新材料生物膜反應(yīng)器凈化富營(yíng)養(yǎng)水及其功能菌群解析.pdf

1、由于水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)多進(jìn)入，水體富營(yíng)養(yǎng)化開(kāi)始成為最常見(jiàn)的水污染現(xiàn)象，為人類的生活和生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)嚴(yán)重危害。水體富營(yíng)養(yǎng)化的修復(fù)與治理已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注的研究課題之一。目前，吸附材料和微生物是富營(yíng)養(yǎng)化水體治理中較受關(guān)注的部分。但吸附材料的功能易受溫度、pH、磷濃度等的影響;參與實(shí)際應(yīng)用的微生物只占總量的極少數(shù);特別是對(duì)隨季節(jié)而發(fā)生變化的富營(yíng)養(yǎng)化水體治理的詳細(xì)研究也較少見(jiàn)有報(bào)道。
　　本研究中，運(yùn)用新材料構(gòu)建生物膜反應(yīng)器處

2、理富營(yíng)養(yǎng)化水。一方面，進(jìn)行水體主要指標(biāo)(總磷:TP、總氮:TN、葉綠素a:Chl-a)的測(cè)定，驗(yàn)證生物反應(yīng)器對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水的凈化能力;另一方面，利用MPN(most probable number,最大可能數(shù)法)培養(yǎng)體系和含有Rpf(resuscitation promoting factor,復(fù)蘇促進(jìn)因子)的培養(yǎng)上清液，分離富集處理系統(tǒng)中不同時(shí)期的優(yōu)勢(shì)菌群，確定反應(yīng)器中是否存在VBNC(viable but non-culturable，

3、活的但非可培養(yǎng))狀態(tài)細(xì)菌及其不同處理時(shí)期水環(huán)境中細(xì)菌的組成，同時(shí)運(yùn)用PCR-DGGE探索解析Rpf對(duì)處理系統(tǒng)中VBNC狀態(tài)細(xì)菌的影響;對(duì)分離菌株進(jìn)行全基因組提取、PCR擴(kuò)增、16S rRNA基因測(cè)序、比對(duì)、系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建以及主要機(jī)能探索。取得的主要研究成果如下:
　　1.新材料生物膜反應(yīng)器對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水有較好的水質(zhì)凈化處理能力，可以有效降低富營(yíng)養(yǎng)化水中的TP、TN和Chl-a。TP、TN及Chl-a平均去除率分別為95.9％，92.

4、4％，95.8％，其中一些常見(jiàn)因素如溫度、pH、磷起始濃度等的變化對(duì)總磷的去除效果影響較小。
　　2.MPN培養(yǎng)體系實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:每1.0 g濾料中，實(shí)驗(yàn)組(添加活性Rpf)細(xì)菌總數(shù)(2.9×109-2.1×1010)比對(duì)照組(添加失活Rpf)細(xì)菌總數(shù)(5.3×107-2.4×109)大，Rpf效果值(VR)為8.7-54.7。以上數(shù)據(jù)表明:新材料能有效富集水體中的微生物;富營(yíng)養(yǎng)化水處理系統(tǒng)中存在對(duì)Rpf敏感的優(yōu)勢(shì)菌群。分離菌株的

5、16SrRNA基因比對(duì)結(jié)果和系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系顯示:生物處理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)VBNC細(xì)菌主要來(lái)自Bacillus、Burkholderia、Enterobacter、Pseudomonas和Brevibacillus等屬;分離菌株與已知近緣標(biāo)準(zhǔn)菌株16S rRNA基因序列的相似性為97.6-100.0％。
　　3.以取自生物反應(yīng)器的樣品構(gòu)建的MPN培養(yǎng)體系為模板進(jìn)行全基因組提取、PCR擴(kuò)增、DGGE電泳解析、目的基因序列鑒定與比對(duì)。DGGE圖

6、譜表明，整體上實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組的菌種多樣性高，證實(shí)富營(yíng)養(yǎng)化反應(yīng)器中存在對(duì)Rpf敏感的VBNC菌群。
　　4.菌群變遷觀測(cè)結(jié)果表明:處理系統(tǒng)中的微生物種類在不同階段存在一定差異。反應(yīng)器的每個(gè)階段都存在具有降解有機(jī)物和反硝化聚磷功能的Burkholderiacepacia和Bacillus cereus菌株;每個(gè)階段擔(dān)任溶藻功能的細(xì)菌則來(lái)自不同的屬:如Bacillus、Brevibacillus、Ochrobactrum和Enterob

7、acter等屬;具有潛在脫氮功能的細(xì)菌則來(lái)自于Bacillus、Enterobacter和Pseudomonas等屬。
　　新材料生物膜反應(yīng)器運(yùn)行近2年，可以有效凈化富營(yíng)養(yǎng)化水，對(duì)格柵、初沉池等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，有望能起到更好的處理效果。此外，新材料因其強(qiáng)吸附能力，可成為功能菌群的良好載體，在實(shí)際生產(chǎn)中有望得到推廣使用。根據(jù)富營(yíng)養(yǎng)水處理反應(yīng)器中存在VBNC菌，及利用Rpf對(duì)復(fù)蘇活性化VBNC菌環(huán)境功能的研究事實(shí)，可以推測(cè)，不同的污水處