垃圾滲濾液因其水質(zhì)水量的復(fù)雜性而導致其處理難度和處理成本較高,也使得垃圾滲濾液的處理技術(shù)成為環(huán)保領(lǐng)域的研究新熱點。生物強化技術(shù)具有針對性強、對目標污染物處理效果好、操作簡單并節(jié)約投資改建成本等優(yōu)勢,可用于垃圾滲濾液的處理。而光合細菌(PSB)具有多種代謝途徑及去除污染物的性能,且不產(chǎn)生剩余污泥,還具有一定耐受性,對環(huán)境無毒害,因此光合細菌作為生物強化菌種具有優(yōu)勢,使得通過生物強化技術(shù)提高活性污泥系統(tǒng)對垃圾滲濾液的處理效果具有高效性和可行性。本實驗以活性污泥系統(tǒng)為研究對象,通過篩選分離得到一株具有脫氮除磷能力的光合細菌,對培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件進行優(yōu)化,并以其為生物強化菌種投加到SBR反應(yīng)器中,研究該菌株對垃圾滲濾液的處理效果。主要研究結(jié)論如下:(1)經(jīng)富集分離及純化培養(yǎng),從垃圾滲濾液中篩選出一株光合細菌R1,菌株活細胞特征吸收峰表明該菌株含有類胡蘿卜素和細菌葉綠素a,經(jīng)形態(tài)學觀察、染色及分子生物學鑒定,確定其為沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonas palustris),在光照厭氧和黑暗好氧條件下均具有脫氮除磷的能力。(2)通過單因素實驗、正交實驗及曲面響應(yīng)法對光合細菌R.palustris R1的培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件進行優(yōu)化,確定優(yōu)化改良后的培養(yǎng)基配方為:NH_4Cl 0.5 g/L,乙酸鈉3 g/L,酵母膏1 g/L,K_2HPO_4 0.5 g/L,NaCl 0.1 g/L,MgSO_4 1 g/L,CaCl_2 0.05 g/L。培養(yǎng)條件為pH=7.5、溫度33℃,接種量5%。采用優(yōu)化改良后的培養(yǎng)基對菌株R1進行培養(yǎng),菌株的生長量更大,最大生長比速率?_(max)為0.13 h~(-1),并能有效去除COD、NH_4~+和TP,且在去除NH_4~+的過程中pH有所上升,無NO_2~-和NO_3~-的產(chǎn)生及積累。(3)以厭氧(或缺氧)與好氧交替的形式,在不同光照條件下采用光合細菌R.palustris R1直接處理垃圾滲濾液,結(jié)果表明投加了光合細菌的實驗組在光照-黑暗條件下對COD、NH_4~+和TP的去除率分別為76.895%、65.964%和94.036%。結(jié)合活性污泥SBR工藝并投加光合細菌處理垃圾滲濾液,投加了光合細菌的SBR出水COD和TP的平均濃度分別為229.022 mg/L和1.508 mg/L,試驗后期出水NH_4~+的平均濃度降至6.688 mg/L。添加光合細菌能夠有效顯著提升活性污泥系統(tǒng)去除污染物及脫氮除磷的效果,并有效減少污泥產(chǎn)量,降低處理成本。(4)采用Illumina Miseq高通量測序技術(shù)對投加了光合細菌的活性污泥(S_c)和未投加光合細菌的活性污泥(S_b)中微生物群落結(jié)構(gòu)進行分析,從微生物層面探討光合細菌強化提升活性污泥系統(tǒng)對垃圾滲濾液處理效果的原因。結(jié)果表明,投加了光合細菌的活性污泥系統(tǒng)(S_c)中種群豐度和生物多樣性更高,優(yōu)勢菌門為變形菌門(42.76%)、綠彎菌門(18.25%)、厚壁菌門(9.64%)、酸桿菌門(7.08%)、擬桿菌門(6.02%)。優(yōu)勢菌屬為Rhodopseudomonas(11.56%)、Anaerolineaceae(4.28%)、Xanthomonadaceae(3.82%)Blastocatellaceae(3.77%),且在S_c中豐度高于S_b的功能菌Rhodopseudomonas、Acinetobacter、Bdellovibrio、Exiguobacterium、Limnobacter、Planctomycetaceae、Terrimonas、Nitrosomonas等菌屬的共同作用下,活性污泥系統(tǒng)表現(xiàn)出更好的有機物去除及脫氮除磷效果。作為生物強化菌種的光合細菌不僅能夠穩(wěn)定存在于活性污泥系統(tǒng)中,還能夠有效改善活性污泥系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu),提升其去除有機物及脫氮除磷的性能。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X703;X172
【部分圖文】：

③ 以有機物為供氫體：H2CO2光→ (CH2O) H2O 2 （1.3）光合細菌的營養(yǎng)模式主要為光化合型，以光能為能源進行異養(yǎng)生存，可在光照厭氧條件或黑暗好氧條件下生長，研究表明，光合細菌具有三種能量產(chǎn)生途徑：底物水平磷酸化、光合磷酸化以及氧化還原磷酸化。其代謝途徑也具有三種：發(fā)酵作用、光合作用以及好氧呼吸作用。能量產(chǎn)生途徑及代謝途徑在不同的光照和氧氣條件下相輔相成，主要有以下兩種途徑[15, 17]（見圖 1.2）：①光照厭氧：能量通過底物水平磷酸化及光合磷酸化過程產(chǎn)生，其中光合磷酸化過程占據(jù)主導地位。光合色素吸收光能后將其傳遞到光合作用中心，激發(fā)并釋放高能電子，電子傳遞過程中與底物水平磷酸化偶聯(lián)產(chǎn)生 ATP。糖酵解（EMP）途徑為主要的有機物代謝途徑，隨后進行發(fā)酵過程。②黑暗好氧：能量通過底物水平磷酸化和氧化磷酸化過程產(chǎn)生，其中氧化磷酸化過程占據(jù)主導地位。某些光合菌不產(chǎn)生載色體，可以分解利用乙酸、丙酸或丁酸等有機酸類化合物，通過包括糖酵解（EMP）途徑和三羧酸循環(huán)（TCA）進行異養(yǎng)代謝，同時完成電子傳遞。

通過單因素實驗和正交優(yōu)化實驗確定改良的培養(yǎng)基配方，以提高所篩選菌株的生長速率。根據(jù)光合細菌在光照和黑暗的不同環(huán)境條件下進行的代謝途徑不同，研究 pH 值、溫度、接種量、光照強度等因素對光合細菌在光照厭氧條件下脫氮除磷效果以及 pH 值、溫度、接種量、搖床轉(zhuǎn)速等因素對光合細菌在黑暗好氧條件下對脫氮除磷效果的影響，通過曲面響應(yīng)法（RSM）探究光合細菌的生長及脫氮除磷的最佳工藝條件。并考察菌株在優(yōu)化培養(yǎng)基中的脫氮除磷性能；③ 光合細菌強化垃圾滲濾液處理效果的研究研究垃圾滲濾液稀釋倍數(shù)對光合細菌在不同環(huán)境條件下的脫氮除磷效果，基于光合細菌在光照厭氧和黑暗好氧條件下不同的代謝模式，新提出結(jié)合 SBR 工藝以切換光照和氧氣條件的運行模式將光合細菌應(yīng)用于活性污泥處理工藝中，考察其對 SBR 工藝去除污染物的生物強化作用。④ 生物強化活性污泥系統(tǒng)中群落結(jié)構(gòu)分析分析 SBR 反應(yīng)器運行后活性污泥中的微生物群落結(jié)構(gòu)，考察所投加光合細菌對活性污泥系統(tǒng)脫氮除磷效果的影響，以及對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。1.5.3 技術(shù)路線

菌種取自保藏于-70 ℃甘油管內(nèi)的菌液，接種于滅菌后的 LB 液8 h 進行活化，活化后的菌液于 10000 rpm 離心 15 min，棄去上合均勻，按體積分數(shù)為 5%的接種量接種于已滅菌的光合細菌生光照培養(yǎng)箱中 30 ℃下靜置培養(yǎng) 48 h，取菌液于 10000 rpm 離心液，用無菌水洗滌，懸浮于 60%的蔗糖溶液中混合均勻，測定光譜，光譜掃描范圍為 200~1000 nm。與討論合細菌的分離菌種的富集、分離與純化，從垃圾滲濾液中分離出 1 株既能在光暗好氧條件下生長良好的菌株，命名為 R1。經(jīng)初步檢測其具有去P 的效果，見圖 2.1，菌株 R1 在光照厭氧條件下對 COD、氨氮 76.210%、56.252%及 82.726%，在黑暗好氧條件下對 COD、別為 73.261%、43.348%和 92.282%。
【參考文獻】

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本文編號：2860213