产甲烷同时反硝化体系中功能微生物的定性和定量解析

【摘要】：产甲烷同时反硝化(Simultaneous Denitrification and Methanogensis, SDM)由生理生化特性显著不同的两类功能微生物共同完成,运行参数的变化对其生物活性有显著影响。研究这些因子(如碳源种类、氮源种类等)对SDM体系效能、微生物种群多样性与结构的影响具有重要意义。本文通过间歇实验和连续流实验,利用分子生物学技术,即核糖体DNA扩增片段限制性内切酶分析方法和实时荧光定量PCR方法探究单一碳源条件下,COD/NO3--N、有机负荷(Organic Loading Rate, OLR)和氮负荷(Nitrogen Loading Rate, NLR)、水力停留时间(Hydraulic Retention Time、底物种类、NOx-N种类(NO3-N或NO2--N)、培养方式对SDM体系运行、微生物种群多样性、数量和种群结构的影响,获得的主要结论如下：(1)间歇SDM体系中,探究不同NOx-N种类对SDM体系运行及产甲烷菌的影响。结果表明相同浓度的NO3--N和NO2--N对产甲烷菌种群结构的影响趋势相同。随反应体系中NOx-N浓度增加,产甲烷反应被抑制的强度和时间逐渐增加。(2)连续SDM体系中,研究了COD/NO3--N、HRT、OLR及NLR对SDM体系和产甲烷菌种群结构的影响。分析证实,耐受性方面,蔗糖为碳源的SDM体系比乙酸钠体系更强；在产甲烷菌种群结构稳定方面,蔗糖为碳源的SDM体系比乙酸钠体系稳定。(3)利用蔗糖和乙酸钠为碳源,保持碳源浓度不变,探究COD/NO3--N对微生物的影响。结果表明反应器稳定运行的情况下随着COD/NO3--N的降低细菌数量逐渐增加,古菌数量逐渐降低。(4)研究了HRT对单一碳源条件下SDM体系中古菌的影响,结果表明,随HRT降低,古菌总数量升高,不同种属产甲烷菌在古菌总数量中相对丰度变化很小。 【关键词】：产甲烷 反硝化 产甲烷菌 定性分析 定量分析
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-16
• 1.1 SDM中脱氮和甲烷化8-9
• 1.1.1 生物脱氮8-9
• 1.1.2 甲烷化过程9
• 1.2 SDM体系的影响因子9-11
• 1.2.1 碳源种类对SDM的影响9-10
• 1.2.2 COD/NO_3~--N对SDM的影响10-11
• 1.2.3 氮氧化物对产甲烷活性的抑制11
• 1.3 SDM中的微生物11-12
• 1.3.1 SDM中主要微生物种群11-12
• 1.3.2 SDM中不同微生物的空间分布12
• 1.4 厌氧反应器中微生物的分析方法12-14
• 1.4.1 微生物的定性分析方法12-13
• 1.4.2 微生物的定量分析方法13-14
• 1.5 研究目的、意义和内容14-16
• 1.5.1 研究目的和意义14
• 1.5.2 研究内容14-15
• 1.5.3 技术路线15-16
• 第二章 不同氮氧化物对SDM和功能微生物的影响16-29
• 2.1 材料与方法16-20
• 2.1.1 接种污泥16
• 2.1.2 合成废水16
• 2.1.3 间歇实验16-17
• 2.1.4 基因组DNA的提取17
• 2.1.5 产甲烷菌的定性分析17-18
• 2.1.6 产甲烷菌的定量分析18-19
• 2.1.7 理化指标的测定19
• 2.1.8 统计分析方法19-20
• 2.2 结果20-26
• 2.2.1 不同氮氧化物对SDM运行的影响20-23
• 2.2.2 不同氮氧化物对古菌种群多样性的影响23-24
• 2.2.3 不同氮氧化物影响下古菌数量变化24-26
• 2.2.4 不同氮氧化物影响下产甲烷菌种群结构的变化26
• 2.3 讨论26-28
• 2.3.1 NO_3~--N和NO_2~--N对产甲烷活性的抑制26-27
• 2.3.2 NO_3~--N和NO_2~--N对产甲烷菌变化的影响27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 不同碳源下COD/NO_3~--N对SDM体系中功能微生物的影响29-40
• 3.1 材料和方法29-32
• 3.1.1 反应器的运行29-30
• 3.1.2 分子生物学分析方法30-31
• 3.1.3 理化指标的测定31
• 3.1.4 统计分析方法31-32
• 3.2 结果32-38
• 3.2.1 不同碳源条件下COD/NO_3~--N对SDM运行的影响32-34
• 3.2.2 不同碳源条件下COD/NO_3~--N对微生物种群多样性的影响34-35
• 3.2.3 不同碳源条件下COD/NO_3~--N对微生物种群数量的影响35-36
• 3.2.4 不同碳源条件下COD/NO_3~--N对产甲烷菌种群结构的影响36-37
• 3.2.5 微生物的空间分布37-38
• 3.3 讨论38-39
• 3.3.1 不同碳源条件下COD/NNO_3~--N对SDM运行的影响38
• 3.3.2 微生物的变化与运行条件的关系38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 OLR及NLR对SDM中功能微生物的影响40-47
• 4.1 材料与方法40-41
• 4.1.1 反应器的运行40
• 4.1.2 分子生物学分析方法40-41
• 4.1.3 理化指标的测定41
• 4.1.4 统计分析方法41
• 4.2 结果41-45
• 4.2.1 不同负荷影响下反应器的运行41-43
• 4.2.2 不同负荷对微生物种群多样性的影响43
• 4.2.3 不同负荷对微生物种群数量的影响43-44
• 4.2.4 不同负荷影响下产甲烷菌种群结构的变化44-45
• 4.3 讨论45-46
• 4.3.1 不同负荷对SDM的影响45
• 4.3.2 运行条件和微生物种群变化的关系45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 HRT对SDM中产甲烷菌的影响47-52
• 5.1 材料和方法47-48
• 5.1.1 反应器的运行47
• 5.1.2 分子生物学分析47
• 5.1.3 理化指标的测定47-48
• 5.1.4 统计分析方法48
• 5.2 结果48-50
• 5.2.1 HRT影响下产甲烷菌种群多样性的变化48
• 5.2.2 HRT影响下产甲烷菌种群数量和结构的变化48-50
• 5.3 讨论50-51
• 5.3.1 HRT对产甲烷菌种群多样性的影响50
• 5.3.2 HRT对产甲烷菌种群数量和结构的影响50-51
• 5.4 本章小结51-52
• 第六章 培养方式对产甲烷菌的影响52-57
• 6.1 材料和方法52-53
• 6.1.1 反应器的运行52-53
• 6.1.2 分子生物学分析方法53
• 6.1.3 统计分析方法53
• 6.2 结果53-55
• 6.2.1 不同培养方式影响下产甲烷菌种群多样性的变化53
• 6.2.2 不同培养方式影响下产甲烷菌种群数量的变化53-55
• 6.3 讨论55-56
• 6.3.1 培养方式对产甲烷菌种群多样性的影响55-56
• 6.3.2 培养方式对产甲烷菌种群数量和结构的影响56
• 6.4 本章小结56-57
• 第七章 总结和展望57-58
• 7.1 总结57
• 7.2 前景展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-64
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文64

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