ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................. 5
Актуальность работы.............................................................................................. 5
Цель и задачи исследования .................................................................................. 6
Научная новизна и теоретическая значимость работы....................................... 7
Практическая значимость....................................................................................... 8
Личный вклад соискателя....................................................................................... 8
Апробация работы................................................................................................... 8
Публикации.............................................................................................................. 9
Объем и структура диссертационной работы ...................................................... 9
Место проведения работы и благодарности......................................................... 9
Список работ, опубликованных по теме диссертации...................................... 10
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................. 13
ГЛАВА I. ФОСФАТ-АККУМУЛИРУЮЩИЕ ОРГАНИЗМЫ И ИХ РОЛЬ В
УДАЛЕНИИ ФОСФОРА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ..................................................... 13
1.1 История изучения процесса биологического удаления фосфора и
выделение группы фосфат-аккумулирующих микроорганизмов.................... 13
1.2 Основные представители ФАО ................................................................... 16
1.3 Механизмы удаления фосфора ФАО.......................................................... 22
ГЛАВА II. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА МЕТАБОЛИЗМ ФАО И
ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКОГО УДАЛЕНИЯ ФОСФОРА............... 27
2.1 Температура..................................................................................................... 27
2.2 Альтернативные акцепторы электронов (нитраты и нитриты).................. 28
2.3 Концентрация фосфатов................................................................................. 29
2.4 Источники углерода........................................................................................ 30
ГЛАВА III. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УДАЛЕНИЯ ФОСФОРА33
3.1 Основные технологические процессы биологического удаления фосфора
................................................................................................................................. 33
3.1.1 Последовательно-периодические реакторы.......................................... 33
3.1.2 Непрерывные процессы........................................................................... 35
3.1.2.1 Непрерывный процесс для биологического удаления фосфора из
сточной воды Phoredox (PHOsphorus REDuction OXidation).................... 35
3
3.1.2.2 Схема биологического удаления азота и фосфора, разработанная
в Кейптаунском университете – UCT (University of Cape Town) ............ 36
3.2 Агрегирование микробного сообщества ...................................................... 38
3.3 Микроорганизмы, влияющие на биологическое удаление фосфора......... 39
3.3.1 Гликоген-аккумулирующие организмы. Отличие ФАО-фенотипа от
ГАО..................................................................................................................... 39
3.3.2 Факторы, влияющие на исход конкуренции между ФАО и ГАО....... 40
Заключение к обзору литературы............................................................................ 42
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ......................................................................... 44
ГЛАВА IV. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.............................. 44
4.1 Биореактор для выращивания ФАО в циклическом аэробно-анаэробном
режиме культивирования ..................................................................................... 44
4.2 Условия культивирования.............................................................................. 45
4.2.1 Отъемно-доливной биореактор .............................................................. 45
4.2.2 Последовательно-периодический биореактор ...................................... 46
4.3 Активный ил для начальной загрузки биореакторов .................................. 47
4.4 Аналитические методы................................................................................... 47
4.5 Определение скорости потребления кислорода (СПК) .............................. 48
4.6 Определение доступных субстратов............................................................. 49
4.7 Световая и электронная микроскопия .......................................................... 50
4.7.1 Световая микроскопия............................................................................. 50
4.7.2 Трансмиссионная электронная микроскопия........................................ 50
4.7.3 Сканирующая электронная микроскопия.............................................. 51
4.7.4 Спектроскопия комбинационного рассеяния ....................................... 51
4.8 Молекулярные методы ................................................................................... 52
ГЛАВА V. ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОБНОГО КОНСОРЦИУМА, СПОСОБНОГО
УДАЛЯТЬ ФОСФОР ИЗ СРЕДЫ ПРИ ОТЪЕМНО-ДОЛИВНОМ СПОСОБЕ
КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ............................................................................................ 54
5.1 Культивирование микробного сообщества в биореакторе отъемнодоливного типа ...................................................................................................... 54
5.2 Исследование состава микробного сообщества биореактора
микроскопическими методами ............................................................................ 57
5.3 Исследование состава микробного сообщества биореактора
молекулярными методами.................................................................................... 62
4
ГЛАВА VI. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ
ФОСФАТ-АККУМУЛИРУЮЩЕГО МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА ПРИ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПЕРИОДИЧЕСКОМ СПОСОБЕ
КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ............................................................................................ 67
6.1 Оценка эффективности удаления фосфора фосфат-аккумулирующим
микробным сообществом при длительном культивировании активного ила
очистных сооружений г. Москвы........................................................................ 67
6.2 Исследование микробного сообщества биореактора с помощью
спектроскопии комбинационного рассеяния ..................................................... 72
6.3 Динамика микробного сообщества биореактора на основе анализа
последовательностей гена 16S рРНК.................................................................. 75
6.4 Формирование пространственных структур микробным сообществом
фосфат-аккумулирующих бактерий в лабораторном биореакторе
последовательно-периодического действия....................................................... 79
6.5 Метагеномный анализ агрегатов различных морфотипов ......................... 90
ГЛАВА VII. ИСТОЧНИКИ УГЛЕРОДА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МИКРОБНЫМ
СООБЩЕСТВОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПЕРИОДИЧЕСКОГО
БИОРЕАКТОРА ........................................................................................................ 95
7.1 Потребление кислорода.................................................................................. 95
7.2 Цикл выделения/поглощения фосфора в анаэробных/аэробных условиях
................................................................................................................................. 96
7.3 Возможности транспортных систем Ca. Accumulibacter.......................... 100
Заключение .............................................................................................................. 104
Выводы..................................................................................................................... 106
Список сокращений и условных обозначений..................................................... 107
Список использованной литературы..................................................................... 108
