木薯淀粉废水处理-英文翻译

木薯淀粉废水处理-英文翻译 对厌氧混合反应器在木薯淀粉废水处理中的微生物种群动态的分子监测 (作者略) (收稿资料略) 摘要这项研究描述的是在处理木薯淀粉废水的厌氧混合反应器()中微生物群 AHR落和种群动态。在反应器启动和运行期间，产甲烷菌和非甲烷菌被追踪记录，并作为系统操作和执行的依据。生物质量样本取自厌氧混合反应区隔离区的污泥床和填充床。整个运行期间是由基因荧光原位杂交法()检测的。随机启动和反应器生16SrRNAFISH 物样本进行采样，其废水中的化学需氧量()值为水力停留时间()为COD8g/L, HRT天。这些样品的特点是有着与甲烷毛状菌属相似的长杆形态细胞优势。经过一系列迅8 猛的运行变化，达到了浓度的有机影响的增长。以及减少了天的水COD8-10g/L5-8利停留时间，这是双倍是有机负荷率，降低了的去除效率，同时减少了在反应器COD 里沼气和总挥发酸积累的甲烷含量。此外，这项运行的改变导致了大数量的长杆甲烷丝状菌样细胞转变成四分体形成甲烷样细胞。涉及水利停留时间的不同，微生物种群的分布需要被测定。结果明，在污泥和填充床区域非甲烷菌数量庞大。然而，在填充床区域的甲烷菌百分比高于污泥区。甲烷菌比例较高可能是因为以下情况而引起的:填充床区提供了一个适当的环境条件，适合甲烷菌的生长。 初步介绍 在一些亚洲国家，如泰国，印尼，印度，中国和越南，木薯加工是相当的重要的农业与工业行业。由于其性质，以淀粉提取为目的的木薯工艺产生了含有大量有机物的废水，这是重要的环节，是有机物溶解在废水里的结果。近期在木薯工艺所产生的高有机物质含量导致其特别适用于厌氧技术领域里的处理工艺。最广泛采用的厌氧处理工艺是以颗粒污泥系统为基础的反应池，如上流式厌氧污泥床，膨胀颗粒污泥床和各种厌氧混合反应器()。包括一个颗粒污泥床和一个上固定床部分。悬浮污泥在反应器内行AHRAHR 驶向上，由于连续上流式饲养，将被包装材料包裹着，从而减少污泥冲洗。由于包装材料只占一半反应器的体积，在长期的运行中，投资成本得到降低并能减少堵塞或运输问 题。但是，厌氧消化的效率是与其微生物群落的结构是密切联系在一起的。由于在一个或多个操作条件的变化，其一体化的营养水平，如污水的成分和浓度，温度，水力停留时间等，以及其他运行参数，成分的变化影响整个微生物群落结构，从而影响到生物反应器的性能。进入厌氧消化过程中土壤微生物生态完整的洞察力，将有助于制定有效的运作和可能的厌氧反应器的可靠控制。 培养法生物分子技术的发展极大地促进了微生物群落的分析。荧光原位杂交()带FISH有能够针对的核糖体的寡核苷酸探针，其已经用于评价的丰富性和厌氧颗RNA(rRNA) 粒污泥和生物膜的具体进化群体分布的不同的研究。有关于监测废水和电抗器不同类型的微生物种群动态使用的方法被报道出来。先前进行的研究，研究了的各rRNAAHR种附加媒体在填充床反应器性能密度区。研究表明，在中的媒介的数量和密度大AHR 大影响其能效，因为在保持生物质量样本，不管是被附装在某个位置进入整个系统，还是作为气体固体分离系统，媒介扮演着一个很直接的角色，起很直接的作用。了解微生/ 物种群动态，在所涉及的微生物群体分布在中，媒介，悬浮液，以及去除有机混合物的能力都可能是大型混合堆发展的有用的基本知识。 在这项研究中，技术是用来监测在启动种子里的甲烷菌和非甲烷菌种群，降低污FISH 泥床和填充床上不同的有机负荷率(射出长波辐射)处理木薯淀粉废水的部分和AHR 。这项研究还阐明了甲烷菌和非甲烷菌在的不同部分的分配。HRTAHR 材料与方法 的设计。设计及运作反应器先前已详细描述。简单地说，一个的透明亚克AHR7.1- L力圆柱厌氧反应器其工作容积为，内部直径厘米，和一个厘米(有效高,6.4 L9.4103度厘米)，被用于这项研究。该培养基高度厘米，带有束尼龙介质，被运作935850 于反应器的上部。介质的总面积为平方米。本反应器运行温度为摄氏度，与一0.9837个通过水套反应器连接的外部使用水电路相接。 运行的反应器 污泥从木薯淀粉废水处理厂(，泰国)被引入到反应器里。这些污泥以Chaokun Kaset 度的室温春放着，在使用之前，每天都用木薯淀粉废水饲养着。该反应器被注入305g/L的挥发性悬浮固体()。即将被投放到反应器里的底物是事先在里所喂养着VSS 的，是来自木薯淀粉生产废水。木薯淀粉废水的性能先前已经描述过。放种后，污泥将被停留小时以作为其适应期，再开始随后的饲养。开始饲养后，将逐步提升污泥的24 -3-1-3-1有机负荷()，从•提升到•，以及减少停留时间，OLR1KG COD md6KG COD md 在天的周期里面从天减少到天。从到天，对于才运行的只注入被19684142AHR -3-1稀释了的废水()水力停留时间为天，有机负荷为•COD 8g/L,81KG COD md -3-1()。在第天时，有机负荷达到•()，并提高进水OLR143-762KG COD mdOLR2废水的浓度，从原先的提高到，并且把其水利停留时间从天降低到COD8g/L10g/L8 -3-1天。从第天起，实际投加的废水的有机负荷开始逐步提升，从•5773KG COD md()逐步提升到()•，同时水力停留时间从天缩短到OLR36KG CODOLR6 m-3d-15天。有机负荷和水力停留时间的使用见表。41 荧光原位杂交()的样品采集。在反应器运行前收集了接种污泥()。 50mLFISH 在每个有机负荷()稳定运行之后，在量的降低和值的变化方面都存在OLRCODPH 着的改变，在改变的一天前，在反应器的污泥床和填充床的出水端口处再收>5%OLR 集生物样品()。样品用搅拌器拌匀然后根据等方法固定在刚准备好的新50mLAmann 鲜的多聚甲醛溶液里，并在?的温度中保存。两样品都是一式两份，被一一对比4%20 分析。 荧光原位杂交。杂交前，被固定的样品被稀释成并用一个的 1 ×PBS(pH7.2)130W超声波处理器(，白细胞介素)展开秒的超音波震荡，然后发现样品的Daigger602W 出现在聚赖氨酸涂层幻灯片上，并是控制干燥的室温在?下分钟。3-5uL- L-3710-15杂交缓冲液中含有寡核苷酸探针，目标生物体，序列，一定浓度的甲酰胺，另外在洗涤液中氯化钠浓度见表。寡核苷酸探针是合成来的，使用了号吲哚类菁染料(分25Cy3子生物，德国)。用杂交液氯化钠，的三氨基甲烷盐酸缓冲液()10uL[0.9 M20mMTris盐酸(值)，,十二烷基硫酸钠和甲酰胺浓度，如表给出之数据和/pH7.40.012]25ng标记了的探针对样品进行杂交，在?的环境中每孵化小时拍摄一组幻灯片。杂交462 后，幻灯片在?的洗涤缓冲液(的三氨基甲烷盐酸缓冲液()盐酸，48C20 mMTris/ ,十二烷基硫酸钠，氯化钠浓度如表所示)中洗上分钟。洗涤缓冲液被用蒸0.01215 馏水洗掉，开始风干和用抗衰落方法(滴入褪色防止剂，分子探针，尤金，或其他)来 处理。二脒基苯吲哚盐酸()染色方法被用于确定样品中的细胞总数。杂4', 6-2-DAPI 交的染色样品被进行分析，对细胞进行计数。用一台奥林巴斯显微镜来观DAPIBX60察样品，并对进行筛选(激振纳米，分色镜纳米，栏栅DAPIWU330-385400420纳米)和针对的筛选(激振纳米，分色镜纳米，栏栅纳米)。Cy3WG450-480500515用一台内含软件系统(奥林巴斯，东京，日本)的奥林巴斯数码相机来Lite 1.0DP50拍摄照片，并用软件(奥林巴斯)来处理照片。用显微图像软件(媒体Studio Lite 1.0 控制论，银泉，博士)来进行图片分析。该细胞计数包括从复染细胞(紫外线激DAPI发)得到的细胞总数和红色荧光(绿色光激发)反应得到探针标记细胞数。对于每个样品细胞和探针，在倍的放大倍数下，细胞被精确地列出来，在个独立的，随100010机选择的微观领域中，至少能获取个细胞。该探针标记的细胞比例被计算出来从10000 红色荧光细胞数和平均总量中。DAPI 化学分析。每日监测反应器出水数据有:值，碱度，总挥发酸类()， pHTVACOD (化学需氧量)，和(挥发性悬浮固体颗粒)。因此，该反应器去除有机物效率可根VSS 据美国公共健康协会的标准方法来评估。沼气的产量使用一水更换燃气表来读取。其组成使用含热导检测器(日本岛津气相色谱法，型号的项)的气相色谱仪来分析。GC -9A 结果 -3-1?急剧增加的有机负荷，反应器运行期间的性能分析。从到d 12 kgCOD mAHR 3造成了甲烷产率从下降到，的去除率从降低到了。整个0.160.11m/kgCOD90%84% -3-1过程中，除了在甲烷含量为,，有机负荷为?时，其沼气甲烷百分502kgCOD md -1比为,(见表)。污水总挥发酸浓度从增长至?(见表)。醋酸>6018051070mgL1 -1-1浓度从增加至?。醋酸浓度在污泥床里从增加至?，8421452mgL8421452mgL -1在填充床里从增长至?(见表)。7501134mgL1 微生物种群的启动种。与和探针荧光原位杂交表明，古细菌和 ARC915EUB338 细菌细胞分别约占染色细胞的?,和?(平均值和标准偏差)(图DAPI57 829 10% )。混合细胞以长棒为主，丝状细胞类似于甲烷菌中的甲烷丝状菌。使用甲烷八叠球菌1 科特定的探针，，以及鬃毛甲烷菌属特定的探头，能确定带着的超MSMX860ARC915 过的杂交细胞是鬃毛甲烷菌属，没有一个杂交细胞和甲烷八叠球菌属特定探针有90% 反应(图)。MS8211 运行中微生物特征的分布。同时考虑到污泥床和填充床区域的细胞数量，整体的带 着混合探针的细胞数量可能会随着从到的逐步增长而增长，DNAOLROLR1OLR6 如图所示。在进行过程中的污泥床区，带着的杂交细胞比例迅速增2OLR1EUB338 加，从开始做种时的增加到，并在时增长到。与29 ? 10%45 ? 10%OLR675 ? 10%此相反，在到期间内，带着探针的杂交细胞的百分比从OLR1OLR6ARC91554 ? 9%下降到(如图)。结果表明，非甲烷菌的数量占了污泥床区的主要地位。16 ? 8%3A 在填充床区，混合着探针的细胞百分比相对恒定，从变化到EUB33848 ? 13%57 ? ，然而，在整个到期间，带着探针的杂交细胞百分比在10%OLR1OLR6ARC91528 到的范围内(如图)。在填充床区，产甲烷菌的百分比有所提高，其水? 6%50 ? 4%3A 平为，相对污泥床区的水平要高。50%16% 在启动种期间，污泥床和填充床区都能观察到显著的丝状阳性鬃毛甲烷OLR1MX825菌属样细胞(如图和)。随着运行急剧从改变到，占着重要数量3B4A,BOLR1OLR2的鬃毛甲烷菌属样细胞转化成细胞四分体型，再观察甲烷样细胞。图表明鬃毛甲烷4c菌属样细胞(杆状细胞)和甲烷样细胞(四分体细胞)能够与探针杂交，而MSMX860只甲烷样细胞与探针杂交，如图所示。各产甲烷探针实验获得的结果表明，MS82 14D 在污泥床和填充床区的期间，甲烷样细胞成为最主要的产甲烷菌(如图和)，OLR34EF并在整个研究过程中能稳定地存在(如图)。3B 从启动种中，染色细胞的占很小的比例()，其混合着特殊探针如，DAPI0.1%SRB 探针，和探针。在运行期间，无论是在污泥床或者是填充床区，SRB385dbDSV698 细胞杂交的数量占细胞总数的比例从增长到(如图)。2%15%3A 讨论 在这项研究中，我们用荧光原位杂交()技术分析了正在培养着木薯淀粉废水的FISH 反应器的产甲烷菌和非甲烷菌的数量以及他们的分布。在阶段，启动种和AHROLR1生物反应器采样的是和甲烷丝状菌样细胞一样特征的长杆形态类细胞。使用甲烷丝状菌特定的探针，，进行荧光原位杂交()的结果并不令人感到意外。众所周MX825FISH 知，甲烷丝状菌属之类的细胞是杆状微生物，其呈丝状生长，并生成甲烷丝状菌之类。低醋酸水平青睐其他的乙酸分解甲烷生成菌，如甲烷菌之类，其与已经在低浓度醋酸的稳定保温反应器中发展成型后接种过来的菌类保持一致。在以前的使用扩增核糖体DNA限制性分析的中，嗜常温的颗粒污泥是从一个完整规模的工业马铃薯加工废水沼气池中取得的，其显示种污泥中含有比较不同的甲烷菌群落。在这项研究中发现的产甲烷菌与甲烷丝状菌属密切相关。其他研究人员也确定，在使用了原位杂交，微观以及最可能数法()的厌氧反应器中，甲烷丝状菌主要为乙酸分解甲烷生成菌。该甲烷丝状MPN 菌物种优势可以用其有较高的亲和力和低醋酸要求来解释。快速增长的甲烷丝状菌品种显示了范围内为醋酸的最小临界值，而生长缓慢的甲烷丝状菌品种显示了大幅1-2mM 降低的最小阈值为。尤其明显的是，有机负荷的增加和水利停留时间的减少引5-15uM 起的结果是去除率的降低，总挥发酸类浓度的积累，以及甲烷产率的减少。CODOLR2 3-1中乙烷的生产速率明显低于?的理论去除量。在中，甲烷产0.35 mkgCOD OLR2 3-1率从下降到?去除量。0.160.11 mkg 这可能是初始阶段的成果，微生物需要更多的能源来成长以及调整自己，以尽可能维持它们自身在高浓度废水中的生存能力。在和阶段，主要观察的是甲烷丝状OLR1OLR2 菌样细胞中产甲烷菌数量的改变，来得到总挥发酸类，尤其是醋酸的积累导致的结果。产甲烷菌数量的变化和化学数据分析一致，都表明了在污泥床和填充床里醋酸浓度在增加。醋酸浓度的增加有可能是水力停留时间()减少和废水基质增加的综合效果，HRT 其更有益于有机废水进入反应器以及降解更多的醋酸。AHR 在这项研究中，确定了反应器不同区域中的微生物数量的分布情况。结果表明，AHR 非甲烷菌成为污泥床和填充床里的主要为生物群，然而，在填充床区甲烷菌的比例高于污泥床区。使用最可能数法()技术，技术等，可以发现在反应器MPNPawineeAHR中，甲烷菌与非甲烷菌相比，在填充床区的比例要高于在污泥床区。我们的实验产生这样的结果很可能是因为合适的环境条件(比如值)连同含有支持产甲烷菌生长的养PH 分供应而造成的。在含有复杂的有机物混合废水的污泥床区，是一个满是有着高速水解能力和发酵能力的非甲烷菌的强大的酶催化活性区。在这个区域，大部分复杂的有机物被分解成可溶性单体，用以非甲烷菌的生长，然后可溶性单体被转化为挥发性脂肪酸。其余未消化的复杂的有机物质，单体，挥发性脂肪酸进入填充床区域，其作为产甲烷菌生长的最好食物，特别是醋酸。众所周知，产甲烷菌是慢速生长的微生物，其可以在有 限的，甲酸，醋酸，甲醇和甲胺这些营养物质的培养基中生长。在有限的代谢环境H2 中会造成的一个重要后果是，产甲烷菌会依靠其他的代谢方式如厌氧发酵来把复杂的有机物转化为自身生长所需物质。 在这个反应器中硫酸盐还原菌()的产值低是预料之中的，因为这个反应器中的木SRB -1薯淀粉废水的硫酸浓度较低(?)。在这个反应器中硫酸盐还原菌()10.3-72.4mgLSRB的存在说明了硫酸盐的还原也有发生。然而，硫酸盐还原菌水平和硫酸盐还原并未非常重要，因为在沼气中硫化氢的比例相对较低的，而甲烷的含量相对较高(,)，如50-68表所示。曾有报道说，在一个反应器中硫酸盐还原菌大量存在(占核糖体核糖核酸1 总数的,)以及含有少量的硫酸盐，有解释认为其有质子还原和发酵15 的能力。 考虑到反应器的稳定，总挥发酸类碱度的比值可作为一个过程的稳定性的标准。当比/ 率?，这一过程被认为是运行良好，无酸化风险。在这项研究中，反应器的稳>0.30.4 定性与微生物种群的组成有一定关联。这可能是总挥发酸类碱度的比值和和产甲烷菌与/ 非甲烷菌比例的关联。在和中，总挥发酸类碱度比为。增加有机负OLR1OLR2/90.4荷和水力停留时间缩短导致直接干扰发酵和产甲烷菌之间的平衡。初步的积累和维持，更高水平的总挥发酸类，伴随着更低的甲烷产率，其表明了，降解总挥发酸类微生物和产甲烷菌的活动是不能保持持续增加发酵反应的。相反，在到阶段，总挥OLR3OLR6发酸类碱度的比值比限定值更低。这个反应器能使去除率和甲烷产率更加稳定。/COD 当考虑到微生物种群的变化时，在填充床区产甲烷菌与非甲烷比例增加，这个反应器的甲烷样细胞成为了主要的产甲烷菌。 致谢 (略) 参考文献 (略)