鹽分對(duì)自養(yǎng)與異養(yǎng)條件下短程硝化工藝和生物膜特性的影響研究.pdf

1、氮素是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素之一，廢水生物脫氮技術(shù)方面的研究也一直是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。鹽分被認(rèn)為是抑制脫氮效率的重要因素之一，尤其是工業(yè)、垃圾滲濾液和海水養(yǎng)殖等廢水的處理中尤為突出。目前有研究發(fā)現(xiàn)鹽分對(duì)短程硝化的生物脫氮過(guò)程產(chǎn)生重要影響，因此，系統(tǒng)研究鹽分在短程硝化脫氮工藝運(yùn)行中不同反應(yīng)濃度與氨氮轉(zhuǎn)化效率的關(guān)系以及鹽脅迫下的硝化規(guī)律、鹽分對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)特性和微生物種群結(jié)構(gòu)的影響將對(duì)新型含鹽廢水脫氮工藝的開發(fā)有重要指導(dǎo)意義。本論文運(yùn)用分

2、子生物學(xué)的技術(shù)手段，結(jié)合硝化生物膜脫氮效率測(cè)定，重點(diǎn)研究自養(yǎng)與異養(yǎng)短程硝化生物膜脫氮效率與鹽分之間的關(guān)系，揭示鹽分脅迫對(duì)生物膜的結(jié)構(gòu)特性與微生物種群結(jié)構(gòu)的影響。主要研究結(jié)論如下:
　　1、研究了自養(yǎng)、異養(yǎng)條件下短程硝化反應(yīng)器的氨氮轉(zhuǎn)化和亞硝化規(guī)律，并對(duì)自養(yǎng)、異養(yǎng)條件下培養(yǎng)的短程硝化生物膜進(jìn)行了表征。反應(yīng)器經(jīng)過(guò)6個(gè)月無(wú)鹽廢水的啟動(dòng)與運(yùn)行，自養(yǎng)、異養(yǎng)反應(yīng)器在運(yùn)行結(jié)束階段的氨氮轉(zhuǎn)化率和亞硝化率分別達(dá)到了85％、88％及80％和86％;對(duì)

3、生物膜進(jìn)行的生化成分及結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，異養(yǎng)生物膜的總胞外多聚物(EPS)含量高于自養(yǎng)生物膜，兩種生物膜的蛋白質(zhì)與多糖的比值(PN/PS)分別為0.96和0.69。EPS的三維熒光光譜(EEM)數(shù)據(jù)揭示了兩種不同生物膜EPS中類蛋白物質(zhì)和腐殖質(zhì)之間的比率差異，而激光共聚焦(CLSM)圖像分析顯示，自養(yǎng)、異養(yǎng)生物膜各成分在生物膜各部位的分布也存在明顯不同。
　　2、在實(shí)驗(yàn)室條件下開展了自養(yǎng)、異養(yǎng)生物膜在鹽分負(fù)荷沖擊下的硝化效率研究，

4、并與經(jīng)7個(gè)月鹽分梯度變化長(zhǎng)期馴化的反應(yīng)體系進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明在鹽分負(fù)荷沖擊下，當(dāng)鹽濃度分別為35g· NaCl·L-1及45 g·NaCl·L-1時(shí)，自養(yǎng)、異養(yǎng)短程硝化的氨氮轉(zhuǎn)化率分別為4.3％及4.1％，幾乎受到了完全地抑制;而經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期馴化的反應(yīng)體系，自養(yǎng)、異養(yǎng)反應(yīng)器在鹽濃度為70 g·NaCl·L-1時(shí)，氨氮轉(zhuǎn)化率分別為40％及28％，體系仍然具有一定的活性，且自養(yǎng)與異養(yǎng)短程硝化反應(yīng)器在鹽濃度40g·NaCl·L-1以下時(shí)，均

5、實(shí)現(xiàn)了75％以上的氨氮轉(zhuǎn)化率及80％以上的亞硝化率，表明自養(yǎng)、異養(yǎng)反應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的鹽分馴化，均獲得了較高的耐鹽脅迫性能，且自養(yǎng)生物膜的耐鹽性能高于異養(yǎng)生物膜。
　　3、系統(tǒng)分析了鹽分脅迫下的自養(yǎng)、異養(yǎng)短程硝化生物膜EPS成分，并利用掃描電鏡(SEM)及CLSM圖像對(duì)生物膜的外觀及結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在鹽分脅迫下，自養(yǎng)生物膜的EPS總量隨鹽濃度增加先增大后降低，在鹽濃度為0、20、50、70 g·NaCl·L-1時(shí)含量分別為11

6、2.60、136.18、129.07及61.43 mg·g-1·VSS-1;而異養(yǎng)生物膜EPS含量在相應(yīng)鹽濃度梯度下分別為171.75、151.17、128.2及81.79 mg·g-1·VSS-1，呈現(xiàn)了與自養(yǎng)生物膜不同的變化規(guī)律。SEM及CLSM圖像分析顯示，自養(yǎng)膜和異養(yǎng)膜結(jié)構(gòu)隨鹽濃度的增大而逐漸破碎化，膜密度降低，與溶液接觸界面的β-多糖減少，胞外DNA(eDNA)含量增加，細(xì)胞死亡及脫落，蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、死細(xì)胞的含量和分布隨鹽濃度

7、的增加在自養(yǎng)膜和異養(yǎng)膜中呈現(xiàn)了不同的變化，這些變化影響了生物膜的硝化特性，使自養(yǎng)、異養(yǎng)反應(yīng)器在鹽分脅迫下表現(xiàn)出不同的性能。
　　4、通過(guò)高通量測(cè)序?qū)Ρ确治隽俗责B(yǎng)、異養(yǎng)短程硝化生物膜中好氧氨氧化菌(AOB)的種群豐度及構(gòu)成。在無(wú)鹽條件下，歸屬β-亞綱的Nitrosomonas在兩種短程硝化生物膜中均具有最高的豐度，而兩種生物膜上占優(yōu)勢(shì)的菌屬在鹽濃度提高時(shí)出現(xiàn)了顯著差異，尤其在鹽濃度鹽濃度達(dá)到70g·NaCl·L-1時(shí)，自養(yǎng)生物膜的優(yōu)