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集约化养猪业的发展造成大量的猪粪污过度积累,给环境带来巨大的压力。猪粪污经厌氧发酵后所产生的高污染负荷沼液是猪粪污无害化资源化利用的行业共性难题之一。其中富含有机物、氨氮以及Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)等重金属离子,如果不经过处理直接排放将造成严重的环境污染。近年来,生物处理技术作为一种资源化和无害化的废水处理技术被广泛应用于养猪沼液的处理中。以光合细菌为主的微生物对废水中污染物有较强的耐受能力,而以绿藻为主的微藻则可以在后续的沼液生物净化中发挥高效地深度处理作用,并有效利用养猪沼液中的营养物质,将其转化为有特定价值的微藻生物质,起到变废为宝的作用。为实现养猪沼液中有机物和重金属的高效去除这一目标,本研究以养猪沼液为研究对象,开展了菌种筛选以及培养条件优化的实验,深入研究了混合菌群对沼液中高浓度有机物和重金属的去除效果及机理,最后利用小球藻进一步净化经过混合菌群预处理的沼液,尝试构建菌藻联用使养猪沼液无害化资源化利用耦联增效的新途径。主要研究结果如下:1.从养猪沼液中进行细菌菌种选育,筛选出包含产碱菌(Alcaligenes)、红假单胞菌(Rhodopseudomonas)、蒂氏杆菌(Tissierella praeacuta)、孟氏肠球菌(Enterococcus mundtii)、缺陷短波单孢菌(Brevundimonas diminuta)5种菌株的混合菌群。通过16sRNA分析得出其占比分别为53.8%、21.3%、5.1%、4.9%、3.1%。此外,筛选出的混合菌群具有难以分离的特性,这是由于养猪沼液的复杂性,单一菌株难以独立生存,因此为实现生存目标,菌种之间需要发挥生物间的协同作用充分利用生物多样性。2.对混合菌群进行培养条件的优化,发现在光照有氧的条件下混合菌群生长更好,经过9天的培养,生物量从68 mg/L增长到1758 mg/L,是初始量的25.9倍,对总碳(TC)、总氮(TN)、化学需氧量(COD)的去除率分别达到58.4%、37.4%、47.7%。将混合菌群初步应用于处理人工模拟养猪沼液发现污染物去除效果良好,对氨氮(NH4+-N)、COD、总磷(TP)、TC、TN的去除率分别为14.5%、65.4%、42.3%、46.9%、31.6%。因此,考虑将其作为养猪沼液前处理的菌群。3.通过在模拟沼液中添加主要重金属污染物Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ),探究混合菌群对模拟沼液中污染物的处理效果。结果表明,筛选出的混合菌群可以在高浓度的Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)条件下生长。在含有40 mg/L Cu(Ⅱ)的模拟沼液中,经过9天的培养,生物量从49 mg/L增长至525 mg/L;在含有100 mg/L Zn(Ⅱ)的模拟沼液中,经过9天的培养,生物量从45 mg/L增长至613 mg/L。混合菌群可以通过分泌胞外聚合物吸附去除废水中的Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)。菌体对Cu(Ⅱ)的吸附量最高达10.1 mg/g,对Zn(Ⅱ)的吸附量最高达95.0mg/g。模拟沼液中的重金属离子主要与胞外聚合物中的蛋白质发生作用并结合在菌体表面。在混合菌群中缺陷短波单孢菌(Brevundimonas diminuta)对重金属的吸附发挥了重要作用。4.通过3种处理方式处理两种不同来源的养猪沼液发现,先利用混合菌群处理5天,再利用小球藻处理5天比仅用混合菌群或小球藻处理10天效果更好。菌藻联用处理对高浓度沼液中COD、TN、TC、TP的去除率分别达到87.6%、68.3%、52.7%、69.2%;仅用混合菌群处理为 84.4%、50.3%、43.5%、57.7%;而小球藻则无法直接在沼液中生长繁殖。菌藻联用处理对低浓度沼液中COD、TN、TC、TP的去除率分别达到57.1%、62.9%、32.6%、68.1%;仅用混合菌群处理为21.4%、31%、11.5%、8.5%;仅用小球藻处理为 42.3%、49.6%、16.6%、63.8%。这说明菌藻联用技术可有效运用于养猪沼液的处理。此外,菌藻联用处理沼液后所产出的小球藻蛋白质和脂质的含量分别达到41%和32.3%,且其重金属含量很低,Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)都小于10 mg/kg,表明其具有用于开发藻类饲料蛋白的潜力,值得进一步研究。