Cu(Ⅱ)對生物硝化過程和硝化菌群結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理研究.pdf

1、很多接受工業(yè)廢水的污水廠,在意外境況下,會受到工業(yè)廢水中高濃度重金屬沖擊負(fù)荷的威脅,此時生物反應(yīng)器的硝化效率急劇下降,硝化能力在短期內(nèi)難以恢復(fù),出水氮化物指標(biāo)不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。本文以典型重金屬銅(Cu2+)為抑制劑,采用靜態(tài)、沖擊負(fù)荷試驗(yàn),持續(xù)負(fù)荷以及濃度梯度試驗(yàn),通過分析三氮指標(biāo)、微生物活性(比耗氧速率,SOUR)、銅的分布研究了Cu2+對硝化效果的影響。利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)和定量PCR(q-PCR)分

2、析Cu2+影響下體系內(nèi)硝化菌的種群多樣性、菌群結(jié)構(gòu)演變和硝化細(xì)功能基因表達(dá)的變化。
　　沖擊、靜態(tài)試驗(yàn)表明:Cu2+的投加濃度越高體系內(nèi)硝化作用受到的抑制越強(qiáng)。且隨著活性污泥與Cu2+接觸時間的延長,硝化細(xì)菌受到的抑制越來越強(qiáng)。30~150mg/L Cu2+對反應(yīng)體系內(nèi)的異養(yǎng)菌、氨氧化細(xì)菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)和亞硝酸鹽氮氧化細(xì)菌(Nitrite-Oxidizing Bacteria,NO

3、B)的SOUR產(chǎn)生了抑制,抑制大小為:AOB>NOB>異養(yǎng)菌。銅進(jìn)入體系后迅速被吸附,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,銅由污泥的表面緩慢向內(nèi)部遷移。低濃度體系中NOB的恢復(fù)快于AOB;高濃度體系中AOB的恢復(fù)先于NOB。持續(xù)負(fù)荷試驗(yàn)表明:氨氮去除的抑制隨著Cu2+濃度的增大和運(yùn)行周期的延長變得顯著。在恢復(fù)階段AOB和NOB的恢復(fù)速率隨抑制期投加Cu2+濃度的增加而降低。硝化抑制率與溶解態(tài)銅濃度呈正相關(guān)。濃度梯度試驗(yàn)表明:污泥的SOUR均在抑制階段下降,

4、恢復(fù)階段中上升。異養(yǎng)菌和硝化菌在運(yùn)行過程中逐漸被馴化。在運(yùn)行后期的抑制階段,新進(jìn)入體系的Cu2+主要在液相中積累并對硝化性能產(chǎn)生較大影響。后三個恢復(fù)階段,體系內(nèi)各相中的銅濃度逐漸降低,硝化性能也逐漸恢復(fù)。
　　分子生物學(xué)分析表明:Cu2+破壞了AOB和NOB的多樣性且Cu2+濃度越高,多樣性越低。體系內(nèi)各類亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)和硝化桿菌(Nitrobacter)的耐受程度不同。在三種Cu2+投加方式下,體系內(nèi)均

5、出現(xiàn)了原泥中未出現(xiàn)的AOB菌屬亞硝化螺菌(Nitrosopira),說明Nitrosopira對Cu2+的耐受能力較強(qiáng)。在恢復(fù)過程中,NOB多樣性和相似性的恢復(fù)程度大于AOB。AOB和NOB特征基因的表達(dá)對Cu2+的沖擊更敏感。在抑制的初期AOB和NOB的基因表達(dá)均受到較大的抑制。由于微生物的應(yīng)激反應(yīng),隨后基因表達(dá)量逐漸升高甚至過度表達(dá)。50mg/L Cu2+會使AOB、NOB的基因表達(dá)受到嚴(yán)重抑制,并且Cu2+沖擊后需要較長的恢復(fù)時間