有机碳对硝化作用及其菌群结构的影响.pdf

1、微生物处理已经成为目前最常见的城市废水处理方式，而微生物处理过程中的除氨氮效率经常因各种环境因素的影响而不稳定，其中，有机负荷的影响是最显著的--有机物存在下，异养细菌会大量繁殖并与自养硝化细菌竞争溶解氧、氨氮等底物，使得硝化速率大大降低。本文通过添加有机碳研究其存在情况下对硝化作用及其菌群结构的短期和长期影响。 在短期影响研究中将通过将10％富集硝化菌接入500ml含200mg/L NH<,4><'+>-N不同有机碳与无机氨

2、氮比(C/N为0，0.5，1，2，4，8和16)的人工废水培养基中，在温度30℃，溶解氧6mg/L下培养。每隔8h分析NH<,4><'+>-N，NO<,2><'->-N，NO<,3><'->-N以及总氮变化情况检测硝化作用的变化。然后提取DNA通过变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)研究随有机碳与无机氨氮比(C/N)升高，微生物菌群结构的演变、相似性和多样性。并且回收DGGE条带测序确定其属种。 长期影响研究中通过将硝化细菌挂膜培

3、养形成稳定生物膜，然后3个月内每天添加150ml含200mg/L NH<,4><'+>-N不同C/N人工废水培养基，温度30℃，溶解氧6mg/L下培养。每天监测出水NH<,4><'+>-N，NO<,2><'->-N和NO<,3><'->-N的变化。经过3个月后测定其24h转化动态曲线，并测定总氮。随后提取生物膜及游离细菌DNA，通过DGGE研究菌群变化、相似性和多样性。然后确定具体微生物组成。 从短期影响来看，C/N为0到4

4、NH<,4><'+>-N完全转化所需时间分别为64h，72h，80h，80h，120h。C/N为8和16时在144h小时都没有完全转化。C/N从0到4 NO<,2><'->-N积累达到最大的时间为32h，56h，80h，80h，104h。C/N为8时在144h都没有达到最大；而C/N为16时则无任何亚硝酸盐出现。C/N为O时64小时后NO<,3><'->浓度达到了最大值，随着C/N增加，达到最大NO<,3><'->浓度时间越来越长。C/

5、N为0.5到2时分别为88h，120h，120h。C/为4和8时144h之内都未达到最大值。C/N为16时则无硝酸盐产生。总氮测定显示短期影响下无明显的氮损失。菌群结构研究表明优势菌群随着C/N增加从无有机碳的：Nitrosomonas sp.Nitrobacter sp.和 Flavobacteriaceae 转变为 Pseudomonas sp.、 Acinetobacter junii 和 Pseudoxanthomonas by

6、ssovorax。菌群结构之间的相似性随着C/N增加而减小。总菌多样性在C/N为2时达到最大，其他差异不大。AOB和NOB多样性变化也不大。从长期影响来看，在入水NH<,4><'+>-N 200mg/L下，从C/N为0.5至4在初始添加有机碳时氨氮去除率分别降低10％，20％，25％和50％左右，随后恢复到和C/N为0时相同，但是随着C/N增加需要的恢复时间越来越长。C/N为8和16时则氨氮去除率减少50％并始终未恢复。24小时转化动态

7、曲线分析表明随着从C/N从0.5增加到4完全转化NH<,4><'+>-N所需时间分别增加0h，4h，4h和6h；C/N为8和16时则增加8h以上，24h后仍然残留NH<,4><'+>-N达到40％左右。24小时转化动态曲线分析表明随着C/N从0.5增加到4亚硝酸盐达到峰值的时间分别增加2h，6h，4h和10h。C/N为8和16时每天出水和24小时转化峰值曲线分析中均无NO<,2><'->-N出现。随着C/N从0.5增加到4出水的NO<,

8、3><'->-N分别减少为仅占入水NH<,4><'+>-N的60％，80％，70％和20％。24h转化动态曲线分析表明达到NO<,3><'->-N峰值时间相比于C/N为0在C/N为0.5，1和2时分别增加2h，6h和2h。C/N为4时在24h内NO<,3><'->-N浓度未达到峰值。C/N为8和16时每天出水和24转化动态曲线分析未检测到NO<,3><'->-N。通过总氮分析表明从C/N为0.5至16时总氮分别减少35％，20％，25％

9、，60％，60％和60％左右。表明添加有机碳后，微生物在硝化过程中发生了反硝化。通过DGGE分析表明，无有机碳情况下优势菌群为：Nitrosomonas europaea、Pseudoxanthomonas byssovaorax,Nitrobacter sp.。在长期添加有机碳后优势菌群演变为Dysgonomonas、Pseudomonas sp.、 Acinetobacter junii、Acidovorax sp.、Comamon

10、as sp.。其中Pseudomonas sp.、Accidovorax sp.、 Comamonas sp.都曾报道过有反硝化作用。这一结果表明，在长期添加有机碳以后，微生物菌群从以硝化细菌为优势菌群演变为以异养反硝化细菌为优势菌群，硝化过程也由仅硝化转变为同时硝化反硝化。在高C/N时，尽管反硝化菌占多数，但硝化菌并没有消失，而是与反硝化菌同存。菌群结构之间的相似性随着C/N增加而减小。总菌多样性在C/N为1时达到最大，其他差异不大。