陈华[1]2004年在《难降解有机废水的高效优势菌群的研究》文中研究表明本课题主要研究了难降解有机废水的高效优势菌群。针对樟脑、富马酸废水，培育、驯化、筛选、分离出各种优势降解菌，并对菌种进行了鉴定。 分别按樟脑好氧、樟脑厌氧、富马酸好氧、富马酸厌氧将菌种进行混合培养，并测定了四种混合菌的生长曲线和最佳生长条件，确定了混合菌扩大培养的最佳时间与条件。实验对比了混合菌与单一菌株对废水的降解效果，结果表明混合菌对这两类废水具有更好的降解效果。 通过对细菌、真菌共培养体系降解樟脑、富马酸废水的试验表明废水成分不同对细菌、白腐真菌共培养体系的降解能力有所影响。 同时还采用IR、HPLC等分析手段证实了所培养的优势混合菌对樟脑、富马酸模拟废水具有良好的降解效果。另外对樟脑模拟废水的微生物降解进行了动力学分析。
农少梅[2]2008年在《橡胶促进剂生产废水处理研究》文中研究说明橡胶促进剂废水含较多的难降解有机物,可生化性差,而且其水量水质变化大,故直接用生化方法处理该废水效果也不是很理想。本文针对这一问题进行了探讨,希望找到适合的治理橡胶促进剂废水的方法。在实验室阶段,首先进行了菌种的筛选、培养驯化与鉴定;利用正交实验,确定复合菌的最佳培养条件及无机离子对微生物生长的影响;考察了pH值、温度、盐度、碳源及氮源对优势菌群生长的影响;研究了不同温度、pH值、不同的废水浓度对单株菌降解橡胶工业有机废水的影响效果。然后通过方案的确定,选用高效优势菌强化A~2/O工艺处理该废水。厌氧处理提高了废水的可生化性,废水的可生化性从0.25提高到了0.56,有利于后续工艺的处理。高效优势菌处理橡胶促进剂废水的实验室模拟。首先对污泥进行培养驯化,厌氧反应器的接种污泥来自垃圾渗滤液,缺氧反应器和好氧反应器中投加高效优势菌,按照传统的厌氧污泥培养方法,逐步提高废水的COD浓度,使微生物逐渐适应该废水并能够良好的生长,驯化时间大约为两个月左右。系统进入启动阶段,启动阶段分为配水启动阶段和原水启动阶段。在稳定运行阶段,COD平均去除率达90.71%,氨氮平均去除率达78.31%,苯胺平均去除率达86.17%。
郑玉[3]2013年在《木质素降解复合菌群强化处理草浆造纸黑液研究》文中进行了进一步梳理摘要：草类碱法制浆工艺产生的黑液,是一类难以处理的有机废水,含有大量的木质素,具有高COD浓度、高碱性、高色度及难降解等特点,一直以来都是国内外水处理研究的难点。本文针对国内外目前存在的草浆碱法造纸黑液处理技术瓶颈,利用从叁国时期吴国竹简浸泡液中分离筛选出能有效降解造纸黑液的4株菌株;在对4株菌株黑液降解特性研究的基础上,系统研究了复合菌强化SBR反应器处理造纸黑液的核心工艺；基于芦苇浆造纸所产生的浓缩黑液的特点,提出碱析法-生物强化处理-生物微酸化-Fenton法深度处理的工艺流程,同时研究了生物强化处理作用下黑液木质素降解的机理。旨在从资源化和生物处理的角度为草浆造纸黑液治理提供新的处理技术和工艺。本文主要研究结果如下：(1)基于造纸黑液高pH和高COD浓度的特点,提出了碱析法预处理新思路。通过单因素和正交实验确定了预处理最佳条件：初始黑液pH为13、COD为78000mg/l、Ca2+投加量为4.5g/1,处理后黑液COD、木质素和色度的去除率分别为71.62%、83.21%、94.26%,黑液pH降低至11左右,COD降低至22300mg/1左右,同时析出可以回收利用的木质素,有利于后续生物法处理,克服了常规絮凝法或酸析法需要调节pH及容易造成二次污染等缺点。(2)从吴国竹简浸泡液中分离筛选出能在复杂造纸黑液环境中生长的3株细菌Pandoraea sp.B-6、Cupriavidus sp. B-8、Comamonas sp. B-9和1株霉菌Aspergillus sp. F-1。对4株菌株降解造纸黑液特性研究表明：各菌株均能在不外加碳氮源和微量营养元素的条件下对造纸黑液直接进行降解,降解条件为pH10～11, COD初始负荷为23000mg/1左右,生长温度为30-35。C,各菌株在高碱性条件下表现出很强的pH调节能力,黑液COD、木质素和色度去除率最高分别达到58.2%、46.7%、62.4%,并能分泌木质纤维素酶活,体现了菌株对高浓度造纸黑液的耐受性。(3)研究了生物强化处理草浆造纸黑液新工艺,采用生物强化处理与活性污泥法相结合,对木质素降解复合菌群进行了优化研究。在黑液初始COD为23000mg/1左右,pH为10,温度30℃,MLSS为4.5g/1,无外加碳氮源条件下,黑液COD、木质素和色度去除率最高可达到62.7%、48.1%、66.4%,高于单一菌株处理情况,说明了复合菌群组合强化活性污泥处理造纸黑液具有一定的协同作用。对生物强化处理与普通活性污泥法连续处理造纸黑液能力进行了比较研究,生物强化系统比普通活性污泥系统平均COD去除率高20%左右,平均木质素去除率高21%左右,色度去除率高22%左右,且反应启动时间大大缩短。生物强化系统进水COD从9000mg/1增加到24000mg/l,COD去除率仍然保持在50%,表明投加木质素降解复合菌群的生物强化系统耐冲击能力强。(4)采用傅里叶红外光谱、紫外光谱和气质联用等研究手段揭示了黑液中木质素的生物降解机理。可以初步认为在生物强化作用下,微生物首先直接利用黑液中的易降解的碳水化合物进行生长,并分泌一定的木质素纤维素酶活,促进木质素苯环之间的连接键的断裂,譬如Cα-Cβ断裂和p-0-4断裂,以及联苯之间的键的断裂,形成一系列的木质素单体结构,同时木质素单体逐渐脱除苯环上的甲氧基,由Lac和MnP进一步催化形成醌、苯氧自由基,并出现大量的羰基,且双键数量有所增加,甚至可以由LiP氧化生成开环产物,进入叁羧酸循环。(5)采取碱析法-SBR生物强化-生物微酸化-Fenton法深度处理组合工艺对造纸黑液进行了连续处理,在15个运行周期中,造纸黑液初始pH13,COD约为78550mg/l左右,经组合工艺处理后,黑液COD、木质素和色度去除率分别达到98.5%、95.8%、99.8%。组合工艺实际应用到造纸黑液的处理是可行的。
朱亮[4]2008年在《降解苯胺和氯苯胺好氧污泥颗粒化及其微生物分子生态特性研究》文中研究指明好氧生物处理工艺在国内外最广泛应用于城镇污水和工业废水处理，系统运行性能和稳定性很大程度上取决于工艺反应器的传质传递、流体动力学以及降解菌生物量、活性与污泥微生物种群多样性。为实现生物反应器高活性生物量持留、多样化微生物菌群富集，强化生物处理工艺系统运行高效性和稳定性，本论文以序批式好氧生物反应器(SBR)和序批式气提生物反应器(SABR)为平台，以苯胺和氯苯胺类为模式有机物，开展了降解苯胺(AN)和氯苯胺(ClAs)好氧污泥颗粒化及其微生物分子生态机理研究，取得如下研究结果：1、通过梯度增强SABR反应器水力选择压(增大表面气速)与生物选择压(逐步增加目标污染物负荷、缩短污泥沉降时间)，在以AN为唯一碳能源、负荷1．2kg·m~(-3)·d~(-1)条件下好氧污泥发生颗粒化现象，成熟颗粒污泥平均粒径为1．2 mm、比AN降解速率达0．84 g·gVSS(-1)·d~(-1)。不同结构序批式反应器处理对氯苯胺(4-ClA)废水过程污泥颗粒化研究结果表明，反应器结构及其水力学特征影响污泥颗粒化进程与颗粒污泥活性，高径比(H／D)较大的SBR、SABR反应器易发生好氧污泥颗粒化，成熟颗粒污泥粒径分别为1．68mm和1．25 mm，比4-ClA降解速率达0．21～0．27 g·g~(-1)·d~(-1)，该两组反应器具有较高的污染物降解能力与运行稳定性。结果揭示反应器结构及其水力学特征影响污泥颗粒化进程与颗粒污泥活性。处理含多种ClAs和AN有机废水SABR反应器同样可实现好氧污泥颗粒化，获得的成熟颗粒污泥粒径在0．9～2．0 mm，污泥最小沉降速率达60 m·h~(-1)以上，苯胺和氯苯胺类比降解速率为0．1 8 g·gVSS~(-1)·d~(-1)；颗粒内外分布有丰富的类球菌、类短杆菌，与胞外多聚物交织共存；相对而言，进水含AN和ClAs的SABR反应器具有较高目标污染物去除性能、耐冲击能力和运行稳定性。2、反应器在进水ClAs负荷0．6～0．8 kg·m~(-3)·d~(-1)、表面气速2．4～3．6 cm·s~(-1)、污泥沉降时间5～10 min、HRT 11．4～17．2 h、曝气前兼氧1 h、新生污泥或全混污泥适时排放等条件下运行，可获得结构致密、沉降性能优异的好氧颗粒污泥。短期营养元素缺失对颗粒污泥特性影响结果表明，碳源缺失时污泥颗粒强度和表面疏水性有所增强，C、K元素缺失时污泥EPS含量减少，C、N、P元素缺失时污泥SOUR明显下降，而C、Fe元素缺失时微生物生长受限。结果可为好氧颗粒污泥工艺设计与运行调控提供理论依据。氯苯胺负荷冲击下不同结构颗粒化反应器运行稳定性分析发现，H／D较大的R2、R3反应器抗基质负荷冲击能力较强。反应器剪切率试验结果表明，R3、R2反应器总剪切率较高，分别为(1．14～2．31)×10~5 s~(-1)和(0．56～2．23)×10~5 s~(-1)，而H／D较小的R1反应器剪切率仅为(0．34～1．27)×10~5 s~(-1)。结果证实可提供较强水力剪切条件的反应器具有较高的耐冲击能力和运行稳定性。灰色多因素数学法分析好氧颗粒污泥特性与颗粒化影响因素的关联度发现，污泥沉降速率(SV)与总生物密度(d_(tm))关联度为0．828，污泥沉降速率(SV)与污泥体积指数(SVI)、颗粒污泥粒径(D)与总生物密度(d_(tm))关联度依次为0．804、0．779，而污泥体积指数(SVI)与总生物密度(d_(tm))关联度仅0．664。根据对好氧颗粒污泥特征指标的关联度分析，确定有机负荷率(OLR)、水力剪切力(HFS)、污泥沉降时间(SST)为好氧污泥颗粒化主控因子。研究结果有望为好氧颗粒污泥工艺长期稳定运行提供技术支撑。颗粒化过程污泥胞外多聚物(EPS)中蛋白(PN)含量和蛋白／多糖比值(PN／PS)明显增大，并与疏水性、表面电荷等污泥表面特性指标呈正相关；表面气速提高至2．4 cm·s~(-1)时污泥EPS中PN含量与PN／PS比值明显增加，缩短污泥沉降时间(小于10 min)有利于颗粒污泥EPS中PN含量增加。研究结果揭示EPS及其PN组分在颗粒污泥形成过程中扮演重要角色。结合已有研究结果，综合考虑本实验确立的污泥颗粒化过程主控因子，提出如下好氧颗粒污泥形成机理：在一定的水力与生物选择压下，微生物代谢过程分泌过量EPS，通过对微生物表面特性影响促使菌体间相互吸引、粘连成菌胶团，进而在EPS吸附、包裹与丝状菌、高价阳离子架桥作用下形成污泥聚集体与颗粒亚核；多样化菌群在颗粒亚核上按功能区系规则分布、结构优化，最终形成结构致密的颗粒化污泥；传质限制或环境条件变化时大粒径污泥发生解体，形成的碎片可作为“二次核”实现污泥快速颗粒化。3、好氧颗粒降解AN和ClAs符合Haldane动力学，最大比基质降解速率(V_(max))大小顺序依次为：AN>4-ClA>2-ClA>3-ClA>3，4-DClA，抑制常数(K_i)顺序依次为：AN>3-ClA>4-ClA>2-ClA>3，4-DClA，苯胺和氯苯胺类化合物的空间参数、热力学参数与其生物降解性相关性较好。不同粒径好氧颗粒的污染物降解动力学研究发现，粒径为1．25-2．0 mm的好氧颗粒污泥具有较大的V_(max)和K_i值，粒径增至2．0 mm以上时颗粒污泥K_i值继续增大，但V_(max)呈下降趋势。结果揭示污泥颗粒形成有利于改善反应器处理有毒有机物性能，但控制颗粒污泥大小对工艺高效运行十分重要。成熟好氧颗粒污泥具有较高的诱导型C23O酶活；4-ClA降解过程依次形成4-氯邻苯二酚、5-氯-4-草酰巴豆酸、2-羟基-5-氯-粘糠酸半醛、5-氯-4-羟基-2-酮戊酸等典型间位途径中间代谢产物，证实4-ClA通过间位代谢途径开环裂解，并提出颗粒污泥降解4-ClA代谢途径。好氧颗粒污泥生长动力学分析结果表明，颗粒污泥工艺具有较高的衰减系数(K_d)和较低的产率系数(Y)，颗粒污泥EPS和PHB可在好氧饥饿期作为“二次基质”被微生物所利用，应用Luedeking-Piret模型可较好拟合比EPS生成速率(q_(EPS))、比PHB生成速率(q_(PHB))与微生物生长速率(μ)之间的关系。4、降解苯胺和氯苯胺污泥颗粒化过程微生物种群结构演替显着，随着污泥颗粒化而出现特异性条带。降解4-ClA污泥颗粒化过程，污泥小颗粒快速形成的R2、R3反应器污泥DGGE图谱条带较为丰富，污泥菌群结构相似性较高，主要菌群分属β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria、Planctomycetales、Flavobacteriales、Clostridiales、Acidobacteria等类群，特异性条带大部分与Thauera sp．菌属具有较高的相似性，推测该菌属可能是好氧颗粒污泥所持留的4-ClA降解菌。降解AN颗粒污泥主要菌群分属Proteobacteria、Flavobacteriales、Cytophagales、Bacteroidete等，特异性条带大部分与Thauera sp．、Pseudomonasputida sp．、Acinetobacter sp．菌属有较高相似性。降解ClAs、AN的两组SABR反应器内颗粒污泥共有的优势功能降解菌为Pseudomonas sp．、Flavobacterium sp．；相比较而言，降解ClAs和AN颗粒污泥特异性条带所属类群较为复杂，其颗粒污泥微生物种群结构更为丰富。RTQ-PCR定量分析结果表明，降解4-ClA污泥颗粒化过程Thauera sp．、AOB、β-Proteobacteria菌群数量均呈现不同程度的增加，其在成熟颗粒污泥内分别占细菌总数的21．55％、10．79％和61．28％；降解AN好氧污泥颗粒化过程Thauera sp．、AOB、β-Proteobacteria含量同样明显增加，其占细菌总数的比例最终稳定在28．83％、15．6％和50．64％。结果揭示污泥颗粒化可实现功能降解菌柔性化富集、结构化持留。
朱葛夫[5]2007年在《厌氧折流板反应器应用技术及微生物群落生态学研究》文中认为厌氧折流板反应器(ABR)是一类源于分阶段多相厌氧反应器(Staged Multi-Phase Anaerobic Reactor,SMPA)理论的第叁代新型厌氧反应器。它一经问世便成为环境科研工作者的研究热点。论文对7格室ABR反应系统的运行控制对策进行了研究,并借助于PCR-SSCP基因指纹分析技术,对此系统运行过程中微生物群落更迭和演替规律进行了分析,在此基础上研发了高效的ABR反应设备,并成功将其应用到发酵法生物制氢技术及大豆蛋白生产废水的处理研究之中。基于ABR系统对有机物降解过程及微生物生态学的研究,提出了产氢产乙酸过程是厌氧消化过程的第一限速步骤的学术观点,并通过实验证明了这一观点的正确性,是对产甲烷段由于生存条件严格而必然成为第一限速步骤”这一传统理论的重要补充。在工程运行控制对策研究的基础上,研制成功ABRⅢ型废水处理设备(ZL200420063866.9),并在大豆蛋白生产废水处理实验中取得了理想效果。在接种好氧活性污泥(18.0 gVSS/L)、HRT 48 h、温度35℃的条件下,当进水COD浓度由2000 mg/L提高到10000 mg/L的运行过程中,系统经过93天的运行,COD去除率可以稳定在97%以上,并在各个格室培养出成熟的颗粒污泥。研发了ABRⅡ型发酵制氢反应设备(ZL200410044082.6),在运行条件相似的条件下,其产氢量、单位基质的氢气转化率均高于CSTR型反应器。在以好氧活性污泥为种泥,以稀释糖蜜为原料,在进水COD浓度5000 mg/L、HRT 13.5 h、35℃的条件下,ABR的活性污泥的比产氢率为0.13 L/gVSS·d,单位基质的比产氢率为0.13 L/gCOD。二者均比相似条件下的CSTR类型反应系统高。ABRⅢ型反应设备的大豆蛋白生产废水产氢试验也获得了较高的比产氢速率,说明ABR系统具有更好的运行稳定性和微生物代谢活性。利用PCR-SSCP技术揭示了7格室ABR系统内微生物群落的演替规律,确定了产氢产乙酸菌(HPA)菌群的空间生态位。7格室反应器在进水COD浓度为4000 mg/L、HRT 2 d、进水ALK 2000 mg/L的条件下稳定运行时, SSCP图谱说明系统微生物群落结构不随运行时间的延续而改变;1~7格室的微生物菌群更迭规律为:1~3格室主要以埃希氏菌属(Escherichia)等水解发酵菌群和产酸菌群为主;4格室功能菌群表现出高度多样性,是一个群落更迭的过渡区域;5格室由厌氧绳菌属(Anaerolinea)为代表的产氢产乙酸菌群形成顶级群落,同时存在较多的产甲烷菌;6~7格室以产甲烷菌群为主,但各格室的群落结构存在差异,甲烷杆菌属(Methanobacterium)的优势地位逐渐被生态位相对较宽的产甲烷菌属(Methanogenium)所取代,同时出现了甲烷八迭球菌属(Methanosarcina);第5格室是产氢产乙酸菌(HPA)的功能格室,发现在产氢产乙酸菌群的同一空间生态位上,还存在较多的其他种类的功能菌群,具有良好的生物多样性。同时,对SSCP图谱中的条带进行克隆测序,发现了3个未知真细菌和7个未知古细菌(均在GenBank注册成功),对厌氧微生物学研究具有重要意义。本文为ABR运行提供了工程控制对策,揭示了系统内微生物群落演替的规律,并对其工程应用技术做了研究,为实际工程应用提供了理论与技术指导。
叶菁菁[6]2008年在《CSTR甲烷发酵系统的启动与运行控制》文中研究说明连续流搅拌槽式反应器(CSTR)在实践中广泛的被用于有机废水两相厌氧生物处理系统的产酸相和发酵制氢反应器,极少有作为甲烷发酵装置的报道。本文以培养具有完整厌氧消化过程的絮状悬浮微生物体系为目标,采用前期研究发明的发酵制氢反应器Ⅰ型CSTR(ZL 92114474.1),以糖蜜废水为处理对象,在探讨了CSTR系统在不同的启动方式下的运行特征基础上,研发并启动运行了Ⅱ型CSTR反应器,同时对Ⅰ型和Ⅱ型CSTR的启动和运行效能进行了比较。Ⅰ型CSTR的启动方式研究表明,欲在CSTR中培养出具有完整厌氧消化过程的絮状悬浮微生物体系,采用分步提高有机负荷(OLR)的方式启动比较适宜。以好氧污泥为种泥,在水力停留时间(HRT)18 h、系统pH 7.0、35℃的条件下,将进水COD浓度控制为4000 mg/L,即OLR为5.88 kg /m~3·d时,经过165 d的驯化,反应体系仍然呈现出很强的产酸发酵特征,出水挥发酸(VFAs)含量平均高达2873 mg/L,COD去除率仅为15.33%,发酵气产量及甲烷含量都很少。在其他条件相同,采用将进水COD浓度分阶段控制为2000 mg/L(OLR 2.94 kg /m~3·d)和4000 mg/L(OLR 5.88 kg /m~3·d)的方式启动时,通过85 d的驯化,Ⅰ型CSTR中成功培养出具有完整甲烷发酵功能的微生物体系,其COD去除率可达54.4%,出水VFAs维持在700 mg/L一下;产气速率为17.88L/d,CO_2含量约42.4%,CH_4含量则稳定在42.8%左右。在Ⅰ型CSTR中成功培养出具有完整甲烷发酵功能的微生物体系后,将进水COD浓度提高到7000 mg/L的运行试验表明,该系统无法在OLR 9.5 kgCOD/m~3·d的条件下正常运行,反应体系发生剧烈变化,出水挥发酸含量剧增,出现酸化现象,COD去除效率下降为21%,运行效果很差。通过Ⅰ型CSTR反应器两次启动,发现了反应器在设计上存在不足,在深入分析的基础上,提出了CSTR反应器的改进方案,并研制成功Ⅱ型CSTR反应器。实验结果表明,Ⅱ型CSTR反应器可以在84 d左右完成污泥的驯化,形成具有完整甲烷发酵过程的絮状悬浮厌氧活性污泥系统。运行稳定状态时,其COD去除效率可高达70%左右。在OLR从5.3 kg/m~3·d提高到9.33 kg/m~3·d时,反应系统可在16 d内重新达到稳定运行状态,这一时期COD去除率高达84%。可见,Ⅱ型CSTR甲烷发酵系统具有良好的运行稳定性,对负荷冲击表现出了很好的调节能力。如果控制条件得当,CSTR在保持完整甲烷发酵功能的基础上,完全有可能承当更高的有机负荷,比Ⅰ型CSTR具有更高的效能和更好的运行稳定性。
王硕[7]2009年在《产氢产乙酸优势菌群构建及其对厌氧消化系统的强化效应》文中认为在参与厌氧消化过程的各微生物类群中,产氢产乙酸菌群在营养生态位上位于产酸发酵菌群和产甲烷菌群之间,在功能生态位上起到承上启下的重要作用,它将产酸发酵菌群代谢产生的丙酸、丁酸等有机挥发酸和乙醇等进一步降解转化为乙酸、CO2和H2,为后续的产甲烷菌群提供了可以直接利用的底物,是有机物甲烷发酵过程必不可少的重要环节。因此强化产氢产乙酸菌群的功能作用,将会有效地提高厌氧生物处理系统的效能。本论文以ABR的运行为基础,以反应器中活性污泥为出发菌群,利用选择培养基进行多次连续传代培养,成功构建了产氢产乙酸优势菌群。然后以构建成功的优势菌群为研究对象,将该产氢产乙酸优势菌群按照适当的配比加入到厌氧消化系统中,考察其生物强化特性对厌氧生物处理系统的生物强化作用。通过厌氧活性污泥的选育,利用选择性培养基经过数次传代培养,分别构建成功了氧化丙酸的产氢产乙酸优势菌群B83和氧化丁酸的产氢产乙酸优势菌群D83,借助生理生化试验和PCR-DGGE分子生物学技术对优势菌群B83和D83菌群组成和稳定性进行分析,结果表明,经过10次传代富集培养,B83菌群结构基本稳定;经过7次传代富集培养,D83菌群结构基本稳定。接着考察了稳定的B83和D83产氢产乙酸优势菌群对不同底物的降解特性。在保证总生物量一致的前提下,分别考察了B83优势菌群和D83优势菌群在厌氧生物处理系统中的生物强化作用。在以葡萄糖为底物时,B83优势菌群通过生物强化作用,葡萄糖产甲烷率达到1.415 mol/mol,较对照系统提高了1.98倍;D83优势菌群通过生物强化作用,葡萄糖产甲烷率达到2.048 mol/mol,较对照系统提高了1.11倍;当二者复合时,葡萄糖产甲烷率达到1.577 mol/mol,较对照系统提高了2.32倍。而以制糖废水为底物时,单位COD转化H2较对照系统提高了54%,单位COD转化CH4较对照系统提高了63%;相同时间内,COD去除率较对照系统提高了14.1%;生物强化效果明显,有效地提高厌氧生物处理系统的效能。
黄中子[8]2015年在《苯酚降解中度嗜盐菌群结构及代谢和耐盐分子机制》文中认为本论文以高盐条件下的苯酚降解为目标,通过从含盐生境中筛选和驯化获得具有高效降解功能的嗜盐菌群和菌株,对菌群结构、菌株鉴定、降解特性、代谢途径和耐盐机制等方面进行了研究。论文研究结果对说明中度嗜盐菌多样性及其环境效应具有重要意义,为高盐苯酚废水的生物处理和受苯酚污染盐环境的生物修复技术提供参考。研究结果主要分为四部分：第一,以不同盐度和苯酚浓度作为筛选压力,对采自青海察尔汗盐湖的沉积物样品进行富集培养和驯化,得到了能够在1-3 M NaCl的盐度范围内生长,并以苯酚作为唯一碳源进行有效降解的中度嗜盐菌群,且菌群对苯酚的降解能力随盐度增大而逐渐下降,降解时间也随之延长。通过近60 d的连续驯化,富集菌群的苯酚降解速率和苯酚耐受浓度显着增加,最高可在6 d内将350 mg/L的苯酚几乎完全降解。该菌群的停滞期较短,培养12 h内进入对数生长期,在对数期菌群对苯酚的降解速率与菌群生长量均呈线性增长,培养52 h后进入静止期。考察了不同接种量和添加营养物等因素对菌群生长和苯酚降解效果的影响,当接种量为10%时,菌群对苯酚的降解效果最好；添加微量的酵母膏可以刺激菌群生长,且显着提高菌群对苯酚的降解率。第二,采用分子生物学手段考察了上述中度嗜盐菌群的种群结构及其对苯酚的代谢途径。通过PCR-DGGE和克隆文库法分析不同盐度下的菌群结构组成及优势菌种之间的系统发育关系,结果揭示出该菌群中的优势菌种分属于Acidobacteria和Chloroflexi两个类群,这两个类群也是该菌群中对苯酚起主要降解作用的功能菌群。它们分布于1-3 M盐度的样品中,NaCl盐度变化对菌群演替无显着影响。通过检测编码苯酚代谢过程中关键酶的基因序列,发现该菌群对苯酚的代谢途径包括苯酚羟化酶的初始氧化以及邻苯二酚1,2-双加氧酶和2,3-双加氧酶催化的芳香环的邻位和间位裂解途径,表明该菌群降解苯酚的基因多样性。第叁,建立了深孔板-酶标仪高通量筛菌体系,对上海浦东新区紧邻东海海滨的老港垃圾填埋场受垃圾渗滤液污染的土壤样品进行筛选,最终从近300个克隆中得到2株苯酚降解效果最好的菌株,经16S rRNA序列分析鉴定为Virgibacillus sp. PDB-F2和Brachybacterium sp. PDB-G1考察了上述菌株的苯酚降解特性,以及苯酚浓度、盐浓度、温度、pH、不同盐类等因素对苯酚去除效果的影响。菌株PDB-G1和PDB-F2能在5%-15%的盐度范围内有效去除500 mg/L的苯酚,其中当总盐度为8%时,PDB-G1和PDB-F2分别能耐受浓度高达1200和1400 mg/L的苯酚。培养温度和pH对菌株PDB-G1和PDB-F2的生长和苯酚降解率均有较大影响,PDB-G1和PDB-F2的最佳降解温度均为30℃,最佳降解pH分别为7.0-7.5和6.5-7.5。Ca2+能有效提高菌株对苯酚的去除效果,而SO42-相较Cl-对菌株生长和苯酚降解更具抑制作用。当菌株PDB-G1和PDB-F2按体积比1：2混合时,复合菌种对苯酚的去除效果最好,在8%总盐度下对500 mg/L苯酚的去除率可达84.7%。PDB-G1和PDB-F2在耐盐能力和苯酚降解能力上的优势使其在高盐含酚废水生物处理中具有一定的应用潜力。第四,采用NMR和HPLC等检测手段,分析了察尔汗盐湖的中度嗜盐菌群和老港垃圾填埋场区土壤中筛选出的中度嗜盐菌PDB-F2胞内相容性溶质的种类,证实上述菌群和单菌通过以四氢嘧啶和羟基四氢嘧啶为主的相容性溶质来维持菌体的渗透平衡。进一步以中度嗜盐菌Virgibacillus sp. PDB-F2为研究对象,揭示了该菌株响应盐度变化冲击条件下四氢嘧啶的胞内累积和胞外释放机制。结果表明,高盐条件能诱导中度嗜盐菌Virgibacillus sp. PDB-F2合成四氢嘧啶,当NaCl浓度为12%时,其胞内四氢嘧啶浓度最高可达73.12 mg/g细胞干重。低渗条件下,PDB-F2胞内积聚的绝大多数四氢嘧啶能在15 min内快速释放到环境中,而再次受到高渗冲击时,PDB-F2又能在12 h内将胞内四氢嘧啶的浓度恢复到释放前浓度的75%以上。该菌株能通过向胞外迅速释放四氢嘧啶和在胞内高效合成四氢嘧啶来进行渗透调节,从而适应广泛的含盐生境。
山丹[9]2008年在《耐冷苯胺降解菌的特性及其对苯胺废水处理的强化作用》文中提出本课题在充分理解生物强化技术一般机理的前提下,以苯胺作为目标污染物,针对东北寒冷地区冬季水温低、特种工业废水生物处理工程效果差等问题,研究了高效耐冷苯胺降解菌JH-9的特性以及生物强化效能,并率先提出了“混合菌丝球”的概念。对发酵过程中产生的霉菌菌丝球进行了技术开发,采用混合菌种固定化技术将高效耐冷苯胺降解菌固定在霉菌Y3形成的纯生物质载体上。详细描述了混合菌丝球的形成过程及效能,并对成球机制进行了初步探讨。在低温下对吉林化工厂污水处理厂曝气池活性污泥、低温生活污水处理系统曝气池活性污泥、实验室菌种库保存的高效菌剂,以及以上叁者的混合菌群四种样品进行了变温培养、驯化,筛选到低温下降解苯胺的高效菌群—吉化污泥。该菌群属于耐冷菌群,低温下对苯胺有较好的降解效果,菌胶团形成能力较强,并且表现出很强的生物絮凝能力。从吉化污泥中分离筛选到一株低温下(10℃)能够较好降解苯胺的耐冷菌株JH-9,它能以苯胺为唯一碳源、氮源生长,通过Sherlock脂肪酸鉴定系统、16S rRNA等分析方法初步鉴定为醋酸钙不动杆菌(Acinetobacter-calcoaceticus)。从环境因子、培养基组分、接菌量、底物多样性、共代谢、反应动力学等生理生态学角度对JH-9降解特性进行了研究,得出低温下其降解苯胺的最适条件为pH 7.0,C/P 1:1~2:1,接菌量为10%(v/v)。葡萄糖和微量元素可以促进JH-9对苯胺的降解;而苯酚会抑制其对苯胺的降解。当菌体起始浓度一定时,苯胺降解率及平均降解速率主要与苯胺初始浓度有关。在较低的苯胺浓度范围内,苯胺降解率和降解速率较高,遵循Monod方程;当苯胺浓度较高时,其降解过程以基质抑制型的Haldane方程为主。采用生物强化技术将菌株JH-9、吉化污泥及两者等量混合的菌群作为强化菌剂投加到SBR反应系统中,测定苯胺的去除能力是否提高,并考察TOC、TN及微生物活性等指标的变化,用DGGE的方法对投菌强化前后反应器中活性污泥系统菌群多样性进行分析。结果表明,在反应器内温度为12℃、摇床转速160r/min、pH 7.0、反应周期为48h等条件,叁个强化系统都可以提高苯胺的降解能力,苯胺降解率在74.2%～100%,TOC的去除率83%～88.8%,而TN变化不明显。系统中异养菌的活性远远大于硝化细菌和亚硝化细菌。考察苯胺浓度冲击负荷、pH冲击负荷、苯酚毒物负荷及贫营养条件下系统生物强化效果,发现在不同冲击负荷条件下各个强化系统体现的降解苯胺的优势不同,在pH负荷下,单菌强化效果相对较好,在苯胺浓度负荷和苯酚毒物负荷冲击下,单菌和吉化污泥的混合菌群强化效果较好,在贫营养负荷冲击下,吉化污泥菌群强化效果较好。在整个强化实验中,强化系统对TOC的去除效果要好于对照系统,而对TN的去除却没有明显的优势。以霉菌Y3形成的菌丝球作为生物质载体分别采用同时培养法和吸附法对菌株JH-9进行固定化,并率先提出了一种新型固定化方法“同时培养法”。两种方法的对比结果表明:同时接种法在单位时间内可固定化细菌量更多、其堆积体积更大,成球总数量更多,球体直径较小,总重量和总相对密度也较小。同时培养法形成的混合菌丝球内部细菌是非常均匀的排列生长在每一根菌丝上,无论菌丝交联与否;而吸附法形成的混合菌丝球内部,细菌只存在于多条菌丝交叉形成平台的地方。对混合菌丝球的降解效能进行考察发现,混合菌丝球对苯胺保持了良好的降解效能,同时培养法形成的混合菌丝球对苯胺的降解效能要明显好于吸附法形成的混合菌丝球,且效果稳定、持久。与固定化陶粒相比,混合菌丝球对苯胺的降解能力略显优势。菌丝球再生实验表明:经过碎片繁殖再生的混合菌丝球能很好的保持对苯胺的降解能力。为了进一步在反应器中考察混合菌丝球的生物强化效能,将混合菌丝球、高效降解苯胺混合菌群和菌株JH-9作为强化菌剂应用于SBR工艺中。结果表明:针对初始苯胺浓度为130mg/L的苯胺废水,混合菌丝球从第叁个运行周期开始即实现了出水苯胺的去除率达100%、COD的去除率在60%以上,并一直稳定维持到运行的第八个周期。通过考查混合菌丝球的形成过程及机制发现:曲霉Y3和菌株JH-9同时培养形成混合菌丝球经历4个阶段,静电引力和细胞表面的粘附力是混合菌丝球形成的主要原因。
张景新[10]2013年在《铁强化微生物—电催化厌氧污水处理技术的研究》文中提出厌氧消化是处理中高浓度废水最现实、有效的方法之一。它将污水处理与污染物能源化相结合,在国内外得到广泛应用。但是,产甲烷菌代谢缓慢且对环境条件敏感,其容易导致水解酸化过程和甲烷化过程失衡,从而引起有机酸积累、甲烷化抑制甚至厌氧过程的失败。因此,有必要研究强化有机酸高效降解以及提高厌氧甲烷化能力的新方法,提高厌氧处理效率,这对解决高浓度难降解有机废水的有效处理和污染物资源化利用具有重要意义。针对以上问题,本论文利用零价铁的还原性和微生物异化铁(Ⅲ)还原的特性,将零价铁和叁价铁分别置于厌氧反应器内用以强化厌氧消化的处理效果,重点开展了基于铁电极和铁氧化物的微生物电化学强化厌氧甲烷化技术的研究,考察了电化学强化技术、铁(0,Ⅲ)强化技术与厌氧生物处理的耦合关系和交互作用机制,结合分子生物学技术探索了铁(0,Ⅲ)和电与厌氧微生物之间的协同作用关系。主要研究内容和结果如下：(1)通过零价铁(ZVI)置于厌氧反应器内的方法有效增强了处理含硫酸盐废水过程中的厌氧甲烷化。结果表明,零价铁作为还原剂可有效缓冲酸性、维持厌氧体系中性的pH(7-8)从而减弱了硫酸盐还原产生的硫化氢对厌氧甲烷化的抑制作用,实现了较高的COD去除率和甲烷产量。分子生物学实验结果表明该反应器底部硫酸盐还原菌为优势菌而上部则以产甲烷菌为主导。该方法实现了微生物群落的功能化分区,这与两相厌氧反应器处理含硫酸盐废水较相似,却在单一反应器内实现。同时,这表明零价铁的加入有助于强化厌氧甲烷化过程。(2)采用将Fe203置于酸化硫酸盐还原反应器内的方法,强化了硫酸盐废水处理过程中有机酸的降解。研究结果发现Fe203的加入可促进微生物异化Fe(Ⅲ)还原过程,其协同硫酸盐还原过程增强了有机酸的降解能力,从而实现了酸化硫酸盐还原反应器较高的COD去除率(27.3%)和硫酸盐还原率(57.9%)。分子生物学的定性和定量分析结果表明该方法实现了铁还原菌、硫酸盐还原菌和酸化菌的共生并大量富集,其中硫酸盐还原菌Desulfovibrio marrakechensis和铁(Ⅲ)还原菌Iron-reducing bacteria HN54的含量均明显高于参比反应器。(3)由(1)部分可知,零价铁可促进厌氧甲烷化过程,基于此构建了使用铁电极为阳极的生物电解池(MEC)-上流式厌氧污泥床反应器(UASB)装置,即将一对铁-石墨电极置入厌氧反应器内并施以适当的电压。零价铁的加入可强化厌氧过程(包括强化厌氧还原氛围和厌氧菌生长),从而实现了其对含盐废水、染料废水和含氮废水的有效处理。此外,该反应器对有机废水的厌氧水解酸化过程也表现出了明显促进作用。针对含盐废水的处理,该反应器表现出了较高的耐盐能力和有机物降解能力。在较高盐度条件下(50g/L),该反应器(外加电压1.2V)的COD去除率达到了93%且有机酸去除率较高,而参比反应器的COD去除率降为53%且发生了严重的有机酸积累。分子生物学实验表明该反应器富集了大量的耐盐古菌和耐盐细菌且食丙酸盐细菌的丰度较高；针对高浓度偶氮染料废水(1200mg/L活性艳红X-3B)的处理,该反应器表现出了较高的脱色能力(83.4%)和COD去除能力(84.7%)。阳极腐蚀释放的Fe2+与电场的耦合作用强化了胞外聚合物的产生。微生物群落结构的动态分析表明基于铁电极的电场作用可显着加快微生物的富集速度,这对缩短反应器启动时间和增加反应器负荷具有重要意义；铁电极和电场的耦合作用明显提高了废水的水解酸化效率并优化产酸类型,实现了酸化相高效的COD去除并以产乙酸结构为主导。同时,铁电极作用下反应器的甲烷产量也有近两倍的提高。分子生物学的定性和定量分析结果表明基于铁电极的水解酸化反应器仍保留了大量古菌,其中食乙酸产甲烷菌相对含量较高,而参比无电极的反应器古菌含量相对较低且以食氢产甲烷菌为优势菌；基于铁电极的电催化作用可有效增强厌氧氨氧化(ANAMMOX)菌的富集,进而缩短ANAMMOX反应器的启动时间(近24%)。考察了不同电压对ANAMMOX脱氮的影响,在一定范围内增加电压(≤0.6V)有助于强化反应器的脱氮性能,但当电压超过一定的值(0.8V)将会减弱ANAMMOX反应器的脱氮能力。(4)由(2)部分可知,叁价铁具有异化还原降解有机物和富集铁还原菌的特性,基于此通过在MEC-UASB反应器内投加氢氧化铁的方法,强化了厌氧消化和阳极氧化作用,实现了有机废水的高效降解。分子生物学实验结果表明氢氧化铁可增强反应器内细菌和古菌菌落的富集度和生物多样性,同时电场作用使得电极表面的微生物群落结构发生明显改变,这使得反应器内实现了不同功能微生物群落的垂直分布。此外,该方法对染料废水脱色也表现出较好的效果。酶活分析表明氢氧化铁与电场的耦合作用提高了微生物偶氮还原酶活性,其对废水脱色具有重要作用。在该反应器体系的阳极生物膜内富集并分离到了一株具有电化学活性的新型铁还原菌Aeromonas hydrophila.XB (KC507819)。该菌株同时具有铁还原、脱色和电化学活性。
参考文献：
[1]. 难降解有机废水的高效优势菌群的研究[D]. 陈华. 南京理工大学. 2004
[2]. 橡胶促进剂生产废水处理研究[D]. 农少梅. 北京化工大学. 2008
[3]. 木质素降解复合菌群强化处理草浆造纸黑液研究[D]. 郑玉. 中南大学. 2013
[4]. 降解苯胺和氯苯胺好氧污泥颗粒化及其微生物分子生态特性研究[D]. 朱亮. 浙江大学. 2008
[5]. 厌氧折流板反应器应用技术及微生物群落生态学研究[D]. 朱葛夫. 哈尔滨工业大学. 2007
[6]. CSTR甲烷发酵系统的启动与运行控制[D]. 叶菁菁. 哈尔滨工业大学. 2008
[7]. 产氢产乙酸优势菌群构建及其对厌氧消化系统的强化效应[D]. 王硕. 哈尔滨工业大学. 2009
[8]. 苯酚降解中度嗜盐菌群结构及代谢和耐盐分子机制[D]. 黄中子. 华东理工大学. 2015
[9]. 耐冷苯胺降解菌的特性及其对苯胺废水处理的强化作用[D]. 山丹. 哈尔滨工业大学. 2008
[10]. 铁强化微生物—电催化厌氧污水处理技术的研究[D]. 张景新. 大连理工大学. 2013
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