MBR处理水产养殖废水体系中微生物研究

发布时间：2021-03-18 15:46

本文针对膜生物反应器(Membrane—Bioreactor,简称MBR)处理水产养殖废水工艺特点,使用末端标记限制性片段长度多态性分析(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism,简称T-RFLP)、高通量测序、16S r DNA序列分析等分子生物学技术并辅以菌株的生理生化特性试验,研究了膜生物反应器处理水产养殖废水系统中微生物结构和优势菌群。同时,从MBR中分离获得了一株好氧反硝化细菌,并通过实验证实了菌株的反硝化性能;使用16S r DNA序列初步分析鉴定了可分离菌的种类。旨在为MBR反应器细菌结构研究以及MBR调试运行提供参考。本研究得出的结论如下:(1)稳定运行时,实验浓度条件下MBR反应器出水能够满足《淡水池塘养殖水排放要求》中养殖废水排放一级排放标准,特别是对MBR反应器对水产养殖废水中的COD、NH4+-N均有较好的处理效果,对COD去除率在91%以上,对NH4+-N的去除率在87%以上。(2)在MBR反应器活性污泥培养过程中,微生物的演替过程,既有原始优势种群的衰减,也有新的优势种群的增强,优势种群的功能地位处于动态变化中。(3)MBR反应器处理水产养殖废水体系中主要优势菌有未培养的变形菌(unc ultured_delta_proteobacterium)、未培养的土壤细菌(uncultured_soil_bacterium)、未培养的腐螺旋菌(uncultured_Saprosp.iraceae_bacterium)、未培养的拟杆菌门(un cultured_Bacteroidetes_bacterium)、未培养地发菌属(uncultured_Geothrix_sp.)、未培养黄单胞菌(uncultured_Xanthomonadales_bacterium)、酸杆菌(Acidobacter ia_bacterium)、嗜水气单胞菌(Aeromonas_hydrophila)、固氮弓菌属(Azonexus_sp.)、嗜盐单胞菌属(Candidatus_Halomonas)、微丝菌属(Candidatus_Microt hrix)、绿弯菌门(Chloroflexi_bacterium)、黄色杆菌属(Flavobacterium_cauens e)、黄杆菌属(Flavobacterium_sp.)、出芽菌属(Gemmata_sp.)、棉子糖乳球菌(Lactococcus_raffinolactis)、甲基弯曲菌属(Methylosinus_sp.)、亚硝化单胞菌属(N itrosomonas_oligotropha)、终极腐霉菌(Pythium_ultimum)、光合细菌嗜酸柏拉红菌(R hodoblastus_acidophilus)、α-变形菌纲(alpha_proteobacterium)、丝状细菌(filamento us_bacterium)、γ-变形菌(gamma_proteobacterium)等。(4)MBR反应器接种期和稳定运行期的微生物种类丰富,微生物多样性相似水平为0.97:相似指数分析:OUT(Operational Taxonomic Units,是在系统发生学研究或群体遗传学研究中,为了便于进行分析,人为给某一个分类单元(品系,种,属,分组等)设置的同一标志)为345,ace(用来估计群落中含有OTU数目的指数)为1249,chao(是用chao1算法估计群落中含OTU数目的指数)为782,Shannon(用来估算样品中微生物的多样性指数之一)为3.05,Simpson(用来估算样品中微生物的多样性指数之一)为0.1661。(5)使用16S r DNA序列分析鉴定从MBR反应器中分离的菌株,鉴定出了9种(属)细菌:假单胞菌(Pseudomonas sp.)、土生拉乌尔菌(Raoultella terrigena)、乙酰微小杆菌(Exiguobacterium acetylicum)解鸟氨酸克雷伯菌(Klebsiella ornithinolytica)、克雷伯氏杆菌(Klebsiella sp.)路德维希肠杆菌(Enterobacter ludwigii)、魏氏原壁菌(Prototheca wickerhamii)、植生拉乌尔菌(Raoultella planticola)、节杆菌(arthrobacter sp.)、烟草节杆菌(Arthrobacter nicotianae)。(6)MBR中存在着较多不可培养的微生物,已被分离并鉴定的微生物仅占一少部分。(7)从MBR反应器中分离纯化、筛选出一株好氧反硝化菌,通过生理生化特性及16Sr RNA基因序列分析及同源性比对,鉴定为假单胞菌(Pseudomonas sp.)。菌株的好氧反硝化性测试发现,该菌株能够在好氧环境条件下去除培养液中的硝酸盐,该菌株反硝化作用主要发生在对数期。该菌株对硝酸盐去除作用明显;对于水产养殖废水中的硝酸盐有较好去除效果。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X714

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章引言

1.1 研究背景

1.2 国内外水产养殖水处理研究现状

1.3 MBR反应器及研究进展

1.4 MBR反应器微生物群落研究情况

1.5 T-RFLP和高通量测序技术

1.6 研究目的意义与研究内容

第二章实验材料和方法

2.1 实验材料

2.1.1 仪器

2.1.2 主要试剂

2.1.3 主要设备

2.2 实验装置及运行方式

2.3 实验水质

2.4 分析项目及方法

2.5 研究内容和方法

2.5.1 MBR活性污泥的培养驯化

2.5.2 活性污泥样本采集

2.5.4 微生物基因组DNA提取

2.5.5 基因PCR扩增

2.5.6 酶切与STR扫描

2.5.7 高通量测序

2.5.7.1 数据处理（上海美吉测序公司完成）

第三章实验结果与分析

3.1 MBR反应器运行效果

3.2 MBR反应器运行各时期污泥总细菌DNA的提取

3.3 T-RFLP图谱分析

3.4 W3 和W7 高通量测序数据与分析

3.4.1 高通量测序数据统计与优化

3.4.1.1 原始数据样品区分与统计

3.4.1.2 数据优化与统计

3.4.1.3 样品序列统计

3.4.2 OTU聚类结果

3.4.3 分类学分析结果

3.4.4 多样性指数（Alpha-diversity）结果

3.4.5 Rank-Abundance曲线和Shannon-Wiener曲线

3.5 讨论

3.6 小结

第四章好氧反硝化菌分离与鉴定

4.1 材料和方法

4.1.1 材料

4.1.1.1 实验装置

4.1.1.2 培养基

4.1.1.3 检测试剂

4.1.2 实验方法

4.1.2.1 活性污泥的培养驯化

4.1.2.2 菌株的分离、纯化与筛选

4.1.2.3 菌株的鉴定

4.1.2.4 菌株的反硝化性能实验

4.1.2.5 菌株F28 对水产养殖废水的净化效果

4.1.3 分析方法

4.2 结果

4.2.1 含好氧反硝化菌污泥的培养驯化

4.2.2 菌种鉴定

4.2.3 菌株的反硝化作用

4.2.4 菌株F28 对水产养殖废水的净化作用

4.2.5 对剩余分离的37株细菌鉴定

4.3 讨论

4.4 小结

第五章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

研究生期间科研成果

致谢

【参考文献】