基于复苏促进因子促生的高盐含酚废水生物强化处理技术研究

来源 :浙江师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:szywit01
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如今已有多种方法被用来处理含酚废水,生物方法由于其环保、节能、无二次污染的特点受到亲睐并且成为研究的热点,然而由于含酚废水中含有大量的盐,盐的存在抑制了微生物的代谢活性和生长能力,从而遏制了生物处理技术的广泛应用。目前研究者致力于分离可耐盐或者耐高盐且具有降解苯酚功能的微生物,已有大量的报导关于耐盐降酚微生物的应用,已报导的耐盐降酚微生物大都是从有机污染源或者未被破坏的原始森林通过常规分离培养方法获得,这些都属于自然环境中的可培养微生物,并且仅占中微生物资源的15%,处于活的但非可培养(viable but non-culturable,VBNC)状态微生物占了微生物资源的大多数而未被发掘。当微生物处于不良的生存环境,非芽孢微生物会形成VBNC状态来应对环境压力。藤黄球菌等微生物的复苏促进因子(resuscitation-promoting factor,Rpf)可将VBNC状态菌复苏,在病原菌及流行病学领域的VBNC菌及其复苏研究比较多,在环境中的研究几乎没有。污染环境中大量微生物受环境压力处在VBNC状态,研究环境中的这些菌,有望获得高效降解菌种资源并且提高环境污染的生物修复能力。本研究通过导入含有藤黄球菌rpf基因质粒的大肠杆菌来高量制备Rpf蛋白,并且优化Rpf蛋白纯化的洗脱条件;在盐存在的条件以苯酚为有机污染物驯化污泥,研究藤黄球菌Rpf对活性污泥的驯化进度、污泥性能、污泥菌群结构及多样性的影响;同时分离培养Rpf添加组特有的具潜在环境功能的VBNC菌株,选择高效耐高盐降酚菌株进行性能分析、分子鉴定及多相分类;构建高效的废水处理反应器MBR,通过Rpf处理组和对照组进出水的水质变化研究Rpf蛋白对MBR处理高盐含酚废水的强化作用。研究主要结果如下:  (1)采用导入含rpf基因PET-28a质粒的E.coli BL21(DE3)大肠杆菌制备Rpf蛋白,利用Ni-NTA Agarose层析柱纯化Rpf蛋白。采用含梯度咪唑浓度的Washing buffer优化获得高纯度Rpf蛋白的制备条件,利用SDS-PAGE及G-250染色鉴定重组Rpf蛋白。由变性凝胶电泳结果可知,制备的Rpf蛋白分子量约为26KDa,Rpf的最优洗脱条件:60mM咪唑的洗脱液用于洗杂蛋白,100mM咪唑的洗脱液纯化Rpf蛋白。通过BCA试剂盒测定了Rpf蛋白的浓度:C(Rpf)=0.72mg/mL。  (2)Rpf对污泥驯化目标为盐度30g/L、酚浓度1500mg/L的研究。采用逐步提高胁迫的SBR方式驯化,驯化的四个阶段苯酚降解效率表明Rpf处理组53天驯化完成,对照组需要58天;污泥耐盐实验中处理组污泥在60g/L盐浓度对1500mg/L酚降解完全,对照组仅在20g/L盐浓度以下时降解完全;盐度保持在10g/L,处理组对1800mg/L的苯酚可以降解完全,对照组仅为50%。以上结果表明,Rpf对污泥活性及耐受性有明显的提高作用,对比Rpf添加组和对照组可知,Rpf蛋白质起到关键作用。处理组和对照组活性污泥进行了16S rRNA基因高通量测序,结果分析表明Rpf可以复苏促进放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的菌群生长。  (3)分离筛选特有的高效耐盐降酚菌株。实验组和对照组共分离到31株不同的菌株,17株为有效菌株。在含10g/L NaCl、500mg/L苯酚的盐溶液中30℃、160rpm培养48h初筛得到5株可耐盐降酚菌株,进一步对5株耐盐降酚菌株性能测试,SAS19和SAS26为高效耐盐降酚菌株。SAS19在含10g/L NaCl的盐溶液30℃、160rpm培养50h可将1500mg/L苯酚降解完全,SAS26仅需要37h,SAS26的耐盐降酚性能最好。SAS26性能测试表明其可耐受的最大盐浓度为30g/L NaCl,苯酚浓度为2000mg/L。SAS26的基本表征和鉴定(纯菌落、SEM、革兰氏染色)结果表明SAS26为革兰氏阳性菌;菌落呈白色小圆点,表面有光泽;菌体细胞呈短棒状;归于假单胞菌属(Pseudomonas)。  (4)构建两套MBR反应器,将Rpf应用于MBR反应器处理高盐含酚废水的效能研究。反应器采用电磁式气泵供氧,同时,建立反应器运行过程中关键参数(DO、pH和温度等)的在线监测和调控系统,装有压力表进行膜压差检测为MBR系统的稳定运行提供可靠技术保障。整个反应器在水浴层中保持恒温,膜的有效面积为0.12474m2、孔径为0.4μm(平均孔径为0.2μm),反应器中污泥量接种量MLSS为2.5g/L,处理组MBR反应器按3%的量加入Rpf蛋白,对照组不添加Rpf蛋白。MBR反应器进行连续进水和出水,结果表明,处理3.5L合成废水(30g/L NaCl、500~650mg/L苯酚),水利停留时间(HRT)16h,进水流量为2.4mL/min,Rpf处理组的出水苯酚浓度为0,对照组出水苯酚浓度为50mg/L,Rpf的复苏促进作用明显强化了MBR处理高盐含酚废水的效果。  综上所述,本论文研究结果为生物强化处理高盐含酚废水提供了新的途径;基于VBNC菌的复苏为开发利用微生物促进污染修复的新技术奠定了理论基础,并为探索耐高盐降酚微生物菌种资源拓展了范围。
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