[发明专利]一种好氧颗粒污泥功能定向构建与调控的方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种利用基因强化进行好氧颗粒污泥功能定向构建与调控的新方法，属于环境保护与资源综合-水污染防治领域。

背景技术

颗粒污泥是多种微生物形成的聚集体，它以生物密度高、代谢活性强、沉降性好、抗有毒有害物质负荷冲击能力强而受到国内外环境保护研究人员的普遍关注。颗粒污泥分为厌氧颗粒污泥和好氧颗粒污泥。人类对厌氧颗粒污泥的认识和研究比较早，应用比较成熟，而对好氧颗粒污泥培育及应用技术的研究方兴未艾。目前，国内外研究中所获得的好氧颗粒污泥主要是以实验室模拟废水通过长期培养得到，模拟废水普遍采用葡萄糖、乙酸盐、乙醇、蔗糖等相对比较简单且容易被微生物利用的物质作为基质，在这种条件下所获得的好氧颗粒污泥虽然在去除一般有机物、脱氮除磷方面显示出良好特性，但很难应用到有毒有害特殊污染物的去除方面，而以这类物质为目标进行好氧颗粒培养的研究也较少。有目的地对好氧颗粒污泥功能进行定向构建或调控，将好氧颗粒污泥技术应用到难降解有机污染物治理领域，对于丰富难降解有机污染物去除技术、推动好氧颗粒污泥技术的环境工程应用具有重要的理论价值和实践意义。

在特殊功能好氧颗粒污泥培养方面，国内外目前采用的主要方法还是驯化培养法。通过对易降解基质培养出的好氧颗粒污泥以难降解有机物逐步驯化，或通过易降解有机物与难降解有机物共基质培养来获取对难降解污染物具有强降解能力的好氧颗粒污泥。Tay et al(2005)利用以乙酸为基质培养得到的颗粒污泥作为种泥，进行苯酚降解颗粒污泥的培养，并在1周内培养出苯酚降解颗粒污泥。Wang et al(2008)在间歇培养反应器中以葡萄糖作为主要基质，并通过逐步提高进水2，4-二氯酚浓度(2，4-DCP)，39d后得到了对2，4-DCP就有优良作用的好氧颗粒污泥。Adav et al(2007)以500mg/l苯酚为基质，培育出了能够降解浓度为250-2500mg/l吡啶的好氧颗粒污泥。通过荧光染色和激光共聚焦扫描显微镜分析，发现活性细胞主要集中在颗粒污泥的外层。驯化培养虽然是对好氧颗粒污泥功能构建与调控的重要手段，但这种方法具有培养时间长、难度大等缺点。

生物强化技术的发展为好氧颗粒污泥功能构建及调控研究提供了新思路、新方法。生物强化(Bioaugmentation)是通过投加具有特殊功能的微生物，对目标系统菌群结构进行调控以达到污染治理或系统改善的目的。从发生机制上分，生物强化可分为细胞强化(Cellaugmentation)和基因强化(Gene-augmentation)。细胞强化是利用微生物细胞本身的代谢功能对环境污染物直接进行分解，基因强化则是向系统中引入编码特殊降解功能的可移动基因片断(Mobile genetic elements，MGEs)，通过基因片断在微生物细胞间的水平转移和扩散，使固有菌群获得特殊降解功能，进而分解目标污染物。生物强化技术以其针对性强、见效快、操作简单而在难降解有机污染物治理中显示出独特的优越性和广泛的应用前景，受到国内外环境研究人员的普遍关注。相比细胞强化，基因强化对强化菌剂的环境适应性要求较低，是对系统中固有微生物进行基因修饰的重要方法，在菌群功能调控方面显示出重要的潜力。