王維奇,王秀杰,李 軍,王思宇

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包埋厭氧氨氧化的脫氮特性及其微生物群落結(jié)構(gòu)

王維奇,王秀杰,李 軍*,王思宇

(北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,北京 100124)

采用聚乙二醇二丙烯酸酯作為載體,分別以N,N,N,′N′-四甲基乙二胺(TEMED),過硫酸鉀(KPS)作為促進(jìn)劑和引發(fā)劑,對(duì)厭氧氨氧化菌進(jìn)行包埋固定化.采用正交試驗(yàn)優(yōu)化包埋條件,得到的最佳條件為: 10% PEGDA單體,0.25% KPS,0.5% TEMED,最佳的操作條件為:聚合溫度20℃,聚合時(shí)間控制在5min左右,菌膠比選取1:1.包埋顆粒的連續(xù)流實(shí)驗(yàn)表明,顆粒經(jīng)過短暫的活性恢復(fù)后,脫氮效果不斷提升,并且對(duì)水力負(fù)荷的提高有一定的抗沖擊能力.掃描電鏡(SEM)表明本實(shí)驗(yàn)包埋材料具有很好的生物相容性,且具有良好的傳質(zhì)性能.高通量測(cè)序顯示,穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后,顆粒內(nèi)微生物多樣性略有減小,厭氧氨氧化功能菌占整個(gè)微生物體系比例由6.58%上升至9.8%,微生物種群的變化說明了包埋后厭氧氨氧化性能能夠得到更大的提升.

厭氧氨氧化菌；聚乙二醇二丙烯酸酯；包埋；脫氮；微生物群落結(jié)構(gòu)

厭氧氨氧化(ANAMMOX)是指在厭氧或缺氧條件下,一類浮霉菌門細(xì)菌以亞硝酸鹽為電子受體,將銨鹽氧化產(chǎn)生氮?dú)獠a(chǎn)生少量硝酸鹽的過程[1-3].與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比,厭氧氨氧化工藝具有能耗低,占地面積小,產(chǎn)生的剩余污泥量少,不需要外加有機(jī)碳源等優(yōu)點(diǎn)[4].但無論是絮狀還是顆粒厭氧氨氧化污泥,都存在菌體流失,顆粒形成過程緩慢的問題[5-6];因此減少或者防止厭氧氨氧化菌體流失,保持生物量成為研究厭氧氨氧化工藝的主要方向之一[7-8].20世紀(jì)70年代中期,水處理領(lǐng)域引入了微生物固定化技術(shù),目前該技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用開發(fā)階段.微生物固定化技術(shù)是經(jīng)過特定的技術(shù)方法將細(xì)菌細(xì)胞固定在一定的載體上,能夠減少甚至防止發(fā)生菌體流失現(xiàn)象,并提高細(xì)菌的可利用率,從而達(dá)到簡化處理工藝,提高應(yīng)用效率的目的[9].

包埋法固定微生物是目前普遍應(yīng)用的一種固定化方法[10-11],其采用特定的材料將微生物菌株包埋在半透性的聚合物凝膠或膜內(nèi),以達(dá)到提高生物量的目的.然而現(xiàn)有包埋材料制備的厭氧氨氧化包埋顆粒普遍存在生物活性低,機(jī)械強(qiáng)度不足,長期運(yùn)行穩(wěn)定性不夠等一系列問題,即使通過各種方式對(duì)包埋顆粒進(jìn)行強(qiáng)化,效果也并不明顯[12-13].另外,由于厭氧氨氧化菌的世代周期長,細(xì)胞產(chǎn)率低,且易受環(huán)境條件影響等特點(diǎn)[14],使得厭氧氨氧化菌的包埋成為難點(diǎn).聚乙二醇二丙烯酸酯作為一種新型包埋材料,多用于硝化菌以及反硝化菌的固定化研究, 例如將其用于包埋硝化細(xì)菌,并與彈性塑料填料硝化生物膜反應(yīng)器作對(duì)比,啟動(dòng)30d后,包埋反應(yīng)器硝化速率達(dá)到39mgN/(L·h),優(yōu)于生物膜25mgN/(L·h)[15];此外,將其作為反硝化菌的載體,用于處理硝酸鹽合成廢水,16d后,發(fā)現(xiàn)反硝化速率高達(dá)4.4kgN/ (m3·d)[16].然而其用于包埋厭氧氨氧化菌的研究卻鮮有報(bào)道.因此本實(shí)驗(yàn)采用其作為固定化介質(zhì)[17],對(duì)厭氧氨氧化菌進(jìn)行固定化試驗(yàn).為制備具有良好機(jī)械性能和脫氮效果的包埋顆粒,本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)對(duì)包埋條件進(jìn)行了優(yōu)化.并觀察了包埋顆粒長期運(yùn)行的穩(wěn)定性,分析了運(yùn)行前后微生物群落的變化,以探索本包埋材料的特點(diǎn)以及應(yīng)用的優(yōu)勢(shì).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

厭氧氨氧化污泥取自實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定運(yùn)行4a的UASB反應(yīng)器[18];實(shí)驗(yàn)所用藥劑及儀器:聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA),生化試劑;四甲基乙二胺(TEMED),生化試劑;過硫酸鉀(KPS),分析純;磷酸二氫鈉(NaH2PO4·2H2O),分析純;磷酸氫二納(Na2HPO4.12H2O),分析純;氯化鈉(NaCl),分析純;氯化鉀(KCl),分析純.

實(shí)驗(yàn)用水采用人工配水,主要成分見表1,微量元素Ⅰ和Ⅱ參照文獻(xiàn)[19],pH值為7.5~8.0.

表1 人工模擬廢水成分組成

微量元素Ⅰ組成:FeSO4, 5g/L;EDTA, 5g/L;微量元素Ⅱ組成:EDTA, 15g/L; CuSO4·5H2O, 0.2g/L; ZnSO4·7H2O, 0.43g/L; CoCl2·6H2O, 0.24g/L; MnCl2·4H2O, 0.99g/L; NaMoO4·2H2O, 0.22g/L; NiCl2·6H2O, 0.19g/L; NaSeO4, 0.11g/L; H3BO3, 0.014g/L; NH4+-N, NO2－-N分別用NH4Cl和NaNO2按需配制.

1.2 固定化顆粒的制備

1.2.1 污泥濃縮液的制備 由UASB反應(yīng)器取得的厭氧氨氧化顆粒污泥,將其打碎,經(jīng)PBS (0.1mol/L, pH 7.4)沖洗2~3次,除去污泥表面的殘留基質(zhì), 4000r/min離心10min,制得污泥濃縮液.

1.2.2 包埋顆粒制作過程 取一定量PEGDA溶解于磷酸緩沖溶液中,加入一定量的TEMED并將pH調(diào)至7.0,將制得的溶液與污泥濃縮液按一定比例混合,攪拌均勻.加入一定量KPS,迅速攪拌,一定溫度下(20~30℃)聚合一定時(shí)間后混合液成固態(tài),將形成的凝膠切成3mm×3mm×3mm的立方體,即得PEGDA包埋顆粒.將制得的包埋顆粒用去離子水沖洗徹底,將未交聯(lián)的PEGDA單體和未固定的厭氧氨氧化菌洗出.而后浸泡于去離子水中,低溫避光貯存.

1.3 分析方法

1.3.1 水質(zhì)分析方法 NH4+-N:納氏試劑光度法;NO2－-N:N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法;NO3－-N:麝香草酚分光光度法;pH/溫度:WTW/Multi3420測(cè)定儀.

1.3.2 包埋顆粒機(jī)械穩(wěn)定性測(cè)定方法 取大小相似的包埋顆粒各30粒加入血清瓶反應(yīng)器(圖1)中,加入400mL去離子水,600r/min磁力攪拌48h后觀察完好包埋顆粒占原顆粒數(shù)的比例[20].

1.3.3 厭氧氨氧化性能的測(cè)定方法 包埋顆粒厭氧氨氧化性能測(cè)定裝置如圖1所示.取活化后的包埋顆粒40mL,轉(zhuǎn)入500mL的帶塞血清瓶中,血清瓶用黑色反光紙包裹,加入400mL人工廢水,放在恒溫磁力攪拌器上.進(jìn)氣口通過通高純氮?dú)?0min左右以吹脫水中的溶解氧進(jìn)而保證厭氧環(huán)境.磁力攪拌器轉(zhuǎn)速150r/min,溫度保持30℃.隔一定時(shí)間用注射器通過進(jìn)氣口取樣.每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置3組平行取平均值.

1.3.4 掃描電鏡分析 包埋顆粒掃描電鏡(SEM)分析:取出包埋顆粒,清洗后經(jīng)2.5%戊二醇固定1.5h,PBS清洗3遍,隨后經(jīng)體積分?jǐn)?shù)為50%,70%, 80%,90%,100%乙醇梯度脫水,每次10~15min,最后用乙酸異戊酯置換,冷凍干燥24h后在樣品表面鍍上一層1500nm厚的金屬膜,采用Hitachi S-4300型掃描電鏡進(jìn)行觀察.

圖1 厭氧氨氧化性能測(cè)定裝置

1.3.5 連續(xù)流穩(wěn)定運(yùn)行及微生物群落結(jié)構(gòu)分析

(1)連續(xù)流運(yùn)行:為了進(jìn)一步研究包埋顆粒脫氮效果,采用連續(xù)流運(yùn)行的方法,運(yùn)行裝置為有效容積約6L的UASB反應(yīng)器,外部覆蓋一層遮光保溫層.水浴控制運(yùn)行溫度穩(wěn)定在32℃左右.包埋顆粒通過琉璃球與鞭式填料按照體積填充率10%投加均勻分布于反應(yīng)器中.實(shí)驗(yàn)采用人工配水,其中NH4+-N質(zhì)量濃度約為35mg/L,NO2--N質(zhì)量濃度約為45mg/L,其余按照表1配制.

(2)微生物群落結(jié)構(gòu)分析:為研究包埋材料對(duì)厭氧氨氧化菌的影響以及運(yùn)行穩(wěn)定后顆粒內(nèi)部微生物的結(jié)構(gòu),取少量剛包埋后以及60d后穩(wěn)定運(yùn)行的包埋顆粒,利用Miseq高通量測(cè)序?qū)Ρ确治霭耦w粒的微生物群落以及多樣性的變化.

使用Usearch軟件(版本8.1.1831)對(duì)樣品的有效序列進(jìn)行OTU聚類,聚類標(biāo)準(zhǔn)為97%相似.基于前述OTU聚類結(jié)果,調(diào)用Mothur軟件(版本1.30.1),計(jì)算各個(gè)樣品shannon、Simpson、Coverage指數(shù)值并繪制相關(guān)曲線圖,參數(shù)為默認(rèn)參數(shù).采用RDPclassifier軟件(版本2.12)將前述各樣品合格序列進(jìn)行物種分類操作,閾值設(shè)置為0.8,低于該閾值的分類結(jié)果被劃歸為unclassified一類.分類完成后采用自寫perl腳本統(tǒng)計(jì)各物種門、屬比例并用自寫R腳本繪制相關(guān)柱狀圖.采用STAMP軟件(版本2.1.3),采用默認(rèn)參數(shù),基于物種分類結(jié)果得到的在不同水平上各rank的豐度值,比較樣本或組間豐度差異,找出樣本或組間豐度存在顯著差異的物種分類,篩選條件為￡0.05.

2 結(jié)果與分析

2.1 正交法優(yōu)化包埋條件

實(shí)驗(yàn)將單體濃度、催化劑濃度、引發(fā)劑濃度、聚合溫度、菌膠比作為正交因素應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中.固定單體濃度、催化劑濃度、引發(fā)劑濃度作為正交實(shí)驗(yàn)的3因素,分別以聚合溫度,菌膠比作為第4個(gè)因素,進(jìn)行2次正交實(shí)驗(yàn),分別考察其對(duì)固定化顆粒相對(duì)活性,機(jī)械穩(wěn)定性的影響. 凝膠時(shí)間與反應(yīng)溫度密切相關(guān),當(dāng)單體、引發(fā)劑和催化劑濃度一定時(shí),反應(yīng)溫度越高,凝膠時(shí)間越短.由單因素實(shí)驗(yàn)可知聚合溫度在15℃以下時(shí),聚合反應(yīng)很難進(jìn)行,聚合溫度在20~30℃之間時(shí),凝膠時(shí)間下降非常明顯,20℃時(shí)大分子單體的凝膠時(shí)間可以下降到5min左右(具體數(shù)據(jù)未列出);但如果聚合反應(yīng)溫度過高,反應(yīng)速率將過快,使得交聯(lián)度分布不均勻,形成的水凝膠外觀渾濁不透明,硬度也不均一.針對(duì)本研究中的應(yīng)用于微生物固定化的PEGDA凝膠,為了控制聚合反應(yīng)以適當(dāng)速率進(jìn)行,以及考慮到過高溫度對(duì)微生物的滅活作用,因此控制聚合溫度為20℃~30℃.設(shè)置單體濃度范圍8%~12%,催化劑濃度范圍0.25%~1%,引發(fā)劑濃度范圍0.25%~1%,菌膠比范圍0.5~2.凝膠時(shí)間統(tǒng)一為5min.具體因素水平設(shè)置如表2所示.

表2 因素水平1

由表3可知,以包埋顆粒活性為參考值,4個(gè)因素的最優(yōu)水平是A1B1C1D1,即PEGDA單體濃度8%,催化劑濃度0.25%,引發(fā)劑濃度0.25%,溫度控制在20°C.4種影響因素的主次為D>A>B>C.可見,試劑用量越少,溫度越低,得到的包埋顆粒的活性越高.其中,溫度對(duì)于包埋菌體的活性具有較大的影響,過高的聚合溫度可致使菌體活性完全喪失.單體濃度和催化劑濃度對(duì)菌體活性的影響程度大小相接近,而催化劑的用量相對(duì)于單體的用量非常的少,這也正側(cè)面的說明了TEMED對(duì)生物的毒性.在滿足要求的情況下需要最大程度的降低催化劑的濃度,防止其對(duì)包埋菌的活性造成不可逆轉(zhuǎn)的影響.

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果1

表4 因素水平2

表5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果2

由表5可知,以包埋顆粒機(jī)械穩(wěn)定性為參考值,實(shí)驗(yàn)設(shè)置的4個(gè)因素的最優(yōu)水平是A2B3C1E2,即PEGDA單體濃度10%,催化劑濃度1%,引發(fā)劑濃度0.25%,菌膠比為1:1.4種影響因素的主次為A>E>C>B.綜合考慮表3,表5得到包埋顆粒的活性以及機(jī)械穩(wěn)定性,催化劑用量0.5%已能夠滿足包埋顆粒的穩(wěn)定性要求,降低催化劑的用量可極大提高包埋顆?；钚?所以,綜合考慮,選取PEGDA單體濃度10%,催化劑濃度0.5%,引發(fā)劑濃度0.25%,菌膠比為1:1,溫度控制為20℃.

2.2 連續(xù)流運(yùn)行及掃描電鏡分析

為了進(jìn)一步研究包埋顆粒的長期運(yùn)行脫氮性能,進(jìn)行了為期100d的連續(xù)流運(yùn)行實(shí)驗(yàn).從圖2可以看出,前期的包埋處理對(duì)厭氧氨氧化菌的活性產(chǎn)生了一定的影響,因此前10d為包埋顆粒活性的恢復(fù)階段,10~100d為包埋顆粒的穩(wěn)定運(yùn)行以及性能逐漸提升階段.包埋顆粒經(jīng)過活性恢復(fù)后NH4+-N的去除率從一開始的24%提高到48%,NO2－-N的去除率從22%提高到43%.隨著包埋顆粒脫氮效果的不斷提升,第40d時(shí),NH4+-N和NO2－-N的去除率分別達(dá)到91%和83%,第41d將水力停留時(shí)間從之前的12h縮短為8h,由圖中可以看出,雖然出水氮濃度有所提高,但是NH4+-N和NO2--N的去除率依然能有63%和55%,這一現(xiàn)象說明包埋顆粒有一定抗負(fù)荷沖擊能力,當(dāng)?shù)?fù)荷突然升高,本包埋材料會(huì)削弱氮負(fù)荷的升高對(duì)厭氧氨氧化污泥的沖擊影響,本實(shí)驗(yàn)的41~46d表現(xiàn)一段平穩(wěn)的去除效果,之后包埋顆粒逐漸適應(yīng)氮負(fù)荷的變化,活性開始繼續(xù)升高,這一現(xiàn)象與Bae等[21]的研究結(jié)果類似.實(shí)驗(yàn)期間,出水未檢測(cè)到污泥的流出,也并未觀察到包埋顆粒的破碎,種種現(xiàn)象表明,本包埋顆粒具有良好的污泥截留效果以及良好的穩(wěn)定性.

運(yùn)行60d時(shí),取少許包埋顆粒觀察其外觀形態(tài)及掃描電鏡(SEM)分析,如圖4所示.圖4(c)為運(yùn)行60d后的數(shù)碼照片,與剛包埋的相比(圖3(a)),不難看出,厭氧氨氧化菌在顆粒內(nèi)部大量增長,這也從側(cè)面顯示了厭氧氨氧化效果不斷的提高.觀察包埋顆粒,可以看出,顆粒依然保持著小正方體的形態(tài),并未出現(xiàn)破碎,缺損的現(xiàn)象,表明本實(shí)驗(yàn)所用包埋材料能夠用于長時(shí)間運(yùn)行.圖4(a)和圖4(b)分別為放大5000倍包埋材料形成的內(nèi)部孔道以及放大10000倍切開包埋材料后內(nèi)部生長的厭氧氨氧化細(xì)菌,可以看出,本包埋材料不僅穩(wěn)定性好,而且具有良好的傳質(zhì)性能,能夠?yàn)榧?xì)菌提供良好的生長環(huán)境,從而使得脫氮效果不斷提升.

圖2 反應(yīng)器進(jìn)出水NH4 +-N, NO2--N, NO3--N

圖3 包埋后顆粒數(shù)碼照片

圖4 運(yùn)行60d后包埋顆粒內(nèi)部掃描電鏡及外觀數(shù)碼照片 Fig.4 Internal scanning electron microscopy and appearance digital photos of embedded particles after 60 days of operation

表6 生物多樣性分析

2.3 微生物群落結(jié)構(gòu)分析

取少量剛包埋后以及運(yùn)行60d后的顆粒,利用Miseq高通量測(cè)序?qū)Ρ确治鲱w粒中微生物群落和多樣性的變化.其中Shannon指數(shù)值和Simpson指數(shù)值指示樣本微生物群落的多樣性.Shannon值越大,Simpson指數(shù)值越小,說明群落多樣性越大.

檢測(cè)結(jié)果如表6所示,Coverage值指樣本的文庫覆蓋率,兩樣品的Coverage值分別為0.96和0.95,說明本次測(cè)序的真實(shí)性比較高.運(yùn)行60d后,Shannon指數(shù)有所下降,Simpson指數(shù)也相應(yīng)的少量增加,兩者的變化都表明包埋顆粒經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行,內(nèi)部微生物群落的多樣性有所降低.本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的兩Shannon 指數(shù)均低于Du等[22]研究的厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器的Shannon指數(shù)4.94,原因可能是本實(shí)驗(yàn)采用的完全是人工配水,而Du等的研究引入了真實(shí)的生活污水.

圖5 門水平物種相對(duì)豐度分布

圖6 屬水平物種相對(duì)豐度分布

由圖5可知,運(yùn)行前后,顆粒內(nèi)部微生物群落所測(cè)得相對(duì)豐度31%的門都隸屬于7個(gè)門,分別為變形菌門Proteobacteria,浮霉菌門Planctomycetes,擬桿菌門Bacteroidetes,綠彎菌門Chloroflexi,酸酐菌門Acidobacteria,Ignavibacteriae,厚壁菌門Firmicutes.但是運(yùn)行前后這幾個(gè)門所占比例均有較大變化,變形菌門由70.79%降到48.78%,雖然降低幅度很大,但占整個(gè)微生物體系比例依然最大,這與多數(shù)厭氧氨氧化反應(yīng)器細(xì)菌群落分布情況相一致[23].其次是浮霉菌門,運(yùn)行前后所占比例都僅次于變形菌門居于第二,由7.46%增長到15.9%,增長了2倍多.反應(yīng)器中的功能菌為厭氧氨氧化菌,屬于浮霉菌門,這一結(jié)果充分說明了本實(shí)驗(yàn)所用包埋材料適用于厭氧氨氧化菌的生長,能夠促進(jìn)厭氧氨氧化菌的富集.李濱等分析了穩(wěn)定運(yùn)行的UASB厭氧氨氧化反應(yīng)器,發(fā)現(xiàn)浮霉菌門僅占3.1%[24],本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的浮霉菌門比例均高于李濱等[24]的研究,分析可能是本實(shí)驗(yàn)的接種污泥為實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定運(yùn)行幾年的厭氧氨氧化污泥的原因.擬桿菌門,酸酐菌門比例均有所下降,分別由5.48%,5.25%下降到5.25%,3.48%;厚壁菌門,,綠彎菌門比例均有所增長,分別由2.91%,3.61%,2.53%增長到11.31%,4.86%,6.08%.

從屬層面看,如圖6,變形菌門主要包含19個(gè)屬,剛運(yùn)行時(shí)最多的為,占9.67%,運(yùn)行60d后測(cè)得占最大比例,為5.90%,所占比例下降為4.72%.本實(shí)驗(yàn)的功能菌為厭氧氨氧化菌,2種厭氧氨氧化菌(和)都有被檢測(cè)出來,這2種屬廣泛存在于淡水系統(tǒng)和生物反應(yīng)器中.其中,比例較低,占據(jù)主要部分,與Cao等[23]研究有所差距,Cao的研究為占據(jù)主要部分.運(yùn)行60d后,相對(duì)增長,但并不明顯,而所占比例由6.58%增加到9.8%,增長較為顯著,由原來屬水平的第3位上升為第一位.這一結(jié)果有力地說明了,相對(duì)顆粒污泥,包埋后的厭氧氨氧化顆粒能夠進(jìn)一步擴(kuò)大厭氧氨氧化功能菌所占比例,從而進(jìn)一步提高脫氮效果.這也相應(yīng)地為連續(xù)流運(yùn)行時(shí)水力負(fù)荷突然提高,本實(shí)驗(yàn)所用包埋顆粒能夠具有良好的抗沖擊能力給出了合理的解釋.

3 結(jié)論

3.1 綜合考慮包埋顆粒的活性和機(jī)械穩(wěn)定性能,聚合凝膠最優(yōu)配比為:10%PEGDA單體,0.25%KPS, 0.5%TEMED.為保證厭氧氨氧化菌包埋后的性能,最佳的操作條件為聚合溫度控制在20℃左右,聚合時(shí)間控制在5min左右,菌膠比選取1:1.

3.2 100d的連續(xù)流運(yùn)行效果觀察顯示,前10d是顆粒的活性快速恢復(fù)階段,10d后反應(yīng)器運(yùn)行效果趨于穩(wěn)定,脫氮性能逐步提高,NH4+-N和NO2－-N的去除率分別達(dá)到91%和83%.在41d,將水力停留時(shí)間從12h降為8h,NH4+-N和NO2－-N的去除率仍然能達(dá)到63%和55%,包埋顆粒表現(xiàn)出一定的抗水力負(fù)荷沖擊能力.

3.3 觀察運(yùn)行60d后掃描電鏡(SEM)和顆粒外觀形態(tài),能夠看出:本實(shí)驗(yàn)所采用的包埋材料具有良好的傳質(zhì)性能,能夠?yàn)槲⑸锾峁┝己玫纳L環(huán)境,且具備良好的生物截留能力.表明本包埋材料能夠應(yīng)用于長期運(yùn)行.

3.3 包埋顆粒微生物分析顯示,運(yùn)行60d后,顆粒內(nèi)部微生物的多樣性有所降低.由門水平物種相對(duì)豐度可知,變形菌門比例下降幅度巨大,由70.79%降為48.78%;浮霉菌門比例大幅度提高,增長了兩倍多,由7.46%增長到15.9%.由屬水平物種相對(duì)豐度可知,顆粒內(nèi)部的厭氧氨氧化菌主要為,占整個(gè)微生物群落的比例由6.58%增加到9.8%,增長顯著,由開始屬水平的第3位上升為第1位.表明本實(shí)驗(yàn)的包埋材料具有良好的生物相容性,能夠進(jìn)一步擴(kuò)大厭氧氨氧化功能菌所占比例,從而進(jìn)一步提高脫氮效果.

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Nitrogen removal characteristics and microbial community structure analysis of entrapped anaerobic ammonium oxidizing bacteria.

WANG Wei-qi, WANG Xiu-jie, LI Jun*, WANG Si-yu

(The College of Architecture and Civil Engineering, Bejing University of Technology, Beijing 100124, China)., 2018,38(9)：3343~3350

Using polyethylene glycol diacrylate as carrier materials, respectively with N, N, N, ′N′-tetramethylethylenediamine (TEMED) as promoter and potassium persulfate (KPS) as initiator to immobilize anaerobic ammonium oxidizing bacteria. Orthogonal experiments were used to optimize immobilization conditions of anaerobic ammonium oxidation bacteria: 10% PEGDA monomer, 0.25% KPS, 0.5% TEMED, the optimum operation condition was to control the polymerization temperature at 20℃, polymerization time was about 5min, The ratio of bacteria to gum was 1:1. The continuous flow experiment of immobilized pellets showed that after a short period of activity recovery, the nitrogen removal effect was continuously improved,and it had a certain impact resistance to the increase of hydraulic load. The scanning electron microscopy (SEM) showed that the immobilization materials have good biocompatibility and good mass transfer performance. High-throughput sequencing showed that after a period of time of stable operation, the microbial diversity in the pellets decreased slightly. And thethat belongs to anaerobic ammonium oxidizing bacteria which accounted for 6.58% of the total microbial system was up to 9.8%, the changes in microbial population showed that the performance of anaerobic ammonium oxidation could be improved greatly after immobilization.

anaerobic ammonium oxidizing bacteria；polyethylene glycol diacrylate；immobilization；nitrogen removal；microbial community structure

X703.5

A

1000-6923(2018)09-3343-08

王維奇(1993-),男,江蘇鹽城人,北京工業(yè)大學(xué)碩士研究生,主要從事污水處理與資源化方面的研究.

2018-03-05

水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2015ZX07202-013);北京市基金面上項(xiàng)目(8172012)

* 責(zé)任作者, 教授, 18811715723@163.com