基于工业剩余污泥提取液资源化利用的小球藻培养及蛋白质组学研究

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微藻富含碳水化合物,其中淀粉和多糖含量高,并且由于其具有太阳能利用效率高、繁殖迅速、对环境适应性强等特点,作为生物乙醇的原料被广泛关注。然而,目前微藻的高培养成本已逐步成为限制其大规模培养的瓶颈问题。在工业污水处理过程中会产生大量的剩余污泥,富含有机物与氮、磷等营养盐。且当进水为高浓度有机废水时,污泥中会积累显著的有机物,造成污泥毒性。如果处置不当,容易造成二次污染。因此,本试验将剩余污泥进行超声破碎制成污泥提取液,利用污泥提取液氮磷营养丰富的特性,使其作为微藻替代培养基,不仅可实现低成本养藻,还可实现污泥提取液资源化处理。  试验考察污泥提取液培养小球藻的可行性,以普通培养基BG11作为对照组,分别对低毒性与高毒性混合氯酚污泥提取液进行了研究。研究结果表明,在低毒性混合氯酚污泥提取液培养条件下,在适应期和对数期,纯污泥提取液对小球藻的生长有促进作用,第5d时,纯污泥提取液组细胞密度为28.7×106cells/mL,而BG11中小球藻细胞密度为17.1×106cells/mL;在稳定期和衰亡期,当污泥提取液比例大于50%时,体现为抑制细胞继续增殖,第30d时,BG11中的细胞密度达82.0×106cells/mL,而纯污泥提取液中仅为36.2×106cells/mL;低毒性混合氯酚污泥提取液中,小球藻的类囊体膜清晰,叶绿素a含量增多,光合作用加强,淀粉和多糖的总量高达103mg/L和125mg/L;小球藻对提取液中的N、P利用速率和利用量均增加。当提取液为高毒性混合氯酚污泥提取液时,小球藻的最适污泥提取液比例为50%;此时,小球藻的淀粉和多糖含量均达到最大值,分别为20mg/L、65mg/L;水相中TN、TP以及TOX的去除率分别为77.9%、35.6%、52.2%。不同毒性混合氯酚污泥提取液养藻条件下,采用污泥提取液部分或完全替代BG11来养藻均具有可行性,且小球藻对提取液中的污染物质有一定的去除效果。  本试验研究了高配比、高毒性污泥提取液培养小球藻,为严格考察毒性对小球藻的影响,进行对照组筛选实验。发现在以葡萄糖、氯化铵、磷酸氢二钾构成的配水中小球藻长势不好,无法做对照组,而以甲醇培养的空白污泥提取液组,小球藻长势较好,且考虑到空白污泥提取液中营养元素及形态与毒性污泥提取液相近,确定以空白污泥提取液作刘照组,以间苯二酚毒性污泥提取液为实验组,分别从宏观和微观角度分析毒性对小球藻的影响机制。结果表明,以空白污泥提取液为对照时,随着毒性的增强,小球藻的生长受到了抑制,淀粉和多糖的合成量明显降低,分别下降了47.9%、48.4%。在间苯二酚污泥提取液中,小球藻对TOX的去除率为42%,引起毒性的有机物分子量主要在500~5k之间。通过同位素标记相对和绝对定量技术(iTRAQ)以及亚显微结构研究发现,其抑制作用主要体现在小球藻的呼吸代谢、初级产物以及能量的合成。其中,呼吸代谢主要是糖酵解与三羧酸循环受抑制;初级产物及能量的合成主要是光合作用受抑制,从而影响了淀粉和油脂的产生。
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