中文译文-一个完整的印染废水处理系统中微生物群落的演变研究.doc

1、外文翻译 题目1：如何使用活性碳纤维阴极（电芬顿技术）从实际印染废水去除COD题目2：一个完整的印染废水处理系统中微生物群落的演变研究外文翻译之二一个完整的印染废水处理系统中微生物群落的演变研究作者：杨庆祥，王佳，王洪涛，陈轩宇，任思维，李雪玲国籍：中国出处：生物资源技术摘要：这项研究中，在完整的印染废水处理系统的两个阶段的生物过程中，用植入和分子生物技术来跟踪细菌、真菌和古生菌种群动力学特征。枚举结果表明，在这个系统中，细菌是优势种群。在所有处理单元中，特别是在从第二阶段的生物样品处理过程中，真菌对于细菌的比例在减少，而古生菌对细菌的比例有着明显的增长。PCR-变性梯度凝胶电泳（DGGE）分

2、析表明，64.6的细菌，57.6的真菌和38.2的古生菌种群在系统运行过程中一直存留在初生污泥中，且微生物多样性随着系统运行而不断增长。尽管在进水时微生物群落和组成不断变化，但某些细菌的种群，如陶厄氏菌和黄色单胞菌同时出现在所有收集到的样本中。 1. 介绍 在中国，多种含染料的废水构成了几乎近30%的工业废水，其中印染废水（PDW）是最重要的废水之一。印染废水有BOD5/COD（5天生化需氧量/化学需氧量，20左右）比率低，PH高（10-13），含有毒性，水质变化大和生物难降解物质（如染料和染料助剂：聚乙烯醇，PVA）的特性。虽然在中国，对污水的处理工艺是一种结合物理，化学和生物的过程，但是生

3、物过程却发挥了核心作用，并且能去除40-50的COD和50-60的色度。但是，在系统开始或者系统运行期间会出现重要的问题，如活性污泥浓度的降低，污泥膨胀和大量泡沫的产生经常会导致处理效率的大大降低或者系统的崩溃。在大多数工业废水处理厂，接种污泥在一个特定的阶段，通常会从市政污水处理厂被收集起来作为接种物。这种污泥中的微生物群落结构通过适应新的污水环境中需要经历很大的变化，有时候会导致系统启动的失败。假设优势微生物在系统的每个阶段扮演着重要的角色，同时说明了优势微生物在系统运行中生物处理过程的组成和它们的演变很有可能帮助理解和解决上述问题。许多先前关于微生物群落动态的研究侧重于功能和群落之间的关

4、系稳定或者关于环境条件对生物群落结构的的影响，通常是在能够处理合成废水的实验室规模条件下的生物反应器。我们以往在两个不同的实验室规模的反应器中研究扩大碱性细菌培养对处理真正的印染废水处理影响，表明在没有影响处理效率的过程中微生物群落经历了巨大的变化，同时极少的那些从富集接种培养物中分离出来细菌种群可以在稳定运行的生物反应器中被检测到。然而，国内只有少数研究报告是关于微生物群落在大规模工业废水处理系统种的动态，尤其在完整的印染废水处理系统从接种污泥到稳定运行的污泥中存在着的微生物群落的进化。针对印染废水水质变化快特性和复杂的组合成分，它更重要的是印染废水处理系统的设计和操作以便了解微生物群落动态

5、变化及系统启动和稳定运行之间的关系。这项研究中，在一个全面的PDW生物处理系统的建立和调试期间将运用PCR-DGGE和rRNA基因测序方法，跟踪三种类型的微生物（细菌，真菌和古生菌）的进化过程。关于微生物种群在废水处理系统中的功能的研究结果将形成进一步研究基础。2. 方法2.1 废水特性和处理系统用一开始确定的处理系统处理新乡联达印染有限公司的废水且连续监测一年半以上其印染废水的特性和生物处理系统的性能。用标准方法测定COD，BOD5的浓度，色度，悬浮固体（SS），总氮（TN），总磷酸盐（TP），NH4+-N和pH值。该公司每天排放500吨的混合废水，水的颜色经常从棕色变成深蓝色，绿色，灰色，

6、最后变成黑色。废水的特性列于表1。该废水处理系统于2009年的10月设立。该系统由混凝沉淀池，两段式生物处理工艺包括过程1（厌氧水解酸化单元（H1），好氧活性污泥处理单元（O1）和沉降槽1）和过程2（厌氧水解酸化单元（H2），好氧生物接触氧化单元（O2）和沉降槽2）组成，如图1所示。在系统启动阶段，市政污水处理厂被收集到的活性污泥接种到O1以获得最终的SS浓度为4-5g/l 。经过约一个星期的低曝气，O1操作如表2中所示。该沉淀池的污泥回流到H1。在O1单元接种1000升的混合脱色酵母的23天后H2开始启动，我们先前了解和研究的沉淀池1的污泥和市政污水处理厂的污泥的那部分正为O1。从23日到2

7、9日，O2在低氧曝气的条件下进行操作，同时从H2富集的污泥在这里形成生物膜。在启动之后，整个系统在如表2所示的条件下操作。图1 PDW处理过程的流程图（H1，厌氧水解单元; O1酸化，好氧活性污泥单元; H2，厌氧水解酸化单元，O2，好氧生物接触氧化单元）2.2 污泥样品 从以上的生物处理单元且在不同的操作时期收集污泥样本，即，接种污泥（第1天和23天，分别为O1和H2），系统启动后（第23天为O1和H1；第29天为O2），并在此中间操作（第29天，185天为O1和H1；185天为O2和H2）。将一小部分样品放在无菌的聚丙烯试管中，同时用生物枚举法立刻进行处理。其他部分进行分子分析，即，样品从

8、不同的处理槽，在4C条件下以12000rpm离心10分钟。将沉淀物用磷酸盐缓冲液（pH=7）洗涤两次（每在12000 rpm下离心10分钟），并储存在20用于分子分析。2.3 DNA抽取通过十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）法从污泥颗粒中提取总的DNA。得到的天然或者纯化的残缺的DNA在溴化乙锭（EB）染色后，通过琼脂糖凝胶电泳（1w /v琼脂糖）和紫外线透视来鉴定。纯化后的DNA被存储在20的条件下以便进行PCRDGGE分析。2.4 微生物种群量化用植入和实时荧光定量PCR方法对不同的微生物种群进行计量。通过枚举法，细菌和真菌的浓度取决于改进后对肉蛋白胨琼脂和马丁琼脂平板的稀释技术。所有琼脂板

9、在室温下培养。细菌在1-2天后，真菌在3-5天后，计算板上数量。各组的微生物菌落的数量取决于同一水平上的三次重复测量。细菌，真菌和古生菌的种群通过引物使用实时PCR技术被计数量化，338f (5-CCTACGGGAGGCAGCAG)和518r (5-ATTACCGCGGCTGCTGG)是细菌的序列；FF390(5-CGATAACGAACGAGACCT) 和 FR1(5-AICCATTCAATCGGTAIT) 是真菌的序列；344f(5-ACGGGGYGCAGCAGGCGCGA)和519r (5-TTACCGCGGCGGCKGCTG)是古生菌的序列。该PCR技术在95的条件下运行30s，40个变

10、性的循环（94，5s），热处理（34s：细菌，63；真菌，60；古生菌，65）和从60-95每0.5读取板上的一个数据做熔解曲线分析。实时PCR法使用ABI7500Q-PCR仪（美国）在体积为25微升的条件下进行，按照制造商的说明用SYBR绿色检测系统和SYBR的预混料EX的Taq器材进行检测。放大的16S rRNA和18S rRNA基因导入到大肠杆菌DH5-质粒。这个标准要求用103-108基因拷贝那些稀释的质粒DNA。使用了两个熔解曲线分析和琼脂糖凝胶电泳证实了这个扩增产物的特异性。用两个独立实时PCR检测并各自进行三个重复样本的试验。通过绘制的循环阈值与log10的基因拷贝数（古铁雷斯等

11、，2004）产生的标准曲线。2.5 PCR-DGGE技术分析微生物种群 对于细菌DGGE分析，16S rRNA基因的V3区是采用引物338F GC (5-CGCCC GCCGC GCGCG GCGGG CGGGG CGGGG GCACG GGGGG ACTCC TACGG GAGGC AGCAG 3)和518R (5-ATT ACC GCG GCT GCT GG-3)在95的PCR条件下持续5分钟，循环变性10次（94，1分钟），热处理（65 ，每秒减少1，直到55，72 持续90秒），循环变性20次（94 持续1分钟），热处理（55持续45秒，72持续90秒），最后直到72持续7分钟。对于真

12、菌种群分析，18S rRNA基因的PCR扩增进行使用引物FF390（5-CGATA ACGAA CGAGA CCT-3）和GC-FR1（50 CCCCC GCCGC GCGCGGCGGG CGGGG，CGGGG，GCACG GGCCG AICCA TTCAA TCGGT AIT-3），在95的PCR反应条件下进行8分钟，30个变性循环（95持续30秒），退火（50下持续45秒，72 持续120秒），同时在72条件下持续10分钟。对于的古生菌群落分析，它的16S rRNA通用引物ARC344F-GC为：5-CGC CCG CCG CGC GCG GCG GGC GGG GCG GGG GCA C

13、GG GGG GAC GGG GYG CAG CAG GCG CGA-3和519r：5-GWA TTA CCG CGG CKG CTG-3下在94的PCR条件下进行5分钟，10个变性循环（94，30秒），退火（61持续30秒，每两个循环中降低1，直到51，72持续30秒），20个变性循环（94，30秒），退火（56持续30秒，72持续30秒），72下进行30分钟。上述细菌，真菌和古细菌的PCR产物进行直接用于DGGE分析。DGGE将如前所述使用一个D-代码的通用突变系统和变性梯度为35-60的细菌和古细菌及20-50为真菌。DGGE图谱通过使用4.6.2软件（Bio-Rad公司实验室）来进行分

14、析。每一个频段的存在或不存在在每个泳道的凝胶为基础，构建一个二进制矩阵成对骰子距离矩阵进行计算的。通过加权配对组，得到了一个关于平均（UPGMA）聚类分析的树状图。Shannon多样性指数（H0）被引入用来分析如前所述细菌群落多样性（物种丰富度）。在多样性指数中，谱带强度相对于骰子索引的相似性，更值得被考虑。每个频段所指示的单一物种和谱带强度被认为是物种丰富度。该指数计算公式如下：（n/N）其中ni/ N是通过物种来确定的种群的比例（明亮谱带、谱带总亮度）。而多样性指数受物种数和物种丰富度所影响。DGGE凝胶上切下的主要频段，并克隆到大肠杆菌质粒上并按照PMD18-T克隆试剂盒（上海生工生物技

15、术有限公司，上海，中国）上制造商的要求进行测试。序列分析中包括的BLAST搜索证明最近在数据库内的相关物种。通过MEGA版4.1使用邻接法构建系统进化树。2.6 添加核苷酸序列细菌和古细菌的核苷酸序列至少超过200条，并可能不会被提交到基因库中。真菌在基因数据库中的序列号为JN371150到JN371169。3.结果与讨论3.1 PDW 处理系统的性能COD浓度和PDW的色度分别在6465056mg/l和80650倍之间波动。在使用硫酸亚铁和聚氯化铝（PAC）进行混凝沉淀后，COD和色度分别降低到417-3750mg/l和40-550倍，同时平均去除率为43.9和38.5。在同一时间，PDW的

16、pH值明显降低，从10.96-13.89达到了8.50左右，这是后续的生物处理所必要的条件。PDW以水质组成经常变化为特点。在检测期间，进水的颜色范围从黑色，深蓝色，深绿色，褐色，深紫色，深红色到玫瑰红色，因此COD会有波动。混凝后，虽然COD和色度有不同程度降低，但是处理后的废水的颜色比先前的进水仅有了少许的清晰。废水经过第一级生物处理过程同时结果示于补充图1。通过这个处理过程，COD浓度和色度分别降至174-902mg/l和稀释30-80倍，脱除效率分别为25-83.4和25-89.1。绿色是最难脱色的，而黑色和蓝色比较容易脱色。虽然进水的COD浓度到达2000多mg/l，在某些时期，在第一阶段的生