污水厂PAEs污染对微生物群落的影响及其生物降解研究

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塑料制品被广泛的应用于工业和日常生活中,这使得其中的塑化剂邻苯二甲酸酯(PAEs)大量的迁移至水体中,随后汇聚到污水处理厂,所以污水处理厂是PAEs的中转场所。大量的PEAs存在于水体中,对人和自然环境造成严重影响。因此污水处理厂对PAEs的处理显得至关重要,而微生物群落在污水PAEs的降解过程中发挥重要作用,其组成和结构与污水处理效率息息相关。因此,研究PAEs污染对污水处理厂微生物群落的影响尤为重要;同时,从活性污泥筛选高效降解PAEs菌株,为PAEs污染生物修复提供技术支撑。所以本研究采集了两个不同时期(冬夏季)污水处理厂样品,利用气相色谱-质谱联用仪测定了污水中16种PAEs的含量;采用高通量测序技术,研究了PAEs污染程度与微生物群落特征的关系。此外,本文对所筛选的两株DBP降解菌进行了降解试验,发现该两类细菌之间存在协同高效降解作用,这为研究水体中的PAEs生物降解提供了启示。主要研究结果如下:(1)污水处理厂中拥有6个优势门,分别为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)和厚壁菌门(Firmicutes),其中最优势门为Proteobacteria(40-85%),说明Proteobacteria是污水处理系统中最主要的细菌类群;主要优势菌属为Arcobacter sp.、Aeromonas sp.、Pseudomonas sp.、Nitrospira sp.和Malikia sp.。皮尔森相关性分析表明,PAEs与Proteobacteria、Aeromonas sp.和Pseudomonas sp.显著正相关,说明PAEs可被这些菌作为碳源利用,即这些菌可用来降解PAEs。此外,在夏季时PAEs浓度与细菌群落α多样性显著负相关,即当PAEs浓度变高时细菌群落α多样性显著降低,这可能会进一步影响污水处理效率。(2)真菌群落主要有5个门,分别为子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)、接合菌门(Zygomycota)和球囊菌门(Glomeromycota),其中子囊菌门和担子菌门是最主要的两个门。Pearson分析发现PAEs污染能够影响真菌微生物群落的多样性指数(丰富度)。同时,Mantel分析结果表明,pH、EC、TP、COD、TN、NH3-N、NO3-N和PAEs与污水厂真菌群落结构均显著正相关(P<0.05),其中COD和NH3-N的相关性最强。(3)污水处理厂PAEs降解菌群中,细菌群落组成在污水处理厂中也占优势地位,即该污水厂优势菌可将PAEs作为碳源利用,达到降解PAEs的效果。从污水处理厂分离出两株菌,通过底物广谱试验发现,其中一株菌(LV-2)能够以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为唯一碳源和能源生长,另一株菌(LV-1)以邻苯二甲酸为碳源和能源生长,两株菌可以相互协同作用,将该两株菌混合使用,不仅可以达到完全降解DBP的效果,且比单株菌的降解效果好。混合菌降解DBP的最适条件为温度30℃、pH=7、转速175 r/min。在最适条件下,3天可将500 mg/L的DBP完全降解。通过本研究发现,PAEs污染与污水厂微生物群落α多样性及群落组成存在相关性,这会对污水处理效率造成影响,因此通过富集培养筛选出两株可协同作用高效降解PAEs的菌株,为PAEs污染的生物修复提供技术支撑。图27幅,表28个,参考文献108篇。
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