有機(jī)碳對(duì)硝化作用及其菌群結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、微生物處理已經(jīng)成為目前最常見(jiàn)的城市廢水處理方式，而微生物處理過(guò)程中的除氨氮效率經(jīng)常因各種環(huán)境因素的影響而不穩(wěn)定，其中，有機(jī)負(fù)荷的影響是最顯著的--有機(jī)物存在下，異養(yǎng)細(xì)菌會(huì)大量繁殖并與自養(yǎng)硝化細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng)溶解氧、氨氮等底物，使得硝化速率大大降低。本文通過(guò)添加有機(jī)碳研究其存在情況下對(duì)硝化作用及其菌群結(jié)構(gòu)的短期和長(zhǎng)期影響。 在短期影響研究中將通過(guò)將10％富集硝化菌接入500ml含200mg/L NH<,4><'+>-N不同有機(jī)碳與無(wú)機(jī)氨

2、氮比(C/N為0，0.5，1，2，4，8和16)的人工廢水培養(yǎng)基中，在溫度30℃，溶解氧6mg/L下培養(yǎng)。每隔8h分析NH<,4><'+>-N，NO<,2><'->-N，NO<,3><'->-N以及總氮變化情況檢測(cè)硝化作用的變化。然后提取DNA通過(guò)變性梯度凝膠電泳技術(shù)(DGGE)研究隨有機(jī)碳與無(wú)機(jī)氨氮比(C/N)升高，微生物菌群結(jié)構(gòu)的演變、相似性和多樣性。并且回收DGGE條帶測(cè)序確定其屬種。 長(zhǎng)期影響研究中通過(guò)將硝化細(xì)菌掛膜培

3、養(yǎng)形成穩(wěn)定生物膜，然后3個(gè)月內(nèi)每天添加150ml含200mg/L NH<,4><'+>-N不同C/N人工廢水培養(yǎng)基，溫度30℃，溶解氧6mg/L下培養(yǎng)。每天監(jiān)測(cè)出水NH<,4><'+>-N，NO<,2><'->-N和NO<,3><'->-N的變化。經(jīng)過(guò)3個(gè)月后測(cè)定其24h轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)曲線，并測(cè)定總氮。隨后提取生物膜及游離細(xì)菌DNA，通過(guò)DGGE研究菌群變化、相似性和多樣性。然后確定具體微生物組成。 從短期影響來(lái)看，C/N為0到4

4、NH<,4><'+>-N完全轉(zhuǎn)化所需時(shí)間分別為64h，72h，80h，80h，120h。C/N為8和16時(shí)在144h小時(shí)都沒(méi)有完全轉(zhuǎn)化。C/N從0到4 NO<,2><'->-N積累達(dá)到最大的時(shí)間為32h，56h，80h，80h，104h。C/N為8時(shí)在144h都沒(méi)有達(dá)到最大；而C/N為16時(shí)則無(wú)任何亞硝酸鹽出現(xiàn)。C/N為O時(shí)64小時(shí)后NO<,3><'->濃度達(dá)到了最大值，隨著C/N增加，達(dá)到最大NO<,3><'->濃度時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。C/

5、N為0.5到2時(shí)分別為88h，120h，120h。C/為4和8時(shí)144h之內(nèi)都未達(dá)到最大值。C/N為16時(shí)則無(wú)硝酸鹽產(chǎn)生?？偟獪y(cè)定顯示短期影響下無(wú)明顯的氮損失。菌群結(jié)構(gòu)研究表明優(yōu)勢(shì)菌群隨著C/N增加從無(wú)有機(jī)碳的：Nitrosomonas sp.Nitrobacter sp.和 Flavobacteriaceae 轉(zhuǎn)變?yōu)?Pseudomonas sp.、 Acinetobacter junii 和 Pseudoxanthomonas by

6、ssovorax。菌群結(jié)構(gòu)之間的相似性隨著C/N增加而減小?？偩鄻有栽贑/N為2時(shí)達(dá)到最大，其他差異不大。AOB和NOB多樣性變化也不大。從長(zhǎng)期影響來(lái)看，在入水NH<,4><'+>-N 200mg/L下，從C/N為0.5至4在初始添加有機(jī)碳時(shí)氨氮去除率分別降低10％，20％，25％和50％左右，隨后恢復(fù)到和C/N為0時(shí)相同，但是隨著C/N增加需要的恢復(fù)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。C/N為8和16時(shí)則氨氮去除率減少50％并始終未恢復(fù)。24小時(shí)轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)

7、曲線分析表明隨著從C/N從0.5增加到4完全轉(zhuǎn)化NH<,4><'+>-N所需時(shí)間分別增加0h，4h，4h和6h；C/N為8和16時(shí)則增加8h以上，24h后仍然殘留NH<,4><'+>-N達(dá)到40％左右。24小時(shí)轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)曲線分析表明隨著C/N從0.5增加到4亞硝酸鹽達(dá)到峰值的時(shí)間分別增加2h，6h，4h和10h。C/N為8和16時(shí)每天出水和24小時(shí)轉(zhuǎn)化峰值曲線分析中均無(wú)NO<,2><'->-N出現(xiàn)。隨著C/N從0.5增加到4出水的NO<,

8、3><'->-N分別減少為僅占入水NH<,4><'+>-N的60％，80％，70％和20％。24h轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)曲線分析表明達(dá)到NO<,3><'->-N峰值時(shí)間相比于C/N為0在C/N為0.5，1和2時(shí)分別增加2h，6h和2h。C/N為4時(shí)在24h內(nèi)NO<,3><'->-N濃度未達(dá)到峰值。C/N為8和16時(shí)每天出水和24轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)曲線分析未檢測(cè)到NO<,3><'->-N。通過(guò)總氮分析表明從C/N為0.5至16時(shí)總氮分別減少35％，20％，25％

9、，60％，60％和60％左右。表明添加有機(jī)碳后，微生物在硝化過(guò)程中發(fā)生了反硝化。通過(guò)DGGE分析表明，無(wú)有機(jī)碳情況下優(yōu)勢(shì)菌群為：Nitrosomonas europaea、Pseudoxanthomonas byssovaorax,Nitrobacter sp.。在長(zhǎng)期添加有機(jī)碳后優(yōu)勢(shì)菌群演變?yōu)镈ysgonomonas、Pseudomonas sp.、 Acinetobacter junii、Acidovorax sp.、Comamon

10、as sp.。其中Pseudomonas sp.、Accidovorax sp.、 Comamonas sp.都曾報(bào)道過(guò)有反硝化作用。這一結(jié)果表明，在長(zhǎng)期添加有機(jī)碳以后，微生物菌群從以硝化細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)菌群演變?yōu)橐援愷B(yǎng)反硝化細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)菌群，硝化過(guò)程也由僅硝化轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)硝化反硝化。在高C/N時(shí)，盡管反硝化菌占多數(shù)，但硝化菌并沒(méi)有消失，而是與反硝化菌同存。菌群結(jié)構(gòu)之間的相似性隨著C/N增加而減小?？偩鄻有栽贑/N為1時(shí)達(dá)到最大，其他差異不大。