[发明专利]一种用于化工废水处理的生物活性预警标记方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于化工废水处理的生物活性预警标记方法，可以应用于污水处理系统运行情况的监测，属于环境微生物分子生态学领域。

背景技术

废水的生物处理不投加药剂，没有二次污染；在温和的条件下经过酶催化可高效、相对彻底的完成，处理费用低廉；对废水水质要求宽泛；处理效果良好，不仅去除了有机物、病原体、有毒物质等，还能去除臭味，提高透明度，降低色度等。对于污水处理系统，通常通过对水质的监测来保证污水处理系统的稳定运行，如控制和监控水质的化学参数（如COD、NH₃-N、NO₃-N、PO₄^3--P和溶解氧）和物理参数（如水力停留时间），实现废水的达标处理。但是仅仅通过控制和监控水质的化学和物理参数，并不能保证处理系统的高效长期稳定运行，特别是高含盐综合化工废水，具有高含盐量、高浓度、难降解、水质变化大的特点，如果对运行参数控制不当的话，极易引起系统的不稳定，从而影响废水的达标排放，对环境造成一定的影响。在废水的生物处理中，微生物是处理系统的主体，因此需要从微生物入手，通过对微生物群落的组成、丰度、分布及功能菌进行监测，结合功能菌株的分子标记技术对污水处理系统进行监控预警，通过微生物群落空间群落结构的演替规律及功能菌株的变化监测系统运行状况，提前调整系统运行参数，保证污水处理系统的稳定运行。

变性梯度凝胶电泳（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis，DGGE）技术可以分辨1个碱基的差异，广泛应用于微生物生态学及微生物多样性研究，该检测手段灵敏快捷，避免了传统上耗时的菌种分离，可进一步鉴定出传统方法无法分离出来的菌种。

随机扩增多态性DNA技术(Randomly Amplified Polymorphic DNA，RAPD)作为一种新的DNA指纹图谱分析法，不仅具有常规PCR技术快速、安全、简便、灵敏等特点，而且其引物具有通用性，不需预先明确靶基因的核苷酸序列。

目前有利用PCR-DGGE技术分析废水处理中微生物群落构成的专利申请，如上海交通大学发明的工业废水处理中的功能菌群特异分子检测方法（CN1995389，公开日2007年7月11日）；同济大学提出的分析城市污水厂污泥微生物群落构成的方法（CN1584051，公开日2005年2月23日）；哈尔滨工业大学提出的一种功能菌群在水处理系统中稳定性的检测方法（CN101440406A）。上述专利分别涉及污水处理中功能菌的检测方法和微生物群落组成的分析方法，对促进污水处理系统的稳定运行有积极作用，但是未将污水处理系统群落结构变化与功能菌的检测结合起来应用于污水处理系统。污水处理系统作为整体运行，仅通过对系统中功能菌或者微生物群落结构的组成分析，不能有效监控污水处理系统的运行情况。将污水处理系统中微生物群落结构变化检测和功能菌检测结合起来，通过系统生物活性预警，调整系统中微生物组成，对污水处理系统进行监控来保证污水处理系统的稳定运行。目前还没有废水处理中微生物群落结构及功能菌的专利研究报道。

发明内容

本发明的目的在于针对综合化工废水中微生物群落结构及功能菌检测存在的空白，提出了一种用于化工废水处理的生物活性预警标记方法。通过PCR-DGGE技术与RAPD技术的结合，监控污水处理系统的运行状况，提前诊断处理系统的运行状况，解决了现有技术中的不足。

本发明提供的用于化工废水处理的生物活性预警标记方法包括：

（1）提取污水处理系统各反应池中的活性污泥中微生物基因组总DNA，同时通过富集培养的方法筛选菌种并对其进行鉴定；

（2）筛选PCR-DGGE引物：分别为V3区、V6-V8区、V9区通用引物，及优化变性剂范围和电泳时间；

（3）用细菌16S rDNA的V6-V8区通用引物扩增微生物基因组总DNA的V6-V8区；

（4）对PCR产物进行PCR-DGGE分析，并对图谱中的DNA条带进行测序分析；

（5）通过PCA载量分析找到在群落演替中载量较大的DGGE条带，这些条带代表的微生物是系统运行中的功能性微生物，并对其进行鉴定；同时结合步骤（1）中筛选到的菌株，找到系统中与COD变化密切相关的菌株，该菌株可用于判断系统运行情况；

（6）使用RAPD技术得到菌株纯培养菌株的特异分子标记基因，通过功能菌特异分子标记基因的PCR，能够直接判断功能菌的存在情况，对污水处理系统进行监控。