真菌-细菌共生协同膜生物反应器矿化偶氮染料废水及机理研究

偶氮染料是印染废水中常见的有机污染成分之一。目前，对偶氮染料生物处理的研究多停留在脱色阶段，而对脱色产物的矿化仍需要辅助高能耗的物理、化学法，不利于节能减排。传统生物技术很难对偶氮染料进行彻底降解，这是由于细菌降解酶系的特异性，使其对复杂底物的适应能力较差。而真菌的降解过程本质上是基于自由基的化学转化，因此，具有较高的底物广谱性。结合真菌和细菌各自的特点，构建真菌-细菌协同生物体系，可有效解决偶氮染料生物矿化的难题。本项目拟采用真菌-细菌共生协同膜生物反应器对偶氮染料进行矿化处理，首先筛选具有偶氮染料降解能力的真菌和细菌菌株若干，将这些菌株进行优化组合，得到稳定的混合培养物，经固定化处理后接种至膜生物反应器，考察协同体系在连续运行条件下对偶氮染料废水的处理情况，并结合分子指纹技术解析协同体系微生物群落结构的演替。本项研究对利用生物法矿化处理偶氮染料废水具有重要的指导意义和参考价值。

本项目拟构建真菌-细菌共生协同体系，结合膜生物反应器，用于好氧降解（矿化）偶氮染料。结果表明，在分别以蔗糖和葡萄糖为外加碳源、以尿素和硫酸铵为外加氮源的条件下，从环境样本中分离得到2株酵母菌，经鉴定分别为Candida tropicalis TL-F1和Magnusiomyces ingens LH-F1，二者均为嗜中温好氧酵母，能好氧降解脱色多种常见水溶性偶氮染料，且降解过程均先后经历了偶氮键还原断裂、脱硫、脱氨和加羟开环等步骤，可将部分染料分子矿化。在进行对比后，最终采用海藻酸钙包埋法对菌TL-F1及LH-F1进行固定化，并对固定化菌脱色过程进行了条件优化。此后，利用表面响应法（RSM）分别研究了菌TL-F1、LH-F1生长细胞和固定化细胞共培养物脱色的过程，确定了最佳投配比，并对碳源浓度、温度、pH值等条件进行了优化。基于最优条件，建立了固定化真菌-活性污泥共培养体系，利用摇瓶实验确定了最优投菌量为每种真菌2 g(湿重)/L，在此基础上建立MBR并启动、运行，从污泥富集培养、驯化到共生体系建立、连续处理含染料废水，共历时6个月，最终得到了稳定的真菌-细菌共生体系及相应的反应器运行参数。利用高通量测序方法对MBR中微生物群落动态进行了解析，结果显示，投加的Candida属为反应体系内的优势种群，并促进了真菌和细菌群落的演替。