甲烷化與短程硝化耦合工藝及PAH降解反應(yīng)器構(gòu)建過(guò)程中微生物群落和功能的進(jìn)化研究.pdf

1、本論文追蹤研究了間歇運(yùn)行式膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器(SEGSB)與實(shí)現(xiàn)短程硝化的SBR反應(yīng)器集成(SEGSB-SBR)構(gòu)建過(guò)程中以及以菲、芘為唯一碳源馴化活性污泥的SBR反應(yīng)器構(gòu)建過(guò)程中不同時(shí)期的微生物群落和功能的動(dòng)態(tài)進(jìn)化過(guò)程，為闡明系統(tǒng)廢水處理機(jī)制和提高廢水處理效率提供理論依據(jù)。研究成果主要包括如下幾方面:
　　 (1)短程硝化SBR反應(yīng)器的成功構(gòu)建和與氮轉(zhuǎn)化相關(guān)功能基因的定性定量研究:SBR反應(yīng)器控制DO在0.5-1mg/L，在

2、常溫、低COD條件下實(shí)現(xiàn)低氨氮廢水的短程硝化作用，系統(tǒng)的NH4+-N氧化率為87.0％、NAR為66.8％;對(duì)成功實(shí)現(xiàn)短程硝化的SBR反應(yīng)器中氮轉(zhuǎn)化的功能基因構(gòu)建克隆文庫(kù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)定量分析:結(jié)果表明AOBamoA基因和NOBnxrB基因序列均具有較高的多樣性，amoA基因序列分屬于亞硝化單胞菌屬、亞硝化螺菌屬，大部分屬于亞硝化球菌屬。nxrB基因序列集中于硝化細(xì)菌屬的Nitrobacterhamburgensis、Nitrobacter

3、winogradskyi、Nitrobacteralkalicus以及Nitrobactervulgaris四個(gè)種。amoA基因的的定量數(shù)據(jù)高于nxrB基因，在細(xì)菌中占較大比例，正因?yàn)閍moA基因的優(yōu)勢(shì)從而造成了NO2-的積累，證實(shí)了SBR反應(yīng)器成功實(shí)現(xiàn)了短程硝化作用。
　　 (2)SEGSB反應(yīng)器的構(gòu)建和SEGSB-SBR耦合工藝的成功運(yùn)行:SEGSB反應(yīng)器控DO在0.5mg/L以下，在溫度30℃～35℃，進(jìn)水NH4+-N為8

4、0mg/L，COD從500mg/L增至4500mg/L條件下成功富集了產(chǎn)甲烷菌，系統(tǒng)COD去除率達(dá)93.98％，NH4+-N去除率為10.26％-13.65％;將穩(wěn)定運(yùn)行的短程硝化SBR反應(yīng)器和甲烷化SEGSB反應(yīng)器進(jìn)行耦合集成，形成具有甲烷化、反硝化和ANAMMOX功能的集成工藝。在進(jìn)水COD為4500mg/L，NH4+-N為90mg/L-170mg/L，內(nèi)部體積交換比在20％-40％條件下耦合反應(yīng)器成功運(yùn)行。系統(tǒng)NH4+-N去除率為

5、69.11％-71.45％，TN濃度為去除率為68.64％-71.07％，整個(gè)過(guò)程中短程硝化SBR反應(yīng)器運(yùn)行良好，氨氧化率為91.04％-95.62％。
　　 (3)集成反應(yīng)系統(tǒng)中微生物群落的動(dòng)力學(xué)變化研究:運(yùn)用高通量測(cè)序及RT-PCR技術(shù)對(duì)SEGSB及SEGSB-SBR工藝中微生物群落的動(dòng)力學(xué)進(jìn)化進(jìn)行追蹤研究，結(jié)果表明變形菌門(mén)（Proteobacteria）、綠彎菌門(mén)(chloroflexi)一直是優(yōu)勢(shì)菌，β-變形菌綱（Bet

6、aproteobacteria）、d-變形菌綱(Deltaproteobacteria)在變形菌中一直存在并占優(yōu)勢(shì)。古菌全部為廣古菌門(mén)(Euryarchaeota)的產(chǎn)甲烷菌(Methanogens)，結(jié)構(gòu)單一。定量數(shù)據(jù)表明，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中細(xì)菌的數(shù)量占優(yōu)勢(shì)，古菌的數(shù)量發(fā)生了較大的變化，出現(xiàn)了先增加后降低的趨勢(shì)。古菌的多樣性明顯少于細(xì)菌，說(shuō)明細(xì)菌具有巨大的功能冗余保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
　　 (4)降解菲、芘的SBR反應(yīng)器的構(gòu)建、運(yùn)

7、行及PAH降解基因的動(dòng)力學(xué)變化研究:SBR反應(yīng)器控制DO在5-8，在室溫條件下，控制進(jìn)水COD濃度145.83mg/l-151.44mg/l，菲或芘濃度50mg/L，反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中菲馴化階段出水COD去除率為17.57％-76.26％，菲的去除率為39.74％-92.40％，pH5.13-9.43。芘馴化階段COD去除率為34.44％-78.74％，芘的去除率為74.42％-90.07％，pH為4.10-7.41;運(yùn)用RT-PCR技術(shù)

8、研究了反應(yīng)器構(gòu)建過(guò)程中細(xì)菌數(shù)量與PAH降解基因的變化趨勢(shì)，結(jié)果表明在細(xì)菌16SrRNA基因數(shù)呈增加趨勢(shì)，從1010增加到1012，同時(shí)PAH-RHDa-GN基因與PAH-RHDa-GP基因的數(shù)量也呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，且PAH-RHDα-GN基因占優(yōu)勢(shì);構(gòu)建了菲、芘穩(wěn)定降解時(shí)期PAH降解基因的克隆文庫(kù)，基因分析結(jié)果表明，功能基因PAH-RHDα具有較高的多樣性，其功能類群主要分屬于分歧桿菌屬等11個(gè)屬，假單胞菌是革蘭氏陰性菌中的優(yōu)勢(shì)菌群，分歧桿