厌氧氨氧化耦合硫基反硝化脱氮性能及其微生物群落研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:kuaileyt
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污水脱氮作为近年来环境科学与工程学科中最活跃的研究领域之一,从最初的硝化-反硝化到甲醇甲烷反硝化、再到同时硝化反硝化,发展到短程硝化-反硝化,脱氮技术在不断的创新发展,并且产生了厌氧氨氧化(Anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)这一项污水脱氮处理的颠覆性技术,开创了功能菌在复杂的污水处理系统中实际应用的先河。本文以厌氧氨氧化技术为核心,就其在不同工艺和运行条件下的脱氮性能和微生物群落结构的变化进行深入的探讨。首先,本研究在UASB反应器中接种混合污泥,采用化学还原法控制进水中溶解氧,以低基质、高流速的培养方法,13天实现ANAMMOX系统的快速启动。通过实际对比得出,相较于传统的曝气脱氧法,化学还原脱氧法是一种操作更简单、耗时更少、成本更低、且对系统微生物几乎没有不利影响的可行方法。基于高通量测序技术分析得出:ANAMMOX菌所在的浮霉菌门(Planctomycetes)相对丰度最大,占比31.56%。浮霉菌门中Candidatus_Kuenenia为主要菌属,占比74.11%,此外还检测到SM1A02属、Candidatus_Brocadia属等ANAMMOX反应器中代表性菌属。其次,研究了厌氧氨氧化耦合硫基反硝化深度脱氮的过程。此研究中得出:85%以上的NH4+-N和NO2--N在ANAMMOX系统中被去除,从SAD到SMD营养条件的转换使系统脱氮的彻底性和经济性的综合效益最大化,总氮去除率高达97%以上,出水总氮低于10 mg/L,达到了深度脱氮的目的。SAD阶段的主要功能性菌属为硫酸杆菌属(Thiobacillus)和硫磺菌属(Sulfurimonas)相对丰度分别31.9%和17.7%。SMD阶段上述两种菌属丰度均有所下降,Gemmobacter和明串珠菌属(Trichococcus)在混养条件开始发挥越来越大的作用。最后对SAD和SMD系统进行了分子生态网络分析,进一步研究了两阶段系统内部微生物相互作用的异同,明确了有机碳源对系统的影响以及SAD和SMD两阶段系统中的关键物种。最后,本研究对ANAMMOX系统进行了高盐驯化的实验。这部分研究了不同NaCl盐度梯度(0/2.5/5/7.5/10/15/20/30g/L)下系统的脱氮性能以及微生物多样性和群落结构的变化过程。结果显示:NH4+-N的去除率受盐度质量浓度变化的影响较小,盐度质量浓度达到30g/L时,去除率依旧保持在95%以上,而对NO2--N去除效果抑制较大,盐度质量浓度在0-15 g/L之间时,去除率从95%降到90%;在20-30 g/L时,去除率从90%下降到70%。AnAOB所在的浮霉菌门(Planctomycetes)为主导菌门,丰度不断增加,相对丰度占比由最初28.98%增长到45.21%。Candidatus_Kuenenia丰富度从26.9%提升到34.7%,是高盐水环境中决定系统脱氮性能的主导菌属。
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