厌氧氨氧化中试反应器中微生物结构研究

摘要

伴随着工业的迅猛发展，含氮废水的排放量与日俱增。传统的硝化-反硝化工艺由于处理成本高脱氮效率低等缺点已经无法满足当今的要求。厌氧氨氧化及其组合工艺因其具有购筑物面积小，无需外加有机碳源，无二次污染等优势而逐渐受到水处理工作者们的追捧。但Anammox菌群生长速度极其缓慢，倍增时间长达11天左右，而且对生长环境非常敏感，特别是有机物存在时将对脱氮性能产生严重影响，这些存在的问题严重制约着厌氧氨氧化工艺的快速发展。本研究通过对自主设计的气升回流一体式厌氧氨氧化中试反应器中的微生物群落结构研究，旨在从微生物角度为厌氧氨氧化中试反应器脱氮能力的提升以及反应器中的Anammox菌群的快速富集提供参考。本研究的主要结果如下： （1）PCR-DGGE结果表明：厌氧氨氧化中试反应器亚硝化启动成功过程中，微生物的多样逐渐降低。Richness指数从63.63%降低至33.33%，Shannon指数从2.45减少到2.28。后期亚硝化-厌氧氨氧化联合阶段由于新加入接种泥的原因，厌氧氨氧化中试反应器内的微生物多样性升高， Richness指数维持在67%， Shannon指数保持在2.6左右。亚硝化的成功启动过程实质是对 AOB细菌的富集，对NOB细菌的抑制，整个过程中微生物种类逐渐减少，AOB细菌成为唯一优势菌种，PCR-DGGE分析结果证实了这一结论。 （2）qPCR结果表明：亚硝化启动成功过程中 AOB细菌含量从1.1×1010 copies/mL增长至3.2×1011 copies/mL，而NOB细菌含量从1.1×1010 copies/mL减少到1.2×109 copies/mL，亚硝化启动过程中AOB细菌含量比NOB细菌含量高出2个数量级。AOB细菌的增加，NOB细菌的减少证实了厌氧氨氧化反应器中亚硝化能力的上升。亚硝化-厌氧氨氧化联合阶段，Anammox细菌含量提高了2个数量级， NOB细菌含量下降2个数量级，Anammox细菌的增加说明了厌氧氨氧化能力进一步得到了提升。 （3）16S rDNA测序结果表明：厌氧氨氧化反应器中的细菌主要属于变形菌门（Proteobacteria）中的β-变形菌和γ-变形菌，在C/N=0.4时期Anammox细菌得到最大程度的富集，随着C/N增大Anammox细菌逐渐消亡，异养反硝化菌得到富集。C/N=0.4是Anammox细菌最适宜生长的有机环境。 （4）实时荧光定量PCR分析有机物对厌氧氨氧化细菌脱氮性能影响结果表明：当C/N=0时，Anammox细菌含量为1.92×1010 copies/mL，DB细菌含量为1.57×109 copies/mL，此时系统脱氮能力主要由Anammox细菌提供。随着C/N不断增加，Anammox细菌不断受到抑制，异养反硝化菌得到富集。当 C/N=2.0时，Anammox细菌含量为3.18×109 copies/mL，Anammox细菌活性完全受到抑制，DB菌含量为3.74×1010 copies/mL，此时系统脱氮能力全部由反硝化菌提供。 （5）高通量测序分析有机物对厌氧氨氧化细菌结构变化影响结果表明：随着进水中有机碳含量的增加，序批式厌氧氨氧化反应器中脱氮细菌群落发生了巨大变化。其中与脱氮相关的细菌门水平上，C/N从0增加至2.0的过程中变形菌门（ Proteobacteria）在总细菌中的比例从18.94%增加至81.35%、浮霉菌门(Planctomycetes)从7.49%减少至0.07%，硝化螺旋菌门（Nitrospirae）在C/N=0.8时期含量最高达到0.39%，其他阶段仅占0.01%。随着有机物含量的增加，厌氧氨氧化反应器的脱氮能力逐渐由Anammox菌过渡到反硝化细菌，测序结果与工艺运行结果相一致。

目录

声明

第一章 绪论

1.1氮素污染及危害

1.2生物脱氮工艺研究进展

1.3 厌氧氨氧化反应原理

1.4厌氧氨氧化反应过程中的主要功能微生物

1.5厌氧氨氧化工艺中存在的缺陷

1.6常见的分子生物学技术

1.7课题研究意义，主要内容及技术路线

第二章 试验材料与方法

2.1试验材料

2.2试验方法

2.4主要仪器设备

第三章 DGGE分析厌氧氨氧化反应器中微生物群落变化

3.1引言

3.2材料与方法

3.3结果分析

3.4讨论

3.5本章小结

第四章 qPCR分析厌氧氨氧化中试反应器中功能细菌变化

4.1引言

4.2材料与方法

4.3结果分析

4.4本章小结

第五章 有机物对Anammox菌群落结构的影响

5.2 材料与方法

5.3结果分析

5.4本章小结

第六章 高通量分析有机物对Anammox菌群的影响

6.1引言

6.2材料与方法

6.3结果分析

6.4本章小结

第七章 结论与建议

7.1结论

7.2建议

图 表 目 录

参考文献

致谢

作 者 简 介