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(jiàn)的一類(lèi)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(duì)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(shì)細(xì)菌菌株的代謝特性。在本研究中,建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室喹啉降解反硝化反應(yīng)器,種子污泥來(lái)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(guò)半年多時(shí)間的馴化,反應(yīng)器達(dá)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(guò)90%。首先采用純培養(yǎng)技術(shù)對(duì)處理喹啉廢水的反硝化反應(yīng)器中篩選到的26株優(yōu)勢(shì)菌株進(jìn)行反硝化能力及好氧降解喹啉能力研究,對(duì)其中的反硝化菌測(cè)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(gè)屬的10株菌具有反硝化能力,

3、Rhodococcus屬的9株細(xì)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(xì)菌類(lèi)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(lèi)型的細(xì)菌。為了深入了解喹啉廢水反硝化反應(yīng)器的細(xì)菌群落,采集反應(yīng)器不同時(shí)間點(diǎn)的生物膜樣本,以細(xì)菌16S rRNA基因V3區(qū)作為分子標(biāo)記,采用DGGE指紋圖譜技術(shù)和454測(cè)序技術(shù)解析細(xì)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(lèi)群分布均表明,反硝化反應(yīng)器中的細(xì)菌

4、群落在反應(yīng)器的建立至運(yùn)行642d的時(shí)間段前期波動(dòng),后期穩(wěn)定。多樣性指數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示,反應(yīng)器的細(xì)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(lèi)型菌與反硝化、厭氧類(lèi)型菌的豐度變化,推測(cè)細(xì)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(xì)菌群落結(jié)構(gòu),Rhodocyclaceae科的反硝化菌Thauera、Denitratisoma是優(yōu)勢(shì)微生物。其中,最優(yōu)勢(shì)類(lèi)

5、群Thauera的豐度在50%左右。這些類(lèi)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(lèi)似的方法,針對(duì)古菌16S rRNA基因部分區(qū)域序列進(jìn)行454測(cè)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(lèi)型少于細(xì)菌。在反應(yīng)器馴化過(guò)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(shì),Methanoculleus、Methanofollis、Methano