论文部分内容阅读
当下水体硝酸盐污染严重,硫自养反硝化作为有效的生物脱氮途径可有效避免异养反硝化过程中需投加大量碳源的问题,但其出水中含硫酸盐且反应中需外加碱度。研究表明向硫自养反硝化系统中适当投加碳源可在实现协同脱氮的同时有效缓解上述问题,但目前主要集中于运行条件优化,鲜少有针对作用规律的研究。本课题通过比较系统投加碳源前后运行效能,对强化脱氮作用机制做初步探索,并利用分子生物学手段分析不同反应系统微生物群落和功能基因相对表达量的变化。协同反硝化系统运行效能研究主要通过连续实验对比进行。系统运行结果表明,硫自养系统中投加少量碳源能够明显提高反硝化效果。在硫自养系统稳定运行的基础上,投加去除出水剩余NO3--N所需理论碳源量的1/8、1/4、1/2,NO3--N去除率分别提高了16.2%、29.7%、37.0%。随后对不同进水负荷条件下系统脱氮效能进行对比,结果表明投加碳源(1/4)均能不同程度提高脱氮效果。基于连续实验运行效能对协同反硝化系统中碳源强化作用进行分析。通过对比异养脱氮比例和自养脱氮量可知,反硝化效果提升不仅是由于投加碳源发生了异养反硝化,更主要为提高系统自养反硝化能力。随碳源投加量增加,异养脱氮比例由1.2%上升至9.8%,自养硝氮去除量则由21.60 mg/L增加到28.64 mg/L。对不同时间段投加碳源的反硝化效能做出分析,结果表明不同时间投加碳源均能有效提高反硝化效果。协同反硝化沿程NO2--N峰值变化及生物量研究结果表明,投加碳源强化脱氮还可能表现为加快NO2--N转化、提高系统生物量。投加碳源后NO2--N峰值分别下降了2.12、2.95、0.61 mg/L,生物量分别增加了5.23、11.31、14.12 nmol P/g。利用系统运行稳定后采集的微生物样品对微生物群落结构及功能基因变化进行研究。16S r DNA高通量测序结果表明,投加碳源后系统内微生物多样性明显降低,自养菌与异养菌均随碳源投加量增加而增加,自养菌丰度较异养菌丰度增长快,总体上来看对自养菌促进作用为主。典型硫自养菌在投加碳源后相对丰度由22.1%增加到43.9%。利用q-RT-PCR对系统内Nir S基因与Sox B基因的相对表达量进行分析,结果显示,强化作用还表现为提高了Nir S基因与Sox B基因的表达。两种基因相对表达量分别为4.55和3.95。