造纸污泥木质纤维素和有机氯化物高效降解菌系菌种多样性及协同机理

造纸污泥是造纸行业产生的二次污染物，但其含有丰富的木质纤维素，同时也富集浓缩了造纸废水中的有机氯化物（AOX），如何高效降解造纸污泥中的木质纤维素和AOX是提升造纸污泥资源化利用价值的关键。本课题以造纸污泥和蘑菇渣为研究对象，以获取造纸污泥中木质纤维素和AOX高效降解复合菌资源为目标，通过室内筛选试验、菌种组成分析试验、复合菌生物学特性试验和造纸污泥降解试验，利用平板培养结合现代分子生物学分析技术，从蘑菇渣中筛选出高效降解造纸污泥中木质纤维素和AOX的复合菌系，分析该复合菌系菌种组成多样性，并从复合菌系产酶特性、微生物代谢功能多样性角度，结合复合菌系降解造纸污泥过程中主要菌种的定殖消长动态，阐明复合菌系各菌种在降解木质纤维素和AOX过程中的协同机制，对开发木质纤维素和有机氯化物高效降解复合菌资源、促进分子微生物生态学的发展、防止造纸污泥环境污染以及提高其资源化利用率具有重要意义。

本项目为实现造纸污泥中木质纤维素和有机氯化物（AOX）共降解的目的，分别以平菇渣、草菇渣和杏鲍菇渣及其不同组合作为菌种来源，通过长期限制性定向培养手段，在好氧条件下，通过两种培养方式（滤纸/复合酚/秸秆,秸秆/复合酚），以酶活性、木质纤维素失重率、酚降解率和OD(optical density)为指标，筛选得到一组高效降解木质纤维素和有机氯酚的复合菌系OEM1。经过15d降解，复合菌系OEM1处理的秸秆失重率达到54.41%，纤维素降解89.71%、半纤维素降解64.02%、木质素降解60.81%，体系中MCP、2,4-DCP和2,4,6-TCP均未检出，其中有机物降解高峰出现在第6d。复合菌系OEM1的培养优化试验表明：2.0%有机负荷、pH5、振荡培养有利于木质纤维素和有机氯酚的降解。通过传统的平板分离纯化手段得到复合菌系OEM1可培养的单菌株（11株细菌和2株放线菌），并通过16S rDNA测序初步鉴定了分离得到的大部分菌株对有机酚和木质纤维素均有降解功能。此外，复合菌系OEM1的16SrDNA-DGGE技术共分离出31个目的条带，经克隆测序比对表明，至少有26种细菌参与到木质纤维素和有机氯酚的降解。复合菌系OEM1降解木质纤维素和有机氯酚过程中菌群的动态变化结果表明：复合菌系OEM1在降解前3d有一个适应调整的过程，第6d后微生物的菌落结构逐步趋于稳定，并形成内在联动降解机制。OEM1、可分离单菌株及其复配的Biolog分析显示：11株细菌混合复配后，AWCD值超过所有单菌的AWCD值，香浓指数、辛普森指数和均匀度分析表明复合菌系OEM1的丰富度最高、均匀度最低，说明复合菌系OEM1群落的构成均一性最好、结构最稳定。利用复合菌系OEM1预处理不同来源的造纸污泥与秸秆后混合厌氧发酵，结果表明经过9d预处理后纤维素降解了29.14-30.48%，半纤维素降解了30.9-43.54%，木质素降解了9.20-18.40%，AOX去除率为14.78%-90.76%，经预处理后的物料厌氧发酵甲烷产量比对照提高了26.17-32.88%，pH、NH3-N和碱度等指标显示预处理后的物料进行厌氧发酵，系统更稳定，说明复合菌系OEM1预处理促进了造纸污泥中大分子有机物的转化，减少了AOX对后续发酵系统的微生物毒害，提高了造纸污泥的资源化利用度。