同步脫硫脫氮工藝中微生物群落結(jié)構(gòu)及其功能解析.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，含硫含氮有機(jī)廢水對水體環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重，已經(jīng)成為環(huán)保領(lǐng)域亟待解決的難題。生物法處理此類廢水可以實(shí)現(xiàn)碳氮硫污染物的有效脫除并能回收單質(zhì)硫。針對同步脫硫脫氮工藝中的功能微生物群落結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行研究將有助于優(yōu)化工藝運(yùn)行條件發(fā)現(xiàn)并解決系統(tǒng)存在的問題。本研究針對同步脫硫脫氮工藝普遍存在的問題，采用宏基因組學(xué)技術(shù)-功能基因芯片（GeoChip）解析硫酸鹽還原-反硝化脫硫耦合工藝（Sulfate reduction&deni

2、trifying sulfide removalprocess, SR-DSR）和反硝化脫硫工藝（Denitrifying sulfide removal process DSR）的微生物群落，分析影響SR-DSR工藝運(yùn)行效能的因素，提出了采用曝氣強(qiáng)化方式來提高工藝單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化效率的方法并解析溶解氧（Dissolved oxygen, DO）對微生物群落功能以及對單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化的影響機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了DSR工藝不同運(yùn)行階段對微生物群落結(jié)構(gòu)功能的影響

3、以及自養(yǎng)、異養(yǎng)微生物在反硝化和硫氧化過程中的協(xié)作規(guī)律，為穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行提高處理效能提供了重要理論依據(jù)。
　　針對SR-DSR工藝單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化率偏低的問題，通過與DSR工藝微生物群落進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩種工藝系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)、多樣性指數(shù)以及功能基因的豐度都明顯不同。與DSR工藝相比，在 SR-DSR工藝中檢測到硫酸鹽還原菌（Sulfate-reducing bacteria,SRB）豐度較高，反硝化脫硫細(xì)菌（Nitrate-reduci

4、ng sulfide-oxidizing bacteria,NR-SOB）如Thiobacillus denitrificans, Sulfurimonas denitrificans和Paracoccus pantotrophus的豐度較低。這些NR-SOB豐度的變化與單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化的趨勢相同，表明它們在單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化過程中起重要作用。分析認(rèn)為NR-SOB的豐度較低是導(dǎo)致SR-DSR工藝單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化效率低的主要原因。
　　本研究提出，控制

5、微氧條件提高 SR-DSR工藝單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化率的方法。當(dāng)硝酸鹽和氧共同作為電子受體時控制 DO濃度為0.15mg/L的條件下單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化率達(dá)到82.6％，以氧作為單一電子受體時，控制DO濃度為0.10mg/L單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化率可達(dá)83%。本研究發(fā)現(xiàn)溶解氧能顯著地影響微生物群落結(jié)構(gòu)及其生物多樣性。功能基因分析發(fā)現(xiàn)溶解氧對硝酸鹽還原菌的豐度影響較小，而對硫酸鹽還原菌的影響較大，當(dāng) DO為0.35mg/L時，其豐度顯著降低，這表明工藝中的SRB在該溶解氧

6、條件下受到抑制。對工藝適量的曝氣可以有效提高 SOB的豐度，從而提高工藝的單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化效率。此外，在適度曝氣條件下，以硝酸鹽和氧共同作電子受體時檢測到SOB中NR-SOB的豐度較高，而以氧作為單一電子受體時檢測到的SOB的多樣性較高。分析表明在有硝酸鹽存在的條件下，適度曝氣可以有效提高NR-SOB的豐度，進(jìn)而提高單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化效率。
　　本研究發(fā)現(xiàn)在自養(yǎng)反硝化脫硫條件下運(yùn)行反硝化脫硫工藝能承受的最大進(jìn)水硫化物濃度為400mg/L，而工藝

7、在自養(yǎng)-異養(yǎng)微生物協(xié)同反硝化脫硫時能承受的最大進(jìn)水硫化物濃度為800mg/L。對微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)了自養(yǎng)條件下生物多樣性指數(shù)偏低，微生物群落結(jié)構(gòu)與異養(yǎng)條件以及自養(yǎng)-異養(yǎng)微生物協(xié)同反硝化脫硫時的群落結(jié)構(gòu)明顯不同。自養(yǎng)條件下檢測到的反硝化微生物的豐度與多樣性較低，這是導(dǎo)致工藝在該階段反硝化效果差的主要原因，同時也說明異養(yǎng)反硝化微生物在脫氮過程中起重要作用。對自養(yǎng)反硝化脫硫階段與自養(yǎng)-異養(yǎng)微生物協(xié)同反硝化脫硫階段樣品檢測到的功能菌群進(jìn)