厌氧折流板反应器处理难降解有机物过程中微生物菌群的变迁

由于人类向环境中投放的有毒化学品迅速增加，处理这些难降解有毒物质方法的研究成为焦点,厌氧生物处理法以其成本低、污泥量少与化学方法相比不产生二次污染等诸多优点逐渐受到人们的关注。随着对厌氧折流板反应器ABR研究的不断深入，我们发现ABR不仅处理普通污水具有较高的处理效率，同时它的推流特性使其在处理对细菌有抑制和毒性的物质时具有潜在的优势。 ABR反应器处理难降解有机废水工艺优化的研究目前还需要结合机理分析进行大量的试验，尤其是关于沿程各级反应室微生物相的详细递变规律还有待于进一步探讨。本课题通过分子生物学技术在处理难降解有机废水反应器中的应用可以比较全面地揭示ABR系统中细菌群落组成，反应器中细菌的功能多样性，功能菌的种群多样性和不同环境条件影响导致的种群动态变化。并运用分子生物学手段在反应器运行过程中对功能细菌种群进行实时监测，为反应器处理难降解有机物质降解机理的研究及参数优化奠定理论基础

本课题针对硝基苯废水处理工艺的研究现状，设计出一种低能耗、低运行费用、低污泥产率的组合污水处理工艺，即复合式ABR厌氧折流板反应器和人工湿地生物处理工艺相结合的组合工艺，通过试验系统地考察了该组合工艺稳定运行时对污水中硝基苯的处理效果、构建了复合式ABR处理硝基苯废水的细菌文库，并将ABR中经过硝基苯驯化前后的微生物群落变化进行了对比分析，对反应器运行过程中的功能菌群进行了监控，为研究生物法处理中低浓度硝基苯废水的降解机制提供理论依据。.研究构建了复合式ABR降解硝基苯前后反应器各隔室中真细菌和古细菌群的16S rDNA全长序列的克隆文库，并对所建文库的有效性进行了验证。结果表明驯化前后真细菌和古细菌文库容量均能够满足预测需要。对复合式ABR反应器真细菌16S rDNA克隆文库的克隆子序列同源性分析结果表明，与驯化前相比，经硝基苯驯化后反应器基因文库中，反应器菌群多样性比驯化前降低，属于假单胞菌属（Pseudomonas）的Pseudomonas putida和Pseudomonas putida F1细菌，属于Beta-变形菌纲动胶菌属Zoogloea sp. A5细菌，以及非可培养环境微生物Uncultured bacterium clone UIMBBR-31可能是反应器中进行硝基苯分解的重要真细菌种群。对ABR反应器中古细菌16SrDNA克隆文库分析表明，同驯化前反应器古细菌文库相比，经硝基苯驯化后反应器古细菌基因文库多样性及容量小于驯化前克隆文库，优势菌群主要集中在甲烷八叠球菌属，甲烷鬃菌属的Methanothrix soehngenii、Methanosaeta concilii；甲烷杆菌属的Methanobacterium beijingense 8-2、Methanobacterium oryzae，以及三种非可培养细菌Uncultured archaeon TA 01、Uncultured archaeon TA 04、Uncultured archaeon TA 05细菌，这些细菌可能是厌氧条件下复合式ABR对硝基苯降解起关键作用的古细菌。在复合式ABR反应器中，真细菌和古细菌起到了协同降解硝基苯的作用。通过构建复合式ABR各隔室内硝基苯降解微生物群落的16SrDNA克隆文库，解释了污泥驯化前后真细菌和古细菌的演替。