屬Arthrobacter等。 本實(shí)驗(yàn)還采用擴(kuò)增功能DNA限制性分析(AFDRA)的方法對(duì)不同條件下活性污泥體系苯酚羥化酶基因的變化進(jìn)行了分析，與RISA指紋分析相互補(bǔ)充,在基因水平上揭示了活性污泥體系微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的變化。研究結(jié)果表明，活性污泥體系中降酚菌群的苯酚羥化酶功能基因的多樣性因處理系統(tǒng)的底物種類、底物濃度、鹽度和pH而有明顯差異。苯酚羥化酶基因的變化可以反映

6、生物系統(tǒng)內(nèi)微生物群落的動(dòng)態(tài)變化，而微生物群落的組成又會(huì)直接影響功能基因的多樣性。 從活性污泥中分離到三株耐鹽苯酚降解菌，經(jīng)形態(tài)觀察、生理生化分析以及16SrDNA或26SrDNA分析分別鑒定為Arthrobactersp.W1、Rodococcussp.W2和Candidasp.W3，其序列的GenBank登陸序列號(hào)分別為EU339930、EU339931和EU349016。考察了3株菌的生長(zhǎng)及降解酚類化合物的基本特性，為耐鹽酚

7、類降解復(fù)合菌體系的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。3株菌均能在溫度20～30℃、pH5.0～9.0和鹽度10～100g/LNaCl范圍內(nèi)以苯酚為唯一碳源進(jìn)行生長(zhǎng)，能夠利用苯甲酸、水楊酸、對(duì)甲基酚、氨基酚、對(duì)苯二酚等多種芳香化合物。高鹽條件下，3株菌能夠在細(xì)胞內(nèi)積累相容性物質(zhì)(主要是四氫嘧啶和甜菜堿)抵御外界高鹽環(huán)境，并且相容性物質(zhì)的含量隨鹽度升高而增加，在培養(yǎng)基中外加相容性物質(zhì)能夠促進(jìn)菌株的生長(zhǎng)，并且增強(qiáng)菌株的耐鹽能力。 通過正交實(shí)驗(yàn)確定菌株W

8、1、W2和W3以1:1:2比例混合構(gòu)建高效的耐鹽酚類降解復(fù)合菌群，該復(fù)合菌與3株單菌相比，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)，能在溫度10～40℃、pH4.0～12.0和鹽度10～150g/LNaCl范圍內(nèi)以苯酚為唯一碳源進(jìn)行生長(zhǎng)，在最佳降解條件下140h即可完全降解2000mg/L苯酚，降解酚類化合物范圍更廣。模擬SBR工藝對(duì)不同條件下復(fù)合菌群處理高鹽混合酚廢水進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在3個(gè)月運(yùn)行期內(nèi)，復(fù)合菌群處理效果穩(wěn)定，能夠耐受一定范圍的鹽度(1

9、0～150g/LNaCl)、pH(5.0～12.0)和底物濃度(200～1500mg/L)的沖擊。與活性污泥體系相比，復(fù)合菌體系抗沖擊能力更強(qiáng)，去除速率更高。 采用熒光原位雜交技術(shù)(FISH)對(duì)復(fù)合菌群內(nèi)W1、W2和W3菌株的變化進(jìn)行分析，結(jié)果表明，復(fù)合菌群中的W1菌株具有較強(qiáng)的抗鹽度和底物濃度沖擊的能力，而3株菌對(duì)pH沖擊均有較好的耐受性。進(jìn)一步采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)對(duì)復(fù)合菌群中的優(yōu)勢(shì)菌株W1進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明，NaC