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随着造纸工业的发展,造纸废水已成为重要的水污染源之一。造纸废水与造纸原料和造纸工艺密切相关,在中国竹子以其特有的优势成为重要的造纸原料,竹浆废水在造纸废水中的比重逐渐增加。在众多的造纸废水处理工艺中,活性污泥处理法是较为成熟的生化处理法,但由于竹浆造纸废水初始温度较高(达46℃),需在均衡池中混匀并经冷却塔冷却后才可进入曝气池处理。在此过程中均衡池仅起到混匀作用,若能筛选获得可在46℃造纸废水中生长的降解菌,则可以使均衡池发挥出生化池的功效,并减轻曝气池的COD负荷负担。本论文以贵州某造纸厂竹浆造纸废水为处理对象,构建了曝气池和均衡池的16S rRNA基因文库,从大熊猫粪便和曝气池活性污泥中筛选了可在46℃造纸废水中生存的降解菌株,并开展了现场模拟实验,并通过高通量测序技术分析加入菌剂后菌群多样性的变化。主要研究结果如下: (1)根据16S rRNA基因文库分析,曝气池活性污泥在菌群数量和菌群多样性方面均高于均衡池污水。曝气池和均衡池菌群组成在门水平上的优势菌群相同,均为拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门。除优势菌群外,曝气池和均衡池中包含有各自特色的门类,例如曝气池中有水处理中较重要的浮霉菌门,均衡池中含有绿湾菌门。尽管均衡池中菌群种类和丰度较低,但是可以得出46℃水温的均衡池有一定生化能力,具备用作生物降解反应池的潜力。 (2)从大熊猫粪便和造纸厂水处理系统的好氧活性污泥中筛选得到六株可在46℃生长的竹浆废水降解菌,分别标记为X-1、X-2、X-3(来自熊猫粪便)和B2-4、B4-3、B2-7(来自活性污泥),16S rDNA测序结果显示X-1、X-2、X-3和B4-3属于地衣芽胞杆菌属,B2-4属于类芽孢杆菌属,B2-7属于短小芽孢杆菌属,均为革兰氏阳性细菌。 (3)以贵州赤天化竹浆造纸废水处理厂为现场实验地点,构建由耐热型降解菌、生物填料和活性污泥组成的人工污水处理系统,分为BGPG(降解菌来自大熊猫粪便)和BFAT(降解菌来自好氧活性污泥)两个处理组,对来自均衡池的46℃污水展开了为期36天的处理,并测定进出水的水质指标。反应器进水COD均值为1227.8mg/L,BGPG和BFAT出水COD均值分别为830.3mg/L和798.6mg/L,COD明显下降,COD去除效率分别为32.4%和34.9%。BGPG和BFAT出水BOD5/COD均值分别为0.602和0.581,均大于0.3。BGPG和BFAT出水氨氮浓度均值分别上升51.05%、34.17%,pH均值分别上升0.59和0.46个单位,磷浓度均值分别下降8.55%和11.33%。 (4)根据对反应器活性污泥的16S rRNA基因高通量测序结果可知,经过36天的水处理过程,反应器中所加降解菌的丰度有所下降,但是两反应器中也出现了其他耐热型菌门,例如热袍菌门和Calditerrivibrio,此外,BGPG和BFAT两组的菌群组成和相对丰度均有所差异。首先在BGPG中,瘤胃球菌属和Proteiniphilum菌群相对丰度较高,分别为4.17%和3.95%,与BGPG不同,在BFAT中Blvii28_wastewater-sludge_group(污泥类群)菌群相对丰度较高,为4.44%。其次在科水平上,BGPG的优势菌群为疣微菌科、嗜氢菌科和紫单胞菌科等,BFAT中的优势菌群则是嗜氢菌科、疣微菌科和消化球菌科。在加入不同菌剂处理后,两反应器在菌群组成和菌群丰度上都有所差异,说明菌剂对微生物群落的结构产生了影响,进一步影响了其功能特征。 (5)均衡池接种耐高温降解菌后使COD显著下降,但氨氮浓度升高。污水处理系统中通常以细菌的脱氮作用去除氨氮。但藻类是否可利用脱氮过程向空气中释放N2O,尚未见报道。本文以进化地位处于真菌和高等植物之间的藻类为研究对象,从GenBank中筛选出来自三种藻类(莱茵衣藻、胸状盘藻和小球藻)的三条P450nor蛋白相似序列并进行预测和分析,推测藻类P450nor具有与真菌相似的生物学功能,即还原一氧化氮释放氧化亚氮。由于藻类特殊的进化地位,这将为探究藻类植物的氨氮利用转化机理、N2O产生机制提供科学依据和线索。