環(huán)氧丙烷皂化廢水活性污泥中微生物群落分析及利用剩余污泥合成聚羥基脂肪酸酯(PHA).pdf

1、利用剩余污泥復合菌群經馴化后合成生物可降解塑料——聚羥基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates，PHA)，對于降低PHA的生產成本、實現(xiàn)剩余污泥的減量化、無害化和資源化利用具有十分重要的理論意義和應用價值。
　　本文利用Illumina MiSeq高通量測序技術分析了環(huán)氧丙烷(Propylene oxide，簡稱PO)皂化廢水活性污泥的細菌菌群和真核藻類的多樣性。分析發(fā)現(xiàn)在曝氣池中活性污泥的核心屬是海桿菌屬（Mari

2、nobacter）、中慢生根瘤菌屬（Mesorhizob ium）、副球菌屬（Paracoccus）、KSA1、沃斯菌屬（Devosia）和噬甲基菌屬（Methylophaga）。接觸氧化池中活性污泥的核心屬是海旋菌屬（Thalassospira）、海桿菌屬（Marinobacter）、Owenweeksia、Novispirillum、中慢生根瘤菌屬（Mesorhizob ium）、香腸狀芽孢菌屬（Sporotomaculum）、Ps

3、eudidiomarina和KSA1。這些細菌的存在都與PO皂化廢水中有機氯化污染物的去除有著密不可分的關系。活性污泥中真核藻類多樣性的研究發(fā)現(xiàn)，PO皂化廢水活性污泥中的真核藻類可以被分為兩個不同的組，都是未被鑒定的真核藻類。為了更進一步的研究PO皂化廢水中真核藻類的多樣性，我們構建了基于18S rDNA高變區(qū)序列的18S rDNA克隆文庫。其中有一個組被鑒定為Desmodesmus intermedius，具有潛在的產油脂能力，未來可

4、能作為能源藻被開發(fā)利用。
　　污泥經水解酸化可產生揮發(fā)性脂肪酸（Volatile fatty acids，簡稱VFAs），以乙酸為主。我們自行組裝了50 L的序批式反應器（Sequencing Batch Reactor，簡稱SBR），利用兩個SBR裝置，分別以自來水和Ca2+濃度較高的終沉池出水配制培養(yǎng)基馴化PO皂化廢水活性污泥，進行合成PHA的預實驗，并分別對兩個SBR裝置中PHA含量及其單體組分進行了檢測分析。結果顯示，使用

5、自來水配制培養(yǎng)基更有利于活性污泥合成PHA的菌群生長。經發(fā)酵培養(yǎng)，馴化后污泥的最大PHA合成量達到污泥干重的20.33％，該PHA由兩種單體組成，分別是3-羥基丁酸(3HB)和3-羥基戊酸(3HV)。3HB含量顯著高于3HV，PHA含量最高時3HB與3HV的質量比約為10∶1。而使用終沉池出水配制培養(yǎng)基馴化活性污泥PHA最大積累量只有污泥干重的3.4％，3HB單體的含量稍大于3HV，PHA含量最高時3HB與3HV質量比約為1.68∶1。

6、
　　在前期預實驗的基礎上確定使用自來水作為配制培養(yǎng)基用水，在馴化開始前添加分離自馴化后污泥的終濃度為0.75 g/L的紅桿菌（Rhodobacter sp.）XR212回注污泥，采用微好氧-好氧模式對活性污泥進行21天馴化。每天取樣檢測乙酸鈉的消耗情況，發(fā)現(xiàn)在第十天活性污泥菌群能夠明顯的消耗乙酸鈉，繼續(xù)對其進行馴化，符合豐盛-饑餓馴化模式，最終得到一個PHA合成菌占優(yōu)勢的混合菌群。PHA最大積累量可以達到污泥干重的25.52％，

7、揮發(fā)性懸浮固體量(VSS)與混合液懸浮固體濃度(MLSS)的百分比為52.45％，最大產量可以達到細胞干重的48.66％。PHA的單體成分以3HB為主，較馴化前有了顯著提高，3HB與3HV的質量比約為11.5∶1。
　　為了探究利用乙酸鈉馴化后的活性污泥菌群的變化情況，分別提取馴化前后的污泥的宏基因組DNA，并利用Illumina MiSeq高通量測序技術進行深入研究。我們在屬的水平上進行了顯著性差異分析比較馴化前后細菌群落差異。

8、馴化前后差異較大的菌群主要集中在變形菌門（Proteobacteria）和擬桿菌門（Bacteroidetes）。在變形菌門中，α-變形菌綱（Alphaproteobacteria）的紅桿菌屬（Rhodobacter）、生絲單胞菌屬（Hyphomonas）和土壤桿菌屬（Agrobacterium）由馴化前幾乎未被檢測到增加到馴化后分別占總量的12.79％、7.28％和4.13％。β-變形菌綱（Betaproteobacteria）中紅環(huán)

9、菌科（Rhodocyclaceae）中未鑒定屬和噬氫菌屬（Hydrogenophaga）由馴化前幾乎未被檢測到增加到馴化后分別占總量的13.50％和3.87％;甲基營養(yǎng)菌屬（Methyloversatilis）由馴化前0.001％增加到馴化后1.87％。γ-變形菌綱（Gammaproteobacteria）中Alishewanella由馴化前幾乎未被檢測到增加到馴化后占總量的10.69％;假單胞菌屬（Pseudomonas）由馴化前0.

10、004％增加到馴化后4.50％，明顯減少的菌屬是海桿菌屬（Marinobacter）由馴化前6.89％減少到未被檢測到。擬桿菌門中黃桿菌屬（Flavobacterium）由馴化前0.001％增加到馴化后12.34％，Leadbetterella由馴化前幾乎未被檢測到增加到馴化后7.02％。腐生螺旋體屬（Saprospirales）的細菌則由馴化前14.07％減少至未被檢測到，KSA1由馴化前2.32％減少至未被檢測到。這些在馴化后含量顯