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高浓度造纸废水厌氧处理中颗粒污泥的微生物群落结构及形成的研究

作　者: 尹礎
导　师: 柳建设
学　校: 中南大学
专　业: 生物工程
关键词: 高浓度造纸废水颗粒污泥形成机制微生物群落结构
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

造纸行业是与国民经济和社会事业发展关系密切的重要基础原材料产业。造纸工业废水排放量占全国工业废水总排放量的16.99%。近年来,废纸再生造纸成为造纸行业的主流,废纸浆比例已占纸浆比例的56%。处理高浓度废纸浆造纸废水的主流工艺是厌氧—好氧工艺,其中高效厌氧处理器是最关键的设备,厌氧处理器启动的关键是高效的菌种—颗粒污泥。目前,国内运行较好的厌氧处理器及颗粒污泥均从国外进口。因此开发高效的专属微生物菌种及先进的厌氧反应器是我国造纸行业污染治理的当务之急。本研究针对高浓度废纸浆废水生物处理的重要工段—厌氧塔生物处理（UASB）,采用PCR-RFLP方法对该工段所形成的的厌氧颗粒污泥的微生物群落结构和组成比例进行了分析。结果表明,该厌氧颗粒污泥中主要的产甲烷古菌有2种,甲烷毛状菌和Uncultured Euryarchaeote gene,其中甲烷毛状菌占75.34%,占绝对多数。另外,检测到的厌氧细菌中Rumen bacterium占不产甲烷菌总数的3.16%。Thermacetogenium sp占了非产甲烷菌总数的4.21%。Ruminococcus albus占不产甲烷菌总数的3.16%。Flavobacterium sp占不产甲烷菌总数的6.32%。Clostridium islandicum占不产甲烷菌总数的7.37%。Cytophagales占不产甲烷菌总数的6.32%。Lachnospiraceae bacterium占不产甲烷菌总数的30.53%。对上述确认的各主要微生物在废水降解过程中所起的作用进行了分析,建立了不同微生物种属与其降解嗜好性的对应关系。在此基础上,提出了厌氧颗粒污泥形成是基于某些微生物的特性,自发形成的微生物群落聚集体这一观点。根据生态群落调查并结合反应器运行特征指出甲烷毛状菌（Methanosaeta concilii）在颗粒污泥形成过程中的重要作用,甲烷八叠球菌（Methanosarcina）不是颗粒污泥形成的关键菌种;肯定了纤维素的水解作用是甲烷发酵的限制性步骤;对形成的厌氧颗粒污泥通过扫描电镜进行了微观观察,发现在形成的颗粒中聚集着大量的杆状、丝状菌和部分球菌,这些杆状、丝状菌对颗粒的形成可能起着桥架作用。这一显微观察结果与生态群落调查中含高浓度的甲烷毛状菌相当吻合。在实验室条件下,研究了pH、温度、Ca²⁺离子浓度、废水COD浓度等条件对颗粒形成的影响,结果表明,pH值的调控建议控制在7.0～7.8之间,最佳为7.0,尽量避免在酸性范围内;反应器控制的最佳温度为38℃,而不是通常的35℃,温度可以控制在34℃～39℃之间;进水COD在2000mg/L以上时,颗粒形成逐步提高,在2700mg/L时达到峰值;Ca²⁺等金属离子对颗粒污泥的形成有促进作用,但在Ca²⁺达到50mg/L以后,这种促进效果已不明显。提出完全混合式更促进颗粒污泥的形成,并不只是升流式才能形成颗粒污泥。在此基础上提出在厌氧反应器前增加一个预酸化池作为标准处理工艺的观点。本研究结果对高浓度废纸造纸废水的厌氧处理具有一定的理论和应用价值。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-31
  1.1 我国造纸业的环境污染现状及治理  10-13
  1.2 与废纸浆造纸厌氧处理相关的厌氧微生物学  13-20
    1.2.1 不产甲烷菌及其作用  13-16
    1.2.2 产甲烷菌  16-19
    1.2.3 硫酸盐还原菌  19-20
  1.3 厌氧颗粒污泥形成机制的有关理论  20-29
    1.3.1 物理化学理论  21-23
    1.3.2 微生物理论  23-28
    1.3.3.热力学理论的解释  28-29
  1.4 本论文的研究目的和意义  29-31
第二章处理高浓度造纸废水的厌氧颗粒污泥的微生物群落结构研究  31-55
  2.1 实验材料与研究方法  31-38
    2.1.1 培养基  31
    2.1.2 试验仪器  31-32
    2.1.3 样品预处理  32
    2.1.4 基因组DNA提取  32-33
    2.1.5 细菌和古菌的16S rDNA PCR扩增  33-34
    2.1.6 基因组DNA凝胶纯化方法  34-35
    2.1.7 感受态的制备  35-36
    2.1.8 连接,转化和SP6,T7 PCR扩增  36-37
    2.1.9 RFLP中双酶切的应用  37
    2.1.10 序列测定及其分析  37-38
  2.2 颗粒污泥中古菌的多样性  38-42
    2.2.1 引言  38
    2.2.2 分析方法  38
    2.2.3 古菌16S rDNA连接,转化及其酶切  38-39
    2.2.4 古菌16S rDNA片断RFLP饱和度分析和测序  39-41
    2.2.5 古菌的菌落结构图  41
    2.2.6 小结  41-42
  2.3 颗粒污泥中细菌的多样性  42-46
    2.3.1 引言  42
    2.3.2 分析方法:  42-46
    2.3.3 细菌的菌落结构图  46
  2.4 结果与讨论  46-55
    2.4.1 不产甲烷菌及其作用  46-48
    2.4.2 产甲烷菌  48-49
    2.4.3 讨论  49-55
第三章高浓度造纸废水厌氧处理中颗粒污泥的形成机制及条件优化  55-63
  3.1 颗粒形成的实验设计  55-59
    3.1.1 材料与方法  55-56
    3.1.2 实验观察  56-59
  3.2 硫酸盐还原作用的影响  59-60
  3.3 结果分析  60-61
  3.4 废纸造纸废水厌氧系统颗粒污泥的形成机制  61-63
第四章结论  63-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
研究成果  71

高浓度造纸废水厌氧处理中颗粒污泥的微生物群落结构及形成的研究

内容摘要

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