低溫城市污水處理的活性污泥特性及其代謝機(jī)理研究

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)低溫城市污水處理廠曝氣池內(nèi)混合液檢測(cè)分析和實(shí)驗(yàn)室模擬低溫城市污水生物處理活性污泥特性及代謝機(jī)理的研究，探明了活性污泥沉降比、污泥指數(shù)等理化特征指標(biāo)和氧化還原電位（ORP）等生化特征指標(biāo)均隨溫度的降低而增大，活性污泥的比耗氧速率（SOUR）、脫氫酶活性（TTC）等生化特征指標(biāo)隨溫度的降低而降低，胞外聚合物（EPS）隨溫度降低而升高；發(fā)現(xiàn)了溫度低時(shí)單細(xì)胞動(dòng)物及簡(jiǎn)單的原生動(dòng)物較多，溫度高時(shí)纖毛蟲(chóng)和后生動(dòng)物較多；揭示了城市污水處理廠生物菌群多樣性隨著溫度的升高變得越豐富，條帶測(cè)序結(jié)果表明曝氣池中含有酸桿菌屬（Acidobacterium sp）、真桿菌（Eubacterium）、不動(dòng)桿菌（Acinetobacter）、α-變形菌（Apha proteobacterium）、弓形桿菌（Acinetobacter）、梭狀芽孢桿菌類(lèi)（Clostridia）等；實(shí)驗(yàn)室模擬研究中，由于活性污泥膨脹而調(diào)整運(yùn)行方式為間歇式后，隨著溫度的繼續(xù)降低，生物菌群多樣性沒(méi)有顯著變化，條帶測(cè)序結(jié)果表明除了有桿菌和球菌等優(yōu)勢(shì)細(xì)菌外，還有放線(xiàn)菌屬、諾爾氏菌、絲硫細(xì)菌屬；通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬研究揭示了完全混合式曝氣反應(yīng)器在采取間歇運(yùn)行模式下，盡管當(dāng)溫度降低到3℃時(shí)，系統(tǒng)仍具有較高的有機(jī)物去除和脫氮效果，而富磷污泥中磷的含量也可達(dá)干重的3%以上。 2100433B

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)比考察低溫城市污水處理廠和實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)的活性污泥特性，研究活性污泥顆粒形態(tài)、粒度、沉降性能、脫水性能和活性污泥OUR、ORP、表面電荷、DHA-TTC、EPS等理化、生化特性及其影響因素。利用定量PCR技術(shù)、16SrDNA測(cè)序、DGGE和FISH技術(shù)等，研究活性污泥菌群的理化、生化特征及變化規(guī)律，功能菌群菌種自身的演化規(guī)律。利用原子力顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡等技術(shù)，研究活性污泥菌群的形態(tài)、微生物各種功能菌群在活性污泥中分布的變化特征以及生物相轉(zhuǎn)化特征。利用原子吸收光譜、氣相色譜、液相色譜等檢測(cè)儀器，分析檢測(cè)活性污泥微生物的有機(jī)物代謝產(chǎn)物，探討活性污泥代謝有機(jī)物的途徑；分析檢測(cè)氮的各種形態(tài)，探討活性污泥代謝氮的途徑；分析檢測(cè)磷的各種形態(tài)，探討活性污泥代謝磷的途徑。揭示活性污泥功能菌群代謝機(jī)理，同時(shí)建立低溫環(huán)境下活性污泥特性綜合模型，為低溫城市污水處理提供理論依據(jù)。

背景：環(huán)境雌激素是一類(lèi)影響人類(lèi)健康，破環(huán)生態(tài)平衡的內(nèi)分泌干擾物。環(huán)境雌激素的去除方法主要是通過(guò)微生物的生物降解代謝來(lái)完成。高效雌激素降解菌種類(lèi)和降解能力需要不斷篩選豐富和強(qiáng)化提升，雌激素降解酶與底物的相互作用機(jī)制還需要進(jìn)一步研究，雌激素降解酶編碼基因特性與表達(dá)調(diào)控還需要進(jìn)一步探索。因此，我們將篩選雌激素高效降解菌，并從菌株降解、生長(zhǎng)特性、菌株基因組特征、降解酶基因表達(dá)和調(diào)控等方面研究雌激素生物降解代謝機(jī)制。 研究?jī)?nèi)容及重要結(jié)果：分別取不同雌激素藥廠土樣、泥樣和污水處理廠泥樣、水樣等樣品70個(gè)；篩選出雌激素降解菌30余株，雌激素高效降解菌13株。其中，放線(xiàn)菌門(mén)紅球菌屬具有最好的底物適應(yīng)能力，對(duì)大多數(shù)高濃度雌激素污染物在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)可完全降解。雌激素降解最優(yōu)條件：溫度為27-33℃，pH值為6.8-8，接種量為5-7.5%。通過(guò)全基因組測(cè)序技術(shù)和RT-PCR等分析技術(shù)確定了專(zhuān)性降解菌的基因組基本信息和雌激素降解基因的數(shù)量、位置、序列長(zhǎng)度和功能作用以及在雌激素降解過(guò)程中的作用機(jī)制。雌激素高效降解菌生物強(qiáng)化活性污泥，能使原污水處理過(guò)程中雌激素降解能力增強(qiáng)25-50%。 意義：通過(guò)以上研究，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)雌激素降解菌種不足的空白，明確了雌激素降解酶編碼基因的表達(dá)和作用機(jī)制，同時(shí)在專(zhuān)性降解菌強(qiáng)化活性污泥領(lǐng)域做出了首次嘗試。為基因重組菌株的構(gòu)建提供了理論基礎(chǔ)，為雌激素生物強(qiáng)化降解菌的制備提供更大的可能。 2100433B

雌激素是一種典型的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，受多環(huán)雜化形成的空間位阻效應(yīng)影響,難以被微生物降解，在許多城市污水處理廠的外排水中都能檢測(cè)到其存在。當(dāng)前，針對(duì)水中雌激素生物降解的研究，多集中在工藝條件優(yōu)化和專(zhuān)性降解菌特性分析層面，僅有少數(shù)報(bào)告涉及基因增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用于去除水中難降解有機(jī)物。本項(xiàng)目以典型雌激素--雌二醇、雙酚A和壬基酚為研究對(duì)象，開(kāi)展基因修飾強(qiáng)化生物降解水中雌激素的研究，重點(diǎn)體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）解析專(zhuān)性降解菌的特異基因片段，闡明菌株對(duì)典型雌激素的代謝機(jī)制；（2）基因重組拓寬菌株底物利用范圍，提高對(duì)雌激素的降解效率；（3）分析重組菌的特異基因表達(dá)，獲得重組菌生物強(qiáng)化活性污泥法的調(diào)控方法。通過(guò)上述研究，可以從基因水平上強(qiáng)化專(zhuān)性菌株的底物利用范圍和降解能力，獲得基因工程菌應(yīng)用于生物強(qiáng)化活性污泥法的關(guān)鍵控制方法，為基因技術(shù)應(yīng)用于污水生物處理系統(tǒng)提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支持。