鹽分對自養與異養短程硝化生物膜特性的影響機理研究

《鹽分對自養與異養短程硝化生物膜特性的影響機理研究》是依託浙江大學，由梁志偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鹽分對自養與異養短程硝化生物膜特性的影響機理研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：梁志偉
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

近年來我國日益加劇的水體富營養化使得廢水生物脫氮技術研究得到廣泛關注，開發套用新型高效低能耗的短程硝化脫氮工藝顯得尤為重要，而鹽分又被普遍認為是抑制硝化效率的重要因素之一，目前關於鹽分脅迫對短程硝化生物膜的影響作用機制還不清楚。本項目將運用分子生物學的技術手段與微電極分析和巨觀的硝化生物膜脫氮速率測定相結合，重點研究鹽分脅迫對自養與異養短程硝化生物膜硝化效率差異的影響規律，以及硝化效率與基質在生物膜界面傳質之間的內在聯繫，揭示生物膜的結構特性和微生物種群演變與鹽分脅迫的回響機理，進而闡明鹽分脅迫下硝化微生物生態調控的作用機制，並解析耐鹽硝化微生物的基序特徵，為含鹽廢水的新型生物脫氮理論和工藝的開發提供科學依據。

結題摘要

鹽分會對微生物產生一定的抑制和毒害作用，高鹽廢水生物脫氮技術是目前生物脫氮工藝的難點，研究鹽分脅迫對短程硝化生物膜的影響作用機制對新型高效低能耗的短程硝化脫氮工藝開發具有重要意義。本項目採用固定床生物膜反應器，在實現短程硝化工藝的基礎上，逐步提高進水鹽度，進而實現微生物的耐鹽馴化，結果表明適量的有機碳 (COD:N=2.6:1)對短程硝化生物膜系統有利，在鹽分濃度（以NaCl計）從0g/L增加到70g/L的過程中，自養反應器的氨氮去除率和亞硝化率基本上都維持在80%以上，異養反應器的氨氮去除率和亞硝化率基本上維持在70%和90%以上，NOB更易受到鹽分抑制，可以獲得更好的亞硝化率，達到穩定狀態所需時間較短，但氨轉化率變化上的明顯波動，異養反應器的鹽分抑制濃度小於自養反應器，顯示了自養反應器更耐受高鹽分的衝擊。自養、異養反應器都在鹽分濃度為70 gL-1時受到了抑制，這一濃度高於已報導的文獻值。自養和異氧生物膜都是局部氧氣滲透，導致了兩種生物膜都存在好氧、缺氧和厭氧生長區域，生物膜的不均勻及多孔結構導致了與微生物群落結構相關的複雜氧氣滲透模式。隨著進水鹽濃度的增加，自養和異氧生物膜β-多糖及細胞數量也逐漸降低，但異養生物膜的細胞數量隨著鹽濃度的增加衰減現象比自養生物膜更為顯著，異養生物膜比自養生物膜在高鹽濃度下更快的硝化細菌流失速度。自養生物膜的脂質、蛋白質及α多糖在進水鹽分增加時先增加再降低，而異養生物膜各成分濃度隨鹽的增加一直呈現遞減，顯示了自養、異養條件下硝化細菌在鹽脅迫下的不同回響機制。兩個反應器的總細菌數量和AOB數量均不斷下降，自養反應器中AOB數量占總細菌數量的比例呈現出一個下降又上升的過程，異養反應器則一直處於逐漸下降的過程，異養系統較自養系統更易受到鹽分的抑制作用。自養反應器和異養反應器的多樣性指數（H）和辛普森指數（D）均隨著鹽分濃度的增加而降低，但微生物群落結構存在顯著差異，自養反應器中的AOB為亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas），異養反應器中的AOB包括亞硝化螺菌屬（Nitrosospira）和亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）。反應器菌種結構逐漸向以耐鹽菌為優勢菌種的方向演變，導致反應器具有良好的耐受高鹽濃度衝擊的性能，這為利用生物膜處理高鹽含氨氮廢水提供了一定的理論依據。