贫营养条件下微生物代谢产物和生物多样性的研究

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1、中文摘要在膜生物反应器中，随着污泥停留时间的延长，反应器中的活性污泥微生物会处于一种营养相对贫乏的环境。当贫营养环境长期存在时，微生物在内源呼吸作用下会不断自我消耗，释放大量的溶解性微生物产物(SMP)，并且胞外聚合物(EPS)向SMP的转化加快，导致反应器中SMP浓度急剧增加，从而加剧膜污染，抑制污泥微生物活性，直接影响工艺的出水水质和处理效率。本课题在以往研究的基础上，主要探讨在贫营养条件下微生物代谢产物的产出和降解行为，以及由此引起的污泥混合液特性的变化。并采用分子生物学技术聚合酶链式反应一变性梯度凝胶电泳(polymerasecha

2、inreaction—denaturinggradientgeleleetrophoresis，PCR—DGGE)对污泥微生物群落的演替展开研究。结合对总细菌的多样性分析、相似性分析和族群归属分析等探索微生物代谢产物、污泥混合液特性和生物多样性三者之间的协同变化关系。通过对取自CAS和MBR两种典型污水处理工艺的活性污泥分别进行贫营养培养试验，发现MBR污泥对于贫营养极端环境的适应能力要强于CAS污泥。微生物能够通过降解EPS和产出SMP来获取碳源，并且EPS和SMP之间存在一定的相互转化关系。CAS污泥的初始污泥活性要远高于MBR污泥，但

3、在内源呼吸和毒性物质的抑制作用下，污泥活性会迅速丧失。EPS和SMP对污泥沉降性，表面相对疏水性和污泥活性等具有重要的影响，并且随着EPS、SMP在组成和性质上的不同而各有所重。两种活性污泥的DGGE指纹图谱显示，MBR污泥中微生物种群非常丰富，而CAS污泥则略显单一。在贫营养条件下，两种污泥的微生物种群演替过程非常明显，微生物种群间的相似性变化较大。总细菌Shannon多样性指数、Pielou均匀性指数、Patrick丰富度指数和戴斯系数能很好的反映微生物种群结构的演替过程。污泥微生物种群结构和多样性从根本上决定着微生物代谢产物和污泥混合

4、液特性的变化，它们之间的变化具有高度的协同性和一致性。克隆测序结果表明，两种污泥中既存在共同的微生物种属也有各自特异的种属，这与各自污泥来源工艺的进水水质和运行条件有关。微生物种群的特异性是造成不同活性污泥对贫营养环境适应能力不同的根本原因。关键词：膜生物反应器传统活性污泥法贫营养条件微生物代谢产物污泥混合液特性生物多样性克隆测序ABSTRACTActivatedsludgemicroorganismsareinclinedtogetintoanoligotrophicenvironmentalongwiththeprolongationo

5、fsludgeremaintimeinmembranebioreactor．Whentheoligotrophicenvironmentexistoveralongperiodoftime，microorganismswillautolyzeasaresultofendogenousrespirationprocesses，andreleasealargenumberofsolublemicrobialproducts(SMP)．Atthesametime，translationfromextracellularpolymericsubst

6、ances(EPS)toSMPistospeedup．Asaresult，theconcentrationofSMPinthereactorwillincrease，whichwillleadtOseriousmembranefoulingandinhibitiontoactivatedsludgemicroorganisms，deteiminetheeffluentqualityandprocessefficiencydirectly．Uponthepreviousresearches，thispapermainlyfocusedonth

7、eformationandbiodegradationofmicrobialmetabolitesanditseffectonmixedliquorcharacteristicsundertheoligotrophicenvironment．Themicrobialcommunitystructuresandsuccessionwerestudiedbypolymerasechainreaction—’denaturinggradientgeleleetrophoresis(PCR-DGGE)．Thecombinationofbiodive

8、rsityanalysis、similarityanalysisandclusteranalysiswascarriedouttodiscussthecovariancerela