同步脫硫脫氮工藝中微生物群落結構及其功能解析.pdf

1、隨著我國經濟的快速發(fā)展，含硫含氮有機廢水對水體環(huán)境的污染日趨嚴重，已經成為環(huán)保領域亟待解決的難題。生物法處理此類廢水可以實現(xiàn)碳氮硫污染物的有效脫除并能回收單質硫。針對同步脫硫脫氮工藝中的功能微生物群落結構與功能進行研究將有助于優(yōu)化工藝運行條件發(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，采用宏基因組學技術-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工藝運行效能的因素，提出了采用曝氣強化方式來提高工藝單質硫轉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硫轉化的影響機制，發(fā)現(xiàn)了DSR工藝不同運行階段對微生物群落結構功能的影響

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工藝單質硫轉化率偏低的問題，通過與DSR工藝微生物群落進行比較，發(fā)現(xiàn)兩種工藝系統(tǒng)中微生物群落結構、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豐度的變化與單質硫轉化的趨勢相同，表明它們在單質硫轉化過程中起重要作用。分析認為NR-SOB的豐度較低是導致SR-DSR工藝單質硫轉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工藝單質硫轉化率的方法。當硝酸鹽和氧共同作為電子受體時控制 DO濃度為0.15mg/L的條件下單質硫轉化率達到82.6％，以氧作為單一電子受體時，控制DO濃度為0.10mg/L單質硫轉化率可達83%。本研究發(fā)現(xiàn)溶解氧能顯著地影響微生物群落結構及其生物多樣性。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 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硫轉化效率。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，進而提高單質硫轉化效率。
　　本研究發(fā)現(xiàn)在自養(yǎng)反硝化脫硫條件下運行反硝化脫硫工藝能承受的最大進水硫化物濃度為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水硫化物濃度為800mg/L。對微生物群落結構進行分析發(fā)現(xiàn)了自養(yǎng)條件下生物多樣性指數(shù)偏低，微生物群落結構與異養(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構明顯不同。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