复合铁酶促活性污泥工艺生物脱氮除磷效能及微生物多样性研究

摘要

水体富营养化已成为全球范围内倍受人们关注的环境生态问题，控制和治理氮磷污染是解决水体富营养化问题的根本途径。微生物是污水净化的主要载体，对生物脱氮除磷起着至关重要的作用，因此微生物多样性和群落结构的变化直接影响到处理系统生物脱氮除磷的效果。复合铁酶促活性污泥强化生物脱氮除磷技术通过铁离子介入微生物生化反应与能量代谢过程，强化铁离子参与电子传递作用与酶促反应激活剂作用，提高生物脱氮除磷效率，从源头上解决生物脱氮除磷系统存在的诸多固有矛盾与瓶颈问题，为污水高效深度脱氮除磷技术开发提供一种的新思路和方法。本研究以实际城镇污水为研究对象，采用分子生物学手段16S rDNA克隆文库方法，对比研究了复合铁酶促活性污泥和普通活性污泥的生物脱氮除磷效果及微生物群落结构和功能的差异，从微生物多样性角度分析复合铁酶促活性污泥生物脱氮除磷作用原理，为研究其强化生物脱氮除磷的生物学机制奠定理论基础。
　　反应温度变化对复合铁酶促活性污泥和普通活性污泥工艺硝化能力、微生物活性以及脱氮除磷效率的对比研究结果表明：两种工艺硝化能力及微生物活性低温条件下均受到一定程度的影响，但相同温度条件下，复合铁酶促活性污泥系统硝化能力、微生物活性及脱氮除磷效率均明显优于普通活性污泥系统；在反应温度为20℃、16℃、12℃和8℃条件下，复合铁酶促活性污泥系统与普通活性污泥系统的比硝化速率分别为2.55、2.51、2.27、1.39mgNH3-N/(gVSS*h))和2.46、2.07、1.73、0.33mgNH3-N/(gVSS*h))，复合铁酶促活性污泥在低温条件下表现出较好的抗低温硝化能力；低温对复合铁酶促活性污泥与普通活性污泥的污泥结构和生物相均产生不同程度的影响，但对比结果显示复合铁酶促活性污泥的污泥结构和生物相更稳定。
　　在纯培养条件下采用BIOLOG和16S rDNA克隆文库的方法对两活性污泥系统样品进行微生物种群鉴定，共分离得到33株细菌，经鉴定结果表明：分离得到的细菌类群主要为a-proteobacteria、β-proteobacteria、γ-proteobacteria、Firmicutes和Actinobacteria。优势菌群均为β-proteobacteria和γ-proteobacteria，但Acidovoraxsp.、Burkholderia thailandensis和Comamonas sp.只在复合铁酶促活性污泥系统中分离得到，普通活性污泥系统未分离到；Chromobacterium sp.只在普通活性污泥中分离得到，复合铁酶促活性污泥中未分离到。
　　在混合培养条件下采用构建16S rDNA克隆文库的方法对两活性污泥系统样品进行微生物种群鉴定，结果表明：(1)两活性污泥系统中细菌类群主要为Proteobacteria、Bacteroides、Firmicutes和Candidate division TM7；(2)两活性污泥中微生物的组成存在以下差别：复合铁酶促活性污泥的优势菌群为γ-proteobacteria，Bacteroides，而普通活性污泥中优势菌群为Bacteroides、γ-proteobacteria；(3)Thauera sp.、Comamonas sp.、Uncultured gammaproteobacterium、Geobacter pelophilus、Flavobacterium ferrugineum和UnculturedBacteroidetes bacterium只出现在复合铁酶促活性污泥系统中，说明复合铁酶促活性污泥生物多样性较普通活性污泥更加丰富，铁离子对活性污泥微生物群落结构及其功能多样性产生一定影响，从而在一定程度上对复合铁酶促活性污泥生物脱氮除磷效果产生影响。