高盐与表面活性剂胁迫下生物脱氮功能菌的性能特征及分子响应机制

Biological nitrogen removal (BNR) from wastewater with high concentration of salts and surfactants is not so effective, and the mechanisms on BNR under salt- and surfactant-stresses need understanding better. In this proposed investigation, SBR reactors will be used to investigate the characteristics of bacterial population structure and molecular components as well as mechanisms in response to salt- and surfactant-stresses for microorganisms. The specific topics will include: (1) the effect of salt at various concentrations on sludge particle shape, bacterial population structure, extracellular polymers, intercellular storages, carbonhydrates, and enzyme activity; (2) the effects of major operation parameters of BNR system on BNR removal efficiency and biochemical and molecular mechanisms in response to salt- and surfactant-stresses; and (3) strategies for optimizing BNR for wastewater with high concentrations of salts and surfactants on the basis of the responsive mechanisms of the microorganisms. Results and conclusions from this grant are supposed to better understand characteristics and molecular responses of population structure, celluar components and enzyme activity under the stresses of salts and surfactants, therefore, scientific support will be presented for optimal design and operation of BNR systems.

采用生物处理工艺处理含盐和表面活性剂浓度较高的污水时，生物脱氮效率有待进一步提高，生物脱氮机理有待进一步阐明。本课题以SBR反应器为研究对象，研究高盐和表面活性剂胁迫条件下废水生物脱氮功能菌的种群结构和化学组分的响应特征及其与生物脱氮性能之间的响应机制，具体包括:（1）研究不同盐度条件下，生物脱氮污泥的颗粒结构、微生物种群、胞外聚合物、胞内储存物、糖类、酶活性等的变化规律，阐明脱氮功能菌在盐度胁迫条件下的脱氮机制；（2）研究盐和表面活性剂联合胁迫下，生物脱氮系统的主要运行参数对脱氮性能和菌群生理生化性能的影响及其分子响应机制；（3）研究基于生物脱氮功能菌应答机制的含高盐和表面活性剂废水的生物脱氮调控机制。研究结果可望深入阐明高盐和表面活性剂胁迫条件下生物脱氮过程的性能特征、分子水平上的种群、细胞组份和酶活性等生理和分子响应规律，为生物脱氮过程的优化设计和调控提供科学依据。

生物处理工艺广泛用于城市污水的处理。但当污水中含有高浓度的盐分和表面活性剂时，生物处理工艺的处理效果尤其是氮的去除受到了很大的影响，出水很难达到排放标准。本项目针对这一关键问题，选择序批式生物反应器（SBR）作为研究对象，系统地研究了研究盐度、表面活性剂对SBR反应器去除性能的影响；系统研究了盐度、表面活性剂对活性污泥的影响，包括对污泥颗粒结构、污泥微生物种群的影响及SBR系统的分子响应机制，主要包括SBR系统内胞外聚合物、酶活性的变化，从而阐明脱氮功能菌在盐度、表面活性剂胁迫下的脱氮机制；此外，增加研究了不同盐度对耐盐氯酚降解菌降解二氯二甲基苯酚（DCMX）的影响及系统分析了硫酸盐还原菌（SRB）处理高盐生产废水的性能及影响机制。研究结果表明：盐度使NH4+-N、TP和COD的去除性能恶化；此外，盐度对SBR工艺脱氮除磷的影响主要产生在好氧阶段；盐度使活性污泥的EPS含量升高，但是，盐度抑制了活性污泥的脱氢酶；高盐条件（20 g/L）下，微生物群落的丰度和多样性均降低，而且该影响随盐度的增加而加深。此外，在高盐条件下，活性污泥中微生物群落结构的差异主要受到微生物群落丰富度变化的影响而不是群落多样性变化的影响；在处理含盐废水时，适度增加曝气速率、延长曝气时间或添加耐盐细菌可以提高氮、磷去除效果。在高盐条件下，两种表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对氨氮、总磷的去除都有抑制作用；在高盐条件下，SDBS对体系酶活性几乎没有影响，SDS使体系酶活性增强；盐度和表面活性剂联合胁迫下会降低活性污泥微生物群落多样性；盐度的增加会降低耐盐氯酚降解菌DCMX的降解效果，pH、温度、接种量三个因素影响着硫酸盐还原菌（SRB）处理高盐生产废的性能。上述研究总结了含高盐和表面活性剂废水的生物脱氮调控机制，进一步解决了生物技术处理高盐废水的处理效率低的难题。研究方法和结果为在高盐和表面活性剂下废水生物处理技术的应用和推广提供了科学依据