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

作     者：胡舒雯 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李伟民;陈刚才

授予年度：2018年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：光合细菌 培养优化 垃圾渗滤液 活性污泥 生物强化 群落结构 

摘      要：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*** 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:NHCl 0.5 g/L,乙酸钠3 g/L,酵母膏1 g/L,KHPO 0.5 g/L,NaCl 0.1 g/L,MgSO 1 g/L,CaCl 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?为0.13 h,并能有效去除COD、NH和TP,且在去除NH的过程中pH有所上升,无NO和NO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*** 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)和未投加光合细菌的活性污泥(S)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)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中丰度高于S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。