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《东华大学》 2002年
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分子生物学方法研究铜锌重金属离子对活性污泥微生物的影响

谢冰  
【摘要】: 重金属污染在各种污水中广泛存在,高浓度的重金属对于生物处理会造成抑制,而且排放到水体中的重金属对环境,生态和公众健康都会产生影响。 本文从如下几个方面研究了铜锌重金属离子对序批式活性污泥(SBR)工艺的影响,1、重金属对活性污泥工艺的主要理化指标的影响;2、重金属对活性污泥工艺的底物降解动力学参数的影响;3、重金属对活性污泥系统污泥结构和原生动物的影响;4、采用分子生物学方法分析重金属对活性污泥系统中微生物的影响。其中,采用分子生物学技术分析受损微生物群落的研究是本文的研究重点。 主要研究结果如下: 1、在20ppm下,重金属铜离子对于未驯化的活性污泥有明显的抑制作用,铜离子的加入会导致出水浊度增加。驯化过程有利于系统对有机物的去除。驯化后的污泥对于重金属的抵抗能力明显加强。铜离子对活性污泥的抑制动力学可以用莫氏方程来进行模拟,常数Ks可以表征污泥微生物被抑制的程度。采取投加特殊营养和活性炭等措施可减轻重金属的抑制。该浓度下的铜离子对氨氮去除的影响很小。 2、锌离子对活性污泥工艺的影响主要表现在对其中氮的转化上,经过锌离子驯化的活性污泥对COD的降解率受影响较小,但是氨氮的降解,特别是亚硝酸氮的转化被明显抑制,而且这种抑制不随驯化时间的延长而减轻。 3、铜锌重金属对原生动物的抑制作用非常明显,特别是在急性毒性的影响考察方面,而在慢性毒性的考察上采用原生动物的指标不太合适。 4、采用修改的污泥DNA提取方法对于活性污泥中微生物总DNA的提取是有效的,这种提取方法不受重金属污染的影响,从提取的DNA的总量和纯度上都能满足分子生物学分析的需要。 5、16S rDNA的长度多态性的方法对污泥中细菌群落进行的半定量分析表明,未驯化活性污泥细菌受低浓度铜离子影响时,尽管动力学参数K值降低,其多样性指数降低,但优势种群变化很小。驯化的活性污泥在高浓度铜离子冲击下,优势种群发生较大的变动。多样性的变化和理化指标的测定结果一致。活性污泥中的proteobacterial β γ与屈桡杆菌和G~+对铜离子的耐受性和累积作用较高。 6、随机扩增多态性(RAPD)方法分析锌离子驯化活性污泥系统微生物的多样性和相似性,结果表明在不同的驯化阶段,DNA序列的多样性是不同的;加入锌离子的微生物多样性明显小于对照组。驯化成熟的实验组尽管在COD的去除率上和对照组没有什么差别,但是生物多样性、丰富度、均匀度和相似性上,与驯化初期及对照组都有较大的差别。从RAPD条带上可清楚地看到某些细菌条带的消失,以及耐受锌离子种类的延续存活。 7、荧光原位杂交(FISH)对受锌离子污染的活性污泥微生物的检测表明,实验组硝酸细菌的分布和丰度与对照组的巨大差距是导致氨氮和亚硝酸根转化率低下的直接原因。该方法快速、直观地为环境样品中目标微生物的检测分析提供了有力的工具。 结合传统方法的现代分子生物学技术能为我们深入了解活性污泥微生物群落结构和功能及其多样性提供有效的工具,这方面的研究可为指导外源调控和科学管理提供可靠的依据。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:X172

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