城市污水处理厂中氨氧化细菌种群多样性研究

论文摘要

城市污水中氮的去除对于氮污染的控制和氮素循环平衡的维持至关重要,其中氨氮的氧化是氮去除的第一步也是最重要的一步。因此,更好地了解城市污水处理厂（Municipal Wastewater Treatment Plants,MWTPs）中作为氨氧化主要功能菌的氨氧化细菌（Ammonia Oxidiation Bacteria,AOB）种群多样性的变化,探讨AOB种群多样性与污水处理系统之间的相互关系,对城市污水中氮的去除起着关键性的作用。本论文利用荧光原位杂交（Fluorescence In Situ Hybridization,FISH）技术、聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（Polymerase Chain Reaction-Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,PCR-DGGE）技术以及TA克隆技术对北京7个MWTPs的10个处理系统中AOB的种群动态与多样性进行了分析。DGGE图谱结果表明:在不同污水处理厂之间即使处理工艺相同,AOB的种群结构也呈现不同的模式;同一污水处理厂中的不同工艺处理系统,AOB的种群结构却没有明显差异;同一反应池的不同工艺段AOB的种群结构也没有明显变化。克隆数量分析结果表明:J厂的AOB数量要比Q厂二期的数量多,这可能是造成这两个污水处理系统氨氮去除效率差异的因素之一。序列分析结果表明:在城市污水处理系统中,AOB种群多样性不高,主要优势种群属于Nitrosomonas oligotropha-like cluster,并伴有少量属于Nitrosomonas eutropha-like cluster的种群,以及个别某些Nitrosospira属的种群。DGGE与克隆综合分析结果表明:原废水水质及其微生物组成可能是影响不同污水处理系统中AOB种群结构差异的主要原因;这也使得在完全相同进水的情况下,系统稳定运行时,工艺类型和运行条件对AOB种群结构的影响不显著。此外,研究发现,对于城市污水处理系统中的AOB,CTO引物的特异性有待进一步确认。FISH分析结果表明:FISH技术不适用于MWTPs中AOB的动态分析。操作过程、探针的敏感性和特异性、荧光显微镜、计数、样品浓度、细胞的自发荧光现象和微型动物的存在等诸多方面的问题,都可能对FISH分析的最终结果造成影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究目的与意义
• 2 文献综述
• 2.1 氮素循环
• 2.2 氮素污染
• 2.2.1 氮素污染物的来源
• 2.2.2 氮素污染的危害
• 2.2.3 氮素污染的控制
• 2.3 几种常见的污水处理生物脱氮工艺
• 2.3.1 AO（Anoxic/Oxic）工艺
• 2.3.2 A2O（Anaerobic/Anoxic/Oxic）工艺
• 2.3.3 OD（Oxidation ditch）工艺
• 2.3.4 SBR（Sequencing batch reactor）工艺
• 2.3.5 MBR（Membrane bioreactor）工艺
• 2.4 硝化作用及其功能微生物
• 2.4.1 硝化作用
• 2.4.2 硝化过程中的微生物
• 2.5 分子生物学技术
• 2.5.1 FISH 技术
• 2.5.2 PCR 技术
• 2.5.3 DGGE 技术
• 2.5.4 TA 克隆技术
• 2.6 污水处理系统中AOB 种群多样性的研究进展
• 2.6.1 国外研究进展
• 2.6.2 国内研究进展
• 3 不同MWTPS 中AOB 种群结构的比较研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 污水处理厂描述
• 3.2.2 样品的采集
• 3.2.3 DNA 的提取
• 3.2.4 PCR-DGGE-测序
• 3.2.5 克隆文库的建立
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 DGGE 结果分析
• 3.3.2 克隆结果分析
• 3.4 小结
• 4 FISH 技术用于MWTPS 中AOB 种群动态的研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 样品的采集
• 4.2.2 水质指标的测定
• 4.2.3 FISH 的定量检测
• 4.2.4 统计学分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 显微结果分析
• 4.3.2 统计结果分析
• 4.3.3 影响FISH 定量分析的主要问题
• 4.4 小结
• 5 结论
• 5.1 不同MWTPS 中AOB 种群结构的比较研究
• 5.2 FISH 技术用于MWTPS 中AOB 种群动态的可行性研究
• 6 建议与展望
• 中文参考文献
• References
• 个人简介
• 导师简介
• 攻读硕士期间主要成果
• 致谢