SUFR系统中微生物多样性及稳定性的试验研究

【摘要】： 螺旋升流反应器(Spiral Up-Flow Reactor, SUFR)是一种新型污水处理反应系统,系统中的螺旋推流流态能提高基质的浓度梯度,为多种微生物提供了相对固定的生态位,其间以传统纯培养法尚不能培养和鉴定的部分微生物对系统处理效果起着重要作用。 论文通过对SUFR系统污水微生物培养的深入研究,首次系统和完整地分析了污水及SUFR系统中微生物低可培养性和复苏障碍,创立了一种促进污水微生物培养的新方法—“近自然纯培养法”(发明专利ZL 200410037037.8)。利用微生物技术及分子生物学手段,在全面分离、纯化和鉴定微生物种群的基础上,着重对SUFR系统中微生物的多样性、稳定性进行了深入研究。通过对聚磷菌染色和吸/释磷盐分析,寻找到部分PAOs和非PAOs菌群,获得了目前尚未见报道的聚磷菌新种属,并用16SrRNA法初步鉴定为一株Tsukamurella spp.。在此基础上,论文同时对SUFR系统微生物的种群动态、生态因子影响、稳态分析等进行了探索,分析了SUFR系统在DO、pH值、低温(5～20℃)等生态因子影响下运行时的种群动态,获得SUFR系统部分种群得特征和动态资料,验证了部分假说,为完善和完整解读SUFR系统提供了基础。 论文的主要研究的内容及成果如下: 创立近自然纯培养法,从SUFR系统中共分离到细菌34种,初步鉴定和研究了21种。采用16S rRNA法获得了主要PAOs种群的基因序列,最终鉴定为微杆菌属、芽孢杆菌属、家村氏菌属等。对系统中微生物群落采样研究发现,其中约20%的微生物可用常规纯培养方法培养出来。在纯培养的环境中,微生物共同协作的自然生存方式崩溃、长期高度自然适应性与纯培养猝然营养变化的冲突、种群依赖性与隔绝式纯培养的冲突和生态位急剧变化的冲突等是SUFR系统微生物可培养性低的主要原因。 采用染色方法对聚磷菌进行了聚合物(PHB和Poly-P)聚积情况研究,并作为聚磷菌鉴别实验的定性依据之一。与吸/释放磷酸盐实验结合,判定了12,22,23,29,44,48号等菌株具有聚磷菌特征。对聚磷细菌进行吸/释磷实验时,利用乙酸盐作碳源比葡萄糖试验效果更佳。 不同DO对SUFR系统中微生物分布有较大影响,分离到微生物种群以厌氧带微生物可培养性最强,多为异养发酵细菌类型。但指纹图谱却表现出DO相似性较高,这说明DO主要影响细菌的生理活性,很多细菌是处于活的但不能在实验室鉴定和培养状态。入水pH值对SUFR反应器的菌群结构有较大影响,特别是对PAOs/GAOs比的影响较大。低温的冲击会影响到菌群结构,聚类分析表明低温冲击后优势菌群变得单一,但仍维持了系统的稳定运行;在温度回升后,反应器中优势菌群得到迅速恢复,同时增强了系统功能。 试验发现并证实,SUFR系统经过长时间稳定运行,系统中具有丰富的微生物多样性,优势菌群稳定,有较明显的反硝化除磷现象,部分解决反硝化细菌与聚磷菌对碳源竞争的矛盾,为该系统优良的除磷脱氮性能和生态稳定性提供了保证。 本研究受国家自然科学基金项目“基于理想流态的城市污水生物处理反应技术研究”(50378095)和重庆大学骨干教师基金(No. 716411045)的资助。