论文部分内容阅读
目前,全球经济发展受到能源紧缺的制约。为实现经济可持续发展,微藻生物质能源作为可再生能源受到广泛关注。然而,微藻培养过程中所需的营养物质(C、N、P)占据其培养总费用很大比重,增加培养成本。因此,污水处理与微藻培养耦合技术引得到研究者的重视。但是耦合技术中,自养微藻易被生长速率较高的异养细菌淘汰。随着微藻异养生长特性被发现,微藻与细菌共培养成为耦合技术的研究重点。目前研究主要集中在共生体污水处理能力,与处理效果上。微藻是否能在共生体系保持优势生长地位并没有得到足够关注,并且关于共生体中微藻絮凝和油脂积累的研究还鲜为报道。研究通过设置C、N、P比例实现Chlorophyta sp.与细菌的氮饥饿胁迫培养,两种氮饥饿胁迫培养基C/N/P分别为14/1.4/1(MB2.5),44/1.4/1(MB4.0)。研究结果表明:氮饥饿培养条件下,共生菌的存在是微藻实现颗粒化的关键因素。共生菌存在的条件下,Chlorophyta sp.逐渐形成颗粒,尺寸约为500-600μm;然而纯化后培养的Chlorophyta sp.并没有实现颗粒化,藻细胞悬浮在介质中。胞外聚合物(EPS)分析表明,多糖组分占据主导地位,而蛋白质含量较少,主要分布在外层。变性梯度凝胶电泳(DGGE)结果显示sphingobacteriales细菌和Sphingobacterium sp.在促进Chlorophyta sp.絮凝方面发挥着至关重要的作用。同时硝化细菌(Stenotrophomonas maltophilia)可和异养细菌、微藻共存于颗粒内部。EPS和DGGE结果进一步证明了细菌在微藻颗粒化中扮演了重要的角色。培养过程中由于氮的匮乏,Chlorophyta sp.始终占主导地位而共生菌的生长受到了限制。氮饥饿策略同样有助于增强脂质积累,氮更为匮乏的MB4.0培养基中(培养3天),油脂产率最大达到0.057 g/(L·d)。碳和氮的去除效率分别达到了92%、96%。综上所述,在高C/N的环境下共培养微藻和细菌可同时实现促进微藻聚集、限制细菌生长,增强脂质积累以及废水净化的目的。在证实细菌的存在可强化微藻絮凝后,研究从实际应用角度出发,通过氮饥饿胁迫培养活性污泥并提取其信号分子(AHLs),探求细菌AHLs对微藻生长絮凝的作用机制。在不同的氮饥饿条件下培养3种活性污泥(AS I、AS II、AS III),培养时间为3天。氮饥饿程度分为4类,C/N分别为0.0/100(Medium I)、4.5/100(Medium II)、12.3/100(Medium III)、18.5/100(Medium IV)。研究结果表明氮饥饿胁迫可有效限制活性污泥生长,活性污泥生物量随着氮浓度的增加而增加。而活性污泥AHLs对Chlorophyta sp.生长无明显促进作用,同时只有ASI的AHLs促进Chlorophyta sp.絮凝,其中Medium I与III培养条件下的AHLs促进效果最好,絮凝效率约为0.4 g/g。投加AHLs后微藻EPS依然以多糖为主,蛋白质浓度较少。结合三维荧光光谱(EEM)与凝胶色谱(GPC)分析可知,投加AHLs后Chlorophyta sp.芳香烃类蛋白和色氨酸类蛋白增加,强化Chlorophyta sp.悬浮细胞絮凝从而形成絮体。研究结果证明细菌AHLs可刺激微藻分泌大分子物质(芳香族蛋白质)从而促进微藻絮凝。