喹啉廢水反硝化反應(yīng)器中微生物菌群結(jié)構(gòu)與功能的研究.pdf

1、喹啉是焦化廢水中常見的一類含氮雜環(huán)化合物,具有毒性、潛在致癌性,且難于降解,因此關(guān)于喹啉降解的研究很有必要。已有研究表明,喹啉可以在反硝化條件下得到降解。目前,對反硝化降解喹啉系統(tǒng)中微生物的研究工作甚少,且不夠深入。本研究主要采用分子生物學(xué)技術(shù)及分離培養(yǎng)技術(shù),解析喹啉廢水反硝化反應(yīng)器的微生物群落以及研究反應(yīng)器優(yōu)勢細菌菌株的代謝特性。在本研究中,建立了一個實驗室喹啉降解反硝化反應(yīng)器,種子污泥來自某焦化廠廢水處理系統(tǒng)二沉池,在喹啉為唯一碳源

2、的反硝化條件下馴化。經(jīng)過半年多時間的馴化,反應(yīng)器達到高效穩(wěn)定的喹啉降解和硝態(tài)氮去除功能,喹啉去除率在80％左右,硝態(tài)氮去除率超過90%。首先采用純培養(yǎng)技術(shù)對處理喹啉廢水的反硝化反應(yīng)器中篩選到的26株優(yōu)勢菌株進行反硝化能力及好氧降解喹啉能力研究,對其中的反硝化菌測定其反硝化條件下的喹啉降解能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Bacillus、Staphylococcus、Pseudomonas、Brucella、Delftia等5個屬的10株菌具有反硝化能力,

3、Rhodococcus屬的9株細菌能夠好氧降解喹啉。這部分工作揭示了反硝化喹啉降解反應(yīng)器中主要細菌類型的代謝特性,發(fā)現(xiàn)在缺氧反硝化反應(yīng)器中存在多樣的代謝類型的細菌。為了深入了解喹啉廢水反硝化反應(yīng)器的細菌群落,采集反應(yīng)器不同時間點的生物膜樣本,以細菌16S rRNA基因V3區(qū)作為分子標記,采用DGGE指紋圖譜技術(shù)和454測序技術(shù)解析細菌群落組成。DGGE指紋圖譜結(jié)果、樣本454序列在種以上系統(tǒng)發(fā)育水平的類群分布均表明,反硝化反應(yīng)器中的細菌

4、群落在反應(yīng)器的建立至運行642d的時間段前期波動,后期穩(wěn)定。多樣性指數(shù)計算結(jié)果顯示,反應(yīng)器的細菌群落在建立初期最高,穩(wěn)定狀態(tài)下減弱。分析7例樣本中豐度顯著變化的OTU,發(fā)現(xiàn)菌群組成的變化主要表現(xiàn)為好氧類型菌與反硝化、厭氧類型菌的豐度變化,推測細菌菌群結(jié)構(gòu)的改變可能和反應(yīng)器的氧化還原條件變化有關(guān)。此外,分析穩(wěn)定狀態(tài)的細菌群落結(jié)構(gòu),Rhodocyclaceae科的反硝化菌Thauera、Denitratisoma是優(yōu)勢微生物。其中,最優(yōu)勢類

5、群Thauera的豐度在50%左右。這些類群可能就是在反硝化條件下降解喹啉的主要的功能菌。另外,采用類似的方法,針對古菌16S rRNA基因部分區(qū)域序列進行454測序,研究該喹啉降解反硝化反應(yīng)器的古菌群落。結(jié)果表明,反硝化反應(yīng)器中的古菌類型少于細菌。在反應(yīng)器馴化過程中,群落多樣性經(jīng)歷了先降低后升高的變化。Methanomethylovorans在古菌群落中占最優(yōu)勢,Methanoculleus、Methanofollis、Methano