光合细菌的培养优化及生物强化处理垃圾渗滤液效果研究

发布时间：2020-10-28 14:29

　　 垃圾渗滤液因其水质水量的复杂性而导致其处理难度和处理成本较高,也使得垃圾渗滤液的处理技术成为环保领域的研究新热点。生物强化技术具有针对性强、对目标污染物处理效果好、操作简单并节约投资改建成本等优势,可用于垃圾渗滤液的处理。而光合细菌(PSB)具有多种代谢途径及去除污染物的性能,且不产生剩余污泥,还具有一定耐受性,对环境无毒害,因此光合细菌作为生物强化菌种具有优势,使得通过生物强化技术提高活性污泥系统对垃圾渗滤液的处理效果具有高效性和可行性。本实验以活性污泥系统为研究对象,通过筛选分离得到一株具有脱氮除磷能力的光合细菌,对培养基和培养条件进行优化,并以其为生物强化菌种投加到SBR反应器中,研究该菌株对垃圾渗滤液的处理效果。主要研究结论如下:(1)经富集分离及纯化培养,从垃圾渗滤液中筛选出一株光合细菌R1,菌株活细胞特征吸收峰表明该菌株含有类胡萝卜素和细菌叶绿素a,经形态学观察、染色及分子生物学鉴定,确定其为沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris),在光照厌氧和黑暗好氧条件下均具有脱氮除磷的能力。(2)通过单因素实验、正交实验及曲面响应法对光合细菌R.palustris R1的培养基和培养条件进行优化,确定优化改良后的培养基配方为:NH_4Cl 0.5 g/L,乙酸钠3 g/L,酵母膏1 g/L,K_2HPO_4 0.5 g/L,NaCl 0.1 g/L,MgSO_4 1 g/L,CaCl_2 0.05 g/L。培养条件为pH=7.5、温度33℃,接种量5%。采用优化改良后的培养基对菌株R1进行培养,菌株的生长量更大,最大生长比速率?_(max)为0.13 h~(-1),并能有效去除COD、NH_4~+和TP,且在去除NH_4~+的过程中pH有所上升,无NO_2~-和NO_3~-的产生及积累。(3)以厌氧(或缺氧)与好氧交替的形式,在不同光照条件下采用光合细菌R.palustris R1直接处理垃圾渗滤液,结果表明投加了光合细菌的实验组在光照-黑暗条件下对COD、NH_4~+和TP的去除率分别为76.895%、65.964%和94.036%。结合活性污泥SBR工艺并投加光合细菌处理垃圾渗滤液,投加了光合细菌的SBR出水COD和TP的平均浓度分别为229.022 mg/L和1.508 mg/L,试验后期出水NH_4~+的平均浓度降至6.688 mg/L。添加光合细菌能够有效显著提升活性污泥系统去除污染物及脱氮除磷的效果,并有效减少污泥产量,降低处理成本。(4)采用Illumina Miseq高通量测序技术对投加了光合细菌的活性污泥(S_c)和未投加光合细菌的活性污泥(S_b)中微生物群落结构进行分析,从微生物层面探讨光合细菌强化提升活性污泥系统对垃圾渗滤液处理效果的原因。结果表明,投加了光合细菌的活性污泥系统(S_c)中种群丰度和生物多样性更高,优势菌门为变形菌门(42.76%)、绿弯菌门(18.25%)、厚壁菌门(9.64%)、酸杆菌门(7.08%)、拟杆菌门(6.02%)。优势菌属为Rhodopseudomonas(11.56%)、Anaerolineaceae(4.28%)、Xanthomonadaceae(3.82%)Blastocatellaceae(3.77%),且在S_c中丰度高于S_b的功能菌Rhodopseudomonas、Acinetobacter、Bdellovibrio、Exiguobacterium、Limnobacter、Planctomycetaceae、Terrimonas、Nitrosomonas等菌属的共同作用下,活性污泥系统表现出更好的有机物去除及脱氮除磷效果。作为生物强化菌种的光合细菌不仅能够稳定存在于活性污泥系统中,还能够有效改善活性污泥系统中微生物群落结构,提升其去除有机物及脱氮除磷的性能。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703;X172
【部分图文】：

③ 以有机物为供氢体：H2CO2光→ (CH2O) H2O 2 （1.3）光合细菌的营养模式主要为光化合型，以光能为能源进行异养生存，可在光照厌氧条件或黑暗好氧条件下生长，研究表明，光合细菌具有三种能量产生途径：底物水平磷酸化、光合磷酸化以及氧化还原磷酸化。其代谢途径也具有三种：发酵作用、光合作用以及好氧呼吸作用。能量产生途径及代谢途径在不同的光照和氧气条件下相辅相成，主要有以下两种途径[15, 17]（见图 1.2）：①光照厌氧：能量通过底物水平磷酸化及光合磷酸化过程产生，其中光合磷酸化过程占据主导地位。光合色素吸收光能后将其传递到光合作用中心，激发并释放高能电子，电子传递过程中与底物水平磷酸化偶联产生 ATP。糖酵解（EMP）途径为主要的有机物代谢途径，随后进行发酵过程。②黑暗好氧：能量通过底物水平磷酸化和氧化磷酸化过程产生，其中氧化磷酸化过程占据主导地位。某些光合菌不产生载色体，可以分解利用乙酸、丙酸或丁酸等有机酸类化合物，通过包括糖酵解（EMP）途径和三羧酸循环（TCA）进行异养代谢，同时完成电子传递。

通过单因素实验和正交优化实验确定改良的培养基配方，以提高所筛选菌株的生长速率。根据光合细菌在光照和黑暗的不同环境条件下进行的代谢途径不同，研究 pH 值、温度、接种量、光照强度等因素对光合细菌在光照厌氧条件下脱氮除磷效果以及 pH 值、温度、接种量、摇床转速等因素对光合细菌在黑暗好氧条件下对脱氮除磷效果的影响，通过曲面响应法（RSM）探究光合细菌的生长及脱氮除磷的最佳工艺条件。并考察菌株在优化培养基中的脱氮除磷性能；③ 光合细菌强化垃圾渗滤液处理效果的研究研究垃圾渗滤液稀释倍数对光合细菌在不同环境条件下的脱氮除磷效果，基于光合细菌在光照厌氧和黑暗好氧条件下不同的代谢模式，新提出结合 SBR 工艺以切换光照和氧气条件的运行模式将光合细菌应用于活性污泥处理工艺中，考察其对 SBR 工艺去除污染物的生物强化作用。④ 生物强化活性污泥系统中群落结构分析分析 SBR 反应器运行后活性污泥中的微生物群落结构，考察所投加光合细菌对活性污泥系统脱氮除磷效果的影响，以及对微生物群落结构的影响。1.5.3 技术路线

菌种取自保藏于-70 ℃甘油管内的菌液，接种于灭菌后的 LB 液8 h 进行活化，活化后的菌液于 10000 rpm 离心 15 min，弃去上合均匀，按体积分数为 5%的接种量接种于已灭菌的光合细菌生光照培养箱中 30 ℃下静置培养 48 h，取菌液于 10000 rpm 离心液，用无菌水洗涤，悬浮于 60%的蔗糖溶液中混合均匀，测定光谱，光谱扫描范围为 200~1000 nm。与讨论合细菌的分离菌种的富集、分离与纯化，从垃圾渗滤液中分离出 1 株既能在光暗好氧条件下生长良好的菌株，命名为 R1。经初步检测其具有去P 的效果，见图 2.1，菌株 R1 在光照厌氧条件下对 COD、氨氮 76.210%、56.252%及 82.726%，在黑暗好氧条件下对 COD、别为 73.261%、43.348%和 92.282%。
【参考文献】

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3 康乐;沼泽红假单胞菌培养优化及其对垃圾渗滤液的处理效果研究[D];南京师范大学;2013年

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5 包晗;光合细菌及活性污泥联合处理高浓度苯胺废水的实验研究[D];兰州理工大学;2010年

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8 刘婧;混合培养对沼泽红假单孢细菌生长和产氢的影响及生态学研究[D];重庆大学;2008年

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本文编号：2860213