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膜生物反应器中污泥特性及微生物群落结构演替的研究

作　者: 邢雅娟
导　师: 陶虎春
学　校: 东北农业大学
专　业: 生态学
关键词: 膜生物反应器 微生物群落结构 PCR-TGGE 脱氮
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本研究对复合式膜生物反应器(Composite Membrane, CMBR)和一体式膜生物反应器(Submerged Membrane, SMBR)在长期不排泥运行条件下的运行效果及污泥混合液特性进行了研究。在此基础上,利用PCR-TGGE(Polymerase Chain Reaction-Temperature Gradient Gel Electrophoresis)技术,以细菌16S rRNA引物进行V3高变异区域PCR扩增,再将PCR产物进行温度梯度凝胶电泳分离,获得表征污泥中微生物群落特征的DNA指纹图谱。研究了膜生物反应器中微生物群落结构的演替,以及填料对反应器中微生物群落结构的影响。研究结果表明:在长期不排泥运行条件下,控制HRT=6 h,DO=2.5 mg/L,pH=7.1~8.1,CMBR和SMBR对COD、氨氮和浊度的去除效果较为一致。两个反应器中COD平均去除率均大于95%;氨氮的平均去除率大于90%;浊度平均去除率大于99%。在去除TN方面CMBR要优于SMBR,CMBR中总氮的去除率比SMBR中高13%左右,说明反应器中填料的添加,有助于提高反应器的脱氮效果。研究考察两个反应器中污泥浓度(Mixed Liquor Suspended Solids, MLSS)、污泥粘度、污泥中值粒径、Zeta电位、SVI值、EPS(Extracellular Polymeric Substances)、有机物相对分子质量分布特征等污泥性质的变化。研究表明,填料的添加,使CMBR污泥混合液中MLSS低于SMBR,减缓膜污染。随着运行时间的增加,EPS中蛋白质与多糖的比例增大,且Zeta电位与混合液EPS中蛋白质与多糖的比例呈正相关,从而导致污泥的沉降性能下降,SVI值升高,膜过滤压差平均上升速率有所增加,膜过滤周期缩短。通过总细菌TGGE图谱UPGMA聚类分析表明可将反应器运行划分为三个阶段:接种期、驯化期、稳定期。两个反应器中变形菌门(Proteobacteria)的细菌所占比例较大。拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)微生物也以优势菌种在反应器中出现。在SMBR中放线菌门(Actinobacteria)种类较CMBR中多。通过主成分分析发现,反应器运行稳定后,两个反应器内污泥混合液的微生物群落结构较为相似,但与接种污泥有较大不同。α-Proteobacterium等微生物是四个样品所共有的,说明这类微生物适应能力较强;Sphingomonas sp.等微生物种群是接种污泥中的优势种,而在SMBR和CMBR运行稳定后,这些优势种都退化为非优势种;Saprospiraceaebacterium等微生物种群则由非优势种演变成优势种;Sphingobacterium mizutaii、Actinobacterium为填料污泥样品中特有的菌属。

全文目录


摘要  8-9
Abstract  9-11
1 引言  11-19
  1.1 膜生物反应器的研究进展  11-14
    1.1.1 国外膜生物反应器研究进展  11-12
    1.1.2 国内膜生物反应器研究进展  12-14
  1.2 分子生物学技术在环境微生物生态学中的应用  14-16
    1.2.1 环境微生物多样性的检测  14
    1.2.2 特定功能菌或功能基因的检测  14-15
    1.2.3 量化环境中的微生物种群  15-16
  1.3 TGGE/DGGE 技术在环境微生物学中的应用  16-17
  1.4 课题研究意义、主要内容  17-19
2 材料与方法  19-27
  2.1 实验装置  19
  2.2 反应器运行条件  19-20
  2.3 测定项目与方法  20-22
    2.3.1 水质分析项目与方法  20-21
    2.3.2 活性污泥混合液性质的测定项目与方法  21-22
  2.4 污泥样品DNA 提取、总细菌的PCR 扩增及TGGE 分析  22-27
    2.4.1 污泥样品的预处理与基因组DNA 的提取  22
    2.4.2 基因组DNA 的PCR 扩增  22-23
    2.4.3 PCR 产物的温度梯度凝胶电泳（TGGE）  23-25
    2.4.4 TGGE 图谱目的条带的克隆测序  25-27
3 结果与讨论  27-55
  3.1 零排泥条件下CMBR 和SMBR 运行效能比较  27-32
    3.1.1 COD 去除效果研究  27-28
    3.1.2 NH3-N 去除效果研究  28-29
    3.1.3 NOX--N 随运行时间的变化  29-30
    3.1.4 总氮去除效果研究  30-31
    3.1.5 浊度去除效果研究  31-32
  3.2 污泥混合液性质对膜污染的影响  32-43
    3.2.1 污泥浓度随运行时间的变化  32-33
    3.2.2 EPS 随运行时间的变化  33-34
    3.2.3 EPS 对污泥活性的影响  34-35
    3.2.4 EPS 对污泥比阻的影响  35
    3.2.5 EPS 中蛋白质/多糖对Zeta 电位的影响  35-38
    3.2.6 EPS 对污泥粒径的影响  38-39
    3.2.7 上清液SMP 随运行时间的变化  39-42
    3.2.8 过膜压差随运行时间的变化  42-43
  3.3 CMBR 和SMBR 中微生物群落结构的演替  43-51
  3.4 填料对微生物群落结构的影响  51-55
    3.4.1 填料对MBR 脱氮效果的影响  51-52
    3.4.2 填料对MBR 中微生物群落结构的影响  52-55
4 结论  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-63
攻读硕士学位期间发表的学术论文  63

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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