BAF處理高鹽廢水的好氧生物脫氮馴化特性及其微生物群落動態(tài)研究.pdf

1、隨著海水代用開發(fā)利用規(guī)模的迅速擴(kuò)大，以及高鹽工業(yè)廢水排放量逐年增加，實(shí)現(xiàn)高鹽含氮廢水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)治理越來越引起社會的廣泛關(guān)注。本研究采用曝氣生物濾池工藝(BAF)，以牡蠣殼為填料，紅樹林沉積污泥為活性污泥種泥啟動BAF處理模擬高鹽廢水，分別研究高鹽含氨氮廢水的硝化馴化特性與高鹽含硝氮廢水的好氧反硝化馴化特性，闡明了生物濾池工藝中高鹽廢水的高效生物脫氮啟動馴化特性。同時(shí)，本研究采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)、高通量測序等分子生物學(xué)方法研究馴化

2、過程至系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行期間優(yōu)勢菌群的動態(tài)變化特征，探討高鹽廢水好氧生物脫氮系統(tǒng)中耐鹽及脫氮功能菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性。主要研究成果如下:
　　(1)牡蠣殼填料可滿足硝化反應(yīng)的堿度需求，不外加堿源即可保持BAF反應(yīng)器內(nèi)廢水pH穩(wěn)定。紅樹林沉積污泥作為活性污泥種泥接種啟動BAF具有較高的活性，在35g/L NaCl鹽度和50mg/L氨氮負(fù)荷下進(jìn)行硝化馴化，牡蠣殼曝氣生物濾池成功掛膜時(shí)間為40d，形成穩(wěn)定的硝化系統(tǒng)時(shí)間為72d。在以牡蠣殼生物膜

3、和懸浮污泥共存的生物相為特征的系統(tǒng)中，AOB活性高于NOB，系統(tǒng)中生長著耐鹽高效脫氮微生物，包括自養(yǎng)硝化、異養(yǎng)硝化、反硝化及好氧反硝化菌。
　　(2)高通量測序研究表明:硝化馴化期間細(xì)菌群落物種豐富度和多樣性呈先上升后下降再上升趨勢，與古菌群落動態(tài)變化相反。紅樹林種泥中適應(yīng)高鹽環(huán)境的微生物比例較高，同時(shí)在培養(yǎng)過程中馴化了大量新的耐鹽微生物。間歇曝氣，DO減半導(dǎo)致群落多樣性下降。
　　(3)代表性的耐鹽細(xì)菌豐度在硝化馴化0-7

4、d上升，之后不斷下降，第40d其豐度只有種泥的一半，馴化末期降為種泥的五分之一。本系統(tǒng)中檢測到的耐鹽細(xì)菌構(gòu)成包括海桿菌屬M(fèi)arinobacter sp.，鹽單胞菌科Halomonadaceae，海洋螺菌科Oceanospirillaceae，糖螺菌科Saccharospirillaceae，假單胞菌屬Pseudomonassp.。耐鹽古菌的豐度同樣為先上升后下降的趨勢，但掛膜成功后其豐度達(dá)到了種泥的30倍。本系統(tǒng)中檢測到的耐鹽古菌包括鹽

5、紅菌屬Halorubrum sp.，鹽微菌屬Halomicrobium sp.，嗜鹽桿菌屬Halobacterium sp.，鹽盒菌屬Haloarcula sp.。
　　(4)代表性的脫氮細(xì)菌豐度在硝化掛膜馴化期先上升后下降，間歇曝氣末期豐度達(dá)到掛膜馴化末期的三倍，碳源減半末期豐度小幅度下降。馴化過程中系統(tǒng)NOB豐度比例高于AOB，但整體上NOB活性低于AOB。檢測到的脫氮細(xì)菌的構(gòu)成包括硝化單胞菌科Nitrosomonadacea

6、e，亞硝化球菌屬Nitrosococcussp.，乳酸桿菌屬Lactobacillus sp.，副球菌屬Paracoccus sp.，根瘤菌目Rhizobiales，亞硝化單胞菌種Nitrosomonas nitrosa及好氧反硝化生絲微菌屬Hyphomicrobiumsp.;代表性脫氮古菌占古菌群落的比例較小，包括ammonia-oxidizing archaeon，Nitrosoarchaeum sp.，Nitrososphaera

7、sp.，甲烷球菌屬M(fèi)ethanosphaera sp.，甲烷桿菌屬M(fèi)ethanobacterium sp.。
　　(5)牡蠣殼BAF好氧反硝化工藝最佳碳源為乙酸鈉，最佳C/N=10，最佳pH=6.7，最佳DO=5.8mg/L。紅樹林種泥微生物在高鹽含硝氮馴化系統(tǒng)中具有適應(yīng)能力強(qiáng)、馴化速度快的特點(diǎn)，在35g/L NaCl鹽度含150mg/L硝氮負(fù)荷下直接馴化與逐步提高鹽度成功馴化分別需要28d、70d，直接馴化有利提高好氧反硝化系統(tǒng)

8、活性和穩(wěn)定性，且形成穩(wěn)定反硝化系統(tǒng)所用時(shí)間是逐步馴化的一半。
　　(6)好氧反硝化高鹽度直接馴化和逐步增加鹽度馴化期間細(xì)菌群落物種豐富度均下降，直接馴化末期細(xì)菌群落多樣性高于逐步馴化，古菌物種豐富度和多樣性均低于逐步馴化。代表性的耐鹽細(xì)菌豐度在低鹽度馴化期間呈下降趨勢，高鹽度馴化期間呈上升趨勢，在馴化末期低于紅樹林種泥豐度，而高鹽度直接馴化末期豐度高于紅樹林種泥豐度。豐度較大的耐鹽細(xì)菌有假單胞菌屬PseudomonassP.，海桿

9、菌屬M(fèi)arinobacterium sp.，鹽硫桿狀菌科Halothiobacillus，食堿菌屬Alcanivorax sp.，Neptunomonas sp.;代表性的耐鹽古菌豐度在直接馴化和逐步馴化末期都上升，構(gòu)成包括鹽紅菌屬Halorubrum sp.，鹽桿菌屬Halobacterium sp.，鹽球菌屬Halococcus sp.，鹽盒菌屬Haloarculasp.，鹽盤菌屬Haloplanus sp.。
　　(7)逐步

10、增加鹽度進(jìn)行好氧反硝化馴化與直接馴化末期代表性脫氮細(xì)菌豐度分別為種泥的4.4倍和6.9倍。豐度較大的脫氮細(xì)菌主要包括Nitrosomonas_halophila，副球菌屬Paracoccus sp.，Pusillimonas sp.，鹽單胞菌屬Halomonas sp.，陶厄氏菌屬Thauera sp.，大洋桿菌屬Oceanibaculum sp.;典型脫氮古菌是Nitrososphaera sp.，Nitrosoarchaeum sp