医药化工高盐废水中功能菌的筛选及微生物多样性表征基础应用研究.pdf

摘要

化工废水主要来源工业生产制造，其污染物组成复杂，直接排放对环境危害

极大。生物法具有成本低、效率高以及可持续等优点，是目前污水处理方法中最

具有前景的方法之一。然而当面对不同类型的工业废水时，其高盐、高有机物及

成分复杂的环境使得基于生物法处理效率低下。因此，如何发掘高环境耐受性的

微生物是提高生物法处理效率的关键。基于此，为解决高盐化工废水对微生物抑

制难题，采用课题组前期发掘的耐盐酵母作为生物强化剂应用于大规模高盐废水

处理，并结合基于高通量测序的基因组学分析手段，来揭示生物强化过程污染指

标的变化规律及微生物群落的演替规律；其次本研究通过富集培养、平板分离手

段，从制药废水中筛选出对废水环境适应能力强的降解氨氮功能菌株，优化其脱

氮条件并探究其对实际医药废水的处理能力，这为生物法处理高盐医药化工废水

的推广和应用提供理论基础。具体研究与结果如下：

(1)微生物多样性与环境因子构效机理的探究：为揭示高盐医药化工废水中

微生物菌群与污染物去除作用内在机理，本研究以实验室已有高耐盐季也蒙毕赤

酵母(MeyerozymaguilliermondiiW2)为研究对象，将其作为生物强化剂处理高

盐化妆棉生产废水，并对微生物群和环境因子进行了表征和研究。结果表明，对

比生物强化前，使用W2强化后使污水处理站对COD、NH-N和TN的去除率

3

分别由33.2%±1.6%、21.7%±1.0%、7.2%±0.2%提升到92.5%±1.4%、95.1%

±2.5%、76.4%±1.5。高通量测序结果显示，优势细菌属副球菌(Paracoccus)

(39.5%)和特吕珀菌(Truepera)(7.4%)经生物强化后丰度分别变为36.4%、5.8%；

优势真菌属季也蒙酵母(Meyerozyma)、枝孢菌属(Cladosporium)、曲霉属

(Aspergillus)相对丰度分别由2.2%、1.2%、1.1%变为29.4%、9.0%、8.4%，表明

生物强化对微生物群结构有显著影响。微生物群落与环境因子相关性结果表明，

pH值、溶解氧(DO)，是影响生物强化过程中微生物群落演替的关键因素，化妆

棉废水污染物浓度对强化菌株W2无明显影响。综上所述，W2在高盐度有机废

水处理中成功定植并发挥关键作用，是导致污染物去除效率提高的主要原因。本

研究系统揭示了生物强化过程中微生物的动态变化和功能预测，以及微生物与环

境因子的关系，为后续大规模高盐度废水处理奠定了坚实的理论基础。

(2)生物强化菌W2对于污水处理的普适性验证：为探究耐盐酵母W2对不

同类型废水处理的普适性，本课题以高盐抗生素制药废水为研究对象，来探究W2

对高盐制药废水的生物强化效果，并研究了生物增强过程中废水微生物群落内在

演替机制。结果表明，生物强化处理使COD和NH-N的去除率分别从54.3±

3

0.5%和53.4±1.8%提高到88.7±0.9%和90.9±0.3%。微生物群落分析表明，细

I

菌属糖酵母菌(Saccharimonadales)和副球菌(Paracoccus)，真菌季也蒙酵母

(Meyerozyma)在生物前后细菌属丰度变化不大且为优势菌属，环境因子与微生

物特性的关系表明，Meyerozyma、除硫单胞菌(Desulfuromonas)、索氏菌(Thauera)

等菌属强化期间与抗生素废水污染物成负相关关系，表明这些菌株在提高污染物

去除处理的效率方面发挥着至关重要的作用。W2的应用为探究污水中微生物动

态变化奠定了理论基础，为未来制药废水的生物强化处理提供了案例研究。

(3)高效污水耐受功能菌的发掘与表征：为发掘更多高耐受医药化工废水的

功能菌，解除生物法对极端环境时处理污水效率低下的制约。本实验以医药废水

中的活性污泥为研究对象，通过富集培养、平板分离的手段，筛选出对废水耐受

性较强的异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)