短程脱氮好氧颗粒污泥形成过程中微生物群落动态分析王爱杰

酸盐废水的处理工艺往往是在两个不同的工艺系统中进行的,这样不仅增加了废水治理的难度,同时也提高了处理成本。笔者针对此类废水的特性,开发出“产酸硫酸盐还原(ASR)、同步脱硫反硝化(SDD)”工艺系统。在ASR单元,废水中的硫酸盐和有机物被转化为硫化物和乙酸盐;在sDD单元,硫化物、硝酸盐和乙酸盐被自养脱硫反硝化菌(如hTiobacillusdeintr沪can:)和异养反硝化菌(如sPeudomonas)转化为单质硫和氮气,从而实现废水碳氮硫同步脱除的目的。本文通过厌氧固定床生物膜(AFBB)反应器和颗粒污泥膨胀床(EGsB)反应器探讨了硫化物、硝酸盐和乙酸盐共存条件下,SDD单元的运行效能。采用AFBB反应器的连续流试验结果表明,在水力停留时间(HRJ,)为10h,pH为.75,硫氮比为:56的条件下,最大处理负荷可达.24kg一52一,.d,该负荷下可获得100%的硫化物去除率和高于.24kg一sm/,.d的平均单质硫产率,反硝化脱氮率超过90%。采用EGsB反应器的试验结果表明,在水力停留时间(HRT)为2h4,pH为.75,硫氮比为:56的条件下,进水硫氮负荷分别可达.040kg一sm/,·d和.028kg一N/m,.d。通过连续流试验确定了最佳碳氮(C加)比为1.26:1,此时硫化物去除率达到100%,反硝化脱氮率超过99%,平均单质硫产率达.042kgs/m,·d。在最佳的工艺条件下,硫化物和硝酸盐的最大处理负荷分别达到.487kg一sm/,.d和2.56kg.N/m3·d,硫化物去除率达到100%,反硝化脱氮率超过90%,平均单质硫产率为5.0kgs/m,.d,处理效能远远高于目前国内外报道的同步脱硫反硝化工艺(0.294kg一Sm一,d一,,0.2ogkg一Nm一,d一`)。同时,通过分离筛选,从活性污泥中获得一株自养脱硫反硝化细菌(hTiobacillusdeintr沪can4Y)。该菌为棒杆状,长1一3um,革兰氏阴性,兼性厌氧,端生鞭毛,最佳生长pH为.70,最适温度28一30℃。通过连续流运行试验,探讨菌株Y4的同步脱硫反硝化能力。结果表明,菌株Y4的最佳硫氮比为:53,硫化物浓度的上限为300mg几,且当硫化物的浓度为200mg几时,单质硫转化率和反硝化脱氮率分别为90%和80%。这说明,在sDD处理单元中,hTiobacillusdeintr沙an是典型的自养脱硫反硝化功能微生物。关键词:同步脱氮脱硫;工艺;hTiobacillusdein介必an;自养反硝化;异样反硝化致谢:教育部“新世纪优秀人才支持计划,,项目资助(2005一2009)短程脱氮好氧颗粒污泥形成过程中微生物群落动态分析王爱杰姜秀光任南琪郭磊丁有成程翔哈尔滨工业大学市政环境工程学院哈尔滨150090(E一mail:[e-mail]好氧颗粒污泥具有沉降性能好、生物持有量高和抗冲击负荷能力强等优点,因此在废水处理领域具有重大的应用价值。研究表明,通过好氧颗粒污泥可以实现同步硝化反硝化脱氮,但是对于该体系功能微生物的研究还相当有限。因此,本研究着眼于处理高浓度氨氮废水的短程脱氮好氧颗粒污泥,运用DGGE技术,对脱氮好氧颗粒污泥形成及工艺运行过程中的功能微生物及群落动态进行分析,以期为工艺运行提供理论指导。采用DGGE技术,分析脱氮型好氧颗粒污泥形成过程中不同时期的污泥样品。试验结果表明,亚硝酸细菌包含自养的亚硝化单胞菌属和异养的脱氮副球菌属,是自养硝化和异养硝化共同作用的结果,虽然亚硝化单胞菌属富集非常明显,但异养的脱氮副球菌是反应器的优势菌,氨氧化应以异养氨氧化为主;分析认为,自养的硝酸细菌在25℃时的生长速率不如亚硝酸细菌,争夺无机碳源的能力也不如亚硝酸细菌,因此在出现短暂的富集后逐渐被竞争掉。脱氮型好氧颗粒污泥中的反硝化细菌包含脱氮副球菌尸aarcoccusdeintr沪can:、红杆菌属hR口dobacet;和陶厄氏菌属hTauearsP.,其中脱氮副球菌尸aarcoccusdenitr沪can:、红杆菌属hRodobacet;为兼性厌氧菌,厌氧区出现后,可以以硝酸根做电子受体进行反硝化。在脱氮型好氧颗粒污泥形成过程中,微生物菌群落演替明显,亚硝化单胞菌属和丝状菌大量富集,而丝状菌在颗粒污泥解体后数量明显减少,推测丝状菌在好氧颗粒污泥形成过程中起着架构作用。链球菌属、拟杆菌等兼性厌氧菌,在颗粒形成后大量富集,颗粒解体后数量减少,证明颗粒形成后厌氧区的存在。关键词好氧颗粒污泥;同步硝化反硝化;DGGE;amoA;onsZ致谢:教育部“新世纪优秀人才支持计划”项目资助(2005一2009)自养脱硫反硝化工艺微生物群落诊断的SSCP技术优化王爱杰网洪晶于振国任南琪刘春爽张运晴哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨250090(E一mail:[e-mail])单链构象多态性(Pc-Rssc)P技术作为一种监测群落结构以及动态的有效方法,具有快速、简便、灵敏等特点。本文通过分析自养脱硫反硝化工艺的活性污泥样品,对SSCP技术进行了优化,以期更有针对性地诊断和调控工艺运行。采用的自养脱硫反硝化活性污泥来源于厌氧膨胀床反应器(AaneoriboAatthcediFlmExPandedBed,AAFEB)。反应器采用连续流方式启动运行,将间歇培养巧天的活性污泥投入反应器,采用模拟废水(以乳酸钠为唯一碳源,c0D浓度为200omg几,5042一为1o00mg几,NO3一为23.25mg几),HRT控制在1h0,进水pH值和碱度分别控制在.70一8.0和10oomg/L。反应器连续流运行4d0完成启动过程,在分析同步脱氮脱硫系统中微生物群落结构时,采用Vl一V3可变区为靶对象,预计长度为soobP。丙烯酞胺与甲叉的比例为4:91时,质量分数为8%的凝胶条带模糊,无可读性;质量分数为12%凝胶电泳所得图谱多样性较好,分辨率高,条带整齐,可以作为实验采用浓度;质量分数为16%凝胶虽然能够分离一定数量的微生物类群,但是微生物群落多样性没有表现出来,不宜采用。凝胶中加入去离子甲酞胺有助于提高敏感性,增强SSCP图谱的可读性。将去离子甲酞胺分别以1:1、1:2和1:3比例和上样缓冲液混合,再与样品混合后变性上样,研究发现去离子甲酞胺和上样缓冲液以1:3(体积分数)比例进行SSCP分析时,条带分离效果好,条带整齐,清晰度高,多样性较高,有利于对图谱进行后续的测序分析。凝胶内温度恒定是SSCP分析最关键的因素,当电压为3OOV,电泳时间均为18h时,本试验在4℃时获得了较20℃电泳条件下条带整齐,分辨率高,可读性强的图谱。基于上述优化实验结果,以PCR一SSCP考察厌氧膨胀床反应器启动过程中反应器内部