環(huán)境工程技術(shù)論文(2)
環(huán)境工程技術(shù)論文
環(huán)境工程技術(shù)論文篇二
探討環(huán)境工程技術(shù)的應(yīng)用
【摘 要】PCR-DGGE用于環(huán)境微生物種群的研究越來越多，涉及的領(lǐng)域也越來越廣泛，目前在國內(nèi)這方面的應(yīng)用雖然處于起步階段，但也成為研究的熱點(diǎn)。以下文章簡要地闡述了環(huán)境工程中相關(guān)技術(shù)的原理及其優(yōu)點(diǎn)，并分析了該技術(shù)的現(xiàn)狀、前景。
【關(guān)鍵詞】環(huán)境工程;DGGE技術(shù);廢水生物處理 1.新技術(shù)在環(huán)境工程生物處理研究中的應(yīng)用
由于PCR-DGGE技術(shù)克服了傳統(tǒng)微生物學(xué)方法的局限性，自Muvzer等開辟了DGGE在微生物生態(tài)領(lǐng)域研究的先河以來，該技術(shù)迅速發(fā)展成為環(huán)境微生物群落結(jié)構(gòu)分析研究的主要手段之一。近年來，DGGE 用于環(huán)境微生物種群的研究越來越多，涉及的領(lǐng)域也越來越廣泛，在國外DGGE技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于活性污泥、生物膜等生物處理系統(tǒng)中的微生物多樣性檢測、微生物鑒定以及種群演替等方面的研究，在國內(nèi)這方面的應(yīng)用雖然處于起步階段，但也成為研究的熱點(diǎn)。
1.1在廢水生物處理研究中的應(yīng)用
PCR-DGGE技術(shù)在廢水生物處理研究中的應(yīng)用使人們對(duì)廢水處理過程中微生物群落的變化產(chǎn)生了新的認(rèn)識(shí)。
Lapara等研究了升高溫度對(duì)廢水好氧生物處理過程中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能的影響，DGGE分析細(xì)菌群落的結(jié)果表示不同溫度下有不同的細(xì)菌群落。
應(yīng)用PCR-DGGE方法，對(duì)在相同的操作條件下分別用低溫菌和常溫菌接種的兩套活性污泥系統(tǒng)中的微生物群落結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了追蹤。由于工藝相同，使得接種的低溫菌群和常溫菌群在相同的操作條件下，產(chǎn)生了相似的微生物群落結(jié)構(gòu)。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，其菌群結(jié)構(gòu)相似程度也越來越高。
硝化作用是廢水處理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)氨氮去除的關(guān)鍵步驟。而氨氧化細(xì)菌在硝化作用過程中負(fù)責(zé)將氨氧化為亞硝酸鹽，實(shí)現(xiàn)亞硝化作用，是硝化過程中必不可少的步驟。但由于氨氧化細(xì)菌的生長速率相當(dāng)?shù)停锪亢苌?，采用傳統(tǒng)的細(xì)菌分離培養(yǎng)分析法研究氨氧化細(xì)菌相當(dāng)費(fèi)時(shí)、繁瑣。許玫英等采用PCR擴(kuò)增16SrDNA、擴(kuò)增功能基因、隨機(jī)克隆測序等技術(shù)，分析處理含高濃度氨氮廢水處理系統(tǒng)不同馴化時(shí)期的4個(gè)活性污泥樣品氨氧化細(xì)菌的種類和氨單加氧酶的活性，并在國內(nèi)首次采用PCR-DGGE相結(jié)合的技術(shù)對(duì)樣品中總的細(xì)菌類群的差異進(jìn)行研究。結(jié)果表明采用PCR-DGGE技術(shù)有利于更全面地了解氨氧化細(xì)菌的類群和功能，進(jìn)而改善廢水處理系統(tǒng)的處理效果。
應(yīng)用PCR-DGGE技術(shù)對(duì)城市污水化學(xué)一生物絮凝強(qiáng)化一級(jí)處理工藝與傳統(tǒng)的完全混合式處理工藝反應(yīng)池活性污泥樣品微生物種群結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比研究，對(duì)同一反應(yīng)器不同位置微生物分布以及不同工況下的微生物種群結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步探討。結(jié)果表明兩種城市污水處理工藝中微生物種群多樣性都相當(dāng)豐富，但是種群結(jié)構(gòu)相差很大。說明化學(xué)生物絮凝處理工藝的微生物作用與成分相近的城市污水處理工藝中微生物作用機(jī)理可能存在相當(dāng)大的差別。
R0wan等采用生物滴濾反應(yīng)器和生物濾池處理同種廢水，運(yùn)用PCR-DGGE考察了不同反應(yīng)器中的氨氧化細(xì)菌菌群的組成。雖然不同形式反應(yīng)器或是同一反應(yīng)器的不同位置中的氨氧化細(xì)菌菌群組成不同，但是主要種群是不依賴反應(yīng)器的形式或是在反應(yīng)器中所處的位置不同而改變的，也正是這些主要種群在整個(gè)處理過程中發(fā)揮著重要的作用。
采用PcR-DGGE技術(shù)對(duì)處理采油廢水的水解酸化一缺氧法不同生物反應(yīng)器中污泥樣品進(jìn)行研究，確定了微生物的優(yōu)勢菌種，并進(jìn)行了多樣性分析，結(jié)果顯示了在不同環(huán)境條件下微生物群落結(jié)構(gòu)的連續(xù)動(dòng)態(tài)變化過程。
1.2 在廢氣生物處理研究中的應(yīng)用
生物過濾是一種能有效處理惡臭和揮發(fā)性有機(jī)廢氣的氣體污染控制技術(shù)。生物濾池和生物濾塔作為生物處理惡臭氣體的簡單有效的方法，得到了快速的發(fā)展。
采用PCR-DGGE技術(shù)研究除臭生物濾池中試裝置中分別一處于較強(qiáng)酸性和中性的兩種不同運(yùn)行環(huán)境下微生物種群的多樣性和生物種群的結(jié)構(gòu)變化。通過擴(kuò)增細(xì)菌16SrRNA基因的V3可變區(qū)，結(jié)合應(yīng)用DGGE技術(shù)分析除臭生物濾池的生物種群的結(jié)構(gòu)變化，并回收主要的DNA片段，結(jié)合PCR測序及T載體克隆測序，明確優(yōu)勢菌群的系統(tǒng)發(fā)育地位。結(jié)果表明，除臭生物濾池在不同的口H條件下，微生物的多樣性及其豐度存在較大差別，強(qiáng)酸性對(duì)微生物具有較高的選擇作用，與中性條件相比 微生物種群多樣性相對(duì)較低。同時(shí)在濾池的不同層次上也表現(xiàn)出明顯的空間分布多樣性差異，序列比對(duì)結(jié)果顯示硫氧化細(xì)菌在除臭過程中占有優(yōu)勢地位。為更好地處理惡臭氣體提供可靠的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為生物除臭的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。
生物濾塔中微生物的種群結(jié)構(gòu)以及微生物多樣性對(duì)于惡臭氣體的處理效率以及反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。殷峻等應(yīng)用DGGE技術(shù)對(duì)處理含氨廢氣的生物濾塔中微生物多樣性隨時(shí)間的變化進(jìn)行了研究，通過比較反應(yīng)器不同填料、不同時(shí)期微生物多樣性得出結(jié)論：填料中微生物的多樣性都隨著反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間的延長而有所減少;與污泥填料和混合填料相比，堆肥填料的微生物多樣性程度最高，反應(yīng)器的去除能力也最好。
1.3 在污泥生物處理研究中的應(yīng)用
在污泥處理過程中，污泥的穩(wěn)定化是…個(gè)相當(dāng)重要的過程。微生物的穩(wěn)定化過程對(duì)于系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)具有更直接的指導(dǎo)意義。傅以鋼等用DGGE指紋圖譜技術(shù)對(duì)污泥堆肥工藝中的細(xì)菌種群動(dòng)態(tài)變化及多樣性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，生物法污泥堆肥周期小于8d。對(duì)污泥堆肥各工藝環(huán)節(jié)樣品進(jìn)行DGGE指紋圖譜和相似性系數(shù)Cs值分析，發(fā)現(xiàn)隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，微生態(tài)結(jié)構(gòu)的Cs值越來越高，說明微生物種群結(jié)構(gòu)愈趨穩(wěn)定。證實(shí)污泥微生態(tài)能迅速進(jìn)行優(yōu)勝劣汰的篩選，調(diào)整內(nèi)部細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)，從而達(dá)至 適應(yīng)環(huán)境的目的，在發(fā)酵過程中形成的優(yōu)勢細(xì)菌種群能長時(shí)間保持穩(wěn)定。
2.技術(shù)的原理
2.1 DGGE的原理
變性梯度凝膠電泳技術(shù)是DNA指紋技術(shù)，是多態(tài)性分析技術(shù)的一種，其原理是;DNA進(jìn)行電泳時(shí)使用具有化學(xué)變性劑梯度的聚丙烯酰胺凝膠，該凝膠能夠有區(qū)別地解鏈PCR擴(kuò)增產(chǎn)物。長度相同而在堿基序列上存在差異的不同DNA在進(jìn)行變性梯度凝膠電泳時(shí)，雙鏈的解鏈需要不同的變性劑濃度，序列不同的DNA片段就會(huì)在各自相應(yīng)的變性劑濃度下變性，發(fā)生空間構(gòu)型的變化。起初雙鏈DNA以線狀向正極移動(dòng)，隨著變性劑濃度的增，DNA中具有低G+C含量的序列的部分被打開，而高G+C含量的部分仍保持雙鏈。DNA雙鏈一旦解鏈，DNA分子形成端部的叉狀或中間的環(huán)形(即DNA部分熔化)，其在聚丙烯酰胺凝膠中的電泳速度將會(huì)急劇下降 以至停留在其相應(yīng)的不同變性劑梯度位置，染色后可以在凝膠上呈現(xiàn)為分開的條帶。如此便能將具有相同長度而序列有差異的DNA分子分離開。尿素和甲酰胺通常被用作變性劑形成變性梯度。該技術(shù)可以分辨具有相同或相近分子量的目的片段序列差異，可以用于檢測單一堿基的變化和遺傳多樣性以及PCR擴(kuò)增DNA片段的多態(tài)性。
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