新材料生物膜反應器凈化富營養(yǎng)水及其功能菌群解析.pdf

1、由于水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的過多進入，水體富營養(yǎng)化開始成為最常見的水污染現(xiàn)象，為人類的生活和生產(chǎn)活動帶來嚴重危害。水體富營養(yǎng)化的修復與治理已成為國內(nèi)外學者廣泛關注的研究課題之一。目前，吸附材料和微生物是富營養(yǎng)化水體治理中較受關注的部分。但吸附材料的功能易受溫度、pH、磷濃度等的影響;參與實際應用的微生物只占總量的極少數(shù);特別是對隨季節(jié)而發(fā)生變化的富營養(yǎng)化水體治理的詳細研究也較少見有報道。
　　本研究中，運用新材料構建生物膜反應器處

2、理富營養(yǎng)化水。一方面，進行水體主要指標(總磷:TP、總氮:TN、葉綠素a:Chl-a)的測定，驗證生物反應器對富營養(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,復蘇促進因子)的培養(yǎng)上清液，分離富集處理系統(tǒng)中不同時期的優(yōu)勢菌群，確定反應器中是否存在VBNC(viable but non-culturable，

3、活的但非可培養(yǎng))狀態(tài)細菌及其不同處理時期水環(huán)境中細菌的組成，同時運用PCR-DGGE探索解析Rpf對處理系統(tǒng)中VBNC狀態(tài)細菌的影響;對分離菌株進行全基因組提取、PCR擴增、16S rRNA基因測序、比對、系統(tǒng)發(fā)育樹構建以及主要機能探索。取得的主要研究成果如下:
　　1.新材料生物膜反應器對富營養(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％，其中一些常見因素如溫度、pH、磷起始濃度等的變化對總磷的去除效果影響較小。
　　2.MPN培養(yǎng)體系實驗結果表明:每1.0 g濾料中，實驗組(添加活性Rpf)細菌總數(shù)(2.9×109-2.1×1010)比對照組(添加失活Rpf)細菌總數(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;富營養(yǎng)化水處理系統(tǒng)中存在對Rpf敏感的優(yōu)勢菌群。分離菌株的

5、16SrRNA基因比對結果和系統(tǒng)進化關系顯示:生物處理系統(tǒng)的優(yōu)勢VBNC細菌主要來自Bacillus、Burkholderia、Enterobacter、Pseudomonas和Brevibacillus等屬;分離菌株與已知近緣標準菌株16S rRNA基因序列的相似性為97.6-100.0％。
　　3.以取自生物反應器的樣品構建的MPN培養(yǎng)體系為模板進行全基因組提取、PCR擴增、DGGE電泳解析、目的基因序列鑒定與比對。DGGE圖

6、譜表明，整體上實驗組比對照組的菌種多樣性高，證實富營養(yǎng)化反應器中存在對Rpf敏感的VBNC菌群。
　　4.菌群變遷觀測結果表明:處理系統(tǒng)中的微生物種類在不同階段存在一定差異。反應器的每個階段都存在具有降解有機物和反硝化聚磷功能的Burkholderiacepacia和Bacillus cereus菌株;每個階段擔任溶藻功能的細菌則來自不同的屬:如Bacillus、Brevibacillus、Ochrobactrum和Enterob

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